负反馈放大电路的PCB设计和365倒计时器的PCB设计.docx
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负反馈放大电路的PCB设计和365倒计时器的PCB设计
课程设计
题目:
（一）负反馈放大电路PCB版图设计
（二）365倒计时电路的设计
学校：
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
2013年6月27日
一，PCB的相关知识
一般地说，PCB有单面板（SinglelayerPCB）、双面板（DoublelayerPCB）、四层板和多层板等。
●单面板是一种单面敷铜，因此只能利用他敷铜的一面设计电路的导线和组建的焊接。
●双面板是包括顶层（Top）和底层（Bottom）的双面都敷有铜的电路板，双面都可以布线焊接，中间一层为绝缘层，为常用的一种电路板。
●如果在双层板的顶层和底层之间加上别的层即构成多层板，如果放置两个电源板层就构成了四层板，即为多层板。
二，AltiumDesigne的介绍
AltiumDesigner是Ahium公司推出的最新的板级电路设计系统，它完美地综合了原理图绘制、电路仿真、PCB设计、设计规则检查、FPGA及逻辑器件设计等功能，为用户提供了全面的设计解决方案。
（一）负反馈放大电路PCB版图设计
一设计目的
1、理解负反馈的概念，掌握放大电路中引入负反馈的方法以及负反馈对放大器各项性能指标的影响。
2、熟悉用AltiumDesigner软件进行负反馈放大电路原理图的绘制以及相应PCB板的绘制。
3、掌握印刷电路板布线流程，并掌握印刷电路板设计的基本原则。
二设计原理
1、反馈的概念：
将放大器输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的方式送回他的输入端，称为反馈，如下图所示
2、负反馈放大电路原理：
●提高放大倍数的稳定性，引入负反馈以后，放大电路放大倍数稳定性的提高通常用相对变化量来衡量。
●减小非线性失真和抑制噪声，由于电路中存在非线性器件，会导致输出波形产生一定的非线性失真。
如果在放大电路中引入负反馈后，其非线性失真就可以减小。
需要指出的是：
负反馈只能减小放大电路自身产生的非线性失真，而对输入信号的非线性。
●引入负反馈以后，放大电路放大倍数稳定性的提高通常用相对变化量来衡量。
因为：
所以求导得：
3、设计步骤
1、创建PCB工程
File—New—Project—PCBproject然后点击workspace和project分别保存。
2、建立原理图
在前面创建的文件下建立原理图，鼠标右键点击建立的工程文件名选择addnewtoproject–schematic，将其命名并保存。
如图所示：
3、定义组件及封装
在设计项目中，加入MiscellaneousDevices.Intlib和MiscellaneousConnectors.Intlib，从中选择组件进行放置，合理的设置组件参数及布局并放置导线完成他们之间的连接，如图所示：
（1）元件连线
使用连线工具对电路图中的原件进行连线。
要注意该线是否有电气性质。
当预拉线的指针移动到元件的引脚或其他电气特性线时，指针的中心将会出现一个黑点，它提示我们在当前状态下单击鼠标左键就会形成一个有效的电气连接。
（2）加输入/输出端口
将上述完成后，便会形成如图所示电路图：
（3）更改元件属性
用鼠标双击任一个元件都会弹出次元件的属性对话框，其中包括元件样本，元件的封装方式，元件的序号，元件的参数值等。
4、生成报表
原理图设计完成之后可以生成相关的报表，如元器件的相关信息。
选择Report—BillofMaterials可生成元器件报表，选择Export
如图所示：
5、新建PCB文档
如图所示：
创建PCB文档并保存。
6、生成网表文件和加载网标
接上步保存完成后导入网标文件，返回到原理图文件，选择Dedign—updatePCBDocumentexercise.pcbdoc。
7、生成PCB版图及器件设置
导入完成后软件将自动切换到PCB版图编辑器界面，界面版图如图所示：
8、组件布局及连线
手动对组件布局进行调整，使布局合理，再通过自动布线功能得到版图。
9、生成版图
顶层版图如下：
底层版图如下：
（二）365倒计时器的设计
1、单片机的介绍
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微机控制器
（MicrocontrolUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，他最早是被用在工业控制领域。
单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是，通过大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，是计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器。
二、设计目的
训练综合运用己学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术开发工作，掌握单片机程序设计、调试，应用电路设计、分析及调试检测。
3、设计原理
倒计时器以AT89C52单片机为核心，起着控制作用。
系统包括四位数码管显示电路，按键电路，复位电路，时钟电路。
倒计时的总体框图如下图所示：
1、复位电路
在系统中，有时会出现显示不正常，为了调试方便，需要设计一个复位电路。
AT89C52复位是单片机的初始化操作，只需给AT89C52的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可得单片机位AT89C52单片机复位。
本系统的复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。
本系统采用的电路工作原理是：
上电瞬间，RC电路充电，RESET引脚端出现正脉冲，只要RESET保持10ms以上高电平，就能使单机有效的复位。
当时钟频率选用12MHz时，C取10uF，R取10KΩ，上自动复位电路由上电瞬间C与R构成充电电路，RESET端的电位与电源Vcc相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。
RC间常数越大，上电时RESET端保持高电平的时间越长，这组参数足以保证复位操作。
若复位电路失效，加电后CPU从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运行。
按键S5的功能是按键复位，按下S5键时
RST为高电平，只要保持10ms以上的高电平，就可以使单片机复位。
按键复位用在系统运行时的复位，使系统重新运行。
2、时钟电路
时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准有条不紊地一拍一拍地工作的。
单片机必须在时钟的驱动下才能工作。
在单片机内部有一个时钟振荡电路，只要外界一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。
本系统使用的是内部时钟方式。
此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。
电路中两个电容的作用有两个：
一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。
3、按键电路
本系统的按键电路的作用是能够调整倒计时的初始值。
用四个按键分别设定它们的四种初始状态。
所达到的效果是按一下对应的键时，所对应的值出现。
s3对应365的设定，s2对应十位的设定，s1对应个位的设定。
另外s1按键不但可以设定个位的初值，还可以起到暂停倒计时运行的作用；即当系统在运行时，按s1键，系统暂停，如果继续按s1键，则数的值增加，完成的是设定9的功能。
同样，s4也有两个功能：
一个是设定三位数的初值，一个是起到开启系统的作用，即当系统处于暂停时，按s4键，则系统开始运行，如果继续按s4键，则完成的是设定天的初值的功能。
4、数码管显示电路
在本设计中，为了减少端口资源，降低电能消耗，采用的是动态显示方法。
365倒计时时间的最大范围是365。
从格式可知数码管显示电路要用到3位数码管，所以选了三个数码管有段选和位选控制，在此电路中有8个位选，8个段选，分别用单片机的P0口和P1进行8个位的控制。
四、设计步骤
1、总图设计
2、生成PCB版图及器件设置
导入完成后软件将自动切换到PCB版图编辑器界面，界面版图
3、组件布局及连线
手动对组件布局进行调整，使布局合理，再通过自动布线功能得到版图。
4、生成版图
顶层版图如下：
底层版图如下：
五、设计心得
接触到AltiumDesigner，记得在上次暑期实习老师的指导，现在只是有一个初步的影响，在我们小组的一起探讨与研究下，最终举步维艰的完成了这次课程设计。
通过本次AltiumDesigner课程设计，自己更加熟悉了该软件的操作，了解了AltiumDesigner在电路原理图的绘制和PCB板制作上的强大功能。
本次课设是制作了负反馈放大器和365倒计时器，在PCB板的设计过程中一次又一次的失败，导致软件中的器件被删除了好几次，经过整组同学的一起讨论和同学的帮助，重新装软件后才完成了PCB板的制作。
在整个课设的过程中，负反馈放大器的PCB制作完全是摸索着进行的，在这一过程中，我们渐渐熟悉了软件的基本运用，到后面365倒计时器的PCB板制作中，完全可以熟练运用了，从电路图的设计到PCB板的制作在队员的一起努力下很快的完成。
在这个过程中我们既巩固了数字电路方面的理论知识，又更深刻地掌握了放大器和计数器。
通过这次课程设计，我掌握了做课程设计的基本思路和方法，在脑海里形成了基本的设计理念和设计技巧，锻炼了自己的思维能力与软件的运用能力。
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