CAd課程設計49754

1、課程設計（學年論文）說明書課題名稱： 直流電動機PWM驅動器的設計 學生學號： 1304200303 專業(yè)班級： 工業(yè)電氣自動化01班 學生姓名： 方軍 學生成績： 指導教師： 王振 課題工作時間： 2013.12.30至 2014.1.3 武漢工程大學教務處 制填寫說明：1. 一、二、三項由指導教師在課程設計（學年論文）開始前填寫并交由學生保管；2. 四、五兩項由學生在完成課程設計后填寫，并將此表與課程設計一同裝訂成冊交給指導教師；3. 成績評定由指導教師按評定標準評分。4. 此表格填寫好后與正文一同裝訂成冊。一、課程設計的任務或學年論文的基本要求： 繪圖設計: (1) 畫出完整的原理圖 (

2、2) ERC電氣規(guī)則檢測 (3) 生產網絡表及元件清單 (4) 畫出所設計電路的PCB圖,包括規(guī)劃PCB板子大小、元器件布局以及布線，布線方法則可根據具體情況使用自動布線（手工調整）或者手工布線兩種不同方式。（5）根據具體情況進行電路仿真：仿真參數(shù)、類別、結果、仿真中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法等。原理圖工作原理介紹：圖1-1中，所示的直流電動機驅動器是一個PWM驅動器，其輸入信號是一個010V的模似量，圖中所示的8038是一個三角波發(fā)生器，輸入的模擬信號與三角波產生的信號分別進入兩組運算放大器進行電壓比較，得到具有一定關系的兩組調制波，該調制波經過光耦TLP250進行電氣隔離，輸出信號分別加到

3、H橋中大功率管VT1VT4的基數(shù)，VT1VT4的導通與斷開由調制波相位的改變來控制，VT1VT4的通斷會改變加在電動機兩端的電樞電壓，從而改變電動機的輸出速度，因此電動機輸出速度會隨著輸入電壓的改變而線性改變。 參考圖： 圖11 (a) 直流電動機PWM調速原理圖 圖11（b）驅動器原理圖指導教師簽字： 教研室主任簽字：年 月 日 年 月 日二、進度安排：12月27號：下達設計任務并依據參考圖設計原理圖。12月30號：確定PCB板參數(shù)和元件封裝類型。12月30號1月3號：設計PCB版圖。1月6號：撰寫報告和答辯。三、應收集資料及主要參考文獻：參考數(shù)目：1 邵群濤. 電氣制圖與電子線路CADM.

4、北京：機械工業(yè)出版社，20054、 課程設計（學年論文）摘要（中文）： 目前，直流電動機在控制系統(tǒng)中的應用十分廣泛。直流電動機的工作原理十分簡單；當定子中的勵磁磁通和轉子中的電流相互作用時，就會產生電磁轉矩驅動電樞轉動，恰當?shù)乜刂妻D子中電樞電流的方向和大小，就可以控制直流電動機的方向和轉速。電樞電流為零時直流電機則停止不動。 在本設計中，直流電動機的驅動采用的是晶體管功率放大器組成的H型PWM電路。直流電動機的速度調節(jié)通過改變PWM的占空比來實現(xiàn)，采用PWM波控制電動機不僅方便且精度高。5、 課程設計（學年論文）摘要（英文）： At present, the application of DC

5、 motor in the control system is very extensive. The working principle of DC motor is very simple; when the current in the stator excitation flux and rotor interaction, it will produce electromagnetic torque drive the rotation of the armature, and properly control the direction and size of the armatu

6、re current in the rotor, you can control the direction and speed of the DC motor. The armature current is zero and the DC motor is stopped. In this design, the DC motor drive is used in H type PWM transistor power amplifier circuit. DC motor speed regulation through changing the PWM duty ratio of th

7、e PWM wave to control the motor not only convenient and with high accuracy.六、成績評定：指導教師評語： 指導教師簽字： 201 年 月 日項目評價項目評價調查論證工作量、工作態(tài)度實踐能力分析、解決問題能力質量創(chuàng)新得分七、答辯記錄：答辯意見及答辯成績答辯小組教師（簽字）： 201 年 月 日總評成績：（教師評分×75%+答辯成績×25%）課程設計評審標準（指導教師用）評價內容具 體 要 求權重調查論證能獨立查閱文獻和從事其他調研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲得新知識的能力

8、。0.1實踐能力能正確選擇研究（實驗）方法，獨立進行研究工作。如裝置安裝、調試、操作。0.2分析解決問題能力能運用所學知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題；能正確處理實驗數(shù)據；能對課題進行理論分析，得出有價值的結論。0.2工作量、工作態(tài)度按期圓滿完成規(guī)定的任務，工作量飽滿，難度較大，工作努力，遵守紀律；工作作風嚴謹務實。0.2質量綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學；文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文結果有應用價值。0.2創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識；對前人工作有改進或獨特見解。0.11、 方案論證 1.1系統(tǒng)功能要

9、求設計直流電動機（110V）PWM驅動器，要求輸入信號是010V的電壓值，轉速與該輸入信號成正比，調制波產生的電路與后級功率管驅動電路要進行電氣隔離。 1.2工作原理圖1-2中，所示的直流電動機驅動器是一個PWM驅動器，其輸入信號是一個010V的模似量，圖中所示的8038是一個三角波發(fā)生器，輸入的模擬信號與三角波產生的信號分別進入兩組運算放大器進行電壓比較，得到具有一定關系的兩組調制波，該調制波經過光耦TLP250進行電氣隔離，輸出信號分別加到H橋中大功率管VT1VT4的基數(shù)，VT1VT4的導通與斷開由調制波相位的改變來控制，VT1VT4的通斷會改變加在電動機兩端的電樞電壓，從而改變電動機的輸

10、出速度，因此電動機輸出速度會隨著輸入電壓的改變而線性改變。圖1-2 1.3電氣電子線路CAD設計步驟 （1）前期準備 包括創(chuàng)建工程文件、準備元件庫和繪制原理圖。創(chuàng)建PCB工程文件，就相當于在計算機中創(chuàng)建一個文件夾，將與PCB設計相關的文件統(tǒng)一規(guī)整到該工程文件下，便于日后的管理、更改等操作。接下來就要準備好項目中所需要庫文件，包括原理圖的元件庫和PCB的元件庫。當然元件庫可以用Altium Designer自帶的庫，但一般情況下較難找到合適 的，最好是根據所選期間得標準尺寸資料自己做元件庫。 （2）PCB結構設計 PCB結構包括創(chuàng)建PCB文件，確定電路板尺寸和各項機械定位，在PCB設計環(huán)境下繪制

11、PCB版面，并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開關、螺絲孔，裝配孔等。并充分考慮和確定布線區(qū)域和非布線區(qū)域。 （3）PBC布局布局要求均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉。在放置元器件時，一定要考慮元器件的實際尺寸、元器件之間的相對位置，以保證電路板的電氣性能和生產安裝的可行性和便利性，然后適當?shù)男薷钠骷臄[放使之整齊美觀。 （4）PCB布線布線是最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞.。在PCB的設計過程中，布線一般有三種境界的劃分：首先是布通，其次是電氣性能的滿足，接著是美觀。 （5）網絡和DRC及結構檢查 首先，在確定電路原理圖設計無誤的前提下，將所生成的PCB網絡文件與原理圖

12、網絡文件進行物理關系的網絡檢查，并根據輸出文件結果及時對設計進行修改，以保證布線連接關系的正確性；網絡檢查正確通過后，對PCB設計進行DRC檢查，并根據輸出文件結果及時對設計進行修正，以保證PCB布線的電氣性能。最后需進一步對PCB的機械安裝結構進行檢查和確認。2、 項目元件庫 雖然Altium Designer提供了豐富的元件庫，足以應付大多數(shù)的設計。但是也有部分元件沒有收錄其中，此外設計中經常也會使用一些非標準器件，這就需要設計者自己制作元件庫。在本實驗直流電動機PWM驅動器設計中，由摩托羅拉公司設計的MC1413就無法在原元件庫中找到。接下來已設計MC1413為例介紹元件庫制作。 2.1

13、制作原理圖元件庫原理圖如圖2-1圖2-1 MC1413原理圖 （1）創(chuàng)建元件庫 執(zhí)行命令菜單“文件”“新的”“庫”“原理圖”元件庫，系統(tǒng)將進入原理圖元件庫編輯工作界面，如圖2-1-1圖2-1-1 創(chuàng)建元件庫單擊“保存”，可以設置保存的文件名和位置。 （2）創(chuàng)建一個元件打開SCH Library面板，新建庫文件中已經存在一個默認的元件。雙擊該元件，可對元件的屬性進行編輯，如圖2-1-2 圖2-1-2 創(chuàng)建元件在繪圖工具箱中點擊矩形繪圖工具，即可繪出MC1413的基本結構，點擊工具箱中的放置管腳即可在矩形上放置若干管腳，放置時按住TAB鍵可設置管腳屬性，如圖2-1-2-1。我們根據原理圖給出的圖形

14、繪出IN和COM輸入，OUT輸出。圖2-1-2-1 引腳設置 （3）設置元件屬性 每個元件都有與之相關的屬性，MC1413的屬性也要設置。在SCH Library中雙擊要編輯的元件，即可對其設置。如圖2-1-3，我們?yōu)槠淙∶麨镸C1413，標號為U？，允許標識號自動遞增。右下方的model域中可選擇PCB模型，用于以后的PCB同步設計。圖2-1-3 設置元件屬性 2.2制作PCB元件庫 PCB圖如圖2-2圖2-2 PCB圖 （1）創(chuàng)建元件庫 與創(chuàng)建原理圖元件庫相同。單擊“保存”，可設置保存的位置和文件名。 （2）創(chuàng)建一個元件 打開PCB Library面板，新建庫文件中已經存在一個默認的元件。

15、雙擊該元件，可對元件的屬性進行編輯，如圖2-2-2圖2-2-2 更改名稱 （3）設置面板 單機菜單“工具”“器件庫選項”，可對面板進行設置，如圖2-2-3。圖2-2-3 設置面板 （4）繪制元件外形 在繪制元件外形前，首先要獲得元件的準確外形和尺寸。該封裝焊盤列間距為300mil，列內焊盤間距為100mil。找到繪圖區(qū)的原點，以元點為參照放置所創(chuàng)建封裝的焊盤，輪廓等對象。選擇工具欄中的焊盤，鼠標變十字后按下TAB鍵可設置焊盤，如圖2-1-4。接著以第一個焊盤為基準，放置兩列共16個焊盤，焊盤放置結束，如圖2-1-5。 圖2-1-4 圖2-1-5 點擊繪圖區(qū)底部的Top Overlay，在這一層

16、上繪制元件封裝輪廓。單擊工具箱中的連線放置，鼠標變?yōu)槭郑苿邮髽思纯衫L制出輪廓線。繪制弧形也是單擊弧形繪制按鍵，即可繪制。第一個焊盤做成方形，以便確認。得到圖2-1-6。圖2-1-6 輪廓描繪 2.3利用向導自建PCB封裝庫 我們也可以利用繪制向導來制作PCB封裝。鼠標右鍵PCB Library中的元件，點擊“繪制向導”，即可彈出對話框，如圖2-3-1。圖2-3-1 向導開始界面點擊下一步，選擇封裝類型和使用度量單位，如圖2-3-2圖2-3-2 選擇封裝類型繼續(xù)點擊下一步可設置焊盤尺寸，焊盤間距，設定元件名稱等等，如圖2-3-3。圖2-3-3 設置焊盤最后，將制作完成的PBC元件庫與原理圖元

17、件庫結合，即可做成一個完整的集成元件庫。如圖2-3-4，圖2-3-5。圖2-3-4 結合圖2-3-5 結合3、 原理圖設計 3.1原理圖設計操作流程 （1）創(chuàng)建 PCB 工程（項目文件） 啟動 Protel DXP 后，選擇菜單【File】/【New】/【Project】/【PCB Project】命令。 （2）保存 PCB 項目（工程）文件 選擇【 File 】 / 【 Save Project 】菜單命令，彈出保存對話框【 Save PCB_Project1.PrjPCBAS】；選擇保存路徑后在【文件名】欄內輸入新文件名保存到自己建立的文件夾中。 （3）創(chuàng)建原理圖文件在新建的 PCB 項目

18、（工程）下，選擇菜單【File】/【New】/【Schematic】命令。 （4）保存原理圖文件選擇【File】/【Save】菜單命令，彈出保存對話框 【Save Sheet1.SchDocAS】，選擇保存路徑后在【文件名】欄內輸入新文件名保存到自己建立的文件夾中。 （5）設置工作環(huán)境選擇【Design】/【Document Option】菜單命令，在系統(tǒng)彈出的框中進行設置。 （6）放置元件方法一：安裝庫文件的方式放置選擇【Design】/【Add/Remove library】菜單命令，在彈出的對話框中單擊安裝找到庫文件即可。方法二:搜索元件方式放置 （7）原理圖布線選擇【Place】/【W

19、ire】工具菜單，此時將帶十字型的光標放到元件引腳位置單擊鼠標左鍵即可進行連線（注意拉線過程不應一直按住鼠標左鍵不放），將導線拉到另一引腳上單擊鼠標左鍵即放完一根導線，放置完導線單擊右鍵或者【Esc】鍵結束放置。 （8）原理圖電氣規(guī)則檢查選擇【Project】/【Compile PCB Project工程名】；若無錯誤提示，即通過電器規(guī)則檢查，如有錯誤，則需找到錯誤位置進行修改調整。 （9）原理圖如圖3-1-1所示 圖3-1-1 原理圖 （10)元器件清單如圖3-1-2所示圖3-1-2 元器件清單4、 PCB圖設計 4.1設計步驟和操作 （1）創(chuàng)建 PCB 工程（項目）文件如果在原理圖繪制階段

20、已經新建，則無需新建。啟動 Protel DXP 后，選擇菜單【File】/【New】/【Project】/【PCB Project】命令。 （2）保存 PCB 工程（項目）文件選擇【 File 】 / 【 Save Project 】菜單命令，彈出保存對話框【 Save PCB_Project1.PrjPCBAS】對話框；選擇保存路徑后在【文件名】欄內輸入新文件名保存到自己建立的文件夾中。 （3）原理圖繪制 詳見第三章 （4）將原理圖導入PCB單擊【設計】，然后點擊【update PCB documeng】，在彈出的對話框中點擊執(zhí)行更改。 （5）PCB布局通過移動、旋轉元器件，將元器件移動到電路板內合適的位置，使電路的布局最合理。 （6）PCB布線我在把各個元器件排列好后選擇了自動布線。PCB圖如圖4.1所示。 4.2元件布局要求 （1）先布放關鍵元器件，然后按照地址線和數(shù)據線的走向布放其他元件。 （2）高頻元器件引腳引出的導線應盡量短些，以減少對其他元件及其電路的影響。 （3）模擬電路模塊與數(shù)字電路模塊應分開布置，不要混合在一起。 （4）帶強電的元件與其他元件距離盡量要遠，并布放在調試時不易觸碰的地方。 （5）對于重量較大的元器件，安裝到 PCB 上要安裝一個支架固定，防止元件脫落。 （6）對于一些嚴重發(fā)熱的元件，必須安裝散熱片。 （7）電位器、可變