第3章層次路原理圖編輯

1、第3章 層次電路原理圖編輯 3.1 層次電路設(shè)計(jì)概念層次電路設(shè)計(jì)概念3.2 層次電路設(shè)計(jì)中不同文件的切換方法層次電路設(shè)計(jì)中不同文件的切換方法 3.3 層次電路編輯方法層次電路編輯方法 習(xí)題習(xí)題 3.1 層次電路設(shè)計(jì)概念 n在層次電路設(shè)計(jì)思想出現(xiàn)以前，編輯電子設(shè)備，如電視機(jī)、計(jì)算機(jī)主板等原理圖時(shí)，遇到的問(wèn)題是電路元件很多，不能在特定幅面的圖紙上繪制出整個(gè)電路系統(tǒng)的原理圖，于是只好改用更大幅面的圖紙。然而打印時(shí)又遇到了另一問(wèn)題，即打印機(jī)最大輸出幅面有限，如多數(shù)噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)的最大輸出幅面為a3。為了能夠在一張圖紙上打印出整個(gè)電路系統(tǒng)的原理圖，又只好縮小數(shù)倍再打印，但卻會(huì)因線條、字體太小致使

2、閱讀困難。此外，采用大幅面圖紙打印輸出的原理圖也不便于存檔保管。對(duì)于更復(fù)雜電路的原理圖，如計(jì)算機(jī)主板電路，即使打印機(jī)、繪圖機(jī)可以輸出a0幅面圖紙，恐怕也無(wú)濟(jì)于事，因我們不能無(wú)限制地?cái)U(kuò)大圖紙幅面來(lái)繪制含有成千上萬(wàn)個(gè)電子元器件的電路圖。n采用層次電路設(shè)計(jì)方法后，這一問(wèn)題就迎刃而解了。所謂層次電路設(shè)計(jì)，就是把一個(gè)完整的電路系統(tǒng)按功能分成若干子系統(tǒng)，即子功能電路模塊，需要的話，把子功能電路模塊再分成若干個(gè)更小的子電路模塊，然后用方塊電路的輸入/輸出端口將各子功能電路連接起來(lái)，于是就可以在較小幅面的多張圖紙上分別編輯、打印各模塊電路的原理圖。n在層次電路設(shè)計(jì)中，把整個(gè)電路系統(tǒng)視為一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，并以.pr

3、j 而不是.sch作為項(xiàng)目文件的擴(kuò)展名。在項(xiàng)目原理圖(即總電路圖)中，各子功能模塊電路用“方塊電路”表示，且每一模塊電路有惟一的模塊名和文件名與之對(duì)應(yīng)，其中模塊文件名指出了相應(yīng)模塊電路原理圖的存放位置。在原理圖編輯窗口內(nèi)，打開(kāi)某一電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目文件.prj時(shí)，也就打開(kāi)了設(shè)計(jì)項(xiàng)目?jī)?nèi)各模塊電路的原理圖文件。nprotel 99 se原理圖編輯器支持層次電路設(shè)計(jì)、編輯功能，可以采用“自上而下”或“自下而上”的層次電路編輯方式。n在介紹層次電路編輯方法前，不妨先打開(kāi)protel99 se原理圖編輯器提供的原理圖編輯演示設(shè)計(jì)文件包3 p o r t s e r i a l i n t e r f a

4、c e . d d b 、 z 8 0 microprocessor.ddb、lcd controller.ddb或photoplotter.ddb文件，這些文件存放在c:program filesdesign explorer 99 seexamples目錄下。在protel99 se狀態(tài)下，執(zhí)行“file”(文件)菜單下的“open”命令，打開(kāi)其中的一個(gè)設(shè)計(jì)文件包，如z80 microprocessor.ddb，即可了解層次電路的組成以及文件管理、切換方法。操作過(guò)程如下：n(1) 單擊主工具欄內(nèi)的“打開(kāi)”工具(或執(zhí)行“file”菜單下的“open”命令)。n(2) 在如圖3-1所示的“op

5、en design database”(打開(kāi)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件包)窗口內(nèi)，選擇并打開(kāi)c:program filesdesign explorer 99 seexamples目錄下的z80 microprocessor.ddb文件，在“文件管理器”窗口內(nèi)，單擊z80 microprocessor.ddb設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件包及其子目前的小方塊，顯示設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件包內(nèi)的文件目錄結(jié)構(gòu)，找出并雙擊文件名為“z80 processor.prj”的原理圖文件，如圖3-2所示。n可見(jiàn)，z80 processor電路系統(tǒng)由存儲(chǔ)器模塊(memory. sch)、cpu時(shí)鐘電路模塊(cpu clock.sch)、電源供電模塊(p

6、ower supply.sch)、串行接口電路模塊(serial interface.sch)、可編程外設(shè)接口模塊(programmable peripheral interface.sch)以及cpu選擇模塊(cpu section.sch)六個(gè)子電路模塊電路組成，其中串行接口電路模塊(serial interface.sch)下還有串行波特率發(fā)生器時(shí)鐘(serial baud clock.sch)模塊。 圖3-1 打開(kāi)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件包窗口圖3-2 層次演示電路構(gòu)成模塊 n可見(jiàn)，項(xiàng)目文件(.prj)本質(zhì)上還是原理圖文件，只是擴(kuò)展名為.prj而已；當(dāng)模塊電路原理圖內(nèi)含有更低層次的子電路時(shí)，該模塊

7、電路原理圖文件擴(kuò)展名依然為.sch。n需要注意的是，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件包內(nèi)同一目錄下的原理圖文件(.sch)彼此之間并不關(guān)聯(lián)。n為了看清z80 processor.prj項(xiàng)目文件的細(xì)節(jié)，可不斷單擊主工具欄內(nèi)“放大”工具，適當(dāng)放大z80 processor.prj文件編輯窗口工作區(qū)，即可看到如圖3-3所示的z80 processor.prj項(xiàng)目文件內(nèi)容。圖3-3 z80 processor.prj設(shè)計(jì)項(xiàng)目文件內(nèi)容n可見(jiàn)，在層次電路設(shè)計(jì)中，項(xiàng)目文件電路圖非常簡(jiǎn)潔，只有表示各模塊電路的方框(即方塊電路)以及方塊電路內(nèi)的i/o端口、表示各模塊電路之間連接關(guān)系的導(dǎo)線和總線。當(dāng)然，項(xiàng)目文件電路圖內(nèi)也允許存在少量

8、元器件和連線(即在.prj項(xiàng)目文件中也可以含有部分實(shí)際電路)。而方塊電路的具體內(nèi)容(包含什么元件以及各元器件的連接關(guān)系)在對(duì)應(yīng)模塊電路的原理圖(以.sch作為文件擴(kuò)展名)中給出，甚至模塊電路原理圖內(nèi)還可以包含更低層次的方塊電路，如圖3-2中的串行模塊電路原理圖serial interface.sch內(nèi)就含有serial baud clock.sch模塊。n在protel99 se中，通過(guò)“設(shè)計(jì)文件管理器” 進(jìn)行文件切換非常方便，例如，在圖3-2所示窗口中，單擊“設(shè)計(jì)文件管理器”窗口內(nèi)的“serial interface.sch”文件，即可迅速切換到串行接口電路模塊原理圖的編輯狀態(tài)，單擊主工具欄

9、內(nèi)的“放大”工具，適當(dāng)放大窗口工作區(qū)，即可看清serial interface.sch模塊電路原理圖的細(xì)節(jié)，如圖3-3所示。 n從圖3-3中我們不難發(fā)現(xiàn)，z80 processor.prj項(xiàng)目文件內(nèi)serial interface模塊中的“方塊電路i/o端口”與serial interface模塊對(duì)應(yīng)的原理圖文件serial interface.sch的i/o端口一一對(duì)應(yīng)。圖3-3 serial interface.sch模塊原理圖3.2 層次電路設(shè)計(jì)中不同文件的切層次電路設(shè)計(jì)中不同文件的切換方法換方法n在層次電路中含有多張電路圖，當(dāng)需要從一張?jiān)韴D切換到另一張?jiān)韴D時(shí)，在“設(shè)計(jì)文件管理器”窗

10、口內(nèi)，將鼠標(biāo)移動(dòng)目標(biāo)原理圖文件名上，單擊鼠標(biāo)左鍵，即可迅速切換到相應(yīng)原理圖文件的編輯窗口。n在protel99 se中，除了通過(guò)單擊“設(shè)計(jì)文件管理器”窗口內(nèi)目標(biāo)文件名完成文件編輯狀 態(tài) 之 間 的 切 換 外 ， 有 時(shí) 也 會(huì) 通 過(guò)“tools“菜單內(nèi)的“up/down hierarchy”命令或主工具欄的“”(層次電路切換)工具實(shí)現(xiàn)層次電路原理圖窗口間的切換。操作過(guò)程如下：n(1) 單擊主工具欄內(nèi)的“層次電路切換”工具(或執(zhí)行“tools”菜單內(nèi)的“up/down hierarchy”命令)。n(2) 當(dāng)由項(xiàng)目文件(.prj)窗口切換到其中某一模塊電路窗口時(shí)，可將光標(biāo)移到相應(yīng)模塊電路上，

11、單擊鼠標(biāo)左鍵即可切換到相應(yīng)模塊電路的窗口內(nèi)，然后再單擊鼠標(biāo)右鍵退出“層次電路切換”命令狀態(tài)；而由某一模塊電路窗口切換到另一模塊電路窗口時(shí)，可將光標(biāo)移到與目標(biāo)模塊電路相連的i/o端口上，單擊鼠標(biāo)左鍵即可迅速切換到與該i/o端口相連的上一層或下一層電路窗口內(nèi)，如果不需要再切換到其他電路窗口時(shí)，可單擊鼠標(biāo)右鍵，退出“層次電路切換”命令狀態(tài)。3.3 層次電路編輯方法層次電路編輯方法n3.3.1 建立層次電路原理圖n通 過(guò) 瀏 覽 原 理 圖 編 輯 演 示 文 件 z 8 0 microprocessor.ddb，使我們對(duì)層次電路設(shè)計(jì)概念、文件結(jié)構(gòu)等方面有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，下面就具體介紹采用“自上而下

12、”方式建立層次電路原理圖的操作過(guò)程。n(1) 單擊“file”菜單下的“new”命令，在如圖1 - 6 所 示 窗 口 內(nèi) ， 單 擊 “ s c h e m a t i c document”(原理圖文檔)文件圖標(biāo)，在原理圖文件窗口內(nèi)，即可用原理圖編輯方法繪制項(xiàng)目文件方塊電路。n(2) 單擊“wiring tools”(畫線)工具欄(窗)內(nèi)的“ ”(sch:place sheet symbol，即放置方塊電路)工具(或執(zhí)行“place”菜單內(nèi)的“sheet symbol”命令)后，移動(dòng)光標(biāo)到原理圖編輯區(qū)內(nèi)，即可看到一個(gè)隨光標(biāo)移動(dòng)而移動(dòng)的方框，如圖3-5所示。圖3-5 方塊電路 n(3) 按下

13、tab鍵，即可進(jìn)入如圖3-6所示的方塊電路屬性設(shè)置窗，其中：n name：方塊電路名。n filename：方塊電路文件名(包括擴(kuò)展名.sch)，即方塊電路原理圖文件名，如“serial interface.sch”。在輸入方塊電路文件名時(shí)只需給出文件名及擴(kuò)展名，不用給出指定存放目錄路徑，原因是在protel99 se中，所有設(shè)計(jì)文件均存放在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件包(.ddb)內(nèi)。n由于protel99 se要求在支持長(zhǎng)文件名的windows 95/98/2000操作系統(tǒng)中安裝、使用，因此在“name(方塊電路名)”和“filename(文件名)”中可以使用長(zhǎng)文件名。圖3-6 方塊電路屬性設(shè)置窗n(3)

14、 移動(dòng)光標(biāo)將方塊電路移到指定位置后，單擊鼠標(biāo)左鍵，固定方塊電路的左上角；再移動(dòng)光標(biāo)，調(diào)整方塊電路的大小，然后單擊鼠標(biāo)左鍵，固定方塊電路的右下角，一個(gè)完整的方塊電路就畫出來(lái)了，如圖3-7所示。圖3-7 繪制結(jié)束后的方塊電路 n這時(shí)仍處于方塊電路放置狀態(tài)，重復(fù)(3)、(3)步，繼續(xù)繪制項(xiàng)目文件原理圖中其他方塊電路，即可獲得如圖3-8所示的結(jié)果，然后單擊鼠標(biāo)右鍵，退出命令狀態(tài)。n必要時(shí)，可重新調(diào)整方塊電路名、方塊電路文件名的位置，或重新設(shè)定其字體和大小，這些操作方法與元件序號(hào)、型號(hào)的編輯方法相同。圖3-8 完成了方塊電路繪制后的電路總圖n(5) 單擊“畫線”工具欄(窗)內(nèi)的“ ”(放置方塊電路i/o

15、端口)工具(或執(zhí)行“place”菜單內(nèi)的“add sheet entry”命令)，然后將光標(biāo)移到需要放置i/o端口的方塊內(nèi)，單擊鼠標(biāo)左鍵，即可看到一個(gè)隨光標(biāo)移動(dòng)而移動(dòng)的方塊電路i/o端口，如圖3-9所示。n(6) 按下tab鍵，即可進(jìn)入如圖3-10所示的方塊電路i/o端口屬性設(shè)置窗口，其中：n name：方塊電路i/o端口名。當(dāng)需要在方塊電路i/o端口名上放置上劃線，以表示該端口i/o信號(hào)低電平有效時(shí)，可在方塊電路i/o端口名字符間插入“”，如“wr”、“rd”等；對(duì)于以總線方式連接的方塊電路i/o端口名，用“端口名n1.n2”表示，如“d0.7”(表示數(shù)據(jù)總線d7d0)、“a8.15”(表示

16、地址總線a15a8)、“ad0.7”(表示數(shù)據(jù)/地址總線ad7ad0)。圖3-10 方塊電路i/o端口屬性設(shè)置窗n style：定義方塊電路i/o端口的形狀。共有四種選擇：當(dāng)選擇“none”時(shí)，方塊電路i/o端口外觀為長(zhǎng)方形；選擇“l(fā)eft”時(shí)，方塊電路i/o端口向左；選擇“right”時(shí)，i/o端口向右；選擇“l(fā)eft & right”時(shí)，i/o端口為雙向箭頭，如圖3-11所示。n i/o type：設(shè)置方塊電路i/o端口的電氣特性類型，可以選擇下列四種方式之一：n unspcified：不指明方塊電路i/o端口的電氣特性。n output：輸出口。n input：輸入口。n bid

17、irectional：雙向口。例如，cpu數(shù)據(jù)總線d7d0就是雙向口，對(duì)于這樣的方塊電路i/o端口的電氣特性類型就可以設(shè)為雙向。n在電氣法檢查(erc)中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)電氣類型為“輸入”的方塊電路i/o端口連在一起時(shí)將給出提示信息。n side：方塊電路i/o端口名在方塊中的顯示位置，即left(左側(cè))和right(右側(cè))。方塊電路i/o端口只能放在方塊的左右兩邊，不能放在方塊的上下邊，更不能放在方塊外。n position：方塊電路i/o端口與方塊上邊框之間的距離，單位是格點(diǎn)數(shù)。n根據(jù)需要還可以重新定義i/o端口邊框、體內(nèi)、以及i/o端口名字符串的顏色等其他選項(xiàng)，然后單擊“ok”按鈕退出。n當(dāng)

18、使用“方塊電路i/o端口”表示項(xiàng)目文件原理圖中各功能模塊電路的連接關(guān)系時(shí)，方塊電路i/o端口的形狀和i/o端口電氣類型的合理搭配，將提供i/o端口的信號(hào)流向(輸入、輸出還是雙向)信息。n(7) 將光標(biāo)移到方塊內(nèi)適當(dāng)位置后，單擊鼠標(biāo)左鍵，固定方塊電路i/o端口，如圖3-12所示。圖3-12 放置一個(gè)方塊電路i/o端口n這時(shí)仍處于放置方塊電路i/o端口狀態(tài)，重復(fù)(6)、(7)步，繼續(xù)放置其他方塊電路i/o端口，即可獲得如圖3-13所示的結(jié)果，然后單擊鼠標(biāo)右鍵，退出命令狀態(tài)。圖3-13 放置多個(gè)方塊電路i/o端口n(8) 連線。分別使用導(dǎo)線將不同方塊中端口名稱相同的方塊電路i/o端口連接在一起，使用

19、總線將不同方塊中端口名稱相同且為總線形式的方塊電路i/o端口連接在一起，就獲得了一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的電路總圖，如圖3-3所示。n在輸入方塊電路i/o端口名稱時(shí)，必須正確使用總線標(biāo)號(hào)，否則無(wú)法在兩個(gè)方塊電路之間建立正確的電氣連接關(guān)系。連線時(shí)，也只能使用“畫線”工具欄內(nèi)的“導(dǎo)線”、“總線”，不能使用“畫圖”工具欄內(nèi)的“直線”或“曲線”等其他畫圖工具。n(9) 項(xiàng)目電路圖編輯結(jié)束后，單擊主工具欄內(nèi)的“存盤”工具或執(zhí)行“file”菜單下的“save ”命令保存。n(10) 如果文件擴(kuò)展名不是.prj時(shí)，可在“設(shè)計(jì)文件管理器”窗口內(nèi)，將鼠標(biāo)移到剛編輯的項(xiàng)目原理圖文件名上，單擊右鍵，指向并單擊其中的“close

20、”(關(guān)閉)命令；再單擊右鍵，指向并單擊其中的“rename”(改名)命令，將文件擴(kuò)展名改為.prj(項(xiàng)目文件)即可。n3.3.2 編輯模塊電路n建立了項(xiàng)目文件(.prj)原理圖后，原則上就可以采用建立、編輯單張電路原理圖的方法在同一文件夾內(nèi)生成各模塊電路的原理圖，只要各模塊電路原理圖文件名(.sch)與項(xiàng)目文件(.prj)中相應(yīng)“方塊電路”文件名一致，即可在原理圖編輯狀態(tài)下，單擊“設(shè)計(jì)文件管理器”窗口內(nèi)相應(yīng)的 模 塊 電 路 文 件 名 ， 并 執(zhí) 行 “ to o l s ” 菜 單 內(nèi) 的“complex to simple”(復(fù)雜變簡(jiǎn)單)命令，protel99 se原理圖編輯器就會(huì)自動(dòng)在

21、當(dāng)前文件夾內(nèi)搜索與之匹配的項(xiàng)目文件，并將該原理圖文件(.sch)置于項(xiàng)目文件下，成為項(xiàng)目文件的模塊電路，形成類似于圖3-2所示的項(xiàng)目文件結(jié)構(gòu)。n但為了保證各模塊電路中i/o端口與相應(yīng)項(xiàng)目文件方塊中的“方塊電路i/o端口”一一對(duì)應(yīng)，最好使用“design”菜單下的“create sheet form symbol”(從方塊電路產(chǎn)生原理圖)命令創(chuàng)建各模塊電路的原理圖文件，這樣不僅省去了在模塊電路原理圖中重新輸入“i/o端口”的操作，也保證了模塊電路中的“i/o端口”與項(xiàng)目文件中“方塊電路i/o端口”一一對(duì)應(yīng)，這就是所謂的“自上而下”的層次電路設(shè)計(jì)方法。其操作過(guò)程如下：n(1) 先建立項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件(

22、.prj)。n(2) 在項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件窗口內(nèi)，單擊“design”菜單下的“create sheet form symbol”命令。n(3) 將光標(biāo)移到相應(yīng)方塊電路上，如圖3-13中的cpu section模塊，單擊鼠標(biāo)左鍵，即可彈出如圖3-13所示的端口電氣特性選擇框，如果單擊選擇框內(nèi)的“yes”按鈕，則生成的模塊電路原理圖中的“i/o端口”電氣特性與“方塊電路i/o端口”電氣特性相反，即輸出變?yōu)檩斎?，而輸入變?yōu)檩敵觥Ｒ话銇?lái)說(shuō)，模塊電路原理圖中的i/o端口與項(xiàng)目文件(.prj)內(nèi)對(duì)應(yīng)方塊電路i/o端口特性應(yīng)保持一致，因此可單擊“no”按鈕，即可獲得如圖3-15所示的原理圖編輯區(qū)。圖3-13 模

23、塊電路i/o端口電氣特性選擇圖3-15 自動(dòng)生成的模塊原理圖文件n可見(jiàn)，自動(dòng)生成的模塊電路原理圖文件名與方塊電路名相同，并將項(xiàng)目文件中相應(yīng)模塊內(nèi)的“方塊電路i/o端口”轉(zhuǎn)換為模塊電路的“i/o端口”，這樣既保證了兩者的一致性，又避免了重新輸入i/o端口名。n然后就可以使用前面介紹的原理圖編輯方法，輸入、編輯相應(yīng)模塊電路的內(nèi)容。 n3.3.3 自下而上編輯層次電路nprotel99 se也支持采用“自下而上”的方式建立、編輯層次電路。所謂“自下而上”方式，就是先繪制各模塊電路原理圖文件(采用“自下而上”設(shè)計(jì)方式時(shí)，同一模塊電路原理圖中不要使用“i/o端口”表示元件引腳之間的連接關(guān)系，即“i/o端

24、口”只用于表示不同模塊電路之間信號(hào)的連接關(guān)系)，并創(chuàng)建一個(gè)新的空白的原理圖文件，然后執(zhí)行“design”菜單下的“create symbol form sheet”(從原理圖生成方塊電路)命令，即可將特定模塊電路原理圖文件中的“i/o端口”轉(zhuǎn)化為“方塊電路i/o端口”并放置在自動(dòng)生成的方塊電路內(nèi)。從模塊電路原理圖中生成方塊電路的操作過(guò)程如下：n(1) 在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件包內(nèi)的特定文件夾(如“documents”)內(nèi)，分別建立、編輯各自模塊電路原理圖文件，如圖3-16所示。n(2) 執(zhí)行“file”菜單下的“new”命令，在圖1-6所示窗口內(nèi)，選擇“schematic document”(原理圖文檔

25、)，在同一文件夾內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)空白的項(xiàng)目文件(即空白的原理圖文件)，如圖3-17所示。圖3-16 已編輯好的各模塊電路原理圖圖3-17 創(chuàng)建的項(xiàng)目文件(空白)n在創(chuàng)建空白原理圖文件時(shí)，如果是項(xiàng)目文件，則擴(kuò)展名取.prj；如果是模塊電路，則擴(kuò)展名為.sch。同一設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，只能有一個(gè)項(xiàng)目文件，而當(dāng)模塊電路原理圖中含有更低級(jí)別的子電路時(shí)，模塊電路文件擴(kuò)展名依然為.sch。n(3) 在“設(shè)計(jì)文件管理器”窗口內(nèi)，單擊新生成的項(xiàng)目文件名cpu processor.prj，切換到項(xiàng)目文件原理圖編輯狀態(tài)；將鼠標(biāo)移到項(xiàng)目文件編輯窗口內(nèi)，單擊鼠標(biāo)左鍵。n(3) 在空白的項(xiàng)目文件編輯窗口內(nèi)，單擊“design”菜單下的“create symbol form sheet”命令，在如圖3-18所示的模塊電路原