3第三章层次化原理图设计

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1、第三章 层次化原理图的设计 知识重点 层次原理图的概念 层次原理图的设计方法 层次原理图之间的切换 3.1 层次电路原理图的基本概念 层次电路原理图的设计理念是将实际的总体电路进行模块划分，划分 的原则是每一个电路模块都应该有明确的功能特征和相对独立的结构 ，而且，还要有简单、统一的接口，便于模块彼此之间的连接。 3.2 层次原理图的基本结构和组成 如图所示是一个二级层次原理图的基本结构图，由顶层原理图和子 原理图共同组成，是一种模块化结构。 3.3 层次原理图的设计方法 根据上面所讲的层次原理图的模块化结构，我们知道，层 次电路原理图的设计实际上就是对顶层原理图和若干子原 理图分别进行设计的

2、过程。设计过程的关键在于不同层次 间的信号如何正确地传递，这一点主要就是通过在顶层原 理图中放置图纸符号、电路端口，而在各个子原理图中放 置相同名称的输入输出端口来实现的。 基于上述的设计理念，层次电路原理图设计的具体实现方 法有两种：一种是自上而下的层次原理图设计，另一种是 自下而上的层次原理图设计。 3.3.1 自上而下的层次原理图设计 我们采用层次电路的设计方法，将实际的总体电路按照电路模块的划 分原则划分为4个电路模块：CPU模块和三路传感器模块Sensor1、 Sensor2、Sensor3。首先绘制出层次原理图中的顶层原理图，然后 再分别绘制出每一电路模块的具体原理图。 自上而下绘

3、制层次原理图的具体步骤。 1）启动Protel 99 SE程序。建立自己的Protel 99 SE工程文件，可进 入原理图的编辑环境，如图所示。 2）执行“Place”“Sheet Symbol”菜单命令，或者单击工具栏中的按 钮，鼠标将变为十字形状，并带有一个方块电路图标志。 3）设置方块电路图的属性。 4）执行“Place”“Add Sheet Entry”菜单命令，或者单击工具栏中的 按钮，鼠标将变为十字形状。 5）设置电路端口的属性。 6）使用导线或总线把每一个方块电路图上的相应电路端口连接起来 ，并放置好接地符号，完成顶层原理图的绘制，如图所示。 7）执行“Design”“Creat

4、 Sheet From Symbol”菜单命令，这时鼠标 将变为十字形状。移动鼠标到方块电路图“U-Cpu”内部，单击鼠标左 键，此时，系统将弹出一个如图所示的“Confirm”提示框提示是否转换 输入输出端口。系统自动生成一个新的原理图文件，名称为 “Cpu.Sch”，与相应的方块电路图所代表的子原理图文件名一致，使 用同样的方法，建立与其相对应的另外3个子原理图。 3.3.2 自下而上的层次原理图设计 所谓自下而上的层次电路设计方法，就是先根据各个电路模块的功能 ，一一绘制出子原理图，然后由子原理图建立起来相对应的方块电路 图，最后完成顶层原理图的绘制。 自下而上绘制层次原理图的具体步骤如

5、下。 1）启动Protel 99 SE。 2）新建项目文件。 3）新建原理图文件作为子原理图 。 4）绘制各个子原理图。 5）放置各子原理图中的输入输出端口。 子原理图中的输入输出端口是子原理图与顶层原理图之间进行电气连接 的重要通道，应该根据具体设计要求加以放置。 如图所示。 子原理图“Sensor1.Sch” 图 子原理图 “Sensor3.Sch” 图 子原理图“Sensor2.Sch” 6）在项目“USB采集系统”中新建一个原理图文件“Mother1.Sch”，以 便进行顶层原理图的绘制。 7）打开原理图文件“Mother1.Sch”，执行“Design”“Create Symbol

6、Symbol From Sheet”菜单命令，系统弹出如图所示的选择文件放置对 话框。 8）单击 按钮后，鼠标变成十字形状，并带有一个方块电路图 的虚影。选择适当的位置，单击鼠标左键即可将该方块电路图放置在 顶层原理图中。 9）按照同样的操作方法，分别建立3个方块电路图“U-Sensor1”、“U- Sensor2”和“U-Sensor3”， 10）设置方块电路图和电路端口的属性。 11）用导线或总线将方块电路图通过电路端口连接起来，并放置接地 符号，完成顶层原理图的绘制，结果和前面的完全一致。 3.4 层次原理图之间的切换 切换的方法有： 执行菜单命令“Tools”“Up/Down Hier

7、archy”，如图所示。 用鼠标左键单击主工具栏的按钮执行该命令后，光标变成了十字形状 。如果是上层切换到下层，只需移动光标到下层的方块电路上，单击 鼠标左键，即可进入下一层。如果是下层切换到上层，只需移动光标 到下层的方块电路的某个端口上，单击鼠标左键，即可进入上一层。 3.5 层次设计表 自上而下生成层次设计表的主要步骤如下。 1）编译整个项目。在上面我们已经对项目“USB采集系统”进行了编译 。 2）执行菜单命令“Reports”“Report Project Hierarchy”（项目层次报 告），则会生成有关该项目的层次设计表。 在生成的设计表中，使用缩进格式明确地列出了本项目中的各

8、个原理 图之间的层次关系，原理图文件名越靠左，说明该文件在层次电路图 中的层次越高。 3.6 实例练习 通过前面章节的学习，用户对Protel 99SE层次原理图设计方法应该 有一个整体的认识。在章节的最后，我们用实例来详细介绍一下两种 层次原理图的设计步骤。 3.6.1 声控变频器电路层次原理图设计 启动Protel 99 SE程序。 执行“Files”“New”菜单命令，建立自己的Protel 99 SE工程文件。将 其改为“声控变频器.Sch”。双击该文件，即可进入原理图的编辑环境 。 放置方块图，设置属性如图所示。 放置电路端口 连线 设计子原理图 加载元件库 放置元件 元件布线如图所

9、示 3.6.2 存储器接口电路层次原理图设计 本例主要讲述自下而上的层次原理图设计。在电路的设计过程中，有 时候会出现一种情况，即事先不能确定端口的情况，这时候就不能将 整个工程的母图绘制出来，因此自上而下的方法就不能胜任了。而自 下而上的方法就是先设计好原理图的子图，然后由子图生成母图的方 法。 启动Protel 99 SE程序 建立自己的Protel 99 SE工程文件 ，将其改为“寻址.Sch”。双击该文 件，即可进入原理图的编辑环境。 加载元件库。 放置元件。 元件布线。 放置输入输出端口。 绘制“存储”原理图子图。 设计存储器接口电路母图。 用导线将具有电气关系的端口连接起来，就完成

10、了整个原理图母图的 设计，如图所示。 3.6.3 Port UART电路层次原理图设计 启动Protel 99 SE程序。 建立自己的Protel 99 SE工程文件 ，将其改为“Top.Sch”。双击该文件 ，即可进入原理图的编辑环境。 执行“Place”“Sheet Symbol”菜单命令，或者单击工具栏中的按钮， 鼠标将变为十字形状，并带有一个方块电路图标志。 放置方块电路图。 设置方块电路图属性 设置电路端口的属性。 执行“Design”“Creat Sheet From Symbol”菜单命令，这时鼠标将变 为十字形状。移动鼠标到上图左侧方块电路图内部，单击鼠标左键， 此时，系统将弹

11、出一个“Confirm”提示框提示是否转换输入输出端口。 系统自动生成一个新的原理图文件，名称为“ISA Bus Address Decoding.SchDoc”，与相应的方块电路图所代表的子原理图文件名 一致，如图所示。用户可以看到，在该原理图中，已经自动放置好了 与14个电路端口方向一致的输入输出端口。 使用普通电路原理图的绘制方法，放置各种所需的元器件并进行电气 连接，完成“ISA Bus Address Decoding.SchDoc”子原理图的绘制， 如图所示。 使用同样的方法，由顶层原理图中的另外1个方块电路图“4 Port UART and Line Drivers”建立对应的子

12、原理图“4 Port UART and Line Drivers.SchDoc”，并且绘制出来。如图所示。 自下而上层次化原理图设计的主要步骤如下。 启动Protel 99 SE程序。 建立自己的Protel 99 SE工程文件。将其改为“ISA Bus Address Decoding.Sch”。双击该文件，即可进入原理图的编辑环境。 绘制各个子原理图。 放置各子原理图中的输入输出端口 ，如图所示。 在项目“My Pcb.PrjPCB”中新建一个原理图文件“Top1.PrjPCB”，以 便进行顶层原理图的绘制。 生成方块图。 设置方块电路图和电路端口的属性。 用导线或总线将方块电路图通过电路

13、端口连接起来，并放置接地符号 ，完成顶层原理图的绘制，结果和前面的完全一致。 3.6.4 游戏机电路原理图设计 本例利用层次原理图设计方法设计电子游戏机电路，涉及到的知识点 包括层次原理图设计方法和生成元器件报表以及文件组织结构等。 启动Protel 99 SE程序。 建立自己的Protel 99 SE工程文件，将其改为“电子游戏机电路.Sch”。 双击该文件，即可进入原理图的编辑环境。 放置方块图。 放置电路端口。 连线。 完成连接后的电路端口如图所示。 中央处理器电路模块设计。 放置元件到原理图中，对元件的各项属性进行设置，并对元件进行 布局。然后进行布线操作，结果如图所示。 其它电路模块设计。 同样的方法绘制图像处理电路、接口电路、射频调制电路、制式转 换电路、电源电路、时钟电路、光电枪电路和控制盒电路，如图所 示。 图像处理电路 接口电路 射频调制电路 制式转换电路 电源电路 时钟电路 光电枪电路 控制盒电路 游戏机电路层次原理图就设计完成了。