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1、1第第 3 3 章章 层次原理图层次原理图教学目教学目标标： ：1了解：了解：层次原理图有关概念。2. 理解：理解：层次原理图的两种绘制方法。3. 应应用：用：能够绘制简单的层次原理图。3.13.1 有关层次原理图的概念有关层次原理图的概念层次原理图的设计是一种模块化的设计方法。它是将整个电路划分成多个功能模块，分别绘制在多张图纸中，也就是把整个项目原理图用若干个子图来表示。下面我们以图 3-1 所示的仿真电路的层次原理图为例来讲解层次原理图的有关概念。a) 顶层电路图顶层电路图b) 子图一子图一图图 3-1 仿真电路仿真电路图纸符号图纸入口输入/输出端口2图中各部分的名称及含义如下：图纸符号
2、：它代表了本图下一层的子图，每个图纸符号都与特定的子图相对应，它相当于封装了子图中的所有电路，从而将一张原理图简化为一个符号。图纸入口：图纸符号的输入/输出端口。它是图纸符号所代表的下层子图与其它电路连接的端口。输入/输出端口：连接层次原理图的子图与上层的原理图。子图的输入/输出端口必须与代表它的图纸符号的端口相对应。子图：图纸符号所对应的层次原理图的子图。3.23.2 层次原理图的设计层次原理图的设计在 Protel 系统中与层次原理图相对应的层次化设计方法分为自顶向下的设计方法和自底向上的设计方法两种形式。3.2.13.2.1 自顶向下设计层次原理图自顶向下设计层次原理图自顶向下的设计是指
3、先建立一张系统总图，用图纸符号代表它的下一层子系统，然后分别绘制各个图纸符号对应的子电路图。下面我们以图 3-1 所示的仿真电路为例讲述层次原理图的绘制过程。1.建立层次原理图总图(1) 执行菜单命令“文件/创建/项目/PCB 项目” ，创建一个 PCB 项目文件，并以“层次原理图一.PrjPCB”为项目文件名保存。(2) 移动光标到工作区面板上的“层次原理图一.PrjPCB”上单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“追加新文件到项目中/Schematic”命令，创建一个原理图文件，并将其以“仿真电路.SchDoc”为文件名保存。(3) 在原理图编辑界面中执行菜单命令“放置/图纸符号” ，或单击
4、“配线”工具栏中的 按钮，启动放置图纸符号命令。(4) 启动该命令后，十字光标带着系统默认的图纸符号出现在绘图区。移动光标到适当位置后单击鼠标左键，确定图纸符号的左上角点，接着移动光标调整图纸符号的大小，然后再单击鼠标左键确定图纸符号的右下角点，完成一个图纸符号的放置。放置好的图纸符号如图 3-2 所示。3图图 3-2 放置好的图纸符号图放置好的图纸符号图 图图 3-3 “图纸符号图纸符号”对话框对话框(5) 双击已放置的图纸符号，在弹出的“图纸符号”对话框中可对其边框颜色、线宽、填充色等属性进行设置。这里我们将“标识符”文本框设置为“子电路图一” ，将“文件名”文本框设置为“调制电路.Sch
5、Doc” ，其它选项采用默认设置，如图 3-3 所示。设置结束后，单击 按钮。(6) 采用同样的方法放置另一个图纸符号。设置其“标识符”为“子电路图二” ，文件名为“放大电路.SchDoc” 。放置好的两个图纸符号如图 3-4 所示。图图 3-4 放置好的两个图纸符号放置好的两个图纸符号(7) 执行菜单命令“放置/加入图纸入口” ，或单击“配线”工具栏中的 按钮，放置图纸入口。4(8) 执行该命令后，移动十字光标到图纸符号中的适当位置，单击鼠标左键，这时十字光标上将出现一个图纸入口，并随光标一起移动。此时按下 Tab 键，弹出“图纸入口”对话框，在该对话框中我们将 “风格”选择“Right”
6、， “名称”设置为“Vcarrier” ， “I/O 口类型”设置为“Input” ，如图 3-5 所示。图图 3-5 “图纸入口图纸入口”对话框对话框 图图 3-6 放置图纸入口放置图纸入口“Vcarrier”(9) 设置结束后，单击该对话框中的 按钮，然后移动光标到适当位置单击鼠标左键，即可将图纸入口“Vcarrier”放置在该处，如图 3-6 所示。之后光标仍处于放置图纸入口状态，可连续放置图纸入口，单击鼠标右键退出该命令状态。放置好的图纸入口如图 3-1 所示。(10) 绘制导线。将具有电气连接关系的图纸符号入口用导线或总线连接起来。完成的层次原理图总图如图 3-1 a)所示。2. 绘
7、制原理图子图(1) 执行菜单命令“设计/根据符号创建图纸” ，之后光标变成十字形状。将十字光标移到图纸符号“调制电路.SchDoc”上单击鼠标左键，弹出如图 3-7 所示的“Confirm”对话框。该对话框中的信息提示用户是否转换输入/输出方向。单击“No”按钮，系统会自动为“子电路图一”的图纸符号创建一个子原理图，该原理图的名称为“调制电路.SchDoc” 。并且根据在图纸符号中放置的图纸入口，系统自动在该原理图中生成了 3 个与图纸符号“子电路图一”中相对应的输入/输出端口。创建好的子图如图 3-8 所示。图图 3-7 “Confirm”对话框对话框5图图 3-8 系统自动创建的子电路图一
8、系统自动创建的子电路图一(2) 加载相应的元件库，按照电气连接关系完成原理图子图一“调制电路.SchDoc” 。绘制好的“调制电路.SchDoc”如图 3-9 所示。图图 3-9 调制电路调制电路.SchDoc(3) 单击工作区面板上的原理图总图文件名“仿真电路.SchDoc” ，或单击工具栏上的 按钮，移动光标到原理图中任意一个图纸入口上单击鼠标左键，切换到原理图总图界面。6(4) 采用相同的方法绘制子电路图二“放大电路.SchDoc”并保存。绘制好的子电路图二“放大电路.SchDoc”如图 3-10 所示。图图 3-10 放大电路放大电路.SchDoc（5）对项目文件进行保存，完成自顶向下
9、的层次原理图的设计。3.2.23.2.2 自底向上设计层次原理图自底向上设计层次原理图自底向上的设计是指先建立底层子电路原理图，然后再由这些子原理图产生图纸符号，从而产生上层原理图，最后生成系统的原理总图。我们仍以“仿真电路.SchDoc”为例，具体操作步骤如下：(1) 执行菜单命令“文件/创建/项目/PCB 项目” ，创建一个 PCB 项目文件，并以“层次原理图二.PrjPCB”为项目文件名保存。(2) 移动光标到工作区面板中的“层次原理图.PrjPCB”上单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“追加新文件到项目中/Schematic”命令，创建一个文件名为“调制电路.SchDoc”的原理图文
10、件作为子电路图一。(3) 进入原理图编辑界面，按照图 3-9“调制电路.SchDoc”中的要求绘制完成该电路图。(4) 同样的方法在“层次原理图.PrjPCB”项目中追加一个新的原理图文档作为子电路图二，并将其命名为“放大电路.SchDoc” ，并根据图 3-10“放大电路.SchDoc”中的要求绘制完成该电路图。(5) 在该项目中再添加一个原理图文档作为层次原理图的顶层原理图，命名为“仿真电路.7SchDoc”.(6) 执行菜单命令“设计/根据图纸建立图纸符号” ，打开“Choose Document to Place”对话框，如图 3-11 所示。图图 3-11 “Choose Docum
11、ent Place”对话框对话框(7) 在该对话框中选中“调制电路.SchDoc”文件后单击 按钮，打开“Confirm”对话框。在该对话框中单击“No”按钮，之后系统自动生成一个图纸符号随光标一起出现在绘图区，并且在图纸符号内根据设计的底层电路原理图“调制电路.SchDoc”中的输入/输出端口自动添加了相应的图纸入口。移动光标到适当位置后单击鼠标左键，在顶层原理图中放置“子电路图一”的图纸符号，如图 3-12 所示。图 3-12 在顶层原理图“仿真电路.SchDoc”中放置的图纸符号（8）用同样的方法再生成另一个子电路图“放大电路.SchDoc”的图纸符号，并放置在顶层原理图的适当位置。（9
12、）调用仿真信号源库中的电压信号源，将具有电气连接关系的图纸符号入口用导线连接起来，完成层次原理图顶层电路图的绘制，如图 3-13 所示。8图 3-13 顶层电路图“仿真电路.SchDoc”3.33.3 层次原理图间的切换层次原理图间的切换层次原理图的切换是指从顶层原理图切换到某图纸符号对应的子电路图上，或者从某一底层原理图切换到它的顶层原理图上。3.3.13.3.1 从顶层原理图切换到底层原理图从顶层原理图切换到底层原理图从顶层原理图切换到底层原理图的具体操作步骤如下：(1) 在顶层原理图的编辑界面中执行菜单命令“工具/改变设计层次” ，或单击主工具栏上的 按钮，启动改变设计层次命令。(2)
13、移动光标到绘图区中需要进行切换的图纸符号上单击鼠标左键，即可自动切换到对应的底层电路图中。3.3.2.3.3.2. 从底层原理图切换到顶层原理图从底层原理图切换到顶层原理图从底层原理图切换到顶层原理图的具体操作步骤如下：(1) 在底层原理图的编辑界面中执行菜单命令“工具/改变设计层次” ，或单击主工具栏上的 按钮，启动改变设计层次命令。(2) 移动光标到底层原理图中的任意一个 I/O 端口上单击鼠标左键，系统会自动切换到对应的顶层原理图上。.思考题1. 简述层次原理图的概念。2. 常用的层次原理图的设计方法有哪些？3. 层次原理图之间是如何进行切换的？练习题：1.设计一个单片机与计算机的串行通信电路，如图 3-14，3-15，3-16 所示。9图 3-14 串行通信电路图 3-15 51_232_232.SchDoc 电路10图 3-16 51_232_51.SchDoc 电路2 .设计“抢答器”电路原理图，如图 3-17，3-18，3-19，3-20 所示。3-17 Qiangdaqi.SchDoc11图 3-18 suocun.SchDoc图 3-19 Xiangling.SchDoc12图 3-20 Xianshi.SchDoc
