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1、第4章 原理图设计在前面几章讲述了电路设计的基础知识后，现在可以学习具体的原理图设计。本章主要讲述电子元件的布置、调整、布线、绘图以及元件的编辑等，最后将以一个FPGA应用板原理图和一个译码器原理图设计为实例进行讲解。4.1 元件库管理在向原理图中放置元件之前，必须先将该元件所在的元件库载入系统。如果一次载入过多的元件库，将会占用较多的系统资源，同时也会降低应用程序的执行效率。所以，最好的做法是只载入必要且常用的元件库，其他特殊的元件库在需要时再载入。一般在放置元件时，经常需要在元件库中查找需要放置的元件，所以需要进行元件库的相关操作。4.1.1 浏览元件库浏览元件库可以执行DesignBro
2、wse Library命令，系统将弹出如图4-1所示的元件库管理器。在元件库管理器中，用户可以装载新的元件库、查找元件、放置元件等。图4-1 元件库管理器（1）查找元件元件库管理器为用户提供了查找元件的工具。即在元件库管理器中，单击Search按钮，系统将弹出如图4-2所示的查找元件库对话框，如果执行ToolsFind Component命令也可弹出该对话框，在该对话框中，可以设定查找对象以及查找范围。可以查找的对象为包含在.Intlib文件中的元件。该对话框的操作及使用方法如下：图4-2 简单查找元件库对话框1）简单查找。图4-2所示为简单查找对话框，如果要进行高级查找，则单击图4-2所示对
3、话框中的“Advanced”按钮，然后会显示高级查找对话框。lFilters操作框。在该操作框中可以输入查找元件的域属性，如Name等；然后选择操作算子（Operator），如Equals（等于）、Contains（包含）、Starts With（起始）或者Ends With（结束）等；在Vlaue（值）编辑框中可以输入或选择所要查找的属性值。lScope操作框。该操作框用来设置查找的范围。当选中Available Libraries单选按钮时，则在已经装载的元件库中查找；当选中Libraries on Path单选按钮时，则在指定的目录中进行查找。Search In下拉选择列表可以选择查找对
4、象的模型类别，比如是元件库、封装库或3D模型库。lPath操作框。该操作框用来设定查找对象的路径，该操作框的设置只有在选中Libraries on Path时有效。Path编辑框设置查找的目录，选中Include Subdirectories复选框，则包含在指定目录中的子目录也进行查找。如果单击Path右侧的按钮，则系统会弹出浏览文件夹，可以设置查找路径。File Mask可以设定查找对象的文件匹配域，“*”表示匹配任何字符串。设置好了查找的内容和范围后，单击Search按钮，系统就会开始进行查找。如果查找到该属性设置的元件，则系统会自动关闭查找元件库对话框，并将查找到的元件显示在元件库管理器
5、中。2）高级搜索。单击图4-2对话框中的“Advanced”按钮，则会显示高级查找元件库对话框，如图4-3所示，此时对话框中会出现“Simple”按钮，单击该按钮则可以回到图4-2所示的对话框。在图4-3所示最上面的空白编辑框中，可以输入需要查找的元件或封装名称。如本例的XC2S300E（可以用“*XC2S300E*”方式进行查询包含XC2S300E字符的元件名称）。（2）搜索元件单击Search按钮，Altium Designer就会在指定的目录中进行搜索。同时图4-2或图4-3所示的对话框会暂时隐藏，并且图4-1所示界面中的Search按钮会变成Stop按钮。如果需要停止搜索，则可以单击S
6、top按钮。（3）找到元件当找到元件后，系统将会在如图4-4所示的对话框中显示结果。在上面的信息框中显示该元件名，如本例的XC2S300E，并显示其所在的元件库名，在中间的信息框中显示该元件的引脚类型，最下面显示元件的图形符号形状和引脚封装形状。（4）放置元件查找到需要的元件后，可以将该元件所在的元件库直接装载到元件库管理器中。即在图4-4中选择需要放置的那个查找到的元件，然后单击右上方的Place按钮即可。后面章节将更加详细地介绍如何放置元件。 图4-3 高级查找元件库对话框 图4-4 查找元件库的结果显示4.1.2 装载元件库单击图4-1中的Libraries按钮，系统将弹出如图4-5所示
7、的装载/卸载元件库对话框，通过此对话框就可以装载或卸载元件库。启动装载/卸载元件库对话框也可以直接执行DesignAdd/Remove Library命令，另外在放置元件过程中也可以启动该对话框。在该对话框中，可以看到有三个选项卡。图4-5 装载/卸载元件库对话框lProject选项卡：显示当前项目的SCH元件库。lInstalled选项卡：显示已经安装的SCH元件库，一般情况下，如果要装载外部的元件库，则在该选项卡中操作。lSearch Path选项卡：显示搜索的路径，即如果在当前安装的元件库中没有需要的封装元件，则可以按照路径进行搜索。装载/卸载元件库的操作方法如下：1）使用Move up
8、和Move down按钮，可以使在列表中选中的元件库上移或下移，以便在元件库管理器中显示在最顶端还是最末端。2）选中列表中某一个元件库后，单击Remove按钮则可将该元件库移去。3）如果要添加一个新的元件库，则可以单击Install按钮，系统将弹出如图4-6所示的打开元件库对话框，用户可以选取需要装载的元件库。因为后面需要设计FPGA原理图，所以这里选择Xilinx Spartan-IIE.Intlib元件库。图4-6 打开元件库对话框说明：Altium Designer已经将各大半导体公司的常用元件分类做成了专用的元件库，只要装载所需元件的生产公司的元件库，就可以从中选择自己所需要的元件。另
9、外有三个常用的库，Sim、Simulation和PLD元件库，前两个包括了一般电路仿真所需要用到的元件，而后一个主要包括逻辑元件设计所要用到的元件。4）单击Close按钮，完成该元件库的装载或卸载操作。将所需要的元件库添加到当前编辑环境中后，元件库的详细列表将显示在元件库管理器中。4.2 放置元件绘制原理图首先要进行元件的放置。在放置元件时，设计者必须知道元件所在的库，并从中取出或者制作原理图元件，并装载这些必须的元件库到当前设计管理器。本章实例的目的是设计一个Spartan IIE的FPGA原理图，FPGA元件为XC2S300E-6PQ208C。4.2.1 放置元件的方法放置元件之前，应该选
10、择需要放置的元件，通常可以用下面两种方法来选取元件。1通过输入元件名来选取元件如果确切知道元件的编号名称，最方便的做法是通过菜单命令PlacePart或直接单击布线工具栏上的按钮，打开如图4-7所示的Place Part（放置元件）对话框。图4-7 放置元件对话框（1）选择元件库单击浏览按钮，系统将弹出如图4-8所示的浏览元件库对话框，在该对话框中，用户可以选择需要放置的元件的库。此时也可以在图4-8所示对话框中单击按钮加载元件库，此时系统会弹出如图4-5所示的装载/卸载元件库对话框，具体操作参考4.1节。单击“Find”按钮可以打开如图4-2所示的查找元件库对话框，具体操作请参考4.1节。图
11、4-8 浏览元件库对话框（2）选择元件选择了元件库后，可以在“Component Name”列表中选择需要的元件，在预览框中可以查看元件图形。（3）输入流水号选择了元件后单击OK按钮，系统返回到如图4-7所示的对话框，此时可以在“Designator”编辑框中输入当前元件的流水序号（例如U1）。注意：无论是单张或多张图的设计，都绝对不允许两个元件具有相同的流水序号。在当前的绘图阶段可以完全不理会输入流水号，即直接使用系统的默认值“U?”。等到完成电路全图之后，再使用Schematic内置的重编流水序号功能（通过菜单命令ToolsAnnotate），就可以轻易地将原理图中所有元件的流水序号重新编
12、号一次。假如现在为这个元件指定流水序号（例如U1），则在以后放置相同形式的元件时，其流水序号将会自动增加（例如U2、U3、U4等），如果选择的元件是多个子模块集成的话，系统自动增加的顺序则是U1A、U1B、U1C、U1D、U2A、U2B。设置完毕后，单击上述对话框中的OK按钮，屏幕上将会出现一个可随鼠标指针移动的元件符号，请将它移到适当的位置，然后单击鼠标左键使其定位即可。（4）元件注释在Comment编辑框中可以输入该元件的注释，本实例元件注释为XC2S300E-6PQ208C，这将会显示在图上，如图4-9所示。（5）封装类型显示在Footprint框中显示了元件的封装类型。（6）元件的子模
13、块选择如果元件由多个子模块集成的话，可以在Part ID下拉列表中选择需要放置的模块。比如FPGA元件XC2S300E-6PQ208C具有12个子模块A、B、C、D、L。完成放置一个元件的动作之后，系统会再次弹出Place Part（放置元件）对话框，等待输入新的元件编号。假如现在还要继续放置相同形式的元件，就直接单击按钮，新出现的元件符号会依照元件封装自动地增加流水序号。如果不再放置新的元件，可直接单击Cancel按钮关闭对话框，放置了XC2S300E-6PQ208C的几个子模块后的图形如图4-9所示。图4-9 放置了FPGA元件后的局部技巧：当放置一些标准元件或图形时，可以在绘制前调整位置
14、，调整的方法为：在选择了元件，但还没有放置前，按住Space键，即可旋转元件，此时可以选择需要的角度放置元件。如果按Tab键，则会进入元件属性对话框，用户也可以在属性对话框中进行设置，这将在本章后面讲解。2从元件库管理器的元件列表中选取图4-10 从元件库管理器中选择元件另外一种选取元件的方法是直接从元件列表中选取，该操作必须通过设计库管理器窗口的元件库管理列表来进行。下面以示例讲述如何从元件库管理面板中再选取一个XC2S300E元件。如图4-10所示，首先在面板上Libraries栏的下拉列表框中选取Xilinx Spartan-IIE.IntLib库，如果没有加载该库，则先将该元件库装载到
15、当前设计文档中。然后在零件列表框中使用滚动条找到“XC2S300E-6PQ208C”，并选定它。单击鼠标右键，从快捷菜单中选择Place命令，此时屏幕上会出现一个随鼠标指针移动的元件图形，将它移动到适当的位置后单击鼠标左键使其定位即可。也可以直接在元件列表中用鼠标左键双击“XC2S300E-6PQ208C”将其放置到原理图中，这样可更方便些。具体放置位置可以根据设计要求来定。如果从元件库管理器中选中该元件，再放置到原理图中的话，则流水号为“U?”，用户可以单击Tab键进入元件属性对话框设置流水号。如果不再继续放置元件，则可以单击鼠标右键结束该命令的操作。4.2.2 使用工具栏放置元件图4-11 常用元件子菜单用户不仅可以使用元件库来实现放置元件，系统还提供了一些常用的元件，这些元件可以使用Utilities工具栏的常用元件子菜单来选择装载。常用元件子菜单如图4-11所示。常用元件子菜单为用户提供了常用规格的电阻、电容、与非门、寄存器等元件，用户可以很方便地选择绘制这些元件。放置这些元件的操作与前面所讲的元件放置操作类似，只要选中了某元件后，就可以使用鼠标进行放置操作。4.3 编辑元件4.3.1 编辑元件属性Schematic中所有的元件对象
