层次电路原理图设计

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1、 第五讲层次电路原理图设计本讲学习目标u理解层次性原理图的基本概念。u掌握方块电路的绘制和端口的设置方法。u掌握层次性原理图的绘制方法。 5.1 层次原理图的基本概念 对于复杂庞大的电路系统，如计算机主板等，其原理图和PCB板都是十分复杂的，不便于或不可能将其在一张图纸中绘制完成，同时为了适用公司和企业的需要，加快设计和绘制的速度，缩短产品的研发周期，往往是以几个人组成的群组形式分工合作进行设计和绘制，将一个复杂的电路系统划分为多个子系统，而一个子系统又可能划分为多个模块，这样只要定义好各个模块图纸间的连接关系，然后分配给不同的部门或个人分开设计绘制，最后组合起来即可完成整个复杂系统的设计和制

2、作。 层次原理图的基本概念 层次性原理图正是适用模块化设计需要而应运而生的产物，他将一个完整复杂的设计项目分割为几个相对独立但又彼此连接的图纸，并可分开同时进行设计，大大加快了原理图的设计绘制速度。 层次性原理图的层次结构 下图表明了层次性原理图图纸之间的层次结构。它主要由主原理图和各子原理图组成，主原理图主要规定各子原理图之间的连接关系，而子原理图则集中体现各模块内部具体的电路结构。1. 方块电路 在主电路图中为了表示各子原理图之间的连接关系，需要有代表各子原理图的符号图形，这就是方块电路，如图 所示，一个方块电路代表一张子原理图，如图中的方块电路代表子原理图“”。 方块电路端口方块电路名称

3、方块电路代表的原理图文件2. 方块电路端口 为了表示各子原理图之间的电气连接关系，各方块电路之间需要有相互连接的电气端口，即方块电路端口，如上页图所示，通过方块电路端口，可以清楚的表达和实现各子原理图之间的电气连接关系。 3. 方块电路之间的连接 方块电路代表的是子原理图，各子原理图必须根据系统的要求相互连接，才能构成实用的电路系统。为了实现子原理图之间的电气连接，用户只需将方块电路端口通过导线或总线连接起来即可。如下页图所示。5. 层次性原理图的设计方法 根据原理图的层次结构，层次性原理图的设计方法分为二种。 一种为从上向下设计的方法，即先绘制主原理图中的方块电路，然后由方块电路产生各自的子

4、原理图，然后分别绘制各子原理图的具体电路。 另一种方法的绘制顺序刚好相反，为由下往上设计的方法，即先设计好各子原理图，然后由各子原理图产生主原理图中的方块电路。 从上而下设计层次原理图 从上向下设计的方法，即先绘制主原理图中的方块电路，然后由方块电路产生各自的子原理图，然后分别绘制各子原理图的具体电路。下面介绍具体的绘制过程。 5.2.1 创建工程文件和主原理图文件 根据前面章节介绍的方法，建立工程文件“多路单片机数据采集器.PRJPCB”，并新建原理图文件，保存为，作为主原理图。如图所示。 采用从上向下设计层次性原理图，各子原理图虽然可以由方块电路产生，但主原理图必须由用户新建。 5.2.2

5、 绘制方块电路符号 新建主原理图后，就可以在主原理图中放置代表各子原理图模块的方块电路，下面以绘制显示模块方块电路为例讲解具体方法。 1. 设置方块电路属性。 选择原理图工具中的绘制方块电路按钮 ，光标变为十字型，并带出一个方块电路的虚影轮廓，如图所示。方块电路属性 按键盘上的【Tap】键，弹出如图所示的方块电路属性对话框。 方块电路属性 方块电路属性对话框中主要的属性有： 【Designator】：方块电路序号，和元件序号作用相同，不能重复。 【Filename】：文件名，即方块电路代表的子原理图文件名称，最好不要采用中文命名。 因为此处绘制显示模块的方块电路，而且是第一个方块电路，所以在【

6、Designator】栏输入“FK1”，表示第一个方块电路，在【Filename】输入“”，表示显示模块。 2. 绘制方块电路 移动光标到合适位置单击鼠标左键，作为方块电路的左上角端点，此时移动光标，可带出方块电路，当方块电路大小合适时再次单击鼠标左键完成方块电路FK1的绘制。 3. 绘制其它方块电路 5.2.3 放置方块电路端口 方块电路绘制完成后，为了建立方块电路之间的电气连接，必须为方块电路添加方块电路端口，下面以放置显示模块方块电路中的端口“P10.7”为例讲解具体放置方法。 1. 确定方块电路端口要放置在哪个方块电路 选择原理图工具中的绘制方块电路端口按钮 ，出现十字型光标，将光标移

7、到要放置端口的方块电路FK1中的放置位置，单击鼠标左键，在光标下出现方块电路端口的虚影轮廓，如图所示。 2. 设置方块电路端口属性。 2. 设置方块电路端口属性。 方块电路端口属性对话框中主要的属性有： 【Name】：方块电路端口的名称，一般由字母和数字组成。注意： （1）如果端口接的是总线，则端口名称后接中括号和数字表示端口组，如端口组P10.7表示端口P10P17。 （2）对于单片机的总线和引脚连接，端口名称中不允许出现“.”等，如引脚只能命名为“P31”2. 设置方块电路端口属性方块电路端口属性对话框中主要的属性有：【I/O Type】：端口信号输入/输出类型，即指定端口中信号的流向。有

8、如下几个选项： 【Unspecified】不确定 【Input】输入 【Output】输出 【Bidirectional】双向【Style】：方块电路端口的箭头方向，一般用于指明端口中信号的流向，是端口信号输入/输出类型的外在表现形式，有如下几种类型： 【None(Horizontal)】:水平方向没有箭头 【Left】：箭头向左 【Right】: 箭头向右 【Left_ Right】：左右双向 【None(Vertical)】垂直方向没有箭头 【Top】：箭头向上 【Bottom】：箭头向下 【Top_ Bottom】：上下双向 2. 设置方块电路端口属性。 根据实际需要，本例FK1中要添加

9、的端口连线为总线，且连接的为单片机的P1端口，所以【Name】属性栏设置为端口组“P10.7”，表示该端口组包含P10P17八个端口。而该端口将信号送入方块电路中控制数码管的各段，所以【I/O Type】中设置为【Input】输入类型，而【Style】栏设置为【Left】。 5.2.4 连接方块电路端口，添加网络标号 放置了方块电路端口，只是为方块电路之间的连接提供了通道，但还必须根据电路原理用导线或总线将各端口连接起来。绘制导线和总线的方法前面章节已有介绍，请参考前面章节。 同时还要为各连接导线添加网络标号。一般网络标号的名称和方块电路端口名称取得一致。连接好导线并添加了网络标号的方块电路端

10、口如下页图所示，至此主原理图绘制完成。 绘制连接导线（或总线）并添加网络标号 5.2.5 产生并绘制显示模块子原理图 完成主原理图的绘制后，就可以由各方块电路产生各自相应的子原理图。下面以产生显示模块子原理图为例，介绍由方块电路产生子原理图的方法。 由方块电路产生子原理图菜单 是否反转端口的输入/输出方向 弹出如图所示的是否反转端口的输入/输出方向对话框，点击【NO】按钮不反转端口的输入/输出方向。 产生新的子原理图 如图所示，同时还自动产生了与方块电路端口属性一致的原理图端口。 原理图端口5.3 从下而上设计层次原理图 绘制数码抢答器层次性原理图 1. 任务任务 利用从上而下绘制层次性原理图

11、的方法绘制数码抢答器原理图，其整体电路图如图所示，要求按照图中虚线框所示分模块绘制成层次原理图。 2. 任务分析 要将整体电路分模块绘制为层次原理图，必须仔细分析电路组成，确定划分模块范围（图中已经标出）和模块之间的连接端口。 数码抢答器方块电路图 分析 整体原理图主要由编码、锁存、显示、响铃四个模块组成，其编码部分主要将抢答开关K1K8编码为D3D1，以及形成锁存脉冲LOCK。而锁存电路主要将D3D1锁存下来后送往显示和响铃模块，因此编码和锁存模块之间主要有四个连接端口，编码信号D3D1以及锁存信号LOCK。而锁存和显示模块之间由于采用总线连接，所以只有一个复合连接端口A1.3，锁存和响铃模

12、块之间通过响铃触发信号XL连接，所以数码抢答器各模块的划分以及各方块电路之间的连接关系如上图所示。 3. 操作步骤和提示 （1）新建工程文件，并保存为“抢答器层次电路.PRJPCB”（2）新建原理图文件，并保存为“抢答器主原理图.SchDoc”。（3）绘制方块电路并连线。产生并绘制编码模块电路图“编码.SCHDOC （5）产生并绘制锁存模块原理图“锁存.SCHDOC” （6）产生并绘制显示模块原理图“显示.SCHDOC” （7）产生并绘制响铃模块原理图“响铃.SCHDOC” 本讲小结 本章重点介绍了层次性电路图的基本概念和二种绘制方法。第一种为从上而下绘制法，即先绘制好主原理图的方块电路，然后再由方块电路产生并绘制各子原理图；另一种为从下而上绘制法，即先绘制好各子原理图，再由各子原理图产生主原理图中的方块电路。另外介绍了层次性原理图之间的转换方法。