教程第7章層次原理圖的設(shè)計

1、2第7章 層次原理圖的設(shè)計 內(nèi)容提示：前面介紹了使用protel 99 se進(jìn)行具體電路設(shè)計的方法，包括基本操作和高階技巧，通過這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)讀者應(yīng)該已經(jīng)具備良好的原理圖設(shè)計的本領(lǐng)。但在實際設(shè)計中有時會遇到較大規(guī)模電路的設(shè)計，這時就不僅需要設(shè)計者能夠?qū)崿F(xiàn)電路功能的設(shè)計，而且還需要進(jìn)行設(shè)計方法方面的考慮。對于大規(guī)模電路的設(shè)計，往往不是單個設(shè)計者能在短期內(nèi)完成的，為了適應(yīng)長期設(shè)計的需要，或者為縮短周期組織多人共同設(shè)計的需要，protel 99 se提供了層次原理圖的設(shè)計功能。這一功能就是通過合理的規(guī)劃，將整個電路系統(tǒng)分解為若干個相對獨(dú)立的功能子模塊，然后分別對每個子模塊進(jìn)行具體的電路設(shè)計，這樣就實

2、現(xiàn)了設(shè)計任務(wù)的分解，可以在不同的時間完成不同模塊的設(shè)計而相互之間有沒有過多的干擾，也可以將各個模塊的設(shè)計任務(wù)分配給不同的設(shè)計者同時進(jìn)行設(shè)計，從而大大提高了大規(guī)模電路設(shè)計的效率。本章中將對層次原理圖設(shè)計的基本思想、具體的設(shè)計方法以及管理方法進(jìn)行介紹。對層次原理圖中涉及到的自上而下和自下而上的設(shè)計方法都有詳細(xì)的討論。3第7章 層次原理圖的設(shè)計學(xué)習(xí)要點(diǎn)：層次原理圖設(shè)計的基本概念及其優(yōu)點(diǎn)如何繪制層次原理圖自上而下的設(shè)計方法自下而上的設(shè)計方法層次原理圖的管理47.1 層次原理圖的概念層次電路圖的設(shè)計思路是這樣的：層次電路圖的設(shè)計思路是這樣的：將復(fù)雜系統(tǒng)按照功能要求分解為若干個子模塊，如果需要，對于子模塊

3、還可以分解為更小的基本模塊，各個模塊之間設(shè)計好模塊接口，上層原理圖只負(fù)責(zé)根據(jù)功能需要對各個模塊的接口進(jìn)行合適的連接，而不關(guān)心電路細(xì)節(jié)，具體的電路設(shè)計在底層模塊電路圖中實現(xiàn)，底層模塊的電路設(shè)計要能夠滿足接口要求，這樣通過組合就能夠得到完整并且符合功能要求的電路設(shè)計了。從設(shè)計思路中可以清楚地看到層次電路圖的優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)清晰、便于任務(wù)分配。層次電路圖的設(shè)計過程如圖7.1所示。57.1 層次原理圖的概念 (1) 在開始設(shè)計之前，要明在開始設(shè)計之前，要明確電路需要實現(xiàn)的功能以及確電路需要實現(xiàn)的功能以及總體要求，規(guī)劃好電路的整總體要求，規(guī)劃好電路的整體框架。體框架。 (2) 根據(jù)功能要求將電路分根據(jù)功能

4、要求將電路分解為多個可單獨(dú)實現(xiàn)的子模解為多個可單獨(dú)實現(xiàn)的子模塊，規(guī)定好每個模塊之間的塊，規(guī)定好每個模塊之間的接口規(guī)范，實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)的接口規(guī)范，實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)的分解。分解。 (3) 對各個子模塊進(jìn)行獨(dú)立對各個子模塊進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計，設(shè)計結(jié)果要保證接口設(shè)計，設(shè)計結(jié)果要保證接口要求。要求。 (4) 將各個子模塊的設(shè)計整將各個子模塊的設(shè)計整合為完整的電路，這時要充合為完整的電路，這時要充分考慮電路整體的要求，對分考慮電路整體的要求，對各子模塊進(jìn)行必要的修改。各子模塊進(jìn)行必要的修改。67.1.2 層次原理圖的優(yōu)點(diǎn)從前面介紹的層次電路圖設(shè)計的基本思路從前面介紹的層次電路圖設(shè)計的基本思路中，能夠很清楚地看到采用層

5、次原理圖設(shè)中，能夠很清楚地看到采用層次原理圖設(shè)計方法的一些優(yōu)點(diǎn)。計方法的一些優(yōu)點(diǎn)。(1) 電路結(jié)構(gòu)清晰。 (2) 便于對項目的管理。 (3) 利于分工合作。 (4) 能夠提高效率，縮短項目設(shè)計時間。 77.2 繪制層次原理圖前面提到了在層次電路前面提到了在層次電路圖設(shè)計方法中要涉及模圖設(shè)計方法中要涉及模塊、接口等概念，在塊、接口等概念，在protel 99 se中這些概中這些概念是通過方塊圖、方塊念是通過方塊圖、方塊圖接口以及圖接口以及i/o端口等來端口等來實現(xiàn)的，如圖實現(xiàn)的，如圖7.2所示，所示，下面就對其在原理圖中下面就對其在原理圖中的具體繪制方法進(jìn)行介的具體繪制方法進(jìn)行介紹。紹。87.2

6、.1 繪制方塊圖在布線工具欄上有一個按在布線工具欄上有一個按鈕鈕 ，對應(yīng)于，對應(yīng)于placesheet symbol菜單菜單命令，即是用來繪制方塊圖命令，即是用來繪制方塊圖的。具體操作步驟如下。的。具體操作步驟如下。(1)用鼠標(biāo)左鍵單擊 按鈕，進(jìn)入放置方塊圖狀態(tài)，如圖7.3所示。可以看到光標(biāo)變?yōu)槭中?，并帶有一個尚未確定的方塊，這是默認(rèn)形狀或是上次繪制的方塊圖的形狀。(2)通過單擊鼠標(biāo)左鍵確定方塊圖的左上角點(diǎn)，如圖7.4所示。97.2.1 繪制方塊圖 (3) 此時光標(biāo)會跳至默認(rèn)形狀的此時光標(biāo)會跳至默認(rèn)形狀的右下角點(diǎn)位置，移動光標(biāo)到合適右下角點(diǎn)位置，移動光標(biāo)到合適大小的方塊，通過單擊鼠標(biāo)左鍵大小

7、的方塊，通過單擊鼠標(biāo)左鍵確定右下角點(diǎn)，如圖確定右下角點(diǎn)，如圖7.5所示。所示。 (4) 此時仍處在放置方塊圖的狀此時仍處在放置方塊圖的狀態(tài)，重復(fù)上述操作可以繪制下一態(tài)，重復(fù)上述操作可以繪制下一個方塊圖，單擊鼠標(biāo)右鍵或按鍵個方塊圖，單擊鼠標(biāo)右鍵或按鍵盤盤esc鍵退出放置狀態(tài)，完成方鍵退出放置狀態(tài)，完成方塊圖的繪制。塊圖的繪制。 在放置方塊圖的過程中按鍵盤在放置方塊圖的過程中按鍵盤tab鍵或在放置完后用鼠標(biāo)左鍵鍵或在放置完后用鼠標(biāo)左鍵雙擊方塊圖，可以打開如圖雙擊方塊圖，可以打開如圖7.6所所示的屬性設(shè)置對話框。示的屬性設(shè)置對話框。107.2.2 方塊圖接口 在由方塊電路圖作為模塊電路的在由方塊電路

8、圖作為模塊電路的上層電路中，接口是用繪制方塊上層電路中，接口是用繪制方塊圖接口來實現(xiàn)的。在布線工具欄圖接口來實現(xiàn)的。在布線工具欄上有一個按鈕上有一個按鈕 ，對應(yīng)于選擇，對應(yīng)于選擇placeadd sheet entry菜單命菜單命令，即是用來在方塊圖上放置方令，即是用來在方塊圖上放置方塊圖接口的，下面對其具體的操塊圖接口的，下面對其具體的操作過程進(jìn)行介紹。作過程進(jìn)行介紹。(1)用鼠標(biāo)左鍵單擊 按鈕，進(jìn)入放置方塊圖接口狀態(tài)，如圖7.7所示，此時光標(biāo)變?yōu)槭中巍?2)在需要放置方塊圖接口的方塊圖區(qū)域內(nèi)單擊鼠標(biāo)左鍵，選定該方塊圖，此時光標(biāo)會帶有一個未確定的接口，并會自動與方塊圖的邊界相接，如圖7.8

9、所示。 117.2.2 方塊圖接口(3) 選擇合適的位置，通過單選擇合適的位置，通過單擊鼠標(biāo)左鍵放置方塊圖接口，擊鼠標(biāo)左鍵放置方塊圖接口，如圖如圖7.9所示。所示。(4) 此時仍處于放置接口狀態(tài)，此時仍處于放置接口狀態(tài)，可以通過單擊鼠標(biāo)左鍵繼續(xù)在可以通過單擊鼠標(biāo)左鍵繼續(xù)在該方塊圖內(nèi)放置接口，通過單該方塊圖內(nèi)放置接口，通過單擊鼠標(biāo)右鍵或按鍵盤上的擊鼠標(biāo)右鍵或按鍵盤上的esc鍵退出放置。鍵退出放置。在放置方塊圖接口之前按鍵盤在放置方塊圖接口之前按鍵盤tab鍵，或者放置后用鼠標(biāo)左鍵，或者放置后用鼠標(biāo)左鍵雙擊該接口，可以打開如圖鍵雙擊該接口，可以打開如圖7.10所示的屬性設(shè)置對話框。所示的屬性設(shè)置對話

10、框。127.2.3 連線在繪制好各個模塊的方在繪制好各個模塊的方塊圖及其接口后，就可塊圖及其接口后，就可以將對應(yīng)接口按照功能以將對應(yīng)接口按照功能要求進(jìn)行連接，來組成要求進(jìn)行連接，來組成整體框架。連線過程與整體框架。連線過程與原理圖中的連線方式相原理圖中的連線方式相同，對于方塊圖接口，同，對于方塊圖接口，其在方塊圖邊線的一端其在方塊圖邊線的一端具有電氣節(jié)點(diǎn)特性，能具有電氣節(jié)點(diǎn)特性，能夠進(jìn)行電氣捕捉，如圖夠進(jìn)行電氣捕捉，如圖7.15所示。所示。完成連線后的電路如圖完成連線后的電路如圖7.16所示。所示。137.2.4 i/o端口 在布線工具欄上有一個在布線工具欄上有一個 按按鈕，對應(yīng)于選擇鈕，對應(yīng)

11、于選擇placeport命令，即是用來在下層原理圖命令，即是用來在下層原理圖中放置中放置i/o端口。下面以端口。下面以motor controller.sch文件中的原理文件中的原理圖為例，具體介紹其操作的步圖為例，具體介紹其操作的步驟。驟。(1)打開motor controller.sch文件。(2)用鼠標(biāo)左鍵單擊 按鈕，進(jìn)入i/o端口放置狀態(tài)。(3)單擊鼠標(biāo)左鍵確定i/o端口的一端，如圖7.17所示。147.2.4 i/o端口(4) 移動鼠標(biāo)使移動鼠標(biāo)使i/o端口大小端口大小合適，單擊鼠標(biāo)左鍵確定另合適，單擊鼠標(biāo)左鍵確定另一端。一端。(5) 重復(fù)上述操作繪制下一重復(fù)上述操作繪制下一個個i/

12、o端口，通過單擊鼠標(biāo)右端口，通過單擊鼠標(biāo)右鍵或按鍵盤鍵或按鍵盤esc鍵退出繪制鍵退出繪制狀態(tài)。繪制好的狀態(tài)。繪制好的i/o端口如圖端口如圖7.18所示。所示。在放置過程中按鍵盤在放置過程中按鍵盤tab鍵鍵或放置后雙擊該或放置后雙擊該i/o端口，可端口，可以打開如圖以打開如圖7.19所示的屬性所示的屬性設(shè)置對話框。設(shè)置對話框。157.3 層次原理圖的設(shè)計方法層次原理圖有兩種設(shè)計方法層次原理圖有兩種設(shè)計方法即自上而下的設(shè)計方法與自下而上的設(shè)計方法。顧名思義，自上而下的設(shè)計方法就是要先繪制頂層原理圖，首先確定整個系統(tǒng)有哪些模塊組成，各個模塊的功能是怎樣的，并盡可能地確定接口規(guī)范，然后由最頂層的原理圖

13、開始，從上往下逐級進(jìn)行模塊設(shè)計，最后完成電路設(shè)計；而自下而上的設(shè)計方法與其相反，開始并不專注于整個系統(tǒng)框架的構(gòu)建，而是首先根據(jù)功能設(shè)計的要求完成各個功能模塊的具體設(shè)計，每個模塊都引出相應(yīng)的接口，然后自下而上地通過各個底層功能模塊逐級生成上層系統(tǒng)并確定各個模塊之間的連接關(guān)系，最終匯總成系統(tǒng)的整體設(shè)計。兩種方法僅僅在實現(xiàn)過程上有所不同，設(shè)計結(jié)果應(yīng)該是相同的，而且即使對于自下而上的設(shè)計方法，在設(shè)計之前也需要對系統(tǒng)電路有一個大體的規(guī)劃，不能盲目地進(jìn)行設(shè)計。下面分別對其進(jìn)行具體的介紹。167.3.1 自上而下的設(shè)計方法1設(shè)計思路自上而下設(shè)計方法的設(shè)計流程如圖7.20所示。2繪制頂層電路原理圖規(guī)劃系統(tǒng)電路

14、，將電路按照功能劃分模塊，如圖7.21所示。177.3.1 自上而下的設(shè)計方法 3繪制下層電路原理圖設(shè)計好頂層原理圖后就可以進(jìn)行子功能模塊的具體實現(xiàn)了，此時可以在文件夾管理界面中直接創(chuàng)建與方塊圖中名稱一致的原理圖文件，然后進(jìn)行設(shè)計，也可以直接從頂層原理圖中生成下層模塊文件。 選擇designcreate sheet from symbol菜單命令，如圖7.29所示。此時光標(biāo)變?yōu)槭中危谛枰獎?chuàng)建文件的模塊的方塊圖區(qū)域單擊鼠標(biāo)左鍵，如圖7.30所示，此時會彈出如圖7.31所示的對話框，提示用戶是否反轉(zhuǎn)接口輸入輸出類型，用鼠標(biāo)左鍵單擊yes按鈕，即可生成以方塊圖中設(shè)置的名稱為文件名的原理圖文件。在

15、生成的原理圖文件中自動繪制了與頂層原理圖中相對應(yīng)i/o端口(見圖7.32)，在這里進(jìn)行該模塊的具體電路設(shè)計，最后將需要與其他模塊進(jìn)行交互的輸入輸出量接到這些i/o端口上，即可實現(xiàn)與其他模塊對應(yīng)接口的電氣連接。187.3.2 自下而上的設(shè)計方法 1設(shè)計思路設(shè)計流程如圖7.38所示。 2上層電路原理圖的設(shè)計仍以上一節(jié)中的step motor driver為例，比如現(xiàn)在已經(jīng)繪制好了各個模塊的電路原理圖，上層電路的設(shè)計可以采用如下步驟進(jìn)行。(1)創(chuàng)建上層原理圖文件，將其擴(kuò)展名改為.prj，表示這是一個項目文檔，這里以“stepper motor driver.prj”命名。(2)打開該文件。197.3

16、.2 自下而上的設(shè)計方法(3) 選擇選擇designcreate symbol from sheet菜單菜單命令，如圖命令，如圖7.39所示。此所示。此時會彈出如圖時會彈出如圖7.40所示的所示的對話框，選擇一個模塊原對話框，選擇一個模塊原理圖文件，這里選擇第一理圖文件，這里選擇第一個個motor controller.sch文文件，用鼠標(biāo)左鍵單擊件，用鼠標(biāo)左鍵單擊ok按按鈕。鈕。(4) 這時會彈出如圖這時會彈出如圖7.41所所示的反轉(zhuǎn)接口輸入輸出類示的反轉(zhuǎn)接口輸入輸出類型的確認(rèn)窗口，用鼠標(biāo)左型的確認(rèn)窗口，用鼠標(biāo)左鍵單擊鍵單擊yes按鈕。按鈕。207.3.2 自下而上的設(shè)計方法 (5)在原理圖

17、中就會出現(xiàn)如圖在原理圖中就會出現(xiàn)如圖7.42所示的放置方塊圖的狀態(tài)，通所示的放置方塊圖的狀態(tài)，通過單擊鼠標(biāo)左鍵確認(rèn)放置，就可以過單擊鼠標(biāo)左鍵確認(rèn)放置，就可以將由模塊原理圖文件生成的方塊圖將由模塊原理圖文件生成的方塊圖放置到上層原理圖中了，如圖放置到上層原理圖中了，如圖7.43所示。在這里可以根據(jù)需要調(diào)整方所示。在這里可以根據(jù)需要調(diào)整方塊圖的大小以及其中接口的位置等塊圖的大小以及其中接口的位置等屬性。屬性。 (6)重復(fù)以上步驟重復(fù)以上步驟35的操作，將的操作，將所有用到的模塊都生成方塊圖，放所有用到的模塊都生成方塊圖，放置到上層原理圖中來，即可得到如置到上層原理圖中來，即可得到如圖圖7.44所示

18、的原理圖。所示的原理圖。 (7)根據(jù)電路功能將各個模塊的根據(jù)電路功能將各個模塊的對應(yīng)接口相連，即可完成整個原理對應(yīng)接口相連，即可完成整個原理圖的繪制。此時需要對整體原理圖圖的繪制。此時需要對整體原理圖進(jìn)行電氣規(guī)則檢查，并對各部分的進(jìn)行電氣規(guī)則檢查，并對各部分的原理圖進(jìn)行必要的修改。原理圖進(jìn)行必要的修改。217.4 管理層次電路圖7.4.1 層次電路圖的結(jié)構(gòu)由圖7.44可以看出，層次電路圖在文檔管理器中也是分層次顯示的，最頂層原理圖顯示為根文件，其左邊有一個“+”號，用鼠標(biāo)左鍵單擊即可察看屬于該原理圖的下層原理圖文件，在這里可以很清楚地看到整個電路設(shè)計的結(jié)構(gòu)，同時也可以進(jìn)行不同電路圖之間的切換。227.4.2 不同層次電路圖之間的切換在主工具欄上有一個按鈕，在主工具欄上有一個按鈕，對應(yīng)于選擇對應(yīng)于選擇toolsup/down hierarchy菜單命令，即是菜單命令，即是用于在不同層次電路圖之間用于在不同層次電路圖之間進(jìn)行切換的。用鼠標(biāo)左鍵單進(jìn)行切換的。用鼠標(biāo)左鍵單擊該按鈕，即進(jìn)入選擇切換擊該按鈕，即進(jìn)入選擇切換狀態(tài)，此時光標(biāo)變?yōu)槭中危瑺顟B(tài)，此時光標(biāo)變?yōu)槭中?，如圖如圖7.45所示，在需要進(jìn)行所示，在需要進(jìn)行切換的方