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第6章 多圖紙電路圖的設(shè)計 本章學習目標 本章主要以實例 介紹多圖紙電路圖的繪制方法 以達到以下學習目標 理解平坦式電路圖的概念與掌握其繪制方法理解層次性原理圖的基本概念 掌握方塊電路的繪制和端口的設(shè)置方法 掌握層次性原理圖的繪制方法 6 1平坦式電路圖 放置端點接器狀態(tài) 端點接器屬性對話框 顏色設(shè)定對話框 箭頭樣式 平坦式電路圖設(shè)計示范 信號連接示意圖 電源電路 POWER SchDoc CPU部分 CPU SchDoc 存儲電路 MEMORY SchDoc 6 2層次原理圖的基本概念 6 2 1層次原理圖設(shè)計必要性對于復雜龐大的電路系統(tǒng) 如大屏幕高清晰數(shù)字電視機等 其原理圖和PCB板都是十分復雜的 不便于或不可能將其在一張圖紙中繪制完成 同時為了適用公司和企業(yè)的需要 加快設(shè)計和繪制的速度 縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期 往往是以幾個人組成的群組形式分工合作進行設(shè)計和繪制 將一個復雜的電路系統(tǒng)劃分為多個子系統(tǒng) 而一個子系統(tǒng)又可能劃分為多個模塊 這樣只要定義好各個模塊圖紙間的連接關(guān)系 然后分配給不同的部門或個人分開設(shè)計繪制 最后組合起來即可完成整個復雜系統(tǒng)的設(shè)計和制作 6 2 2層次原理圖的基本概念 層次性原理圖正是適用模塊化設(shè)計需要而應(yīng)運而生的產(chǎn)物 他將一個完整復雜的設(shè)計項目分割為幾個相對獨立但又彼此連接的圖紙 并可分開同時進行設(shè)計 大大加快了原理圖的設(shè)計繪制速度 層次性原理圖 將復雜電路進行模塊化的劃分 各電路模塊可以在原理圖中表示為電路方塊圖 各方塊圖之間的信號通過方塊圖的進出點和電路輸入輸出點來實現(xiàn)的一種模塊化的電路設(shè)計方法 因此 正確地定義和管理電路方塊圖 方塊圖進出點和電路輸入輸出點是層次電路圖設(shè)計的關(guān)鍵 電路方塊圖是整個電路設(shè)計的一部分 它包含了一部分電路 在這部分電路中定義了與其他電路部分的輸入輸出點 其對應(yīng)的電路方塊圖中也定義了與電路輸入輸出點同名的方塊圖信號進出點 所有同名的電路輸入輸出點和方塊圖進出點在整個電路設(shè)計中都是電氣連接的 如圖所示是層次電路設(shè)計的演示圖 在該圖中包含了兩個電路方塊圖 每個電路方塊圖都對應(yīng)相應(yīng)的電路 注意電路演示圖中電路輸入輸出點和方塊圖進出點之間的關(guān)系 層次式電路圖示意圖 6 2 3層次性原理圖的層次結(jié)構(gòu) 下圖表明了層次性原理圖圖紙之間的層次結(jié)構(gòu) 它主要由主原理圖和各子原理圖組成 主原理圖主要規(guī)定各子原理圖之間的連接關(guān)系 而子原理圖則集中體現(xiàn)各模塊內(nèi)部具體的電路結(jié)構(gòu) 電路方塊圖屬性對話框 參數(shù)頁 放置一個電路方塊圖 電路方塊圖進出點屬性對話框 新增電路方塊圖進出點 輸入輸出端口屬性對話框 信號連接示意圖 電源電路 POWER SchDoc CPU部分 Ch SchDoc 存儲電路 MEMORY SchDoc 啟動由上而下命令 產(chǎn)生POWER SchDoc內(nèi)層電路 產(chǎn)生MEMORY SchDoc內(nèi)層電路 自動換邊 啟動編譯命令 完成編譯 訊息面板 啟動由下而上命令 指定所產(chǎn)生的電路方塊圖的電路圖 產(chǎn)生MEMORY SchDoc內(nèi)層電路 POWER SchDoc電路方塊圖之屬性對話框 指定所產(chǎn)生的電路方塊圖的電路圖 產(chǎn)生電路方塊圖 調(diào)整電路方塊圖 指向所要追蹤的端點連接器 漫遊到端點連接器的另一端 指向所要進入內(nèi)層的電路方塊圖 進入內(nèi)層電路 跳至電路方塊圖 平坦式電路圖設(shè)計練習圖一 平坦式電路圖設(shè)計練習圖二 平坦式電路圖設(shè)計練習圖三 層次式電路圖設(shè)計練習圖一 層次式電路圖設(shè)計練習圖二 層次式電路圖設(shè)計練習圖三 1 方塊電路 在主電路圖中為了表示各子原理圖之間的連接關(guān)系 需要有代表各子原理圖的符號圖形 這就是方塊電路 如圖所示 一個方塊電路代表一張子原理圖 如圖中的方塊電路代表子原理圖 display SchDoc 方塊電路端口 方塊電路名稱 方塊電路代表的原理圖文件 2 方塊電路端口 為了表示各子原理圖之間的電氣連接關(guān)系 各方塊電路之間需要有相互連接的電氣端口 即方塊電路端口 如上頁圖所示 通過方塊電路端口 可以清楚的表達和實現(xiàn)各子原理圖之間的電氣連接關(guān)系 3 方塊電路之間的連接 方塊電路代表的是子原理圖 各子原理圖必須根據(jù)系統(tǒng)的要求相互連接 才能構(gòu)成實用的電路系統(tǒng) 為了實現(xiàn)子原理圖之間的電氣連接 用戶只需將方塊電路端口通過導線或總線連接起來即可 如下頁圖所示為單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主原理圖中各方塊電路的組成和連接關(guān)系圖 單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主原理圖中各方塊電路的組成和連接關(guān)系圖 各方塊電路的組成和連接關(guān)系 圖中方塊電路端口較多 端口組P1 0 7 送往顯示模塊子原理圖display SchDoc作為數(shù)碼管的段顯示控制 端口組P3 0 5 送往顯示模塊子原理圖display SchDoc作為數(shù)碼管的位顯示控制 端口組A 0 15 為地址總線 端口組D 0 7 為數(shù)據(jù)總線 端口INT1為中斷信號輸入端口 RD WR為存儲器和AD轉(zhuǎn)換器的讀 寫控制線 分別送往AD轉(zhuǎn)換模塊子原理圖AD SchLib和存儲器模塊子原理圖Memory SchLib ALE端口為AD轉(zhuǎn)換器提供時鐘信號 4 方塊電路與子原理圖的對應(yīng)關(guān)系和連接 6 2層次性原理圖的設(shè)計方法 根據(jù)原理圖的層次結(jié)構(gòu) 層次性原理圖的設(shè)計方法分為二種 一種為從上向下設(shè)計的方法 即先繪制主原理圖中的方塊電路 然后由方塊電路產(chǎn)生各自的子原理圖 然后分別繪制各子原理圖的具體電路 另一種方法的繪制順序剛好相反 為由下往上設(shè)計的方法 即先設(shè)計好各子原理圖 然后由各子原理圖產(chǎn)生主原理圖中的方塊電路 單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)層次性原理圖設(shè)計方法 本章將采用從上向下設(shè)計的方法繪制單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的層次性原理圖 該系統(tǒng)由主原理圖Parent SchLib和五個子原理圖組成 分別為顯示模塊子原理圖display SchDoc CPU模塊子原理圖CPU SchLib AD轉(zhuǎn)換模塊子原理圖AD SchLib 存儲器模塊子原理圖Memory SchLib 以及電源模塊子原理圖Power SchLib 原理圖之間的層次結(jié)構(gòu)如下頁圖所示 單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)層次性原理圖結(jié)構(gòu) 6 2 1從上而下設(shè)計層次原理圖 從上向下設(shè)計的方法 即先繪制主原理圖中的方塊電路 然后由方塊電路產(chǎn)生各自的子原理圖 然后分別繪制各子原理圖的具體電路 下面介紹具體的繪制過程 1 創(chuàng)建工程文件和主原理圖文件 根據(jù)前面章節(jié)介紹的方法 建立工程文件 多路單片機數(shù)據(jù)采集器 PRJPCB 并新建原理圖文件 保存為Parent SchLib 作為主原理圖 如圖所示 采用從上向下設(shè)計層次性原理圖 各子原理圖雖然可以由方塊電路產(chǎn)生 但主原理圖必須由用戶新建 2 繪制方塊電路符號 新建主原理圖后 就可以在主原理圖中放置代表各子原理圖模塊的方塊電路 下面以繪制顯示模塊方塊電路為例講解具體方法 1 設(shè)置方塊電路屬性 選擇原理圖工具中的繪制方塊電路按鈕 光標變?yōu)槭中?并帶出一個方塊電路的虛影輪廓 如圖所示 方塊電路屬性 按鍵盤上的 Tap 鍵 彈出如圖所示的方塊電路屬性對話框 方塊電路屬性 方塊電路屬性對話框中主要的屬性有 Designator 方塊電路序號 和元件序號作用相同 不能重復 Filename 文件名 即方塊電路代表的子原理圖文件名稱 最好不要采用中文命名 因為此處繪制顯示模塊的方塊電路 而且是第一個方塊電路 所以在 Designator 欄輸入 FK1 表示第一個方塊電路 在 Filename 輸入 display SchDoc 表示顯示模塊 2 繪制方塊電路 移動光標到合適位置單擊鼠標左鍵 作為方塊電路的左上角端點 此時移動光標 可帶出方塊電路 當方塊電路大小合適時再次單擊鼠標左鍵完成方塊電路FK1的繪制 3 繪制其它方塊電路 3 放置方塊電路端口 方塊電路繪制完成后 為了建立方塊電路之間的電氣連接 必須為方塊電路添加方塊電路端口 下面以放置顯示模塊方塊電路中的端口 P1 0 7 為例講解具體放置方法 1 確定方塊電路端口要放置在哪個方塊電路 選擇原理圖工具中的繪制方塊電路端口按鈕 出現(xiàn)十字型光標 將光標移到要放置端口的方塊電路FK1中的放置位置 單擊鼠標左鍵 在光標下出現(xiàn)方塊電路端口的虛影輪廓 如圖所示 2 設(shè)置方塊電路端口屬性 方塊電路端口屬性對話框中主要的屬性有 Name 方塊電路端口的名稱 一般由字母和數(shù)字組成 注意 1 如果端口接的是總線 則端口名稱后接中括號和數(shù)字表示端口組 如端口組P1 0 7 表示端口P10 P17 2 對于單片機的總線和引腳連接 端口名稱中不允許出現(xiàn) 等 如引腳P3 1只能命名為 P31 方塊電路端口屬性對話框中主要的屬性有 I OType 端口信號輸入 輸出類型 即指定端口中信號的流向 有如下幾個選項 Unspecified 不確定 Input 輸入 Output 輸出 Bidirectional 雙向 Style 方塊電路端口的箭頭方向 一般用于指明端口中信號的流向 是端口信號輸入 輸出類型的外在表現(xiàn)形式 有如下幾種類型 None Horizontal 水平方向沒有箭頭 Left 箭頭向左 Right 箭頭向右 Left Right 左右雙向 None Vertical 垂直方向沒有箭頭 Top 箭頭向上 Bottom 箭頭向下 Top Bottom 上下雙向 根據(jù)實際需要 本例FK1中要添加的端口連線為總線 且連接的為單片機的P1端口 所以 Name 屬性欄設(shè)置為端口組 P1 0 7 表示該端口組包含P10 P17八個端口 而該端口將信號送入方塊電路中控制數(shù)碼管的各段 所以 I OType 中設(shè)置為 Input 輸入類型 而 Style 欄設(shè)置為 Left 4 連接方塊電路端口 添加網(wǎng)絡(luò)標號 放置了方塊電路端口 只是為方塊電路之間的連接提供了通道 但還必須根據(jù)電路原理用導線或總線將各端口連接起來 繪制導線和總線的方法前面章節(jié)已有介紹 請參考前面章節(jié) 同時還要為各連接導線添加網(wǎng)絡(luò)標號 一般網(wǎng)絡(luò)標號的名稱和方塊電路端口名稱取得一致 連接好導線并添加了網(wǎng)絡(luò)標號的方塊電路端口如下頁圖所示 至此主原理圖繪制完成 繪制連接導線 或總線 并添加網(wǎng)絡(luò)標號 5 產(chǎn)生并繪制顯示模塊子原理圖 完成主原理圖的繪制后 就可以由各方塊電路產(chǎn)生各自相應(yīng)的子原理圖 下面以產(chǎn)生顯示模塊子原理圖display SchDoc為例 介紹由方塊電路產(chǎn)生子原理圖的方法 1 由方塊電路產(chǎn)生子原理圖菜單 2 是否反轉(zhuǎn)端口的輸入 輸出方向 彈出如圖所示的是否反轉(zhuǎn)端口的輸入 輸出方向?qū)υ捒?點擊 NO 按鈕不反轉(zhuǎn)端口的輸入 輸出方向 3 產(chǎn)生新的子原理圖display SchDoc 如圖所示 同時還自動產(chǎn)生了與方塊電路端口屬性一致的原理圖端口 原理圖端口 繪制顯示模塊子原理圖display SchDoc 繪制過程中注意以下幾點 1 將端口組P1 0 7 和P3 0 5 用總線引出 并連接到其它元件引腳 并分別為總線添加網(wǎng)絡(luò)標號P1 0 7 和P3 0 5 為各總線分支也添加相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)標號 2 數(shù)碼管DLEE1 DLED4采用第三章自制的原理圖元件 因此必須先將該原理圖庫 自制原理圖庫 Schlib 添加到庫文件面板 4 產(chǎn)生并繪制CPU模塊子原理圖 繪制過程中注意以下幾點 1 元件U2為CPU 型號為89C51 它屬于8051系列的單片機 原理圖符號和8031一致 可以在庫中查找到8031的原理圖符號并放置在圖紙中 2 元件Y1為晶體振蕩器 位于MiscellaneousDevices IntLib集成元件庫 原理圖元件名稱為 XTAL 3 元件S1為按鍵開關(guān) 也位于MiscellaneousDevices IntLib集成元件庫 原理圖元件名稱為 SW PB 4 連線中注意圖中端口較多 端口組P1 0 7 送往顯示模塊作為數(shù)碼管的段顯示控制 端口組P3 0 5 送往顯示模塊子原理圖display SchDoc作為數(shù)碼管的位顯示控制 端口組A 0 15 為地址總線 端口組D 0 7 為數(shù)據(jù)總線 端口INT1為中斷信號輸入端口 RD WR為存儲器和AD轉(zhuǎn)換器的讀 寫控制線 分別送往AD轉(zhuǎn)換模塊子原理圖AD SchLib和存儲器模塊子原理圖Memory SchLib ALE端口為AD轉(zhuǎn)換器提供時鐘信號 5 產(chǎn)生并繪制AD轉(zhuǎn)換模塊子原理圖 繪制過程中注意以下幾點 U5為反相器4069 U4為二輸入與門74LS08 它們都是數(shù)字集成電路 可以利用查找元件的方法找到 但數(shù)字電路的原理圖元件和放置方法比較特殊 AD轉(zhuǎn)換器ADC0809可以用查找的方法找到 可能不同公司提供的原理圖元件管腳的排列方式不同 不一定強求完全和原圖完全相同 6 產(chǎn)生和繪制存儲器模塊子原理圖 繪制過程中注意 繪制過程中注意RAM存儲器U7 26256 在原理圖庫中查找不到 但可以找到ROM存儲器M27256 25F1 M27256與26256唯一的不同在于第1管腳的名稱 ROM存儲器M27256第1管腳為編程管腳 VPP 而RAM存儲器26256第1管腳為寫管腳 所以可以采取前面所講的在原理圖直接修改管腳的方法修改 7 產(chǎn)生繪制電源模塊子原理圖 6 2 2從下而上設(shè)計層次原理圖 本節(jié)將介紹采用從下而上的方法繪制單片機電機控制系統(tǒng)原理圖 該系統(tǒng)由主原理圖 電機控制主電路 SchLib 和三個子原理圖組成 分別為CPU模塊子原理圖 電機控制CPU SchLib 直流電機控制模塊子原理圖 直流電機控制 SchLib 步進電機控制模塊子原理圖 步進電機控制 SchLib 單片機電機控制系統(tǒng)層次原理圖結(jié)構(gòu)圖 從下而上繪制層次原理圖的步驟 采用從下而上的方法繪制層次原理圖的步驟 先分別繪制各子原理圖 然后由各子原理圖產(chǎn)生主原理圖中的方塊電路 最后完成方塊電路之間的連線 下面以繪制單片機電機控制系統(tǒng)層次原理圖為例 介紹從下而上繪制層次原理圖的具體步驟 1 繪制CPU模塊子原理圖 新建一個工程文件 并保存為 層次電路電機控制 PRJPCB 在其下面新建并繪制CPU模塊子原理圖 電機控制CPU SchLib 電機控制CPU SchLib 放置原理圖電路端口 使用原理圖工具中的原理圖電路端口工具繪制 注意和方塊電路端口工具相區(qū)別 它的屬性對話框如圖所示 其參數(shù)含義和設(shè)置方法卻和方塊電路端口基本相同 2 繪制直流電機控制模塊子原理圖 3 繪制步進電機控制模塊子原理圖 4 新建主原理圖 并產(chǎn)生各子原理圖的方塊符號 執(zhí)行 Design CreateSymbolFormSheet 從子原理圖產(chǎn)生原理圖符號菜單命令 彈出如圖所示的選擇子原理圖對話框 選擇要產(chǎn)生原理圖符號的子原理圖 如圖中選擇 電機控制CPU SchLib 點擊 OK 按鈕 產(chǎn)生的電機控制CPU模塊原理圖符號 彈出右圖所示的是否反轉(zhuǎn)端口的輸入 輸出方向?qū)υ捒?點擊 NO 按鈕不反轉(zhuǎn)端口的輸入 輸出方向 從而產(chǎn)生了電機控制CPU模塊的原理圖符號 并放置到主原理圖的合適位置 如圖所示 產(chǎn)生直流電機控制模塊步進電機控制模塊的原理圖符號 5 完成方塊電路符號之間的連接 6 2 3利用導航欄實現(xiàn)層次性原理圖之間的轉(zhuǎn)換 層次性原理圖之間的轉(zhuǎn)換是指從主原理圖切換到某方塊電路對應(yīng)的子原理圖上 或者從某一子原理圖回到其主原理圖對應(yīng)的方塊電路圖中 此時可以利用ProtelDXP提供的導航欄實現(xiàn) 打開導航欄 如果導航欄沒有打開 可以執(zhí)行菜單命令 View 視圖 WorkspacePanels 工作區(qū)面板 Navigator 導航欄 打開如圖所示的導航欄 6 2 4編譯層次性原理圖 在圖中點擊 Compile 編譯按鈕 對層次性原理圖進行編譯 這也是編譯原理圖的另一種方法 6 2 5實現(xiàn)層次性原理圖之間的轉(zhuǎn)換 層次性原理圖經(jīng)過編譯后 將在導航欄中顯示出層次性電路的層次結(jié)構(gòu) 主原理圖位于最上層 其下部是并列的四個子原理圖 可以分別點擊各原理圖名稱實現(xiàn)原理圖之間的切換 1 從主原理圖的方塊電路轉(zhuǎn)換到子原理圖 點擊 Hierarchy 按鈕 光標變?yōu)槭中?在主原理圖中單擊子原理圖相應(yīng)的方塊電路 即可打開方塊電路對應(yīng)的子原理圖 2 從子原理圖轉(zhuǎn)換到主原理圖 點擊 Hierarchy 按鈕 光標變?yōu)槭中?單擊子原理圖中的某一個原理圖電路端口 編輯器將自動切換到主原理圖中 且光標停留在子原理圖電路端口對應(yīng)的方塊電路端口上 上機實訓繪制數(shù)碼搶答器層次性原理圖 1 上機任務(wù)利用從上而下繪制層次性原理圖的方法繪制數(shù)碼搶答器原理圖 其整體電路圖如圖所示 要求按照圖中虛線框所示分模塊繪制成層次原理圖 2 任務(wù)分析 要將整體電路分模塊繪制為層次原理圖 必須仔細分析電路組成 確定劃分模塊范圍 圖中已經(jīng)標出 和模塊之間的連接端口 數(shù)碼搶答器方塊電路圖分析 整體原理圖主要由編碼 鎖存 顯示 響鈴四個模塊組成 其編碼部分主要將搶答開關(guān)K1 K8編碼為D3 D1 以及形成鎖存脈沖LOCK 而鎖存電路主要將D3 D1鎖存下來后送往顯示和響鈴模塊 因此編碼和鎖存模塊之間主要有四個連接端口 編碼信號D3 D1以及鎖存信號LOCK 而鎖存和顯示模塊之間由于采用總線連接 所以只有一個復合連接端口A 1 3 鎖存和響鈴模塊之間通過響鈴觸發(fā)信號XL連接 所以數(shù)碼搶答器各模塊的劃分以及各方塊電路之間的連接關(guān)系如上圖所示 3 操作步驟和提示 1 新建工程文件 并保存為 搶答器層次電路 PRJPCB 2 新建原理圖文件 并保存為 搶答器主原理圖 SchDoc 3 繪制方塊電路并連線 產(chǎn)生并繪制編碼模塊電路圖 編碼 SCHDOC 5 產(chǎn)生并繪制鎖存模塊原理圖 鎖存 SCHDOC 6 產(chǎn)生并繪制顯示模塊原理圖 顯示 SCHDOC 7 產(chǎn)生并繪制響鈴模塊原理圖 響鈴 SCHDOC 本章小結(jié) 本章主要以繪制單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖為例 重點介紹了層次性電路圖的基本概念和二種繪制方法 第一種為從上而下繪制法 即先繪制好主原理圖的方塊電路 然后再由方塊電路產(chǎn)生并繪制各子原理圖 另一種為從下而上繪制法 即先繪制好各子原理圖 再由各子原理圖產(chǎn)生主原理圖中的方塊電路 另外介紹了層次性原理圖之間的轉(zhuǎn)換方法