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第 3 章

第 3 章. 设计层次电路原理图. 第 3 章 设计层次电路原理图.

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第 3 章

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  1. 第 3 章 设计层次电路原理图

  2. 第3章 设计层次电路原理图 层次电路原理图就是将一张复杂的电路原理图分成数张功能电路原理图和一张总图。功能电路原理图是其中的一个局部电路原理图,如Z80单片机开发电路原理图包括存储器电路（Memory）、串行接口电路（Serial Interface）、编程外围接口电路（Programmable Peripheral Interface）、微处理器时钟（CPU Clock）、电源电路（Power Supply）、微处理器电路（CPU Section）等几个功能电路原理图），总图就是将这几个功能电路原理图联系起来的一个框图，从层次上来说，这几个功能电路原理图从属于总图。(如图3-1)

  3. 连接导线 方块电路 方块电路名称 方块电路端口 图3-1 层次原理图与功能电路原理图的连接示意图

  4. 层次电路设计方法: 层次电路图设计就是将较大的电路图划分为很多的功能模块，再对每一个功能模块进行处理或进一步细分的电路设计方法。 　　层次电路图设计的关键在于正确地传递层次间的信号，在层次电路图设计中，信号的传递主要靠放置方块电路、方块电路进出点和电路输入输出点来实现。 　　层次电路设计方法通常有自上而下和自下而上两种方法。

  5. 3.1 自顶向下设计层次原理图 此方法指首先产生方块电路图，再由方块电路来产生具体原理图的方法。也就是说，我们应首先设计出主控模块图（方块电路图），再将该图中的各个模块具体化。 具体的设计方法如下: （以Z80单片机开发电路为例）

  6. 1、新建设计数据库文件 2、新建原理图文件 • 3、 放置方块电路（Sheet Symbol图纸图号） • 方块电路就是设计者通过组合其他元器件自己定义的一个复杂器件，这个复杂器件在图纸上用简单的方块图来表示，至于这个复杂器件由哪些其他元件组成，内部的接线又如何，可以由另外一张电路图来详细描述。 • 启动放置方块电路方式有两种： • 点击画电路图工具栏里的图标 。 • 执行菜单命令Place放置/Sheet Symbol图纸符号。

  7. （1） 放置方块电路 启动放置方块电路（Sheet Symbol）命令后，光标变成十字状，在方块电路一角点击鼠标，再将光标移到方块图的另一角，即可展开一个区域，点击鼠标，即可完成该方块图的放置。点击右键，即可退出放置方块电路状态。 （2） 设置方块电路编辑对话框 在放置方块电路状态下按Tab键或鼠标左键双击方块电路，即可打开如图3.2所示的方块电路属性对话框进行设置。该对话框中共有12个设置项，其中：

  8. 图3-2 方块电路属性对话框

  9. Border Width选择项的功能是选择方块电路边框的宽度。点击“Border Width”选择项右侧的下拉式按钮，打开其下拉菜单，其中共有四种边线的宽度，即最细（Smallest）、细（Small）、中（Medium）和粗（Large）。 • X-Size选项的功能是设置方块电路的宽度，如图3.1所示。 • Y-Size选项的功能是设置方块电路的高度，如图3.1所示。 • Border Color选项的功能是设置方块电路的边框颜色。 • Fill Color选项的功能是设置方块电路中间填充颜色。

  10. Name设置项的功能是设置方块电路名称，该名称为功能电路在总图中的名称。Name设置项的功能是设置方块电路名称，该名称为功能电路在总图中的名称。 • File Name设置项的功能是设置方块电路所对应的文件名称，如图3-3所示，此处为Power.Sch。 图3-3 方块电路

  11. 完成方块电路放置后的状态如图3-4

  12. 4、 方块电路的端口（Sheet Entry） • 如果说方块电路是自己定义的一个复杂器件，那么方块电路的端口就是这个复杂器件的输入输出引脚。如果方块图没有端口的话，那么方块图便没有任何意义。 • 　　启动放置方块电路端口的命令有两种方式： • 　点击画电路图工具栏里的图标 。 • 　执行菜单命令【Place放置\Add Sheet Entry添加图纸入口】。

  13. (1) 放置方块电路端口 启动放置方块电路端口命令后，光标变成十字状，将光标移动到方块电路中，点击鼠标，光标上面出现一个小圆点，且光标将被限制在方块电路的左右边界内，确定合适的位置后点击鼠标，即可在该处放置一个方块图的端口，点击右键结束放置方块图端口状态。 方块电路端口 方块电路名称

  14. (2) 设置方块电路端口属性对话框 在放置方块电路端口状态下按Tab键或鼠标左键双击方块电路端口，即可出现方块电路端口对话框，如图3.4所示。 其中： Name：设置方块电路端口的名称。 I/O Type：选择方块图端口的形式，其中包括四个选择项，即无方向式信号进出点(Unspecified）、输出型进出点（Output）、输入型进出点（Input）和输入输出双向型进出点（Bidirectional）。 Style：箭头方向包括四种，即无箭头（None）、左箭头（Left）、右箭头（Right）和双向箭头（Left＆Right）。

  15. Side：选择方块图端口是在方块图的左边还是在右边。一般在设计时，不需要设置此项，只需要移动鼠标即可。Side：选择方块图端口是在方块图的左边还是在右边。一般在设计时，不需要设置此项，只需要移动鼠标即可。 Position：设置方块图端口的位置，从方块电路上边界开始计算。 Text：设置方块图端口名称的颜色。 图3.5 方块电路端口属性对话框

  16. (3)对所有的方块电路完成端口放置后的状态如图3-6(3)对所有的方块电路完成端口放置后的状态如图3-6 图3-6 方块电路完成端口放置

  17. 5、绘制导线 方块电路及电路端口均放置完成后，还要用导线将这些方块电路端口连接起来，使这些方块电路在电气意义上连接起来。 启动放置导线命令的两种方式： 单击连线工具条上的画导线按钮 。 执行菜单命令【Place放置】/【Wire线】,即可绘制导线。

  18. 连接完导线后的方块电路图如图3-7 图3-7 连接导线后的方块电路图

  19. 6、建立层次原理图和功能电路原理图 执行菜单命令【Design设计\Create Sheet From Symbol从符号生成图纸】，光标变成十字状，将光标移到方块电路模块上（注意不要指到方块电路端口上），单击鼠标，屏幕将出现如图3-8所示的对话框。 图3-8 转换输入/输出端口对话框

  20. 图3-8对话框询问在产生与方块电路相对应的原理图时，相对的输入输出端口是否将信号方向反向，若选择No，则新产生的功能电路原理图中的输入/输出端口将与总图中该方块电路中的输入/输出方向相同；若选择Yes，则新产生的功能电路原理图中的输入/输出端口将与总图中该方块电路中的输入/输出方向相反。图3-8对话框询问在产生与方块电路相对应的原理图时，相对的输入输出端口是否将信号方向反向，若选择No，则新产生的功能电路原理图中的输入/输出端口将与总图中该方块电路中的输入/输出方向相同；若选择Yes，则新产生的功能电路原理图中的输入/输出端口将与总图中该方块电路中的输入/输出方向相反。 单击No按钮（或Yes按钮）后，系统就会自动产生一个层次位于总图下的与方块电路名称相同的功能电路原理图，并在这个功能电路原理图中设置了与方块电路端口同名的输入/输出端口。如图3-9。

  21. 图3-9 通过方块电路端口产生的输入/输出端口

  22. （1）处理器电路原理图（CPU Section.sch）

  23. （2）存储器电路原理图（Memory.sch）

  24. （3）微处理器时钟原理图（CPU Clock.sch）

  25. （4）串行接口电路原理图（Serial Interface.sch）

  26. （5）电源电路原理图（Power Supply.sch）

  27. （6）可编辑外围接口电路原理图（Programmable Peripheral Interface.sch）

  28. 3.2 自底向上设计层次原理图 此方法指首先绘制功能电路原理图，再由原理图来产生方块电路图的方法。 具体步骤如下：（以Z80单片机开发电路为例） 1、在新建立的设计数据库中，把Z80整张电路原理图的全部功能电路原理图一一作为单独文件绘制出来，并放置好输入/输出端口（关键）。 2、在数据库中建立一个名为“Z80单片机开发电路”的新原理图设计文件。 3、在新的原理图设计文件处于打开的状态下，执行菜单命令【Design设计\Create Symbol From Sheet从图纸生成符号】，屏幕上出现如图3-9所示的对话框，系统将列出当前打开的所有原理图。选择“Memory.sch”，点击“OK”按钮。

  29. 图3-9 方块图选择对话框

  30. 4、 选择原理图后，屏幕上出现如图3-10所示的转换输入/输出端口对话框，点击“No”按钮。 图3-10 转换输入/输出端口对话框

  31. 5、 在Z80单片机开发电路中，光标变成十字状，且带有一个方块图，系统进入放置方块图状态，移动鼠标，在合适的位置点击鼠标即可完成此方块图的放置。在方块图中，系统将自动产生与原理图中输入输出点对应的方块电路端口，如图3-11所示。系统将方块图自动命名为“Memory”，在默认情况下，系统将方块图对应的原理图名作为此方块图的名称。当然可以在放置方块图状态下，按Tab键来打开方块图属性对话框，修改方块图相关属性。 图3-11 Memory.sch

  32. 6、重复上述步骤，直到所有模块的电路方块图都出现在Z80.prj电路图中。6、重复上述步骤，直到所有模块的电路方块图都出现在Z80.prj电路图中。 7、在各模块方块图进出点之间连线，最后便可得到如图3.42所示的方块电路图。 在设计层次电路图时，是采用自上而下的方法还是采用自下而上的方法，可根据具体情况确定。

  33. 3.3 层次原理图总图/功能电路原理图之间的切换 在对层次原理图进行设计时，不同层电路文件之间的切换是非常频繁的。为方便设计者，Protel99提供了不同层电路文件之间切换的功能。 启动不同层文件之间切换的方式： 菜单命令：【Tools工具】/【Up/Down Hierarchy变换层次】 工 具 栏：

  34. 1、由 Z80单片机开发电路总图切换到CPU Section.sch功能电路原理图。 （1）执行层间切换命令。执行该命令后，光标变为十字形。 （2）实现切换。将十字光标移到Z80单片机开发电路总图中的CPU Section模块上，单击鼠标左键，即切换到CPU Section功能电路原理图。如图3-12

  35. 点击该模块或端口 图3-12 总图与功能电路图之间的切换

  36. 2、由CPU Section.sch功能电路原理图切换到Z80单片机开发电路总图。 （1）执行层间切换命令。执行该命令后，光标变为十字形。 （2）实现切换。将十字光标移到CPU Section.sch功能电路原理图中的某一端口上，单击鼠标左键，即切换到Z80单片机开发电路总图。如图3-13

  37. 单击某一端口 图3-13 功能电路图与总图之间的切换

  38. 作业1: 2.1 什么放置元件前应先加载相应的元件库？ 2.2 试述导线（Wire）与总线（Bus）的区别。 2.3 说明放置元件（Part）有哪几种方法。 作业2: 3.1 层次电路设计方法有哪几种？说明层次电路的设计步骤。

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