電子CAD技術第2章層次原理圖設計.ppt

,第2章 層次原理圖設計,目錄,第2章 層次原理圖設計 2.1 層次原理圖方法及步驟 2.2 層次原理圖設計實例 2.3 報表文件 2.3.1 電氣規(guī)則檢查及錯誤報表72 2.3.2 網(wǎng)絡表75 2.3.3 元件引腳表、元件表、元件交叉參考表及層次電路關系表77 2.3.4 原理圖輸出81 2.4 本章小結 2.5 習題,2.1 層次原理圖設計方法和步驟,在層次電路設計方案出現(xiàn)以前，編輯電子設備，如電視機、計算機主板等原理圖時，遇到的問題是電路元件很多，不能在特定幅面的圖紙上繪制出整個電路系統(tǒng)的原理圖，只好改用更大幅面的圖紙。然而打印圖紙時又遇到了另一問題，即打印機最大輸出幅面有限。 采用層次電路原理圖設計方法后，這一問題就迎刃而解了。所謂層次電路設計就是把一個完整的電路系統(tǒng)按功能分解成若干子系統(tǒng)，即子功能電路模塊，需要的話，把子功能電路模塊再分解成若干個更小的子電路模塊，然后用方塊電路的輸入/輸出端口將各子功能電路連接起來，于是就可以在較小幅面的多張圖紙上分別編輯、打印各模塊電路的原理圖。層次電路的構成如圖2. 1. 1所示。,第2章 層次原理圖設計,在層次電路設計中，把整個電路系統(tǒng)視為一個設計項目，并以. prj而不是. sch作為項目文件的擴展名。在項目原理圖(即總電路圖)中，各子功能模塊電路用方塊電路表示，且每一模塊電路有唯一的模塊名和文件名與之對應，其中模塊文件名指出了相應模塊電路原理圖的存放位置。在原理圖編輯窗口內，打開某一電路系統(tǒng)設計項目文件. prj時，也就打開了設計項目內各模塊電路的原理圖文件。 Protel 99 SE原理圖編輯器支持層次電路設計、編輯功能，可以采用自上而下或自下而上的層次電路設計方法。 自上而下逐級設計層次電路：先建立方塊電路圖，再由方塊電路圖產生下層原理圖。 自下而上逐級設計層次電路：先建立下層原理圖，再由下層原理圖產生方塊電路圖。,第2章 層次原理圖設計,2.1 層次原理圖設計方法和步驟,2.2 層次原理圖設計實例,下面以Protel 99 SE自帶實例Z80 Microprocessor. Ddb為例，具體介紹建立層次電路原理圖的操作過程。該文件位置在Protel 99 SE的安裝目錄的Examples中。 1. 采用自上而下方式建立層次電路原理圖 首先新建名稱為Z80 Microprocessor. Ddb的設計數(shù)據(jù)庫，并打開。 (1) 執(zhí)行菜單命令FileNew，在打開的“新建文件”對話框中，雙擊Schematic Document圖標，再將創(chuàng)建的文件名字改為Z80 Processor. prj。 (2) 在原理圖文件窗口內，可用原理圖編輯方法繪制項目文件方塊電路。 執(zhí)行菜單命令DesignOptions，在打開的“文檔設置”對話框中選擇Sheet Options選項卡，設置Standard Style為A，單擊OK按鈕后退出。 單擊畫圖工具欄中的放置方塊電路按鈕，或執(zhí)行菜單命令PlaceSheet Options，在圖中適當?shù)奈恢脝螕?，確定方塊電路左上角，移動光標，拉出一個方塊電路，在方塊電路大小合適時，單擊確定方塊電路右下角。此時系統(tǒng)仍處于放置方塊電路狀態(tài)，可以繼續(xù)放置其他方塊電路，如圖2. 2. 1所示，放置完畢，右擊，退出放置狀態(tài)。 若將要放置的方塊電路與前一個大小一樣，只需在放置方塊電路狀態(tài)雙擊即可。,第2章 層次原理圖設計,1. 采用自上而下方式建立層次電路原理圖,(3) 編輯方塊電路。在放置方塊電路過程中，或雙擊要編輯的方塊電路符號，打開(Sheet Symbol)“方塊電路屬性設置”對話框，Sheet Symbol對話框的操作介紹如下。 X-Location、Y-Location：設置方塊電路左上角坐標。 X-Size、Y-Size：設置方塊電路X、Y方向大小尺寸。 Border Width：設置方塊電路邊框寬度。 Border Color：設置方塊電路邊框顏色。 Fill Color：設置方塊電路填充顏色。 Selection復選框：確定方塊電路是否選中。 Draw Solid復選框：確定方塊電路是否填充。 Show Hidden復選框：確定是否顯示方塊電路圖名稱和所代表的原理圖名稱。 Filename：設置方塊電路所代表的原理圖文件名。 Name：設置方塊電路名稱。 在Sheet Symbol對話框中，設置Filename為CPU Clock. sch，設置Name為CPU Clock，單擊OK按鈕后，如圖2. 2. 1所示的左上角方塊電路變?yōu)槿鐖D2. 2. 3所示。同理編輯其他方塊電路。,第2章 層次原理圖設計,2.2 層次原理圖設計實例,1. 采用自上而下方式建立層次電路原理圖,第2章 層次原理圖設計,2.2 層次原理圖設計實例,圖2.2.1 放置方塊電路,圖2.2.2 Sheet Symbol對話框,圖2.2.3 設置名稱后的方塊電路,該圖有6個方塊電路,(4) 放置方塊電路I/O端口。單擊畫圖工具欄中的放置方塊電路I/O端口按鈕，或執(zhí)行菜單命令PlaceAdd Sheet Entry，將光標移動到CPU Clock方塊電路內部右側單擊，出現(xiàn)一個帶小圓點的方塊電路I/O端口。按Tab鍵，或雙擊已放置的方塊電路I/O端口，打開“方塊電路I/O端口屬性設置”對話框，如圖2. 2. 4所示。 “方塊電路I/O端口屬性設置”對話框的操作介紹如下。 Name：設置方塊電路I/O端口名稱。 I/O Type：設置方塊電路I/O端口類型，表示端口的電氣特性。 Side：決定方塊電路I/O端口放置在方塊電路哪一側。 Style：設置方塊電路I/O端口類型。 Position：設置方塊電路I/O端口在電路圖中的位置。 Border Color：設置邊框顏色。 Fill Color：設置填充顏色。 Text Color：設置方塊電路I/O端口名稱的顏色。 Selection復選框：確定是否選中方塊電路I/O端口。 將方塊電路I/O端口名稱設置為CPUCLK， 單擊OK按鈕。在方塊電路的合適位置，單擊放置端口，如圖2. 2. 5所示。同理放置其他方塊電路I/O端口。放置完方塊電路I/O端口后的方塊電路，如圖2. 2. 6所示。,第2章 層次原理圖設計,2.2 層次原理圖設計實例,1. 采用自上而下方式建立層次電路原理圖,第2章 層次原理圖設計,2.2 層次原理圖設計實例,圖2.2.4 “方塊電路I/O端口屬性設置”對話框,圖2.2.5 放置方塊電路I/O端口,圖2.2.6 放置方塊電路I/O端口完畢,(5) 繪制方塊電路之間的連線。方塊電路及端口放置完畢，可以改變它們的位置。而后使用畫圖工具欄中的畫導線、畫總線按鈕，將不同方塊電路中端口名稱相同的方塊電路I/O端口連接在一起，就獲得了一個設計項目的電路總圖，如圖2. 2. 7所示。 (6) 項目電路總圖編輯結束后，單擊主工具欄上的存盤按鈕或執(zhí)行菜單命令FileSave保存該文件。 (7) 如果文件擴展名不是. prj時，將文件擴展名改為為. prj。可在設計文件管理器窗格內，將光標移到剛編輯的項目原理圖文件名標簽上，右擊，在彈出快捷菜單中，將光標指向并單擊其中的Close(關閉)命令，再右擊項目名稱，在彈出的快捷菜單中，將光標指向并單擊其中的Rename(改名)命令，改名即可。 (8) 在項目設計文件窗口內，執(zhí)行菜單命令DesignCreate Sheet From Symbol(從圖紙符號建立原理圖)，光標變?yōu)槭中螤?，將光標移到相應的方塊電路上，如圖2. 2. 7所示的CPU Section 模塊，單擊，即可彈出如圖2. 2. 8所示的“I/O端口電氣特性選擇”對話框，如果單擊對話框內的Yes按鈕(一般選擇No，表示方塊電路端口方向不變)，則生成的模塊電路原理圖中的I/O 端口電氣特性與方塊電路I/O 端口電氣特性相反，即輸出變?yōu)檩斎耄斎胱優(yōu)檩敵觥螕鬘o按鈕，系統(tǒng)自動產生并打開名為CPU Section.Sch的原理圖，其中有與方塊電路I/O端口對應的I/O端口，如圖2. 2. 9所示。 (9) 同理分別創(chuàng)建其他5個方塊電路圖相對應的電氣原理圖，在產生原理圖后，用畫原理圖的方法分別畫各模塊原理圖，從而完成自上而下的層次電路原理圖的設置工作。畫完CPU Section. Sch原理圖后如圖2. 2. 10所示，其他模塊的原理圖類似。 (10) 最后保存并關閉文件。,第2章 層次原理圖設計,2.2 層次原理圖設計實例,第2章 層次原理圖設計,2.2 層次原理圖設計實例,圖2.2.7 連線后的項目電路總圖,圖2.2.8 “I/O端口電氣特性選擇”對話框,1. 采用自上而下方式建立層次電路原理圖,采取自下而上方式，就是先繪制各模塊電路原理圖文件，并創(chuàng)建一個新的空白的原理圖文件，然后執(zhí)行菜單命令DesignCreate Symbol From Sheet(從原理圖建立圖紙符號)，即可將指定模塊電路原理圖文件中的I/O 端口轉化為方塊電路I/O 端口，并放置在自動生成的方塊電路內。從模塊電路原理圖中生成方塊電路的操作過程如下所述。 在設計數(shù)據(jù)文件包內的指定文件夾內，用畫原理圖的方法，分別建立、編輯各自方塊電路的原理圖文件，原理圖文件目錄如圖2. 2. 11所示。 執(zhí)行菜單命令FileNew，在同一文件夾內創(chuàng)建一個空白的項目文件，命名為Z80 Processor. prj，如圖2. 2. 12所示。 在設計文件管理器窗格內，單擊新生成的項目文件名CPU Processor. prj，切換到項目文件原理圖編輯狀態(tài)。 在空白的項目文件編輯窗口內，執(zhí)行菜單命令DesignCreate Symbol From Sheet，在彈出如圖2. 2. 13所示的“選擇原理圖”對話框，在列表框中找出并單擊待轉換的模塊電路原理圖文件名，如CPU Section. Sch。,第2章 層次原理圖設計,2.2 層次原理圖設計實例,2. 自下而上編輯層次電路原理圖,第2章 層次原理圖設計,2.2 層次原理圖設計實例,2. 自下而上編輯層次電路原理圖,圖2.2.9 由方塊電路創(chuàng)建的電氣原理圖,圖2.2.10 CPU Section模塊原理圖,單擊OK按鈕，關閉如圖2. 2. 12所示的對話框，即可彈出如圖2. 2. 8所示的“I/O端口電氣特性選擇”對話框，并根據(jù)需要單擊Yes或No按鈕(一般選擇No，使轉換后的方塊電路I/O端口(Sheet Entry)的電氣特性與模塊電路原理圖內I/O端口(Port)電氣特性一致)。單擊No按鈕后，在項目文件編輯窗口內出現(xiàn)了一個隨光標移動而移動的方塊電路(必要時可按下Tab鍵，修改方塊電路的屬性)，將光標移到適當位置后，單擊固定，即可獲得包含了方塊電路I/O端口的方塊電路，如圖2. 2. 14所示。同理產生其他原理圖對應的方塊電路。必要時，可調整方塊電路位置以及方塊電路內I/O端口位置，然后再使用導線、總線將各方塊電路I/O端口連接在一起，即可獲得項目電路總圖，如圖2. 2. 7所示。 3. 層次圖紙的切換 單擊主工具欄中的切換層次按鈕，或執(zhí)行菜單命令ToolsUp/Down Hierarchy，光標變?yōu)槭中螤?，移動光標到層次總電路圖中某個方塊電路上，單擊，可切換到方塊電路所對應的原理圖中。將十字光標移動到端口上(I/O端口、方塊電路I/O端口)，單擊，即可切換到對應的端口上?？梢杂覔?，退出層次切換狀態(tài)。,第2章 層次原理圖設計,2.2 層次原理圖設計實例,2. 自下而上編輯層次電路原理圖,(1) ERC Options選項區(qū)域 Multiple net names on net復選框：確定是否檢查網(wǎng)絡名重復錯誤。 Unconnected net labels復選框：確定是否檢查網(wǎng)絡標號未連接錯誤。 Unconnected power objects復選框：確定是否檢查電源符號未連接錯誤。 Duplicate sheet numbers復選框：確定是否檢查電路圖編號重復錯誤。 Duplicate component designators復選框：確定是否檢查元件標號重復錯誤。 Bus label format errors復選框：確定是否檢查總線標號格式錯誤。 Floating input pins復選框：確定是否檢查輸入引腳浮空錯誤。 Suppress Warnings：忽略所有的警告性檢測項，不記錄錯誤在報告上。,第2章 層次原理圖設計,2.3 報表文件,2.3.1 電氣規(guī)則檢查及錯誤報表,在編輯原理圖過程中，對于只有少量分立元件的簡單電路，通過瀏覽就能看出電路中存在的問題，但對于一個較復雜的電路設計項目，靠人工查找電路編輯過程中的錯誤就沒那么容易了。 下面介紹電氣規(guī)則檢查的操作過程和結果。 執(zhí)行菜單命令ToolsERC.，彈出“ERC檢查”對話框，如圖2. 3. 1所示。該對話框的Setup選項卡介紹如下。,圖2. 3. 1所示。該對話框的Setup選項卡,(2) Options選項區(qū)域 Create report file復選框：確定檢查后是否建立錯誤報告文件，報告后綴名為ERC。 Add error markers復選框：確定檢查后是否在原理圖中對錯誤之處放置標記。 Descend into sheet parts復選框：確定檢查后是否深入至圖紙元件內部電路(層次電路)。 Sheets to Netlist下拉列表框：選擇Active sheet表示檢查當前圖紙；選擇Active project表示檢查當前項目；選擇Active Sheet plus sub sheet表示檢查當前原理圖和下層原理圖。 (3) Net identifier Scope下拉列表框 選擇Net label and ports global表示網(wǎng)絡標號和端口全局有效；選擇Only ports global表示僅I/O端口全局有效；選擇Sheet Symbol/Port Connections表示層次電路中同名端口相連。 “ERC檢查”對話框的Rule Matrix選項卡如圖2. 3. 2所示，Rule Matrix選項卡介紹如下。 Set Defaults按鈕：用于設置系統(tǒng)默認的矩陣。 Legend選項區(qū)域：用于設置正確、錯誤和警告的代表顏色。 矩陣：用于設置縱橫坐標所示引腳/端口連接時的電氣規(guī)則，用三種顏色(Legend組合框設置的顏色)表示連接時正確、錯誤或警告。一般不需要用戶重新設置檢查規(guī)則。 以上設置完成后，單擊OK按鈕，系統(tǒng)進行ERC規(guī)則檢查，并產生錯誤報告，如圖2. 3. 3所示。,第2章 層次原理圖設計,2.3 報表文件,2.3.1 電氣規(guī)則檢查及錯誤報表,在電氣規(guī)則檢查結果中可能包含兩類錯誤，其中Warning是警告性錯誤，提醒操作者注意；而Error是致命性錯誤，必須認真分析，根據(jù)出錯原因對原理圖進行相應的修改。 在設計文件管理器窗格內，單擊打開相應的原理圖文件，將會發(fā)現(xiàn)有問題的位置均加入了一個紅色標記，如圖2. 3. 4所示的第20號引腳端點處。,第2章 層次原理圖設計,2.3 報表文件,2.3.1 電氣規(guī)則檢查及錯誤報表,圖2.3.2 “ERC檢查”對話框的Rule Matrix選項卡,圖2.3.4 電氣規(guī)則檢查后加入錯誤標記,編輯原理圖的最終目的是制作印制電路板，網(wǎng)絡表文件(擴展名為. net)可以說是原理圖編輯器Sch與印制電路板編輯器PCB之間連接的紐帶。建立網(wǎng)絡表前在元件屬性對話框中應給定元件的封裝和序號。所謂封裝就是元件在電路板上的形狀代號，在第3章中將用大量的篇幅介紹封裝。 下面介紹從電路原理圖中建立網(wǎng)絡表文件的操作過程。 執(zhí)行菜單命令Design Create Netlist，彈出如圖2. 3. 5所示的“創(chuàng)建網(wǎng)絡表屬性”(Netlist Creation)對話框中的Preferences選項卡。,第2章 層次原理圖設計,2.3 報表文件,2.3.2 網(wǎng)絡表,圖2.3.5 Netlist Creation對話框(Preference選項卡),(1) Preference選項卡中主要設置網(wǎng)絡表格式、網(wǎng)絡標志作用范圍等，介紹如下。 Output Format下拉列表框：設置生成網(wǎng)絡表的格式，一般選擇Protel2格式，此格式生成的網(wǎng)絡表包含元件描述、網(wǎng)絡描述及PCB布線指示。 Net Identifier Scope下拉列表框：設置項目電路圖網(wǎng)絡標志符的作用范圍。詳細介紹見層次原理圖設計部分。 Sheets to Netlist下拉列表框：設定生成網(wǎng)絡表的原理圖范圍。選擇Active sheet只建立當前原理圖的網(wǎng)絡表；選擇Active project建立當前項目的網(wǎng)絡表；選擇Active sheet plus sub sheets建立當前原理圖和各層次原理圖的網(wǎng)絡表。 Append sheet numbers to local nets復選框：確定是否在網(wǎng)絡表中加入原理圖編號。 Descend into sheet parts復選框：確定是否深入到圖紙符號(層次原理圖)中的內部電路。 Include un-named single pin nets復選框：確定是否包括無名引腳網(wǎng)絡。,第2章 層次原理圖設計,2.3 報表文件,2.3.2 網(wǎng)絡表,(2) Trace Options選項卡。單擊Trace Options標簽，切換到Trace Options選項卡，如圖2. 3. 6所示。 Trace Options選項卡的操作介紹如下。 Enable Trace復選框：用于確定是否產生跟蹤網(wǎng)絡表。 Netlist before any resolving復選框：用于確定是否在生成網(wǎng)絡表時，將任何動作加入網(wǎng)絡表。 Netlist after resolving sheets復選框：用于確定是否只有當原理圖中的內部網(wǎng)絡結合到項目網(wǎng)絡后，才加以跟蹤，并形成跟蹤文件。 Netlist after resolving project復選框：用于確定是否只有當項目內部網(wǎng)絡結合后，才將該步驟保存為跟蹤文件。 Include Net Merging information復選框：用于確定跟蹤文件是否包括網(wǎng)絡合并信息。 設置完成后，單擊OK按鈕，系統(tǒng)進入網(wǎng)絡表生成過程，并生成網(wǎng)絡表文件，網(wǎng)絡表文件名稱與主電路圖的文件名相同，擴展名為NET。系統(tǒng)將自動打開生成的網(wǎng)絡表，如圖2. 3. 7所示。,第2章 層次原理圖設計,2.3 報表文件,2.3.2 網(wǎng)絡表,圖2.3.6 Trace Options選項卡,Protel 99 SE還能夠生成元件引腳表、元件表、元件交叉參考表及層次電路關系表，原理圖報表的菜單命令集中在主菜單Reports中。 1. 元件引腳表 在設計電路過程中，可以通過元件引腳列表查詢元件引腳在電路圖中的位置信息，操作過程如下。 首先執(zhí)行選擇命令，選中要顯示引腳的元件，而后執(zhí)行菜單命令ReportsSelected Pins，系統(tǒng)將彈出如圖2. 3. 8所示的“元件引腳列表”對話框。 選擇該對話框的列表框中的某一引腳，單擊OK按鈕后，選中的引腳將移到原理圖編輯窗口的中央，并以合適的尺寸顯示。,第2章 層次原理圖設計,2.3 報表文件,2.3.3 元件引腳表、元件表、元件交叉參考表,圖2.3.8 “元件引腳列表”對話框,2. 元件表 通過元件表文件(. xls)能夠迅速獲得一個設計項目或一張電路圖所包含的元件類型、封裝形式、數(shù)目等數(shù)據(jù)，以便采購或進行成本預算。獲取元件表的操作過程如下。 執(zhí)行菜單命令ReportsBill of Material，系統(tǒng)彈出如圖2. 3. 9所示的“生成元件表向導”對話框之一，在該對話框中，可以選擇生成元件表的范圍，選擇Project單選按鈕，生成整個項目的元件表；選擇Sheet單選按鈕，則生成當前原理圖的元件報表。 設置完成后，單擊Next按鈕，系統(tǒng)彈出如圖2. 3. 10所示的“生成元件表向導”對話框之二。 此對話框用于選擇元件報表包括哪些內容，單擊相應選項前的復選框，即可選中或取消選中的相應的選項。,第2章 層次原理圖設計,2.3 報表文件,圖2.3.10 “生成元件表向導”對話框之二,2.3.3 元件引腳表、元件表、元件交叉參考表,圖2.3.9 “生成元件表向導”對話框之一,單擊Next按鈕，打開“生成元件表向導”對話框之三，如圖2. 3. 11所示，可以在其中修改默認的內容名稱，如可將“Footprint”改為“元件封裝形式”、“Part Type”定義為“元件型號” 等，設置完畢后，單擊Next按鈕，打開“生成元件表向導”對話框之四，如圖2. 3. 12所示。 在如圖2. 3. 12所示的對話框內，選擇元件清單報表文件格式。 在如圖2. 3. 12所示的對話框中，選中Client Spreadsheet(文件格式)復選框后，單擊Next按鈕，打開如圖2. 3. 13所示的“生成元件表向導”對話框之五，如果不需要修改以上對話框中的選項，單擊Finish按鈕，Protel 99 SE會自動啟動表格編輯器，列出當前電路的元件清單內容，如圖2. 3. 14所示。,第2章 層次原理圖設計,2.3 報表文件,圖2.3.14 生成的元件表文件,2.3.3 元件引腳表、元件表、元件交叉參考表,圖2.3.11 “生成元件表向導”對話框之三,3. 元件交叉參考表 元件交叉參考表列出項目電路中的所有元件，并且指出元件位于哪一張電路圖里。下面以Protel 99 SE自帶實例Z80 Microprocessor.Ddb為例，介紹元件交叉列表的生成過程。 打開Protel 99 SE自帶實例Z80 Microprocessor.Ddb。 執(zhí)行菜單命令ReportsCross Reference，系統(tǒng)將自動生成該項目的元件交叉參考表，如圖2. 3. 15所示。,第2章 層次原理圖設計,2.3 報表文件,圖2.3.15 元件交叉參考表,2.3.3 元件引腳表、元件表、元件交叉參考表,4. 層次電路關系表 層次電路關系表可以表示項目中原理圖中的層次關系。下面以Protel 99 SE自帶實例Z80 Microprocessor.Ddb為例，介紹層次電路關系表的生成過程。 打開Protel 99 SE自帶實例Z80 Microprocessor.Ddb。 執(zhí)行菜單命令ReportsDesign Hierarchy，系統(tǒng)將自動生成該項目的層次電路關系表，如圖2. 3. 16所示。,第2章 層次原理圖設計,2.3 報表文件,2.3.2 網(wǎng)絡表,圖2.3.16 層次電路關系表,完成了原理圖設計后，可以將圖紙打印保存，在打印原理圖前，根據(jù)需要，執(zhí)行菜單命令DesignOptions.，并在“文檔選項設置”對話框中，單擊圖紙選擇(Sheet Options)標簽，在該選項卡中重新設置圖紙邊框、參考邊框、標題欄的狀態(tài)以及圖紙底色。 1. 打印設置 執(zhí)行菜單命令FileSetup Printer，對打印機進行設置，以便獲得滿意的打印效果。 執(zhí)行菜單命令FileSetup Printer，系統(tǒng)彈出如圖2. 3. 17所示的“打印機設置”對話框，可以在其中設置打印機類型、顏色模式、打印紙大小以及邊框等參數(shù)，再單擊Print按鈕，啟動打印過程。,第2章 層次原理圖設計,2.3