第5章 繪制多路數(shù)據(jù)采集器原理圖

1、電子CADProtel DXP 電路設(shè)計(jì) 任任 富富 民民 編編 著著中等職業(yè)學(xué)校教學(xué)用書（電子技術(shù)專業(yè)）中等職業(yè)學(xué)校教學(xué)用書（電子技術(shù)專業(yè)）電子教案電子教案 第5章繪制多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖 本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章主要以繪制單片機(jī)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖為例，介紹層次性電路圖的繪制方法，以達(dá)到以下學(xué)習(xí)目標(biāo)：u理解層次性原理圖的基本概念。u掌握方塊電路的繪制和端口的設(shè)置方法。u掌握層次性原理圖的繪制方法。 5.1 層次原理圖的基本概念 對(duì)于復(fù)雜龐大的電路系統(tǒng)，如大屏幕高清晰數(shù)字電視機(jī)等，其原理圖和PCB板都是十分復(fù)雜的，不便于或不可能將其在一張圖紙中繪制完成，同時(shí)為了適用公司和企業(yè)的需要，加快設(shè)計(jì)和繪

2、制的速度，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，往往是以幾個(gè)人組成的群組形式分工合作進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪制，將一個(gè)復(fù)雜的電路系統(tǒng)劃分為多個(gè)子系統(tǒng)，而一個(gè)子系統(tǒng)又可能劃分為多個(gè)模塊，這樣只要定義好各個(gè)模塊圖紙間的連接關(guān)系，然后分配給不同的部門或個(gè)人分開設(shè)計(jì)繪制，最后組合起來即可完成整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作。 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(jì)需要而應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物，他將一個(gè)完整復(fù)雜的設(shè)計(jì)項(xiàng)目分割為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立但又彼此連接的圖紙，并可分開同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，大大加快了原理圖的設(shè)計(jì)繪制速度。 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

3、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)。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(hào)圖形，這就是方塊電路，如圖 所示，一個(gè)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(yè)圖所示，通過方塊電路端口，可以清楚的表達(dá)和實(shí)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)

4、的要求相互連接，才能構(gòu)成實(shí)用的電路系統(tǒng)。為了實(shí)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(dǎo)線或總線連接起來即可。如下頁(yè)圖所示為單片機(jī)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(jī)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P10.7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P30.5 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A0.15為地址總線，端口組D0.7為數(shù)據(jù)總線，端口INT1為中斷信號(hào)輸入端口，RD、WR為存儲(chǔ)器和AD

5、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(chǔ)器模塊子原理圖Memory.SchLib ，ALE端口為AD轉(zhuǎn)換器提供時(shí)鐘信號(hào)。 4. 方塊電路與子原理圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系和連接 5. 層次性原理圖的設(shè)計(jì)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(jì)方法分為二種。 一種為從上向下設(shè)計(jì)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(jì)的方法，即先設(shè)計(jì)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(jī)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)層次性原理圖設(shè)計(jì)方法本章將采用從上向下設(shè)計(jì)的方法繪

6、制單片機(jī)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(gè)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(chǔ)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(yè)圖所示。 單片機(jī)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)層次性原理圖結(jié)構(gòu) 5.2 從上而下設(shè)計(jì)層次原理圖 從上向下設(shè)計(jì)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。 5.2.1 創(chuàng)建工程文

7、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(jī)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(jì)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。 5.2.2 繪制方塊電路符號(hào) 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(biāo)變?yōu)槭中?，并帶出一個(gè)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(duì)話框。

8、 方塊電路屬性 方塊電路屬性對(duì)話框中主要的屬性有： 【Designator】：方塊電路序號(hào)，和元件序號(hào)作用相同，不能重復(fù)。 【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?yàn)榇颂幚L制顯示模塊的方塊電路，而且是第一個(gè)方塊電路，所以在【Designator】欄輸入“FK1”，表示第一個(gè)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(dòng)光標(biāo)到合適位置單擊鼠標(biāo)左鍵，作為方塊電路的左上角端點(diǎn)，此時(shí)移動(dòng)光標(biāo)，可帶出方塊電路，當(dāng)方塊電路大小合適時(shí)再次單擊鼠標(biāo)左鍵完成方塊電路FK1的繪制。 3. 繪制其它方塊

9、電路 5.2.3 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“P10.7”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(gè)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(biāo)，將光標(biāo)移到要放置端口的方塊電路FK1中的放置位置，單擊鼠標(biāo)左鍵，在光標(biāo)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。 2. 設(shè)置方塊電路端口屬性。方塊電路端口屬性對(duì)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

10、名稱后接中括號(hào)和數(shù)字表示端口組，如端口組P10.7表示端口P10P17。 （2）對(duì)于單片機(jī)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”2. 設(shè)置方塊電路端口屬性方塊電路端口屬性對(duì)話框中主要的屬性有：【I/O Type】：端口信號(hào)輸入/輸出類型，即指定端口中信號(hào)的流向。有如下幾個(gè)選項(xiàng)： 【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(hào)的流向，是端口信號(hào)輸入/輸出類型的外在表現(xiàn)形式，有如下幾種類型： 【None(Horizontal)】:

11、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 2. 設(shè)置方塊電路端口屬性。 根據(jù)實(shí)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(jī)的P1端口，所以【Name】屬性欄設(shè)置為端口組“P10.7”，表示該端口組包含P10P17八個(gè)端口。而該端口將信號(hào)送入方塊電路中控制數(shù)碼管的各段，所以【I/O Type】中設(shè)置為【Input】輸入類型，而【Style】欄設(shè)置為【Left】。 5.2.4 連接

12、方塊電路端口，添加網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào) 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(dǎo)線或總線將各端口連接起來。繪制導(dǎo)線和總線的方法前面章節(jié)已有介紹，請(qǐng)參考前面章節(jié)。 同時(shí)還要為各連接導(dǎo)線添加網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。一般網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的名稱和方塊電路端口名稱取得一致。連接好導(dǎo)線并添加了網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的方塊電路端口如下頁(yè)圖所示，至此主原理圖繪制完成。 繪制連接導(dǎo)線（或總線）并添加網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào) 5.2.5 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。 由方塊電路產(chǎn)生

13、子原理圖菜單 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(diǎn)擊【NO】按鈕不反轉(zhuǎn)端口的輸入/輸出方向。 產(chǎn)生新的子原理圖display.SchDoc 如圖所示，同時(shí)還自動(dòng)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(diǎn)： （1）將端口組P10.7和P30.5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(biāo)號(hào)P10.7和P30.5，為各總線分支也添加相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。（2）數(shù)碼管DLEE1DLED4采用第三章自制的原理圖元件，因此必須先將該原理圖庫(kù)“自制原理圖庫(kù).Schlib”

14、添加到庫(kù)文件面板。5.2.6 產(chǎn)生并繪制CPU模塊子原理圖 繪制過程中注意以下幾點(diǎn)： （1）元件U2為CPU，型號(hào)為89C51，它屬于8051系列的單片機(jī)，原理圖符號(hào)和8031一致，可以在庫(kù)中查找到8031的原理圖符號(hào)并放置在圖紙中。（2）元件Y1為晶體振蕩器，位于Miscellaneous Devices.IntLib集成元件庫(kù)，原理圖元件名稱為“XTAL”。（3）元件S1為按鍵開關(guān)，也位于Miscellaneous Devices.IntLib集成元件庫(kù)，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P10.7送往顯示模塊作為數(shù)碼管的段顯示控制，端口組P30.5 送往

15、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A0.15為地址總線，端口組D0.7為數(shù)據(jù)總線，端口INT1為中斷信號(hào)輸入端口，RD、WR為存儲(chǔ)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(chǔ)器模塊子原理圖Memory.SchLib ，ALE端口為AD轉(zhuǎn)換器提供時(shí)鐘信號(hào)。 5.2.7 產(chǎn)生并繪制AD轉(zhuǎn)換模塊子原理圖 I N T 1D 0 .7 W RR DA 0 .1 5 A L EI N - 02 6m sb 2 - 12 12 - 22 0I N - 12 72 - 31 92 - 41 8I N - 22 82 - 582 -

16、61 5I N - 312 - 71 4lsb 2 - 81 7I N - 42E O C7I N - 53A D D - A2 5I N - 64A D D - B2 4A D D - C2 3I N - 75A L E2 2r e f ( - )1 6E N A B L E9ST A R T6r e f ( + )1 2C L O C K1 0A D C 0 8 0 9U 62 0 KV R 11237 4 A L S0 8U 4 A344 0 6 9U 5 B124 0 6 9U 5 A4567 4 L S0 8U 4 B564 0 6 9U 5 CV C CV C CA 0A 1A 2

17、A 0 .1 5 A 1 5D 0 .7 D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 71234567891 0H e a d e r 1 0 HJP 1V C CSW - SP D TS2繪制過程中注意以下幾點(diǎn) 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(qiáng)求完全和原圖完全相同。5.2.8 產(chǎn)生和繪制存儲(chǔ)器模塊子原理圖 A 0 . . 1 5 D 0 . . 7 R DWRWR1A 1 2

18、2A 73A 64A 55A 46A 37A 28A 19A 01 0Q 01 1Q 11 2Q 21 3G N D1 4Q 31 5Q 41 6Q 51 7Q 61 8Q 71 9C E2 0A 1 02 1O E2 2A 1 12 3A 92 4A 82 5A 1 32 6A 1 42 7V C C2 82 6 2 5 6U 7A 0A 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 9A 1 0A 1 1A 1 2A 1 3A 1 4A 1 5A 0 . . 1 5 D 0 . . 7 D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7V C C繪制過程中注意 繪制過程中注意RAM存儲(chǔ)器U

19、7（26256）在原理圖庫(kù)中查找不到，但可以找到ROM存儲(chǔ)器M27256-25F1，M27256與26256唯一的不同在于第1管腳的名稱，ROM存儲(chǔ)器M27256第1管腳為編程管腳“VPP”，而RAM存儲(chǔ)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。WR5.2.9 產(chǎn)生繪制電源模塊子原理圖 5.3 從下而上設(shè)計(jì)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(jī)電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)由主原理圖“電機(jī)控制主電路.SchLib”和三個(gè)子原理圖組成，分別為CPU模塊子原理圖“電機(jī)控制CPU.SchLib”，直流電機(jī)控制模塊子原理圖“直流電機(jī)控制.SchL

20、ib”，步進(jìn)電機(jī)控制模塊子原理圖“步進(jìn)電機(jī)控制.SchLib” 單片機(jī)電機(jī)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(jī)電機(jī)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。 5.3.1 繪制CPU模塊子原理圖 新建一個(gè)工程文件，并保存為“層次電路電機(jī)控制.PRJPCB”，在其下面新建并繪制CPU模塊子原理圖“電機(jī)控制CPU.SchLib”， 電機(jī)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

21、具 繪制，注意和方塊電路端口工具相區(qū)別，它的屬性對(duì)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 5.3.2繪制直流電機(jī)控制模塊子原理圖5.3.3繪制步進(jìn)電機(jī)控制模塊子原理圖 1KR51KR61KR71KR8V CC2n2C612345J2P 20P 21P 22P 23TIP 42Q 5TIP 42Q 6TIP 42Q 7TIP 42Q 85.3.4 新建主原理圖，并產(chǎn)生各子原理圖的方塊符號(hào) 執(zhí)行【Design】/【Create Symbol Form Sheet】從子原理圖產(chǎn)生原理圖符號(hào)菜單命令，彈出如圖所示的選擇子原理圖對(duì)話框，選擇要產(chǎn)生原理圖符號(hào)的子原理圖，如圖中選擇“電機(jī)

22、控制CPU.SchLib”，點(diǎn)擊【OK】按鈕。 產(chǎn)生的電機(jī)控制CPU模塊原理圖符號(hào) 彈出右圖所示的是否反轉(zhuǎn)端口的輸入/輸出方向?qū)υ捒颍c(diǎn)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(jī)控制CPU模塊的原理圖符號(hào)，并放置到主原理圖的合適位置，如圖所示。 產(chǎn)生直流電機(jī)控制模塊步進(jìn)電機(jī)控制模塊的原理圖符號(hào) 2. 完成方塊電路符號(hào)之間的連接 5.3.5 利用導(dǎo)航欄實(shí)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(duì)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(duì)應(yīng)的方塊電路圖中，此時(shí)可以利用Protel DXP提供的導(dǎo)航欄實(shí)現(xiàn)。 打開導(dǎo)航欄 如果導(dǎo)航欄沒有打開，

23、可以執(zhí)行菜單命令【View】視圖/【W(wǎng)orkspace Panels】工作區(qū)面板/【Navigator】導(dǎo)航欄 ，打開如圖所示的導(dǎo)航欄 2. 編譯層次性原理圖 在圖中點(diǎn)擊【Compile】編譯按鈕，對(duì)層次性原理圖進(jìn)行編譯，這也是編譯原理圖的另一種方法。 3. 實(shí)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(dǎo)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(gè)子原理圖，可以分別點(diǎn)擊各原理圖名稱實(shí)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(diǎn)擊【Hierarchy】按鈕，光標(biāo)變?yōu)槭中停谥髟韴D中單擊子原理圖相應(yīng)的方塊電路，即可打開方塊電路對(duì)應(yīng)的子原理圖。 （2）從子原理圖轉(zhuǎn)換到主原理圖 點(diǎn)擊【Hierarchy】按鈕，光標(biāo)變?yōu)槭中停瑔螕糇釉韴D中的某一個(gè)原理圖電路端口，編輯器將自動(dòng)切換到主原理圖中，且光標(biāo)停留在子原理圖電路端口對(duì)應(yīng)的方塊電路端口上。 上機(jī)實(shí)訓(xùn)繪制數(shù)碼搶答器層次性原理圖 1. 上機(jī)任務(wù)上機(jī)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?qǐng)D中虛線框所示分模塊繪制