電子系統(tǒng)綜合設(shè)計與實踐(層次圖設(shè)計)

電子系統(tǒng)綜合設(shè)計與實踐教科學(xué)院金華強四、層次圖設(shè)計當電路比較復(fù)雜時，用一張原理圖來繪制顯得比較困難，此時可以采用層次型電路來簡化電路。層次型電路將一個龐大的電路原理圖(稱為工程)分成假設(shè)干個模塊，且每個模塊可以再分成幾個根本模塊。各個根本模塊可以由工作組成員分工完成，這樣可以大大提高設(shè)計效率。層次型電路的設(shè)計可采取自上而下或自下而上的設(shè)計方法。本節(jié)采用自上而下的設(shè)計方式進行介紹。4.1層次電路設(shè)計概念

層次電路圖按照電路的功能區(qū)分，在其中的子圖模塊中代表某個特定的功能，類似于自定義的元件。層次電路圖的結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)的文件目錄結(jié)構(gòu)相似，選擇設(shè)計管理器的Explorer選項卡可以觀察到層次圖的結(jié)構(gòu)。圖4-1層次電路結(jié)構(gòu)主圖子圖圖4-1所示為層次電路圖Z80Processor.prj的結(jié)構(gòu)。在一個工程中，處于最上方的為主圖，一個工程只有一個主圖，擴展名為prj；在主圖下方所有的電路均為子圖，擴展名為sch，圖中有4個一級子圖，在子圖SerialInterface.sch中還存在二級子圖。4.2層次電路設(shè)計工具和文件切換在層次式電路中，通常主圖中是以假設(shè)干個方塊圖組成，它們之間的電氣連接通過I/O端口和網(wǎng)絡(luò)標號實現(xiàn)。1.電路方塊圖設(shè)計電路方塊圖，也稱為子圖符號，是層次電路中的主要組件，它對應(yīng)著一個具體的內(nèi)層電路。圖4-2所示為某電路的主圖文件，它是由兩個電路方塊圖組成。圖4-2層次電路主圖執(zhí)行菜單Place→SheetSymbol，或單擊工具欄上按鈕，光標上粘著一個懸浮的虛線框，按<Tab>鍵，屏幕彈出圖4-3所示的屬性對話框，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，在FileName中填入子圖的文件名〔如FB.sch〕，Name中填入子圖符號的名稱〔如方波〕，設(shè)置完畢后，單擊【OK】按鈕，關(guān)閉對話框，將光標移至適宜的位置后，單擊鼠標左鍵定義方塊的起點，移動鼠標，改變其大小，大小適宜后，再次單擊鼠標左鍵，放下子圖符號。4-3子圖符號屬性對話框2.放置子圖符號的I/O接口執(zhí)行菜單Place→AddSheetEntry，或單擊工具欄上按鈕，將光標移至子圖符號內(nèi)部，在其邊界上單擊鼠標左鍵，此時光標上出現(xiàn)一個懸浮的I/O端口，該I/O端口被限制在子圖符號的邊界上，光標移至適宜位置后，再次單擊鼠標左鍵，放置I/O端口。雙擊I/O端口，屏幕彈出圖4-4所示的子圖符號端口屬性對話框。Name為端口名；I/OType為端口電氣特性設(shè)置；Style為端口方向設(shè)置；Side設(shè)置I/O端口在子圖的左邊〔Left〕或右邊〔Right〕；Position代表子圖符號I/O端口的上下位置，以左上角為原點，每向下一格增加1。4-4子圖符號端口屬性對話框3.設(shè)置圖紙信息主圖和子圖繪制完畢，必須添加圖紙信息。執(zhí)行Design→Options，屏幕出現(xiàn)文檔參數(shù)設(shè)置對話框，選中Organization選項卡，設(shè)置圖紙信息，特別是Sheet欄中的No.〔設(shè)置原理圖的編號〕和Total〔設(shè)置電路圖總數(shù)〕必須設(shè)置好。4.由子圖符號生成子圖文件執(zhí)行菜單Design→CreateSheetFromSymbol，將光標移到子圖符號上，單擊鼠標左鍵，屏幕彈出是否顛倒I/O端口的電氣特性的對話框，如圖4-5所示。假設(shè)選擇“是〞，那么生成的電路圖中的I/O端口的輸入輸出特性將與子圖符號I/O端口的輸入輸出特性相反；假設(shè)選擇“否〞，那么生成的電路圖中的I/O端口的輸入輸出特性將與子圖符號I/O端口的輸入輸出特性相同，一般選擇“否〞。

此時Protel99SE自動生成一張新電路圖，電路圖的文件名與子圖符號中的文件名相同，同時在新電路圖中，已自動生成對應(yīng)的I/O端口。圖4-5I/O端口特性轉(zhuǎn)換對話框5.層次電路的切換在層次電路中，經(jīng)常要在各層電路圖之間相互切換，切換的方法主要有2種。利用設(shè)計管理器，鼠標左鍵單擊所需文檔，便可在右邊工作區(qū)中顯示該電路圖。執(zhí)行菜單Tools→Up/DownHierarchy或單擊主工具欄上按鈕，將光標移至需要切換的子圖符號上，單擊鼠標左鍵，即可將上層電路切換至下一層的子圖；假設(shè)是從下層電路切換至上層電路，那么是將光標移至下層電路的I/O端口上，單擊鼠標左鍵進行切換。4.3自上而下層次電路圖設(shè)計自上而下層次式電路圖設(shè)計的根本步驟如下。新建一個原理圖文件。繪制主圖。繪制子圖電路。設(shè)置圖紙編號。文件保存。4.4電氣規(guī)那么檢查與網(wǎng)絡(luò)表生成

1.電氣規(guī)那么檢查電氣規(guī)那么檢查〔ERC〕是按照一定的電氣規(guī)那么，檢查電路圖中是否有違反電氣規(guī)那么的錯誤。ERC檢查報告以錯誤〔Error〕或警告〔Warning〕來提示。進行電氣規(guī)那么檢查后，系統(tǒng)會自動生成檢測報告，并在電路圖中有錯誤的地方放上紅色的標記。執(zhí)行菜單Tools→ERC，翻開圖4-6所示的電氣規(guī)那么檢查設(shè)置對話框，選種復(fù)選框表示要做該項檢查。圖4-6

設(shè)置電氣規(guī)則檢查對話框Unconnectedpowerobjects：該項對電路中存在未連接的電源或接地符號時，給出錯誤報告。如果把PowerPort的Vcc改為+5V，那么+5V和其它Vcc名稱的管腳就被看成是兩個完全不同的圖件，在檢查時會給出錯誤標記。Duplicatesheetdesignator：該項對電路圖中出現(xiàn)圖紙編號相同的情況，給出錯誤報告。Duplicatecomponentdesignator：該項對電路中元件標號重復(fù)的情況給出錯誤報告。uslabelformaterrors：該項對電路圖中存在總線標號格式錯誤的情況給出錯誤報告。正確的BUS格式，如D[0..7]代表單獨的網(wǎng)絡(luò)標號D0～D7。Floatinginputpins：該項對電路中存在輸入管腳懸空的情況給出錯誤報告。Suppresswarning：選中此復(fù)選框，那么進行ERC檢測時將跳過所有的警告型錯誤。⑴ERCOptions區(qū)Multiplenetnamesonnet：該項檢測是否同一網(wǎng)絡(luò)上存在多個網(wǎng)絡(luò)標號。Unconnectednetlabels：該項對存在未實際連接的網(wǎng)絡(luò)標號，給出錯誤報告。Adderrormarks：選中此復(fù)選框，那么進行ERC檢測后，將在電路圖上有錯的地方放上紅色錯誤標記。Descendintosheetparts：選中此復(fù)選框，設(shè)定檢查范圍是否深入到元件內(nèi)部電路。SheetstoNetlist下拉列表框。用于選擇檢查的范圍，ActiveSheets〔當前電路圖〕、ActiveProject〔當前工程文件〕、ActiveSheetPlusSubSheets〔當前的電路圖與子圖〕。⑵Options區(qū)Createreportfile：選中此復(fù)選框，那么進行ERC檢測后，將給出檢測報告*.ERC。⑷NetIdentifierScope下拉列表框。用來設(shè)置進行ERC檢測時，各圖件的作用范圍。NetLabelsandPortsGlobal代表網(wǎng)絡(luò)標號和電路I/O端口在整個工程文件中的所有電路圖中都有效；OnlyPortsGlobal代表只有I/O端口在整個工程文件中有效；SheetSymbol/PortConnections代表在子圖符號I/O口與下一層的電路I/O端口同名時，二者在電氣上相通。例如圖4-7中出現(xiàn)兩個相同的元件標號R1，進行電氣規(guī)那么檢查，電路圖中在重復(fù)的標號R1上放置錯誤標記，提示出錯，同時自動產(chǎn)生并翻開一個檢測報告，如圖4-8所示。圖4-8ERC檢測報告文件4-7指示錯誤2.從原理圖中生成網(wǎng)絡(luò)表一般來說，設(shè)計原理圖的最終目的是進行PCB設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)表在原理圖和PCB之間起到一個橋梁作用。網(wǎng)絡(luò)表文件〔*.Net〕是一張電路圖中全部元件和電氣連接關(guān)系的列表，它包含電路中的元件信息和連線信息，是電路板自動布線的靈魂?！?〕生成網(wǎng)絡(luò)表在生成網(wǎng)絡(luò)表前，必須對原理圖中所有的元件設(shè)置好元件標號〔Designator〕和封裝形式〔Footprint〕。執(zhí)行菜單Design→CreateNetlist，屏幕上出現(xiàn)圖4-9所示的生成網(wǎng)絡(luò)表對話框，對話框中的具體內(nèi)容如下。圖4-9生成網(wǎng)絡(luò)表對話框OutputFormat下拉列表框。用來設(shè)置網(wǎng)絡(luò)表格式，一般選取Protel。NetIdentifierScope下拉列表框。用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標號、子圖符號I/O口、電路I/O端口的作用范圍，共有三個選項。NetLabelsandPortsGlobal：代表網(wǎng)絡(luò)標號和電路I/O端口在整個工程文件中的所有電路圖中都有效；OnlyPortsGlobal代表只有I/O端口在整個工程文件中有效；SheetSymbol/PortConnections代表在子圖符號I/O口與下一層的電路I/O端口同名時，二者在電氣上相通。SheetstoNetlist下拉列表框。用于選擇產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表的范圍，ActiveSheets(當前電路)、ActiveProject(當前工程文件)、ActiveSheetPlusSubSheets(當前電路圖與子圖)。AppendSheetNumbersToLocalNetName復(fù)選框。選中那么在生成網(wǎng)絡(luò)表時，將電路圖的編號附在每個網(wǎng)絡(luò)名稱上，以識別該網(wǎng)絡(luò)的位置。Descendintosheetparts復(fù)選框。選中那么在生成網(wǎng)絡(luò)表時，系統(tǒng)將元件的內(nèi)電路作為電路的一局部，一起轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)表。IncludeUn-NamedSinglePinNets復(fù)選框。選中此復(fù)選框，那么在生成網(wǎng)絡(luò)表時，將電路圖中沒有名稱的管腳，也一起轉(zhuǎn)換到網(wǎng)絡(luò)表中。〔2〕網(wǎng)絡(luò)表的格式執(zhí)行菜單Design→CreateNetlist，設(shè)置參數(shù)后，單擊OK按鈕，程序便自動生成并翻開網(wǎng)絡(luò)表文件。Protel格式的網(wǎng)絡(luò)表是一種文本式文檔，由兩個局部組成，第一局部為元件描述段，以“[〞和“]〞將每個元件單獨歸納為一項，每項包括元件名稱、標稱值和封裝形式；第二局部為電路的網(wǎng)絡(luò)連接描述段，以“(〞和“)〞把電氣上相連的元件管腳歸納為一項，并定義一個網(wǎng)絡(luò)名。例：[【元件描述開始符號】R1【元件標號〔Designator〕】AXIAL0.4【元件封裝〔Footprint〕】10k【元件型號或標稱值〔PartType〕】【三個空行對元件作進一步說明，可用可不用】]【元件描述結(jié)束符號】(【一個網(wǎng)絡(luò)的開始符號】NET_V1-1【網(wǎng)絡(luò)名稱】R1-1【網(wǎng)絡(luò)連接點：R1的1腳】V1-1【網(wǎng)絡(luò)連接點：V1的1腳】)【一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)束符號】4.5輸出原理圖信息一般電路圖繪制完畢，需要打印輸出原理圖文件，并且還要產(chǎn)生一份元器件清單，以便于采購或裝配。1.生成元件清單執(zhí)行菜單Reports→BillofMaterial，可以產(chǎn)生元件清單，它給出電路圖中所用元件的數(shù)量、名稱、規(guī)格等。執(zhí)行該命令，屏幕彈出對話框提示選擇工程文件〔Project〕或圖紙〔Sheet〕，根據(jù)需要選擇；產(chǎn)生的清單格式選擇ProtelFormat格式〔產(chǎn)生文件*.BOM〕，或選擇ClientSpreadsheet格式〔產(chǎn)生文件為電子表格形式，*.XLS〕，其它的對話框均按默認設(shè)置，直接單擊Next按鈕進行下一步操作；最后單擊Finish按鈕結(jié)束操作，系統(tǒng)產(chǎn)生兩種類型的元件清單。2.圖紙打印執(zhí)行菜單File→SetupPrinter或單擊工具欄上按鈕，進入原理圖打印設(shè)置，翻開圖4-10所示的對話框。

對話框中各項說明如下：SelectPrinter下拉列表框：用于選擇打印機。Properties按鈕用于設(shè)置打印參數(shù)。按下此按鈕，屏幕彈出圖4-11所示的對話框，“大小〞下拉列表框用于設(shè)置紙張的大小，“來源〞下拉列表框用于設(shè)置紙張的來源，“方向〞區(qū)用于設(shè)置打印的方向。BatchType下拉列表框：設(shè)置打印文檔范圍，有當前文檔和所有文檔兩個選擇。4-10原理圖打印設(shè)置Color下拉列表框：設(shè)置打印時的顏色，有Color(彩色方式)和Monochrome(黑白打印)兩種。Margins區(qū)：用于設(shè)置圖紙與紙張邊沿的距離，單位為英寸。

圖4-11打印設(shè)置對話框Scal