項目四

信號檢測與顯示電路設(shè)計（層次電路設(shè)計）學(xué)習(xí)目標·了解層次原理圖的概念、使用目的并掌握設(shè)計方法和步驟；·掌握方塊電路繪制及各個模塊原理圖設(shè)計，熟練掌握I/O端口、網(wǎng)絡(luò)標號全局有效的層次原理圖的繪制；·靈活運用在層次圖畫繪制中常用操作的快捷鍵；·進一步熟悉常用PCB規(guī)則設(shè)置；·進一步熟悉PCB自動布線、調(diào)整布線方法及布線策略設(shè)置。任務(wù)一

信號檢測與顯示電路原理圖層次電路設(shè)計任務(wù)描述對于一個龐大和復(fù)雜的電子項目的設(shè)計系統(tǒng)，將其按功能分解成相對獨立的模塊，分配給多個工程技術(shù)人員獨立進行設(shè)計，這樣可以大大縮短開發(fā)周期，提高模塊電路的復(fù)用性和加快設(shè)計速度，這就是AltiumDesigner提供的層次電路設(shè)計方法。本任務(wù)就是完成信號檢測與顯示電路原理圖層次電路設(shè)計。通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，了解層次原理圖的概念、使用目的并掌握設(shè)計方法和步驟；掌握方塊電路繪制及各個模塊原理圖設(shè)計，熟練掌握I/O端口、網(wǎng)絡(luò)標號全局有效的層次原理圖的繪制；靈活運用在層次圖畫繪制中常用操作的快捷鍵。任務(wù)實現(xiàn)1．自上向下的層次電路設(shè)計AltiumDesigner支持“自上而下”層次電路設(shè)計方式。自上而下設(shè)計就是按照系統(tǒng)設(shè)計的思想，首先對系統(tǒng)最上層進行模塊劃分，設(shè)計包含子圖符號的父圖（方塊圖），表示系統(tǒng)最上層模塊（方塊圖）之間的電路連接關(guān)系，接下來分別對系統(tǒng)模塊圖中的各功能模塊進行詳細設(shè)計，分別細化各個功能模塊的電路實現(xiàn)（子圖）。1．自上向下的層次電路設(shè)計

信號檢測與顯示電路由電源電路、位驅(qū)動電路、數(shù)碼管顯示電路、信號輸入電路電路及單片機電路五部分組成。在該圖中，可以把A4圖紙，按照電路的功能模塊分成五個部分，把它們分別分成5個子圖，如圖4-1所示。圖4-1信號檢測與顯示電路原理圖2．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計的總圖設(shè)計⑴主電源方塊圖符號建立。步驟如下：

①在“總圖.SchDoc”窗口中，單擊Wiring工具欄中的添加方塊圖符號

按鈕，或者在主菜單中選擇“放置”→“圖表符”命令。

②按【Tab】鍵，彈出“方塊符號”對話框。

“方塊符號”對話框的屬性區(qū)域各項介紹如下：a.“標識”：圖紙的標號，用于設(shè)置方塊圖所代表的圖紙的名稱。b.“文件名”：圖紙的文件名，用于設(shè)置方塊圖所代表的圖紙的文件全名（包括文件的擴展名），以便建立起方塊圖與原理圖（子圖）文件的直接對應(yīng)關(guān)系。c.“唯一ID”：唯一的ID號，為了在整個工程中正確地識別電路原理圖符號，每一個電路原理圖符號在工程中都有一個唯一的標識，如果需要可以對這個標識進行重新設(shè)置。2．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計的總圖設(shè)計圖4-2“方塊符號”對話框

在“方塊符號”對話框的“標識”文本框中輸入“電源電路”，在“文件名”文本框內(nèi)輸入“電源電路”,單擊“確定”按鈕，如圖4-2所示，結(jié)束方塊圖符號的屬性設(shè)置。2．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計的總圖設(shè)計圖4-3電源電路方塊圖

③在原理圖上合適位置單擊，確定方塊圖符號的一個頂角位置，然后拖動鼠標，調(diào)整方塊圖符號的大小，確定后再單擊，即可在原理圖上插入方塊圖符號，如圖4-3所示。2．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計的總圖設(shè)計⑵在主電源電路方塊圖中放置端口。步驟如下：

①在主電源電路方塊圖（圖4-3）中放置端口，單擊工具欄中的添加方塊圖輸入/輸出端口工具按鈕

按鈕，或者在主菜單中選擇“放置”→“添加圖紙入口”命令。

②此時光標上“懸浮”著一個端口，把光標移入“主電源電路”的方塊圖內(nèi)，按【Tab】鍵打開“方塊入口”對話框。

“方塊入口”對話框內(nèi)的含義如下：a.“邊”：端口位置，用于設(shè)置端口在方塊圖中的位置。b.“類型”：端口類型，用來表示信號的傳輸方向。c.“名稱”：端口的名稱，是識別端口的標識。d.“I/O類型”：端口的輸入/輸出類型，表示信號流向的確定參數(shù)，有“Unspecified”（未指定的）、“Output”（輸出端口）、“Input”（輸入端口）和“Bidirectional”（雙向端口）四個選項。2．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計的總圖設(shè)計圖4-4“方塊入口”對話框③在“方塊入口”對話框的“名稱”文本框輸入“VCC1”，作為方塊圖端口的名稱。

④其它參數(shù)默認，如圖4-4所示。2．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計的總圖設(shè)計圖4-5VCC1端口設(shè)置單擊“確定”按鈕，關(guān)閉對話框，完成端口設(shè)置，如圖4-5所示。⑤同理設(shè)置端口“GND1”，如圖4-6所示。圖4-6主電源電路端口方塊圖設(shè)置2．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計的總圖設(shè)計圖4-7信號檢測與顯示電路端口方塊圖設(shè)置

⑶用同樣方法完成信號檢測與顯示電路其它方塊圖符號設(shè)置，如圖4-7所示。2．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計的總圖設(shè)計圖4-8信號檢測與顯示電路“總圖.SchDoc”⑷連接方塊圖完成“總圖.SchDoc”設(shè)計，如圖4-8所示。3．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計中子圖設(shè)計圖4-9創(chuàng)建子圖命令⑴方塊圖生成電路原理子圖。步驟如下：

①在主菜單中選擇“設(shè)計”→“產(chǎn)生圖紙”命令，如圖4-9所示。3．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計中子圖設(shè)計圖4-10電源電路原理圖文件建立

此時鼠標上懸浮十字光標，單擊主電源方塊圖符號，系統(tǒng)自動在“信號檢測與顯示層次設(shè)計.PrjPCB”工程中新建一個名為“電源電路.SchDoc”的原理圖文件，置于“總圖.SchDoc”原理圖文件下層，如圖4-10所示。3．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計中子圖設(shè)計圖4-11電源電路自動生成端口

在原理圖文件“電源電源.SchDoc”中自動布置了如圖4-11所示的二個端口，該端口中的名字與方塊圖中的一致。3．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計中子圖設(shè)計圖4-12系統(tǒng)自動生成的原理圖文件

②重復(fù)操作，創(chuàng)建生成電路原理子圖命令，分別生成位驅(qū)動電路、數(shù)碼管顯示電路、信號輸入電路電路及單片機電路原理圖文件，如圖4-12所示，以及對應(yīng)自動生成對應(yīng)的端口。3．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計中子圖設(shè)計⑵層次原理圖的切換。步驟如下：

①上層（方塊圖）→下層（子原理圖）：在工具欄單擊“層次切換工具”按鈕“

”或在主菜單中選擇“工具”→“上/下層次”命令，光標變成十字形，選中某一方塊圖，單擊即可進入下一層原理圖。

②下層（子原理圖）→上層（方塊圖）：在工具欄單擊“層次切換工具”按鈕“”或在主菜單中選擇“工具”→“上/下層次”命令，光標變成十字形，將光標移動到子電路圖中的某一個連接端口并單擊，即可回到上層方塊圖。4．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計中子圖設(shè)計根據(jù)信號檢測與顯示電路原理圖4-1，列出電路元器件數(shù)據(jù)，如表4-1所示。表4-1信號檢測與顯示電路元件表說明編號封裝元件名稱連接器JP1KLD-0202PWR2.5連接器JP2JP3HDR1X2Header2蜂鳴器LS1ABSM-1574Buzzer按鈕S1PBDPST-4SW-PB二極管DS0HDR1X2LED0二極管D1D2DIODE-0.41N5817三極管Q1Q2Q3Q4Q5TO-92A2N3906電阻R1R2R3R4R5R10R11R12R13R20R21R22R23R24R25R26R27AXIAL-0.3Res2電容C1C2C3C5RAD-0.1Cap電解電容C4RB5-10.5CapPol1數(shù)碼管DS1DS2DS3DS4LEDDIP-10DpyAmber-CA穩(wěn)壓塊U1TO-220LM7805CT單片機U2DIP-40P89C51RD2HBP六斯密特輸入反相器U3DIP-14SN7414N晶振Y1R38XTAL圖4-13子圖1（電源電路）

⑴電源電路原理圖繪制。打開工程文件“信號檢測與顯示層次電路設(shè)計”，在工程中出現(xiàn)層次列表，單擊“電源電路”，進入該原理圖繪制窗口，根據(jù)表4-1調(diào)用該電路圖所用元件，繪制原理圖如圖4-13所示。4．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計中子圖設(shè)計圖4-14子圖2（位驅(qū)動電路）

⑵位驅(qū)動電路原理圖繪制。打開工程文件“信號檢測與顯示層次電路設(shè)計”，在工程中單擊“位驅(qū)動電路”，進入該原理圖繪制窗口，根據(jù)表4-1調(diào)用該電路圖所用元件，繪制原理圖如4-14所示。4．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計中子圖設(shè)計圖4-15子圖3（數(shù)碼管顯示電路）4．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計中子圖設(shè)計

⑶數(shù)碼管顯示電路原理圖繪制。打開工程文件“信號檢測與顯示層次電路設(shè)計”，在工程中單擊“數(shù)碼管顯示電路”，進入該原理圖繪制窗口，根據(jù)表4-1調(diào)用該電路圖所用元件，繪制原理圖如4-15所示。圖4-16子圖4（信號輸入電路）4．信號檢測與顯示電路原理圖層次設(shè)計中子圖設(shè)計

⑷信號輸入電路原理圖繪制。打開工程文件“信號檢測與顯示層