第7章層次原理圖的設(shè)計內(nèi)容提示：前面介紹了使用Protel99SE進(jìn)行具體電路設(shè)計的方法，包括根本操作和高階技巧，通過這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)讀者應(yīng)該已經(jīng)具備良好的原理圖設(shè)計的本領(lǐng)。但在實際設(shè)計中有時會遇到較大規(guī)模電路的設(shè)計，這時就不僅需要設(shè)計者能夠?qū)崿F(xiàn)電路功能的設(shè)計，而且還需要進(jìn)行設(shè)計方法方面的考慮。對于大規(guī)模電路的設(shè)計，往往不是單個設(shè)計者能在短期內(nèi)完成的，為了適應(yīng)長期設(shè)計的需要，或者為縮短周期組織多人共同設(shè)計的需要，Protel99SE提供了層次原理圖的設(shè)計功能。這一功能就是通過合理的規(guī)劃，將整個電路系統(tǒng)分解為假設(shè)干個相對獨立的功能子模塊，然后分別對每個子模塊進(jìn)行具體的電路設(shè)計，這樣就實現(xiàn)了設(shè)計任務(wù)的分解，可以在不同的時間完成不同模塊的設(shè)計而相互之間有沒有過多的干擾，也可以將各個模塊的設(shè)計任務(wù)分配給不同的設(shè)計者同時進(jìn)行設(shè)計，從而大大提高了大規(guī)模電路設(shè)計的效率。本章中將對層次原理圖設(shè)計的根本思想、具體的設(shè)計方法以及管理方法進(jìn)行介紹。對層次原理圖中涉及到的自上而下和自下而上的設(shè)計方法都有詳細(xì)的討論。2第7章層次原理圖的設(shè)計學(xué)習(xí)要點：層次原理圖設(shè)計的根本概念及其優(yōu)點如何繪制層次原理圖自上而下的設(shè)計方法自下而上的設(shè)計方法層次原理圖的管理37.1層次原理圖的概念層次電路圖的設(shè)計思路是這樣的：將復(fù)雜系統(tǒng)按照功能要求分解為假設(shè)干個子模塊，如果需要，對于子模塊還可以分解為更小的根本模塊，各個模塊之間設(shè)計好模塊接口，上層原理圖只負(fù)責(zé)根據(jù)功能需要對各個模塊的接口進(jìn)行適宜的連接，而不關(guān)心電路細(xì)節(jié)，具體的電路設(shè)計在底層模塊電路圖中實現(xiàn)，底層模塊的電路設(shè)計要能夠滿足接口要求，這樣通過組合就能夠得到完整并且符合功能要求的電路設(shè)計了。從設(shè)計思路中可以清楚地看到層次電路圖的優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)清晰、便于任務(wù)分配。層次電路圖的設(shè)計過程如圖7.1所示。47.1層次原理圖的概念(1) 在開始設(shè)計之前，要明確電路需要實現(xiàn)的功能以及總體要求，規(guī)劃好電路的整體框架。(2) 根據(jù)功能要求將電路分解為多個可單獨實現(xiàn)的子模塊，規(guī)定好每個模塊之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)的分解。(3) 對各個子模塊進(jìn)行獨立設(shè)計，設(shè)計結(jié)果要保證接口要求。(4) 將各個子模塊的設(shè)計整合為完整的電路，這時要充分考慮電路整體的要求，對各子模塊進(jìn)行必要的修改。57.1.2層次原理圖的優(yōu)點從前面介紹的層次電路圖設(shè)計的根本思路中，能夠很清楚地看到采用層次原理圖設(shè)計方法的一些優(yōu)點。(1) 電路結(jié)構(gòu)清晰。(2) 便于對工程的管理。(3) 利于分工合作。(4) 能夠提高效率，縮短工程設(shè)計時間。67.2繪制層次原理圖前面提到了在層次電路圖設(shè)計方法中要涉及模塊、接口等概念，在Protel99SE中這些概念是通過方塊圖、方塊圖接口以及I/O端口等來實現(xiàn)的，如圖7.2所示，下面就對其在原理圖中的具體繪制方法進(jìn)行介紹。77.2.1繪制方塊圖在布線工具欄上有一個按鈕，對應(yīng)于Place→SheetSymbol菜單命令，即是用來繪制方塊圖的。具體操作步驟如下。(1)用鼠標(biāo)左鍵單擊按鈕，進(jìn)入放置方塊圖狀態(tài)，如圖7.3所示?？梢钥吹焦鈽?biāo)變?yōu)槭中?，并帶有一個尚未確定的方塊，這是默認(rèn)形狀或是上次繪制的方塊圖的形狀。(2)通過單擊鼠標(biāo)左鍵確定方塊圖的左上角點，如圖7.4所示。87.2.1繪制方塊圖(3) 此時光標(biāo)會跳至默認(rèn)形狀的右下角點位置，移動光標(biāo)到適宜大小的方塊，通過單擊鼠標(biāo)左鍵確定右下角點，如圖7.5所示。(4) 此時仍處在放置方塊圖的狀態(tài)，重復(fù)上述操作可以繪制下一個方塊圖，單擊鼠標(biāo)右鍵或按鍵盤Esc鍵退出放置狀態(tài)，完成方塊圖的繪制。在放置方塊圖的過程中按鍵盤Tab鍵或在放置完后用鼠標(biāo)左鍵雙擊方塊圖，可以翻開如圖7.6所示的屬性設(shè)置對話框。97.2.2方塊圖接口在由方塊電路圖作為模塊電路的上層電路中，接口是用繪制方塊圖接口來實現(xiàn)的。在布線工具欄上有一個按鈕，對應(yīng)于選擇Place→AddSheetEntry菜單命令，即是用來在方塊圖上放置方塊圖接口的，下面對其具體的操作過程進(jìn)行介紹。(1)用鼠標(biāo)左鍵單擊按鈕，進(jìn)入放置方塊圖接口狀態(tài)，如圖7.7所示，此時光標(biāo)變?yōu)槭中巍?2)在需要放置方塊圖接口的方塊圖區(qū)域內(nèi)單擊鼠標(biāo)左鍵，選定該方塊圖，此時光標(biāo)會帶有一個未確定的接口，并會自動與方塊圖的邊界相接，如圖7.8所示。107.2.2方塊圖接口(3) 選擇適宜的位置，通過單擊鼠標(biāo)左鍵放置方塊圖接口，如圖7.9所示。(4) 此時仍處于放置接口狀態(tài)，可以通過單擊鼠標(biāo)左鍵繼續(xù)在該方塊圖內(nèi)放置接口，通過單擊鼠標(biāo)右鍵或按鍵盤上的Esc鍵退出放置。在放置方塊圖接口之前按鍵盤Tab鍵，或者放置后用鼠標(biāo)左鍵雙擊該接口，可以翻開如圖7.10所示的屬性設(shè)置對話框。117.2.3連線在繪制好各個模塊的方塊圖及其接口后，就可以將對應(yīng)接口按照功能要求進(jìn)行連接，來組成整體框架。連線過程與原理圖中的連線方式相同，對于方塊圖接口，其在方塊圖邊線的一端具有電氣節(jié)點特性，能夠進(jìn)行電氣捕捉，如圖7.15所示。完成連線后的電路如圖7.16所示。127.2.4I/O端口在布線工具欄上有一個按鈕，對應(yīng)于選擇Place→Port命令，即是用來在下層原理圖中放置I/O端口。下面以MotorController.sch文件中的原理圖為例，具體介紹其操作的步驟。(1)翻開MotorController.sch文件。(2)用鼠標(biāo)左鍵單擊按鈕，進(jìn)入I/O端口放置狀態(tài)。(3)單擊鼠標(biāo)左鍵確定I/O端口的一端，如圖7.17所示。137.2.4I/O端口(4) 移動鼠標(biāo)使I/O端口大小適宜，單擊鼠標(biāo)左鍵確定另一端。(5) 重復(fù)上述操作繪制下一個I/O端口，通過單擊鼠標(biāo)右鍵或按鍵盤Esc鍵退出繪制狀態(tài)。繪制好的I/O端口如圖7.18所示。在放置過程中按鍵盤Tab鍵或放置后雙擊該I/O端口，可以翻開如圖7.19所示的屬性設(shè)置對話框。147.3層次原理圖的設(shè)計方法層次原理圖有兩種設(shè)計方法即自上而下的設(shè)計方法與自下而上的設(shè)計方法。顧名思義，自上而下的設(shè)計方法就是要先繪制頂層原理圖，首先確定整個系統(tǒng)有哪些模塊組成，各個模塊的功能是怎樣的，并盡可能地確定接口標(biāo)準(zhǔn)，然后由最頂層的原理圖開始，從上往下逐級進(jìn)行模塊設(shè)計，最后完成電路設(shè)計；而自下而上的設(shè)計方法與其相反，開始并不專注于整個系統(tǒng)框架的構(gòu)建，而是首先根據(jù)功能設(shè)計的要求完成各個功能模塊的具體設(shè)計，每個模塊都引出相應(yīng)的接口，然后自下而上地通過各個底層功能模塊逐級生成上層系統(tǒng)并確定各個模塊之間的連接關(guān)系，最終匯總成系統(tǒng)的整體設(shè)計。兩種方法僅僅在實現(xiàn)過程上有所不同，設(shè)計結(jié)果應(yīng)該是相同的，而且即使對于自下而上的設(shè)計方法，在設(shè)計之前也需要對系統(tǒng)電路有一個大體的規(guī)劃，不能盲目地進(jìn)行設(shè)計。下面分別對其進(jìn)行具體的介紹。157.3.1自上而下的設(shè)計方法1．設(shè)計思路自上而下設(shè)計方法的設(shè)計流程如圖7.20所示。2．繪制頂層電路原理圖規(guī)劃系統(tǒng)電路，將電路按照功能劃分模塊，如圖7.21所示。167.3.1自上而下的設(shè)計方法3．繪制下層電路原理圖設(shè)計好頂層原理圖后就可以進(jìn)行子功能模塊的具體實現(xiàn)了，此時可以在文件夾管理界面中直接創(chuàng)立與方塊圖中名稱一致的原理圖文件，然后進(jìn)行設(shè)計，也可以直接從頂層原理圖中生成下層模塊文件。選擇Design→CreateSheetfromSymbol菜單命令，如圖7.29所示。此時光標(biāo)變?yōu)槭中?，在需要?chuàng)立文件的模塊的方塊圖區(qū)域單擊鼠標(biāo)左鍵，如圖7.30所示，此時會彈出如圖7.31所示的對話框，提示用戶是否反轉(zhuǎn)接口輸入輸出類型，用鼠標(biāo)左鍵單擊Yes按鈕，即可生成以方塊圖中設(shè)置的名稱為文件名的原理圖文件。在生成的原理圖文件中自動繪制了與頂層原理圖中相對應(yīng)I/O端口(見圖7.32)，在這里進(jìn)行該模塊的具體電路設(shè)計，最后將需要與其他模塊進(jìn)行交互的輸入輸出量接到這些I/O端口上，即可實現(xiàn)與其他模塊對應(yīng)接口的電氣連接。177.3.2自下而上的設(shè)計方法1．設(shè)計思路設(shè)計流程如圖7.38所示。2．上層電路原理圖的設(shè)計仍以上一節(jié)中的StepMotorDriver為例，比方現(xiàn)在已經(jīng)繪制好了各個模塊的電路原理圖，上層電路的設(shè)計可以采用如下步驟進(jìn)行。(1)創(chuàng)立上層原理圖文件，將其擴(kuò)展名改為.prj，表示這是一個工程文檔，這里以“StepperMotorDriver.prj”命名。(2)翻開該文件。187.3.2自下而上的設(shè)計方法(3) 選擇Design→CreateSymbolFromSheet菜單命令，如圖7.39所示。此時會彈出如圖7.40所示的對話框，選擇一個模塊原理圖文件，這里選擇第一個MotorController.sch文件，用鼠標(biāo)左鍵單擊OK按鈕。(4) 這時會彈出如圖7.41所示的反轉(zhuǎn)接口輸入輸出類型確實認(rèn)窗口，用鼠標(biāo)左鍵單擊Yes按鈕。197.3.2自下而上的設(shè)計方法(5) 在原理圖中就會出現(xiàn)如圖7.42所示的放置方塊圖的狀態(tài)，通過單擊鼠標(biāo)左鍵確認(rèn)放置，就可以將由模塊原理圖文件生成的方塊圖放置到上層原理圖中了，如圖7.43所示。在這里可以根據(jù)需要調(diào)整方塊圖的大小以及其中接口的位置等屬性。(6) 重復(fù)以上步驟3~5的操作，將所有用到的模塊都生成方塊圖，放置到上層原理圖中來，即可得到如圖7.44所示的原理圖。(7) 根據(jù)電路功能將各個模塊的對應(yīng)接口相連，即可完成整個原理圖的繪制。此時需要對整體原理圖進(jìn)行電氣規(guī)那么檢查，并對各局部的原理圖進(jìn)行必要的修改。207.4管理層次電路圖7.4.1層次電路圖的結(jié)構(gòu)由圖7.44可以看出，層次電路圖在文檔管理器中也是分層次顯示的，最頂層原理圖顯示為根文件，其左邊有一個“+”號，用鼠標(biāo)左鍵單擊即可觀察屬于該原理圖的下層原理圖文件，在這里可以很清楚地看到整個電路設(shè)計的結(jié)構(gòu)，同時也可以進(jìn)行不同電路圖之間的切換。217.4.2不同層次電路圖之間的切換在主工具欄上有一個按鈕，對應(yīng)于選擇Tools→Up/DownHierarchy菜單命令，即是用于在不同層次電路圖之間進(jìn)行切換的。用鼠標(biāo)左鍵單擊該按鈕，即進(jìn)入選擇切換狀態(tài)，此時光標(biāo)變?yōu)槭中?，如圖7.45所示，在需要進(jìn)行切換的方塊圖上單擊鼠標(biāo)左鍵，即可進(jìn)入到該方塊圖所對應(yīng)的文檔中，如圖7.46所示。227.4.2不同層次電路圖之間的切換假設(shè)要從下層原理圖中切換到上層原理圖中時，需要將光標(biāo)置于一個I/O端口上，如圖7.47所示，然后單擊鼠標(biāo)左鍵，即可跳轉(zhuǎn)