电子产品设计案例教程（微课版）-基于嘉立创EDA（专业版） 课件 第13章 复用图块

第13章复用图块任务描述

常规原理图设计是将整个原理图绘制在一张原理图纸上，这种设计方法对小规模，简单的电路图的较为适合。当设计大规模，复杂的电路图时，整个原理图绘制在一张图纸上，就会使图纸尺寸变得很大，内容紧凑，可读性差，不利于电路的分析。嘉立创EDA（专业版）支持复用图块（层次原理图设计）功能，此时可以采用复用图块（层次原理图设计）来简化电路，使电路的各个功能部分更加清晰，增强电路图的可读性。51单片机开发板电路的复用图块（层次原理图设计）51单片机开发板电路的PCB设计13.1复用图块介绍复用图块分为顶层图块符号和底层复用工程两个部分，顶层图块符号，类型流程图，而底层复用工程是实际的模块电路图。即一个顶层图块符号对应一个底层复用工程。顶层图块符号页不能放置元器件，需通过放置引脚来与底层原理图相连接；底层原理图通过网络端口生成顶层图块符号的引脚。底层网络端口与顶层图块符号引脚相对应，且必须同名，在电气上是相互连接的。13.1复用图块介绍

复用图块设计方法可以分为两种：自顶向下和自底向上设计方法。自顶向下的设计方法是先设计顶层图块符号，再根据顶层图块符号生成底层原理图端口。自底向上的设计方法是先在底层原理图中设计电路以及规划端口，再生成一个顶层图块符号。13.2新建复用图块

在顶部菜单栏执行“文件”→“新建”→“复用图块”命令，弹出“新建复用图块”窗口，填写复用图块的名称，管理分类，描述等信息，点击“保存”按钮，完成创建,如图13-3所示。图13-3新建复用图块信息13.2新建复用图块单击“保存”按钮后，系统会自动生成一个复用工程，底层原理图与顶层图块符号相互关联，如图13-4所示。在复用工程的原理图页上进行底层原理图绘制，使用顶层图块进行复用。图13-4复用工程与图块符号13.351单片机开发板的复用图块（层次原理图设计）从功能上可以将51单片机开发板电路板分为单片机模块、混合电路模块、计时器模块、接口模块、数码管显示模块和USB转串口模块6部分。下面使用复用图块来设计实现51单片机开发板电路图的绘制。图13-551单片机开发板电路原理图（图纸尺寸A3）13.351单片机开发板的复用图块（层次原理图设计）通过51单片机开发板为实例，如图13-5所示，介绍使用嘉立创（专业版）进行复用图块设计的方法。虽然电路不是特别复杂，不使用复用图块设计也可以完成PCB板的设计，但还是以它为例，来介绍复用图块设计的方法。图13-551单片机开发板电路原理图（图纸尺寸A3）13.3.1自顶向下的复用图块设计

（1）新建工程在顶部菜单栏执行“文件”→“新建”→“工程”命令，弹出“新建工程”窗口，填写工程名称等信息，点击“保存”按钮，完成创建，工程列表详情如图13-8所示。图13-8工程列表13.3.1自顶向下的复用图块设计

（1）新建工程在51单片机开发板工程下原理图页使用复用图块设计，类似系统框图的形式进行绘制。将Schematic1命名修改为系统框图，P1图页修改为SCH_BlockDiagram，PCB1修改为51单片机开发板，如图13-9所示。图13-9修改工程列表信息13.3.1自顶向下的复用图块设计

（2）工程绘制在SCH_BlockDiagram图页里面，绘制单片机模块、混合电路模块、计时器模块、接口电路模块、数码管显示模块和USB转串口模块6部分的复用图块。在顶部菜单执行“放置”→“复用图块”命令，绘制一个方块图，单击鼠标左键会弹出“新建复用图块”窗口，在此窗口中填写复用图块的名称描述等信息，点击“保存”按钮，完成复用图块的新建与放置，如图13-12所示。图13-12单片机模块复用图块13.3.1自顶向下的复用图块设计这种方法创建的复用图块只存在当前工程库中，而上文点击文件创建的复用图块存在于个人库中，在不同的工程需要复用时，可在底部菜单栏里选择放置即可,如图13-13所示。图13-13使用底部菜单栏放置复用图块13.3.1自顶向下的复用图块设计选中单片机模块，右键点击展开，会自动跳转到单片机模块的底层原理图页面中，在此图页绘制实际的单片机模块电路。点击编辑图块符号，会自动跳转到顶层图块符号编辑页中，在此页面中可以修改图块的形状样式，与元器件的符号编辑页相似，不能放置元器件，只能放置引脚，如图13-14所示。图13-14复用图块右键信息菜单栏13.3.1自顶向下的复用图块设计单片机模块底层原理图页，如图13-15所示，顶层图块符号编辑页，如图13-16所示。图13-15单片机模块底层原理图页图13-16单片机模块顶层图块符号编辑页13.3.1自顶向下的复用图块设计1）自顶向下的复用图块设计这里用户使用自顶向下的复用图块设计方法来绘制USB转串口模块，根据图13-551单片机开发板原理图所示，可以发现CH340C与单片机的P30/P31引脚相连接，所以在图块符号中放置P30/P31引脚和VCC/GND引脚，放置USBtoTTL字符注释,如图13-17所示。图13-17USB转串口模块顶层图块符号绘制13.3.1自顶向下的复用图块设计1）自顶向下的复用图块设计完成顶层图块符号绘制保存后，在顶部菜单执行“设计”→“生成/更新图块原理图”命令，如图13-18所示，或点击顶部工具栏的“生成/更新图块原理图”操作生成底层原理图端口，如图13-19所示。图13-18通过顶部菜单栏操作图块符号生成更新底层原理图端口13.3.1自顶向下的复用图块设计1）自顶向下的复用图块设计完成顶层图块符号绘制保存后，在顶部菜单执行“设计”→“生成/更新图块原理图”命令，如图13-18所示，或点击顶部工具栏的“生成/更新图块原理图”操作生成底层原理图端口，如图13-19所示。图13-19通过顶部工具栏操作图块符号生成更新底层原理图端口13.3.1自顶向下的复用图块设计点击“生成/更新图块原理图”后会自动跳转到底层原理图页中，并弹出提示“检测到原理图的网络端口和复用图块的引脚不同步，是否更新网络端口？”点击是即可同步生成与图块符号的引脚一致的网络端口，如图13-20所示。底层网络端口生成，如图13-21所示。图13-21底层网络端口生成图13-20底层原理图网络端口和顶层图块符号引脚是否同步弹窗13.3.1自顶向下的复用图块设计同理，可以绘制计时器模块复用图块，NE555的OUT引脚通过使用短路帽与2.54mm排针短接后与单片机的P35引脚相连接。3.3V与接口电路相连接，所以在图块符号中放置P35/3V3/VCC/GND引脚，放置Timer字符注释，如图13-22所示。图13-22计时器模块顶层图块符号绘制13.3.1自顶向下的复用图块设计根据51单片机开发板原理图做参考，将TYPE-C，TYPE-B，电源自锁开关，电源指示灯和CH340C部分绘制到USB转串口模块底层原理图中，完成USB转串口模块复用图块的绘制，如图13-23所示。图13-23USB转串口模块底层原理图13.3.1自顶向下的复用图块设计将NE555与LM1117-3.3部分绘制到计时器电路模块底层原理图中，完成计时器模块复用图块的绘制，如图13-24所示。图13-24计时器模块底层原理图13.3.2自底向上的复用图块设计

使用自底向上的复用图块设计方法来演示绘制接口电路模块，根据图13-551单片机开发板原理图所示，可以发现接口电路模块里有多组并行的导线，引入总线来进行绘制，减少连线的数量和复杂度。总线可以表示为一组并行的导线，是信号线集合，总线命名必须符合NET[x:y]规范才能使用。13.3.2自底向上的复用图块设计可以在顶部菜单栏上执行“放置”→“总线”命令，或在顶部工具栏点击“总线”图标进行绘制放置总线，导线与总线连接端出现一个BusEntry（总线入口符号）时，代表成功连接上总线，成为总线分支，通过总线拉出的导线的顺序是按照总线命名的名称来排序放置的，拉出导线名称超过y时会重新从x开始排序，如图13-28所示。图13-28总线内容介绍13.3.2自底向上的复用图块设计通过总线连接出的网络端口命名必须与总线命名保持一致，如图13-29所示。用户将单片机外接排针接口，3V3/VCC/GND排针接口，LCD1602和LCD12232液晶显示模块接口绘制到接口电路复用图块的底层原理图中。将P00~P07、P10~P17、P20~P27、P30~P37引脚通过总线的形式用网络端口引出，3V3/VCC/GND也使用端口引出，如图13-30所示。图13-29网络端口与总线命名需保持一致图13-30引脚通过总线的形式用网络端口引出13.3.2自底向上的复用图块设计完成接口电路模块底层原理图的绘制，如图13-31所示。在顶部菜单执行“设计”→“生成/更新图块符号”命令，如图13-32所示。图13-31接口电路模块底层原理图图13-32通过顶部菜单栏操作底层原理图生成更新图块符号引脚13.3.2自底向上的复用图块设计在顶部工具栏点击“生成/更新图块符号”图标，如图13-33所示，对应生成顶层图块符号引脚，放置Interface字符注释，如图13-34所示。图13-33工具栏操作底层原理图生成更新图块符号引脚图13-34接口电路模块顶层图块符号绘制13.3.2自底向上的复用图块设计同理，可以绘制数码管显示模块和混合电路模块的复用图块，数码管显示模块底层原理图将P00~P07和P20~P23引脚通过P0[0:7]和P2[0:3]总线形式用网络端口引出，VCC也使用端口引出，完成数码管显示模块底层原理图的绘制，如图13-35所示。对应生成顶层图块符号引脚，放置DigitalDisplay字符注释，如图13-36所示。图13-35数码管显示模块底层原理图图13-36数码管显示电路模块顶层图块符号绘制13.3.2自底向上的复用图块设计混合电路模块底层原理图将P32~P37引脚通过P3[2:7]总线形式用网络端口引出，P10/VCC/GND也使用端口引出，完成混合电路模块底层原理图的绘制，如图13-37所示。对应生成顶层图块符号引脚，放置HybridCircuit字符注释，如图13-38所示。图13-37混合电路模块底层原理图图13-38混合电路模块顶层图块符号绘制13.3.2自底向上的复用图块设计

完成了外围模块设计后，到了单片机模块复用图块的设计，根据图13-551单片机开发板原理图所示，用户将STC89C52主控芯片、复位电路、晶振电路等部分绘制在单片机模块复用电路的底层原理图中，将P00~P07、P10~P17、P20~P27、P30~P37、P20~P23、P32~P37引脚通过P0[0:7]、P1[0:7]、P2[0:7]、P3[0:7]、P2[0:3]、P3[2:7]总线形式用网络端口引出，P10/P30/P31/P35和VCC/GND也使用端口引出，完成单片机模块底层原理图的绘制，如图13-39所示。对应生成顶层图块符号引脚，放置MCU字符注释，如图13-40所示。图13-39单片机模块底层原理图图13-40单片机模块顶层图块符号绘制13.3.2自底向上的复用图块设计这里，用户使用自顶向下的复用图块设计方法完成USB转串口模块和计时器模块的绘制，使用自底向上的复用图块设计方法完成接口电路模块、数码管显示电路模块、混合电路模块和单片机模块的绘制。13.4系统框图

完成各个模块电路的设计后，到了顶层原理图的绘制，放置各个模块电路复用图块，进行连线绘制，复用图块的总线引脚需采用总线进行连接，如图13-41所示。图13-41系统框图13.551单片机开发板的PCB设计在这个工程中用户不需要使用到复用图块的PCB功能，所以完成了51单片机开发板的整体原理图设计后，可以将没用的复用工程PCB删除掉，简洁工程列表如图13-42所示。图13-42简洁工程列表13.551单片机开发板的PCB设计完成工程原理图绘制后，在顶部菜单执行“设计”→“更新/转换原理图到PCB”命令，会自动跳转到工程PCB界面并弹出“确认导入信息”窗口，如图13-44所示，点击“应用修改”按钮，完成将原理图信息转入PCB的工作，如图13-45所示。图13-45元器件PCB导入图图13-44PCB“确认导入信息”弹窗13.551单片机开发板的PCB设计绘制一个100×100mm大小的矩形板框，可按Tab键切换输入框的值，回车（Enter）确定，生成板框。板四周为直角容易扎伤人，这里点中板框，在右侧属性面板中为板框添加5mm半径的圆角，如图13-47所示。图13-47为板框添加圆角13.551单片机开发板的PCB设计绘制完板框后，开始进行器件的布局，这里四个M3大小的安装定位孔摆放在板边四周，USB放置在板左下侧边缘，电源开关紧挨USB放置，单片机摆放在右边中部，数码管摆放在板右上方边缘，按键排列在单片机下方靠板边缘放置，各外接排针接口靠板边放置，可以参考布局，如图13-48所示。图13-4851单片机开发板参考布局图13.551单片机开发板的PCB设计完成器件布局后，进行PCB的布线，这里电源线宽设置为25mil，普通信号线宽为15mil。在走线时优先走直线，需要拐角的地方尽量用钝角或者圆弧为主。尽量避免锐角和直角的出现，以免产生不必要的辐射干扰。在“顶部菜单栏”可点击“布线”，显示出布线功能列表，如图13-49所示。在顶部工具栏点击“单路布线”按钮进行布线操作，如图13-50所示。图13-50顶部工具栏单路布线操作图13-49布线功能列表13.551单片机开发板的PCB设计完成布局布线后，可使用铺铜对GND进行连接，可通过顶部菜单栏“放置”→“铺铜区域”，如图13-51所示，或顶部工具栏的“铺铜区域”绘制铺铜，如图1