计算机辅助电路设计课件：层次电路原理图的设计

层次电路原理图的设计3.1层次原理图设计的概念3.2层次原理图的设计方法3.3层次原理图的切换习题

内容提要

层次原理图的概念及优点

层次原理图设计方法

层次原理图的切换

第3章层次电路原理图的设计

3.1层次原理图设计的概念

当电路比较复杂、电路原理图用一张图纸画不下时，可画在多张图纸上共同表达，其中的一张图用来表示多张图之间的连接关系，此图就称为上层图或母图，而其余图就称为下层图或子图，这就组成了二层图。如果电路十分复杂，还可以再分层，称此为多层次原理图。

所谓层次原理图设计，简单的说就是将一个非常复杂的电路图分成多个功能模块，每一个模块完成相应的电路功能，用户可通过绘制各个模块的电路图来完成整个电路的设计。若有必要对每个功能模块再建立下一级的模块，就这样一层一层下去，形成树状结构。

层次原理图的优点主要体现在以下3个方面：

(1)降低了电路绘制的复杂度：将一个复杂的电路图划分成多个功能模块，可以使各部分的设计更加清晰明了。

(2)缩短了项目开发周期：多个不同的设计者可以同时致力于一个项目的设计，每个人开发不同的模块，良好的分工可以更快更好地完成整个项目的设计。

(3)方便了文件的打印：缩小了原理图图纸的大小，使整个图纸的界面更加美观大方。

3.2层次原理图的设计方法

AltiumDesigner为设计者提供了两种层次电路原理图设计方法，分别为自上而下和自下而上。

所谓自上而下的设计，是将整个的电路设计分成多个功能模块，确定各个模块要完成的功能，然后对每一个模块进行详细的设计。按照这种设计方法，用户首先应该绘制出层次原理图母图，然后按照单张原理图的绘制方法完成各个层次原理图子图的设计。这种方法要求用户对设计有一个整体的把握，能够合理正确地将一个大的电路分成多个小的功能模块。

所谓自下而上的设计，就是用户先绘制电路原理图子图，根据原理图子图生成方块电路图，进而生成上层原理图，最后生成整个设计。这种方法比较适用于对整体设计不是非常熟悉的用户，这也是初学者一个不错的选择。

3.2.1自上而下方式设计层次电路

下面以单片机系统电路设计为例，体会自上而下的层次原理图的绘制。一个单片机系统从功能上可分为4个电路模块：单片机最小系统电路、LCD1602显示电路、串口通信电路和电源电路等。

1．创建PCB工程和主原理图文件

新建一个PCB工程，并命名为“单片机系统工程.PrjPcb”。

在新建的工程下面创建主原理图文件，命名为“单片机系统总图.SchDoc”，并完成图纸的相关设置。

2．绘制“单片机系统总图.SchDoc”方块电路符号

方块电路符号是层次原理图设计中必不可少的组件之一。方块电路符号代表了电路中的一个功能模块，它必须与层次原理图子图相连才能完成自身所要完成的电路功能。

执行菜单命令【Place】/【SheetSymbol】(或者依次按下P、S键)，或单击WiringTools工具栏中的

按钮。执行绘制方块电路命令后，光标变为十字状，移动光标的位置，方块电路随之移动。此时按下键盘上的Tab键，弹出如图3-1所示的SheetSymbol对话框。图3-1SheetSymbol对话框

在该对话框中可进行方块电路基本属性的设置。位置、大小、边框线宽度、边框线颜色等属性与其他对象对应的属性的设置完全相同，这里主要介绍一下【Properties】栏中各项属性的设置。

【Designator】文本框：填写方块电路符号的标号。

【Filename】文本框：填写方块电路符号所代表的某一个原理图子图的名称，这是方块电路符号最重要的属性，它要完成层次原理图之间的电气特性连接。

【ShowHiddenTextFields】文本框：选中该复选框，与该方块电路符号有关的所有文本对象将被显示出来，例如方块电路符号【Designator】和【Filename】属性等。撤销该复选框，隐藏的文本内容将无法在原理图中显示出来。

【UniqueId】文本框：该属性在联系项目中原理图和PCB文档某一文件的同一性方面起着重要的作用。

设置完成后单击

按钮，将光标移至合适位置后，单击左键，确定左上角位置；拖动鼠标到合适的位置，再次单击左键，确定其右下角位置。完成一个方块电路的绘制后，系统仍然处于放置方块电路状态，可重复操作或按右键或按Esc键便可退出该操作。

按照上面的步骤，将一个方块图的Designator和Filename文本框设置成相同的名字，也可以不同，这4个方块图的Filename文本框命名分别为：单片机最小系统电路.SchDoc、LCD1602显示电路.SchDoc、串口通信电路.SchDoc、电源电路.SchDoc，如图3-2所示。

图3-2设置好的方框图

3．放置方块电路端口

方块电路端口也是层次原理图设计中必不可少的组件之一，它位于方块电路符号的内部，主要负责完成层次原理图母图与子图之间的信号传递。有了方块电路端口的存在，才能完成层次原理图之间的电气特性的连接。

选择【Place】/【AddSheetEntry】(或依次按下P键、A键)，或单击WiringTools工具栏中的

按钮；将十字光标移动到方块电路边缘的附近，单击左键，方块电路边缘产生一个待定属性的方块电路端口，并随着光标移动；按下键盘上的Tab键进入方块电路端口的属性设置对话框，如图3-3所示。可以修改端口的大小等属性，其中最主要的选项功能如下：

图3-3方波模块端口

【Style】：进行方块电路端口形状的设置，有8种选择：【None(Horizontal)】、【Left】、【Right】、【Left&Right】、【None(Vertical)】、【Top】、【Bottom】和【Top&Bottom】。

【I/Otype】：进行方块电路端口输入输出特性的设置，有4种端口类型：【Unspecified】(未指明或不确定)、【Output】(端口用于输出)、【Input】(端口用于输入)和【Bidirectional】(端口既可用于输入，也可用于输出)。

【Name】文本框：方块电路端口的名称应与层次原理图子图中的端口名称对应。

综上，放置方块电路端口的步骤是：设定其名称、类型、颜色和位置等；将鼠标拖动到合适的位置并单击左键放置；完成一次放置后，光标仍处放置方块端口状态，可继续放置或按右键或按Esc键退出。完成的方块模块端口如图3-4所示。

图3-4方块模块端口定义完成后的电路图

4．连接各方块电路

当电路原理图上所有的方块电路及其端口的定义都完成后，需要将其用具有电气意义的Wire和Bus导线连接成图3-5所示的电路。

图3-5完成电气连接关系的电路原理图

5．由方块电路符号产生新的原理图文件

执行菜单命令【Design】/【CreateSheetFromSymbol】(或依次按下D、S键)；将十字光标移动到需要产生电路原理图的方块电路上，单击左键，就可产生方块电路符号对应的原理图文件，并带有端口。生成的单片机系统工程文件结构如图3-6所示。

图3-6单片机系统工程.PrjPcb

6．模块具体化

生成的电路原理图已经有了现成的I/O端口，按照该模块电路原理图放置元器件并连线，绘制出具体的电路原理图，并对工程下所有元器件进行统一编号。

具体电路如图3-7～3-10所示。

图3-7单片机最小系统电路图3-8串口通信电路图3-9电源电路图3-10LCD1602显示电路

3.2.2自下而上方式设计层次电路

由原理图文件产生方块电路符号，是一种自下而上的层次电路设计方法，即先设计好各模块的原理图文件，然后产生电路符号图，步骤如下：

(1)新建一个PCB工程，并命名为“AMPMOD.PrjPcb”。

(2)执行菜单命令【File】/【New】/【Schematic】，为新项目添加原理图，保存为“modulator.SchDoc”(调制电路)并绘制电路原理图，如图3-11所示；再新建原理图文件，保存为“amplifier.SchDoc”(放大电路)并绘制电路原理图，如图3-12所示。

图3-11modulator.sch(调制电路)图3-12amplifier.sch(放大电路)

(3)新建原理图文件，保存为“AMPMOD.SchDoc”。

(4)执行菜单命令【Design】/【CreateSheetSymbolFromSheetorHDL】，或依次按下D、Y键。

(5)系统自动弹出ChooseDocumenttoPlace对话框，如图3-13所示。用户可将光标移动到需要产生方块电路符号的文件，双击之，即可产生相应电路原理图的方块电路图符号；将方块电路符号移动到合适的位置后，单击鼠标左键，确定方块电路符号的位置，则一个与电路原理图同名的方块电路符号便生成了。

图3-13“ChooseDocumenttoPlace”对话框

(6)当方块电路图符号和图中的端口调整好后，即可进行各方块电路符号之间的连线了，完成连线后电路如图3-14所示。

图3-14AMPMOD.SchDoc原理图

3.3层次原理图的切换

在AltiumDesigner中，利用不同层次的电路原理图文件之间的切换可以方便地查看并编辑层次电路的多张原理图。

不同层次电路原理图文件之间的切换方法有以下几种：直接用设计管理器切换原理图文件，由上层电路原理图文件切换到下层电路原理力文件，由下层电路原理图文件切换到上层电路原理图文件。

1.直接用Project面板切换文件

用Project面板切换文件的步骤如下：

(1)单击Project面板中有层次模块的电路原理图图标前的“+”，使其变为“-”，表明树状结构已经打开，如图3-15所示。

(2)不同文件之间相互切换，只需用鼠标左键单击设计管理器窗口的层次结构中所要编辑的文件名即可，系统将会自动调出相应的编辑器，并在工作平面上显示此原理图文件。

图3-15打开后的树状结构图

2.由上层电路文件切换到下层电路文件

从上层电路文件切换到下层电路文件的步骤如下：

(1)选择【Tools】/【Up/DownHierarchy】选项(或者依次按下T键、P/H键)，或左键单击SchematicTools工具栏中的

按钮。

(2)进入文件切换命令状态后，光标变为十字状，将光标移动到所需切换的方块电路上，单击左键或按Enter键，即可切换到此方块电路对应的下层电路的电路原理图。

3.由下层电路切换到上层电路文件

由下层电路文件切换到上层电路文件与由上层电路文件切换到下层电路文件的方法