第二章Cadence的原理图设计

其次章Cadence的原理图设计■软件的

2.1DesignEntryCIS软件概述

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Cadence软件系统有两套电路原理图的设计工具，一套是DesignEntryHDL,另一套就是

我们立即要起先学习的DesignEntryCIS®其中DesignEntryHDL是Cadence公司原本的原

理图设计软件，可以用于芯片电路和板级电路的设计，其特长在于可以把芯片的电路原理图和四

板级电路原理图结合在一起，进行综合设计；而DesignEntryCIS主要用于常规的板级电路回

。

设计，DesignEntryCIS原本是OrCAD公司的产品,OrCAD公司后来被Cadence公司收购,于

是DesignEntryCIS也就成了Cadence公司的另一套电路原理图设计软件。

DesignEntryCIS原理图设计软件的特点是直观、易学、易用，在业界有很高的知名度，

利用DesignEntryCIS原理图设计软件可以进行简洁的（只有单张图纸构成的）电路原理图

设计，也可以进行（由多张图纸拼接而成的）平坦式电路原理图设计，还可以进行（多张图纸图2T启动DesignEntryCIS

按确定层次关系构成的）层次式电路原理图设计。这时将弹出如下对话框：

在本章中，我们首先学习简洁的电路原理图设计，然后再学习较为困难的平坦式和层次式

电路原理图设计。

我们将围绕一块特殊简洁的STC系列单片机下载电路板，学习简洁电路原理图的设计，同

时在此过程中，还将学习到USB转UART串行口、STC系列单片机下载电路等方面的学问。

接着，我们将围绕一块ARM-7核心试验板，进行平坦式和层次式电路原理图的设计，而该

核心板是配套于ARM-7试验箱。在此过程中我们还将学习到嵌入式技术等方面的学问。

图2-2选择工作内容

2.2初识DesignEntryCIS在这里我们选择“OrCADCaplureCIS”一项，点击“0K”按钮后，就实际启动了DesignEntry

CIS,出现如下界面：

一.启动DesignEntryCIS

我们在电脑上点击“起先f全部程序一CadenceSPB16.2-DesignEntryCIS"，如下图

所示：

图2-3OrCADCaptureCIS软件界面

和大多数软件一样，OrCADCaptureCIS软件也是以项目方式管理我们的设计文件的。在

OrCADCaptureCIS软件中，一个项目可以包含若干个设计，每个设计对应一个PCB板，所以

一个项目通常对应一个由多块电路板构成的产品；而每个设计可以由若干张原理图构成。

对于我们要完成的“STC系列单片机下载器”而言，它是特殊简洁的产品，该产品只包含

一块电路板，所以该项目中只有一个设计；乂因为该电路板上的电路也特殊简洁，运用一张图

纸就可以清楚地描述了，所以该设计只有一张原理图。

我们将首先要新建一个项目：在窗体上点击“File—New-Project”出现如下对话框：

图2-6OrCADCaptureCIS的项目窗口

假如希望变更默认的原理图文件名称，可以用鼠标的右键点击项目窗体中的“PAGE1”栏

目，在弹出的菜单中选择“Rename”一项，然后输入希望的名称。

二.进行DesignEntryCIS的基本设置*

图2-4新建项H

在“Name”中输入项目名称，“Localion”中输入项目文件的存放位置（最好给每一个项

初次学习Cadence时,这部分内容可以跳过,干脆学习后面的内容,等到驾驭了绘制原理

目建立一个文件夹，把项目中的全部文件都放入该文件夹），在"CrealeaNewProjectUsing”

图的基本技能后,再回过头来学习如何进行DesignEntryCIS的设置。

栏目中，选择“Schematic"（因为我们要进行电路原理图的设计）。

在启动了OrCADCaptureCIS原理图设计软件后，通常要进行一些基本的设置工作。这些

完成上述工作后，点击“0K”，则建立了一个工程，并默认创建了一个的原理图，我们可

设置主要是原理图图纸大小的设置、栅格点的设置、图纸上各种元素颜色的设置、标题栏的设

以在这个原理图上进行我们的电路设计。这时，窗体出现如下状态：

置等等。

我们首先点击“OptionsfPreferences…”菜单项，这时弹出如下对话框：

图2-7参数选择对话框的颜色设置选项页

如图2-7所示，Preferences对话框由多个选项页构成，其中“Colors/Print”是设置图

纸上的颜色和打印的颜色；"GridDisplay”是设置栅格点；“Miscellaneous”是混杂选项。

1.颜色设置

图2-5OrCADCaptureCIS原理图设计界面

在图2-5的左侧是项目窗体，点击”.\Interfaxe_lv.dsn”（这是我们的设计名称）后,在首先我们进行颜色的设置，在此仅就几个常用的栏目讲解一下，而不进行逐一讲解并描述。

SCHEMATIC1文件夹下已经建立了一个名为“PAGE1”的原理图文件。如下图所示：Alias：网络名的颜色;Background：图纸底色;Bus：总线颜色;DRCMarker：DRC校验

标记颜色；Grid：栅格的颜色；HierarchicalBlock：层次块的颜色：Junction：连接点的颜

色；PartBody：元件的颜色；Pin：引脚的颜色；Power：电源符号的颜色：Wire：导线的颜

色。

假如我们要变更某一种图纸元素的颜色，可以点击对应的颜色框，这时会弹出如下的颜色3.杂项设置

对话框：

选择“Miscellaneous”选项页，在这个选项页中可以设置有关原理图、制作原理图元件

的多种选项，如下图所示：

图2-8颜色对话框

在颜色对话框中可以选择对应的颜色，从而变更原来图纸上相应元素的颜色设置。

假如我们希望运用默认的颜色设置，可以点击“UseDefaults”按键，就可以把全部颜色

设置该回到最初始状态。

2.栅格设置

下面我们选择"GridDisplay"选项页，进行栅格点的设置，如下图所示：图2-10参数选择对话框的杂项选项页

MSchematicPageEditor”选项框用于原理图的设置；“PartandSymbolEditor”选项

框用于原理图元件的制作的设置等等选项框。

在原理图和原理图元件制作的选项中，都有“FillStyle”和“LineStyleand”选项,

它们分别用于图形填充块和线型的设置；“JunctionDot”用于连接点的设置；“SessionLog”

选项框的“Font”用于项目管理器和记录器字体的设置：“TextRendering"选项栏用于设置

是否以加框的方式显示TrueType字体，以及是否填充；“AutoRecovery”选项框用于设置是

否进行自动保存，以及自动保存的时间间隔；“Aut。Reference”选项框用于设置是否进行元

件的自动编号，以及拷贝时是否把元件编号•并拷贝过去；“IntertoolCommunication”选项

用于设置是否和其它Cadence软件进行交互操作（我们经常要和PCB软件进行交互操作，该选

项应当选中）；“WireDrag”选项栏用于设置是否因接线变更而移动。

在Preferences对话框中，还有“TextEditor"、“Panandzoom"、"Select”和“Board

Simulation”选项页，-一般可以依据默认的设置，在此就不介绍了。

图2-9参数选择对话框的设置栅格选项页4.图纸幅面设置

如图所示，该选项页又分成两部分：左半部用于原理图的栅格设置，右半部用于制作原理

图元件的设置。

在OrCADCaptureCIS的菜单栏中，点击wOptions-*SchematicPageProperties…”菜

“Visible”选项用于选择是否显示栅格。

单项，将弹出如下对话框：

“GridStyle”选项用于选择点状栅格或线状栅格。

“Gridspacing”选项用于选择栅格点的密度（该数值表示两个最近的引脚之间的栅格数）。

MPointersnaptogrid”：选项用于选择对齐到栅格。

图2-11原理图属性对话框的图纸幅面尺寸选项页

如图2T1所示，在图纸幅面尺寸选项页中，可以设置图纸幅面尺寸所用的长度计量单位，

假如选用毫米为单位，则图纸的选项是A2、A3、A4等系列图纸；假如选用英寸为单位，则图

纸的选项是A、B、C等系列图纸。我们在原理图中通常是接受亳米为单位，这样便于和打印机图2-13打印对话框

相匹配。同时我们还可以选择“Custom”选项，自己设定图纸的大小。如图2-13所示，在打印对话框中，“Scale”选项框是指示打印比例的，“Scaletopaper

size”选项将把电路图打印在一张图纸上；“Scaletopagesize”选项可能会把电路图打印

我们还可以进行图纸区块的设置，所谓区块类似某些城市地图，把城市划分成多个矩形区在多张图纸上；“Scaling”选项用于设置打印比例。

块，并给每个区块，依据确定的次序进行命名，如：C3、D5等。“Printoffsets”选项框用于设置打印纸的偏移量。

选择"GridReferencew选项卡，如下图所示："Printquality"选项用于设置每英寸打印的点数；“Copies”选项用于设置打印的份数；

“Printtofile”选项用于把电路图打印到文件中；"PrintallcolorsinblackM选项用

于强制用黑白方式打印。

6.设置设计模板

设置设计模板是在打开新图纸时，依据预定的设置产生新的图纸，点击“Oplions-Design

Template…”菜单项，出现如下对话框:

Dc»ionTempMe

.<IISKC-wDUibtlilvl

图2T2原理图属性对话框的区块设置选项页

如图2T2所示，在区块设置选项页中，可以进行水平方向和垂直方向的设置。“Count”

是某一个方向上区块的数H。区块可以选择“Alphabetic”，依据字母进行排列，也可以选择

“Numeric"，依据数字进行排列（通常在水平和垂直两个方向上，一个选择按字母排列、另一

个选择按数字排列）。区块还可以依据升序或降序进行排列。“Widlh”栏目用于设置区块显示

部分的宽度，假如该值为0,则等于不显示区块了。在该选项页中，“TitleBlockVissible”

选项用于设置是否显示标题栏：“BorderVisible”用于设置是否显示边框；“GridReference解一IL国海「用物i

Visible"用于设置是否显示区块。32-14DesignTemplate对话框的字体选项页

如图2T1所示，首先我们可以在“Fonts”选项页中，进行图纸上各种元素的字体设置。

5.打印设置假如我们在DesignTemplate对话框中选择“TitleBlock"选项页，可以进行标题栏的

设置，如下图所示：

进行打印设置可以点击“File-Prinl…”菜单项，这时会弹出如下对话框:

串行下载电路分析

STC系列单片机都是接受串行方式进行下载编程的，而不是像其它单片机那样，运用编程

器进行程序的烧录。在宏晶科技公司所给的STC单片机的技术资料中，给出了如下的单片机下

载电路图：

STC单片机在线编程典型线路

图2T5DesignTemplate对话框的标题栏选项页

如图2T5所示，在标题栏选项页中，“Title”选项用于设置标题栏上的图纸名称；

^OrganizationName”用于设置标题栏上的公司名称；“Organization”用于设置公司地址；

°DocumentNumberM用于设置标题栏上的文件编号；“Revision”用于设置标题栏上的文件版

本号；“Symbol”选项框中的两个栏目分别用于设置标题栏文件的存储位置和文件名。

图2-17STC系列单片机下载电路示意图

假如我们在DesignTemplate对话框中,选择“Hierarchy”选项页，可以进行层次原理

如图2-17所示，STC单片机下载电路是通过单片机的Rxd(P3.0)和Txd(P3.1)两个引脚实

图的设置，如下图所示：

现下载功能的。在下载时，单片机应当处于工作状态，所以单片机的时钟电路和复位电路应当

Fun's|Tilii!li:k||ni£]Hirr^ciiy[JJiTC»«o*tlbillU|能够正常工作。事实上，STC单片机每次上电复位时，都要检测Rxd引脚上是否有进行下载的

Xi<r«rctiic«lBlocksFwrti数据流，假如有下载的数据流，就进行下载工作；假如没检测到下载数据流，就运行单片机中

tiFrieitiv网？ria”“原有的程序。

@faaprimOVgnpriatliva

在上述电路中，单片机和PC机的连接是通过MAX232(或和之兼容的)芯片进行连接的，

该芯片完成RS-232电平信号和TTL电平信号的转换。因为PC机串行接口上的信号是RS-232

电平信号，而单片机上的信号都是TTL信号。

上述电路有两点不足：

一是利用PC机的串行口进行下载，目前多数笔记本电脑都没有串行口了，即使是台式电

脑，该电路还另外须要直流电源，运用起来有些不便。

二是STC系列单片机的电源电压有5V和3.3V两种，而该电路不能灵敏适应，给应用带来

喉JI-JMLL版＞i

局限性。

32-16DesignTemplate对话框的层次图选项页

如图2T6所示，层次图选项页由两个选项框构成，分别设置层次图中电路方块和元件的

属性。“Primitive”选项表示为基本元件；“Wnprimilive”表示为非基本元件。非基本元件二.USB转串口电路分析

是指内部还含有下层电路图的元件；基本元件是指简洁元件。

在DesignTemplate对话框中还包括"PageSize"、"GridReference”两个选项页,它由于目前USB接口是每台PC机(不管是台式机、还是笔记本)必有的标准配置，而且PC

们分别以模板形式设置图纸幅面尺寸和区块，这和前面讲解的基本相同，这里就不多赘述了。机的USB接口还可以为下载电路供应电源。所以我们考虑将USB接口的信号经过转换，形成

在DesignTemplate对话框中还包括"SDTcompatibilityM选项页用于和早期的版本相UART口信号，连接到单片机的Rxd(P3.0)和Txd(P3.1)两个引脚上。这样就解决了笔记本电脑

兼容的设置，在此就不介绍了。没有串行口的问题，也解决了下载电路的电源问题。

进行USB信号到UART信号转换的芯片有许多种，我们选用南京沁恒公司开发的CH341T芯

2.3STC单片机下载器电路分析片，我们可以登录南京沁恒公司的网站(://winchiphead),下载CH341芯片的资料。

从设计PCB板的角度，我们关切的是该芯片的管脚编号、管脚的类型以及芯片的封装形式，它

的引脚图如下：

前面说过，我们的第一个设计将围绕一个STC系列单片机下载器电路绽开，为了让同学们

不仅驾驭Cadence软件的运用，而且在此过程中学会电路设计的基本技能，所以我们把该电路

进行一番分析。

C24C23

8.lu470Bp

CH341T

1二aPSCH341T

蕾USBX

-#

_

UD»SLPH蜜4

UD-VCC其

IXIGNO4

XOGND*

UARTZ!2CIZHHz

图2-18CH341芯片引脚图图2-19利用CH341T芯片进行USB转UART口电路图

如图2-18所示，CH341芯片是一个20引脚的芯片，下面我们说明一下各个引脚的功能:

引脚引脚类

名称说明电源电路分析

号型

VCC13、20电源电源引脚

5V前面说过，利用USB接口可以为下载电路供应电源，不过USB接口只供应5v电源电压，

、电源地线

GND1112可是USB单片机既有5V电源的，也有3.3V电源的。所以在我们的下载电路中，设计了一个用

在3.3V电源电压时连接VCC输入外部电源，来降压的稳压集成块1117芯片，由它的输出产生3.3V的电源电压。供应应单片机的电源信号，

V36电源在5V电源电压时外接容量为O.OluF退耦电或为5V或为3.3V,由一个三脚跳线进行切换。

容。另外，在给单片机起先下载之前，CH341T就必需供电，而此时还不能给单片机供电。这时

XT9输入晶体振荡的输入端，须要外接晶体及振荡电容PC机通过CH341T不断给单片机发送下载数据流，然后给单片机进行上电复位（即给单片机加

晶体振荡的反相输出端，须要外接晶体及振荡电），所以我们的下载电路还须要一个按键开关，按下开关后，才能让电源信号传递给单片机。

X010输出

电容电源电路如下图所示：

UD+7双向干脆连到USB总线的D+数据线

UD-8双向干脆连到USB总线的D-数据线

ACT#1输出USB设备配置完成状态输出，低电平有效

开漏输芯片功能配置输出，内置上拉电阻，可以接串

SCL16

出行EEPROM配置芯片的SCL引脚

开漏输

芯片功能配置输入，内置上拉电阻，可以接串

SDA15出及输

行EEPROM配置芯片的SDA引脚

入

TXD3输出串行数据输出

RXD4输入串行数据输入，内置上拉电阻图2-20STC单片机下载电路中的电源电路

TEN#19输入串口发送使能，低电平有效，内置上拉电阻如图2-20所示，在下载电路的电源电路中，1117芯片用于产生3.3V电源电压。通过三脚

RDY#17输出串口接收就绪，低电平有效跳线选择5V或3.3V供应单片机，在我们的电路中，其实只须要一个单刀单掷的按键开关，可

TNOW18输出串口发送正在进行的状态指示，高电平有效是常见的按键开关都是双刀双掷的，所以我们也选用双刀双掷的按键开关，只不过把不用的引

三态输脚悬空而已。另外为了爱惜PC机的USB接口，我们把USB接口输入的5V电源信号和下载电路

ROV#2串口接收缓冲区溢出，低电平有效

出上的5V电源信号通过2Q电阻进行隔离，避开因下载电路发生短路而烧毁PC机的USB接口。

INT#5输入自定义中断请求，上升沿有效，内置上拉电阻我们考虑在下载电路板上支配一个40脚的锁紧插座，用于给DIP-40封装的单片机芯片进

三态输行下载编程，于是还需使单片机工作的复位电路和晶振电路。另外为「给其它STC系列单片机

SLP#14睡眠状态输出信号，低电平有效

出进行在线下载编程,我们还在电路板上安置一个3脚插座，引出TXD、RXD和地线，即输出CH341T

表2TCH341T引脚功能产生的UART口信号。

利用CH341T芯片，可以把USB信号转换成UART信号或I2C信号，CH341T的详细功能由复

位后的SCL引脚和SDA引脚配置芯片的功能:假如SDA悬空、SCL也悬空,则完成USB转异步2.4原理图设计的基本操作

串口，仿真计算机串口的功能。Cll341T芯片的XI利X0应分别接晶振的两端：UD+和UD-分别

接USB接口的D+和D-引脚；ACT#通常接发光管，来指示CH341T芯片已完成配置工作；TXD引从这一节我们起先STC系列单片机下载电路板的原理图设计，在这个电路板上主要的元器

脚接单片机的RXD引脚；RXD引脚接单片机的TXD引脚；TEN#接低电平。其它功能引脚一般可件包括：STC单片机（锁紧插座）、CH341T芯片、1117芯片、按犍开关、跳线装置、USB接口、

以悬空。其典型电路如下：UART接口以及其它帮助元器件。

在这里要对单片机进行说明：我们在制作下载电路板时，在该板上并不放置单片机，实际库文件，再点击“ADD”按键，就可以加载8051芯片所在的“MICROCONTROLLER”库文件了。

放置的是一个40脚锁紧插座。当我们运用该电路板给DIP-40封装形式的STC单片机进行下载我们知道，单片机必需有时钟振荡信号才能工作，因此还单片机还必需和石英晶体、电容

编程时，就把它放入缩进插座，并和帮助电路一起构成单片机系统，从而可以进行下载。由于相连；另外单片机芯片还须要复位电路才能工作，须要电阻、电容元件，因此我们还须要把这

40脚锁紧插座的管脚和DIP-40封装形式STC单片机的管脚一一对应，而单片机的各个管脚都些元件所在的库文件加载进来。这次我们不进行查找了，而干脆加入库文件：点击“Libraries”

有对应的名称，从而便于在原理图上的连接和辨别，于是在我们的电路图中，就用单片机元件栏H上的库文件阅读图标，弹出如下对话框：

替代锁紧插座元件。

一.元件库的加载

下面我们首先放置STC单片机芯片及其附属电路（包括晶振电路和复位电路）。

OrCADCaptureCIS软件向我们供应了许多原理图元件，所以一些常见的元件如：电阻、

电容、单片机、石英品体等，它们被放在一些元件库文件中，我们可以加载这些元件库，然后

再把相应的元件放到原理图上。

第一步我们要加载单片机元件所在的元件库文件，点击“Place-Part”，这是“PlacePart”

窗体会显现出来，如下图所示：

图2-22库文件加载对话框

电阻、电容、石英晶体等元器件都位于"Discrete”库文件中，点击该项，将“Discrete”

元件库文件加载进来。

二.元件的放置

下面要在原理图上放置元件，放置8051芯片、石英晶体各一个，石英晶体旁边放置两个

电容（准备构成单片机的晶振电路），在图纸的另外一处放置一个电阻和电容（准备构成单片

机的上电复位电路）。其中电容选择CAPUP元件、石英晶体选择CRYSTAL元件、电阻选择R2

元件。

放置时，首先在"PartList”列表中选择元件，点击PlacePart窗口上的■图标（或

键入回车键）后，在鼠标上就会沾上一个元件，我们把鼠标移到原理图中相应的位置，按下鼠

标左键，就把元件放在了原理图上；假如放弃放置，按下“Esc”键即可。

在原理图中，图纸的放大、缩小可以用工具栏上对应的图标来进行，也可以用按键来进行：

按下“i”键，图纸放大；按下“。”键图纸缩小。

要删除在原理图中的元件，可以首先点击该元件，选中它，然后按下“加lete”键进行删

除；要移动某个元件，可以用鼠标干脆拖动；要去除元件的拖动状态，用鼠标在原理图的空白

处，点击一下就行了；要选中多个元件，可以在按着“Ctrl”键时，用鼠标点击多个元件，这

样就可以选中多个元件，也可以用鼠标拖出一个矩形，则矩形体内的元件就都被选中了，在这

之后，可以对选中的多个元件进行移动、复制等工作。

图2-21的左半部是PlacePart窗口刚刚显示的状态，我们看到在“Libraries”的栏目要旋转某个元件时，可以先选中它，然后按下“r”键，这时所选中的元件，就会逆时针

中只有"DesignCache”一项，而这项中并没有任何元件。旋转90°；有时还希望吧元件进行左右（或上下）镜像对调，这时可以先选择某个元件，然

因为我们是初次接触OrCADCaptureCIS软件还不很清楚各种元器件位于什么元件库中，后用鼠标右键点击该元件，在弹出的菜单项中选择“MirrorHorizontally"（或“Mirror

所以就从查找元件起先。先查找单片机元件，我们知道STC单片机是51系列单片机的后代，Vertically"）项，就可以完成元件的镜像对调。

其DIP-40封装的单片机芯片和早期的8051芯片是引脚兼容的，所以我们就应当点击“Search上述元件放置好以后，我们把电容和石英晶体的标称值进行修改。原本电容、石英晶体上

forPart"按键，这时PlacePart窗口变成图2-21的右半部的样子。在“Searchfor"栏目的标称值和其元件的名称是一样的，电容都是“CAPUP”，石英晶体是“CRYSTAL"，电阻是R2。

中键入“8051”，再按下回车键，就会起先查找工作，在找到该元件所在的库文件后，选中该我们把石英晶体的标称值改成石英晶