《计算机辅助电路设计》课件第3章

3.1层次原理图设计概念3.2层次原理图设计方法3.3层次原理图切换习题第3章层次电路原理图设计3.1层次原理图设计概念当电路图复杂、电路原理图用一张图纸画不下时，可画在多张图上共同表达，这样就必须有一张图，而这张图是用来表示多张图之间的连接关系的，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，可使整个图纸的界面更加美观大方。3.2层次原理图设计方法

Protel2004为设计者提供了两种层次电路设计方法，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

(1)执行菜单命令【File】/【New】/【PCBProject】，新建PCB项目并保存为“信号发生器”，再执行菜单命令【File】/【New】/【Schematic】，为新项目添加原理图并保存为“信号发生器”。

(2)绘制方块电路符号。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。

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，在这里主要介绍一下【Properties】栏中各项属性的设置。图3-1“SheetSymbol”对话框

【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。

(3)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，移动到合适的位置，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。

(4)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；移动十字光标到方块电路的边缘附近，单击左键，此时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；此时按下键盘上的Tab键进入方块电路端口的属性设置对话框，如图3-2所示。图3-2方波模块端口

【Side】下拉列表框：可进行方块电路端口在方块电路符号中大体方位的设置，有4种选择：【Top】、【Left】、【Bottom】和【Right】。

【Style】下拉列表框：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】下拉列表框：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。

【Position】文本框：方块电路端口的位置。该选项的内容将根据端口的移动而自动设置，用户不需要进行更改。

设定其名称、类型、颜色和位置等；拖动鼠标，移动到合适位置单击左键放置；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。完成的方波模块如图3-3所示。图3-3方波模块端口定义完成后的电路图

(5)重复⑵～⑷步完成三角波模块的绘制。

(6)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3-4所示的电路。图3-4完成电气连接关系的电路原理图

(7)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；弹出的Confirm对话框如图3-5所示。要求用户确认端口输入／输出方向，单击“Yes”，则产生的方块电路的I/O端口电气特性与电路原理图中的I/O端口电气特性相同；单击“No”，则所产生的方块电路的I/O端口电气特性与电路原理图中的I/O端口电气特性相反。用户可根据具体要求选择合适的选项，此处选择No，自动产生与原来的方块电路上文件名相同的新电路原理图，并且已经布置好了端口。若对其位置不满意，可移动元件进行调整。图3-5I/O端口电气特性确认对话框

(8)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件并连线，绘制出具体的电路原理图，如图3-6和图3-7所示。图3-6方波电路图3-7三角波电路3.2.2自下而上方式设计

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。

(1)执行菜单命令【File】/【New】/【PCBProject】，新建PCB项目，保存为“AMPMOD”(调制放大器)。

(2)执行菜单命令【File】/【New】/【Schematic】，为新项目添加原理图，保存为“modulator.sch”(调制电路)并绘制电路原理图，如图3-8所示；再新建原理图文件，保存为“amplifier.sch”(放大电路)并绘制电路原理图如图3-9所示。图3-8modulator.sch(调制电路)图3-9amplifier.sch(放大电路)

(3)新建原理图文件，保存为“AMPMOD.prj”。

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

(5)自动弹出ChooseDocumenttoPlace对话框，如图3-10所示。用户可将光标移到所需产生方块电路的文件，双击之。图3-10“ChooseDocumenttoPlace”对话框

(6)此时系统弹出Confirm对话框，要求用户确认端口输入/输出方向。单击Yes，则产生的方块电路的I/O端口电气特性与电路原理图中的I/O端口电气特性相同，即输入还是输入，输出还是输出。反之，单击No，则所产生的方块电路的I/O端口电气特性与电路原理图中的I/O端口电气特性相反，即输入变成输出，输出变成输入。此处，单击No。

(7)移动方块电路到合适的位置后，单击左键，确定方块电路的位置，则一个与电路原理图同名的方块电路符号生成了。

(8)当方块电路图和图中的端口调整好后，就可进行各方块电路之间的连线了，完成连线后如图3-11所示。图3-11AMPMOD.prj原理图3.3层次原理图切换在Protel2004中，利用不同层次电路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。不同层电路文件之间的切换方法有以下几种：直接用设计管理器切换文件，由上层电路文件切换到下层电路文件及由下层电路文件切换到上层电路文件。3.3.1直接用Project面板切换文件

(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3-12所示。图3-12打开后的树状结构图

(2)不同文件切换，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图形文件。3.3.2由上层电路文件切换到下层电路文件

(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，移动光标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。3.3.3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类似。图3-13所示为由下层电路切换到上层电路的过程。图3-13