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1、,第2章 层次原理图设计,目录,第2章层次原理图设计2.1层次原理图方法及步骤2.2层次原理图设计实例2.3报表文件电气规则检查及错误报表72网络表75元件引脚表、元件表、元件交叉参考表及层次电路关系表77原理图输出812.4本章小结2.5习题,2.1 层次原理图设计方法和步骤,在层次电路设计方案出现以前，编辑电子设备，如电视机、计算机主板等原理图时，遇到的问题是电路元件很多，不能在特定幅面的图纸上绘制出整个电路系统的原理图，只好改用更大幅面的图纸。然而打印图纸时又遇到了另一问题，即打印机最大输出幅面有限。采用层次电路原理图设计方法后，这一问题就迎刃而解了。所谓层次电路设计就是把一个完整的电路
2、系统按功能分解成若干子系统，即子功能电路模块，需要的话，把子功能电路模块再分解成若干个更小的子电路模块，然后用方块电路的输入/输出端口将各子功能电路连接起来，于是就可以在较小幅面的多张图纸上分别编辑、打印各模块电路的原理图。层次电路的构成如图2.1.1所示。,第2章 层次原理图设计,在层次电路设计中，把整个电路系统视为一个设计项目，并以.prj而不是.sch作为项目文件的扩展名。在项目原理图(即总电路图)中，各子功能模块电路用方块电路表示，且每一模块电路有唯一的模块名和文件名与之对应，其中模块文件名指出了相应模块电路原理图的存放位置。在原理图编辑窗口内，打开某一电路系统设计项目文件.prj时，
3、也就打开了设计项目内各模块电路的原理图文件。Protel 99 SE原理图编辑器支持层次电路设计、编辑功能，可以采用自上而下或自下而上的层次电路设计方法。自上而下逐级设计层次电路：先建立方块电路图，再由方块电路图产生下层原理图。自下而上逐级设计层次电路：先建立下层原理图，再由下层原理图产生方块电路图。,第2章 层次原理图设计,2.1 层次原理图设计方法和步骤,2.2 层次原理图设计实例,下面以Protel 99 SE自带实例Z80 Microprocessor.Ddb为例，具体介绍建立层次电路原理图的操作过程。该文件位置在Protel 99 SE的安装目录的Examples中。1.采用自上而下
4、方式建立层次电路原理图 首先新建名称为Z80 Microprocessor.Ddb的设计数据库，并打开。(1)执行菜单命令FileNew，在打开的“新建文件”对话框中，双击Schematic Document图标，再将创建的文件名字改为Z80 Processor.prj。(2)在原理图文件窗口内，可用原理图编辑方法绘制项目文件方块电路。执行菜单命令DesignOptions，在打开的“文档设置”对话框中选择Sheet Options选项卡，设置Standard Style为A，单击OK按钮后退出。单击画图工具栏中的放置方块电路按钮，或执行菜单命令PlaceSheet Options，在图中适当
5、的位置单击，确定方块电路左上角，移动光标，拉出一个方块电路，在方块电路大小合适时，单击确定方块电路右下角。此时系统仍处于放置方块电路状态，可以继续放置其他方块电路，如图2.2.1所示，放置完毕，右击，退出放置状态。若将要放置的方块电路与前一个大小一样，只需在放置方块电路状态双击即可。,第2章 层次原理图设计,1.采用自上而下方式建立层次电路原理图,(3)编辑方块电路。在放置方块电路过程中，或双击要编辑的方块电路符号，打开(Sheet Symbol)“方块电路属性设置”对话框，Sheet Symbol对话框的操作介绍如下。X-Location、Y-Location：设置方块电路左上角坐标。X-S
6、ize、Y-Size：设置方块电路X、Y方向大小尺寸。Border Width：设置方块电路边框宽度。Border Color：设置方块电路边框颜色。Fill Color：设置方块电路填充颜色。Selection复选框：确定方块电路是否选中。Draw Solid复选框：确定方块电路是否填充。Show Hidden复选框：确定是否显示方块电路图名称和所代表的原理图名称。Filename：设置方块电路所代表的原理图文件名。Name：设置方块电路名称。在Sheet Symbol对话框中，设置Filename为CPU Clock.sch，设置Name为CPU Clock，单击OK按钮后，如图2.2.1
7、所示的左上角方块电路变为如图2.2.3所示。同理编辑其他方块电路。,第2章 层次原理图设计,2.2 层次原理图设计实例,1.采用自上而下方式建立层次电路原理图,第2章 层次原理图设计,2.2 层次原理图设计实例,图放置方块电路,图Sheet Symbol对话框,图设置名称后的方块电路,该图有6个方块电路,(4)放置方块电路I/O端口。单击画图工具栏中的放置方块电路I/O端口按钮，或执行菜单命令PlaceAdd Sheet Entry，将光标移动到CPU Clock方块电路内部右侧单击，出现一个带小圆点的方块电路I/O端口。按Tab键，或双击已放置的方块电路I/O端口，打开“方块电路I/O端口属
8、性设置”对话框，如图2.2.4所示。“方块电路I/O端口属性设置”对话框的操作介绍如下。Name：设置方块电路I/O端口名称。I/O Type：设置方块电路I/O端口类型，表示端口的电气特性。Side：决定方块电路I/O端口放置在方块电路哪一侧。Style：设置方块电路I/O端口类型。Position：设置方块电路I/O端口在电路图中的位置。Border Color：设置边框颜色。Fill Color：设置填充颜色。Text Color：设置方块电路I/O端口名称的颜色。Selection复选框：确定是否选中方块电路I/O端口。将方块电路I/O端口名称设置为CPUCLK，单击OK按钮。在方块电
9、路的合适位置，单击放置端口，如图2.2.5所示。同理放置其他方块电路I/O端口。放置完方块电路I/O端口后的方块电路，如图2.2.6所示。,第2章 层次原理图设计,2.2 层次原理图设计实例,1.采用自上而下方式建立层次电路原理图,第2章 层次原理图设计,2.2 层次原理图设计实例,图“方块电路I/O端口属性设置”对话框,图放置方块电路I/O端口,图放置方块电路I/O端口完毕,(5)绘制方块电路之间的连线。方块电路及端口放置完毕，可以改变它们的位置。而后使用画图工具栏中的画导线、画总线按钮，将不同方块电路中端口名称相同的方块电路I/O端口连接在一起，就获得了一个设计项目的电路总图，如图2.2.
10、7所示。(6)项目电路总图编辑结束后，单击主工具栏上的存盘按钮或执行菜单命令FileSave保存该文件。(7)如果文件扩展名不是.prj时，将文件扩展名改为为.prj。可在设计文件管理器窗格内，将光标移到刚编辑的项目原理图文件名标签上，右击，在弹出快捷菜单中，将光标指向并单击其中的Close(关闭)命令，再右击项目名称，在弹出的快捷菜单中，将光标指向并单击其中的Rename(改名)命令，改名即可。(8)在项目设计文件窗口内，执行菜单命令DesignCreate Sheet From Symbol(从图纸符号建立原理图)，光标变为十字形状，将光标移到相应的方块电路上，如图2.2.7所示的CPU
11、Section 模块，单击，即可弹出如图2.2.8所示的“I/O端口电气特性选择”对话框，如果单击对话框内的Yes按钮(一般选择No，表示方块电路端口方向不变)，则生成的模块电路原理图中的I/O 端口电气特性与方块电路I/O 端口电气特性相反，即输出变为输入，而输入变为输出。单击No按钮，系统自动产生并打开名为CPU Section.Sch的原理图，其中有与方块电路I/O端口对应的I/O端口，如图2.2.9所示。(9)同理分别创建其他5个方块电路图相对应的电气原理图，在产生原理图后，用画原理图的方法分别画各模块原理图，从而完成自上而下的层次电路原理图的设置工作。画完CPU Section.Sc
12、h原理图后如图2.2.10所示，其他模块的原理图类似。(10)最后保存并关闭文件。,第2章 层次原理图设计,2.2 层次原理图设计实例,第2章 层次原理图设计,2.2 层次原理图设计实例,图连线后的项目电路总图,图“I/O端口电气特性选择”对话框,1.采用自上而下方式建立层次电路原理图,采取自下而上方式，就是先绘制各模块电路原理图文件，并创建一个新的空白的原理图文件，然后执行菜单命令DesignCreate Symbol From Sheet(从原理图建立图纸符号)，即可将指定模块电路原理图文件中的I/O 端口转化为方块电路I/O 端口，并放置在自动生成的方块电路内。从模块电路原理图中生成方块
13、电路的操作过程如下所述。在设计数据文件包内的指定文件夹内，用画原理图的方法，分别建立、编辑各自方块电路的原理图文件，原理图文件目录如图2.2.11所示。执行菜单命令FileNew，在同一文件夹内创建一个空白的项目文件，命名为Z80 Processor.prj，如图2.2.12所示。在设计文件管理器窗格内，单击新生成的项目文件名CPU Processor.prj，切换到项目文件原理图编辑状态。在空白的项目文件编辑窗口内，执行菜单命令DesignCreate Symbol From Sheet，在弹出如图2.2.13所示的“选择原理图”对话框，在列表框中找出并单击待转换的模块电路原理图文件名，如C
14、PU Section.Sch。,第2章 层次原理图设计,2.2 层次原理图设计实例,2.自下而上编辑层次电路原理图,第2章 层次原理图设计,2.2 层次原理图设计实例,2.自下而上编辑层次电路原理图,图由方块电路创建的电气原理图,图CPU Section模块原理图,单击OK按钮，关闭如图2.2.12所示的对话框，即可弹出如图2.2.8所示的“I/O端口电气特性选择”对话框，并根据需要单击Yes或No按钮(一般选择No，使转换后的方块电路I/O端口(Sheet Entry)的电气特性与模块电路原理图内I/O端口(Port)电气特性一致)。单击No按钮后，在项目文件编辑窗口内出现了一个随光标移动而
15、移动的方块电路(必要时可按下Tab键，修改方块电路的属性)，将光标移到适当位置后，单击固定，即可获得包含了方块电路I/O端口的方块电路，如图2.2.14所示。同理产生其他原理图对应的方块电路。必要时，可调整方块电路位置以及方块电路内I/O端口位置，然后再使用导线、总线将各方块电路I/O端口连接在一起，即可获得项目电路总图，如图2.2.7所示。3.层次图纸的切换单击主工具栏中的切换层次按钮，或执行菜单命令ToolsUp/Down Hierarchy，光标变为十字形状，移动光标到层次总电路图中某个方块电路上，单击，可切换到方块电路所对应的原理图中。将十字光标移动到端口上(I/O端口、方块电路I/O
16、端口)，单击，即可切换到对应的端口上。可以右击，退出层次切换状态。,第2章 层次原理图设计,2.2 层次原理图设计实例,2.自下而上编辑层次电路原理图,(1)ERC Options选项区域Multiple net names on net复选框：确定是否检查网络名重复错误。Unconnected net labels复选框：确定是否检查网络标号未连接错误。Unconnected power objects复选框：确定是否检查电源符号未连接错误。Duplicate sheet numbers复选框：确定是否检查电路图编号重复错误。Duplicate component designators复选
17、框：确定是否检查元件标号重复错误。Bus label format errors复选框：确定是否检查总线标号格式错误。Floating input pins复选框：确定是否检查输入引脚浮空错误。Suppress Warnings：忽略所有的警告性检测项，不记录错误在报告上。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,电气规则检查及错误报表,在编辑原理图过程中，对于只有少量分立元件的简单电路，通过浏览就能看出电路中存在的问题，但对于一个较复杂的电路设计项目，靠人工查找电路编辑过程中的错误就没那么容易了。下面介绍电气规则检查的操作过程和结果。执行菜单命令ToolsERC.，弹出“ERC检查”对话框
18、，如图2.3.1所示。该对话框的Setup选项卡介绍如下。,图2.3.1所示。该对话框的Setup选项卡,(2)Options选项区域Create report file复选框：确定检查后是否建立错误报告文件，报告后缀名为ERC。Add error markers复选框：确定检查后是否在原理图中对错误之处放置标记。Descend into sheet parts复选框：确定检查后是否深入至图纸元件内部电路(层次电路)。Sheets to Netlist下拉列表框：选择Active sheet表示检查当前图纸；选择Active project表示检查当前项目；选择Active Sheet plu
19、s sub sheet表示检查当前原理图和下层原理图。(3)Net identifier Scope下拉列表框选择Net label and ports global表示网络标号和端口全局有效；选择Only ports global表示仅I/O端口全局有效；选择Sheet Symbol/Port Connections表示层次电路中同名端口相连。“ERC检查”对话框的Rule Matrix选项卡如图2.3.2所示，Rule Matrix选项卡介绍如下。Set Defaults按钮：用于设置系统默认的矩阵。Legend选项区域：用于设置正确、错误和警告的代表颜色。矩阵：用于设置纵横坐标所示引脚/
20、端口连接时的电气规则，用三种颜色(Legend组合框设置的颜色)表示连接时正确、错误或警告。一般不需要用户重新设置检查规则。以上设置完成后，单击OK按钮，系统进行ERC规则检查，并产生错误报告，如图2.3.3所示。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,电气规则检查及错误报表,在电气规则检查结果中可能包含两类错误，其中Warning是警告性错误，提醒操作者注意；而Error是致命性错误，必须认真分析，根据出错原因对原理图进行相应的修改。在设计文件管理器窗格内，单击打开相应的原理图文件，将会发现有问题的位置均加入了一个红色标记，如图2.3.4所示的第20号引脚端点处。,第2章 层次原理图设计
21、,2.3 报表文件,电气规则检查及错误报表,图“ERC检查”对话框的Rule Matrix选项卡,图电气规则检查后加入错误标记,编辑原理图的最终目的是制作印制电路板，网络表文件(扩展名为.net)可以说是原理图编辑器Sch与印制电路板编辑器PCB之间连接的纽带。建立网络表前在元件属性对话框中应给定元件的封装和序号。所谓封装就是元件在电路板上的形状代号，在第3章中将用大量的篇幅介绍封装。下面介绍从电路原理图中建立网络表文件的操作过程。执行菜单命令Design Create Netlist，弹出如图2.3.5所示的“创建网络表属性”(Netlist Creation)对话框中的Preference
22、s选项卡。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,网络表,图Netlist Creation对话框(Preference选项卡),(1)Preference选项卡中主要设置网络表格式、网络标志作用范围等，介绍如下。Output Format下拉列表框：设置生成网络表的格式，一般选择Protel2格式，此格式生成的网络表包含元件描述、网络描述及PCB布线指示。Net Identifier Scope下拉列表框：设置项目电路图网络标志符的作用范围。详细介绍见层次原理图设计部分。Sheets to Netlist下拉列表框：设定生成网络表的原理图范围。选择Active sheet只建立当前原理图
23、的网络表；选择Active project建立当前项目的网络表；选择Active sheet plus sub sheets建立当前原理图和各层次原理图的网络表。Append sheet numbers to local nets复选框：确定是否在网络表中加入原理图编号。Descend into sheet parts复选框：确定是否深入到图纸符号(层次原理图)中的内部电路。Include un-named single pin nets复选框：确定是否包括无名引脚网络。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,网络表,(2)Trace Options选项卡。单击Trace Options标
24、签，切换到Trace Options选项卡，如图2.3.6所示。Trace Options选项卡的操作介绍如下。Enable Trace复选框：用于确定是否产生跟踪网络表。Netlist before any resolving复选框：用于确定是否在生成网络表时，将任何动作加入网络表。Netlist after resolving sheets复选框：用于确定是否只有当原理图中的内部网络结合到项目网络后，才加以跟踪，并形成跟踪文件。Netlist after resolving project复选框：用于确定是否只有当项目内部网络结合后，才将该步骤保存为跟踪文件。Include Net Mer
25、ging information复选框：用于确定跟踪文件是否包括网络合并信息。设置完成后，单击OK按钮，系统进入网络表生成过程，并生成网络表文件，网络表文件名称与主电路图的文件名相同，扩展名为NET。系统将自动打开生成的网络表，如图2.3.7所示。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,网络表,图Trace Options选项卡,Protel 99 SE还能够生成元件引脚表、元件表、元件交叉参考表及层次电路关系表，原理图报表的菜单命令集中在主菜单Reports中。1.元件引脚表在设计电路过程中，可以通过元件引脚列表查询元件引脚在电路图中的位置信息，操作过程如下。首先执行选择命令，选中要显示
26、引脚的元件，而后执行菜单命令ReportsSelected Pins，系统将弹出如图2.3.8所示的“元件引脚列表”对话框。选择该对话框的列表框中的某一引脚，单击OK按钮后，选中的引脚将移到原理图编辑窗口的中央，并以合适的尺寸显示。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,元件引脚表、元件表、元件交叉参考表,图“元件引脚列表”对话框,2.元件表通过元件表文件(.xls)能够迅速获得一个设计项目或一张电路图所包含的元件类型、封装形式、数目等数据，以便采购或进行成本预算。获取元件表的操作过程如下。执行菜单命令ReportsBill of Material，系统弹出如图2.3.9所示的“生成元件表
27、向导”对话框之一，在该对话框中，可以选择生成元件表的范围，选择Project单选按钮，生成整个项目的元件表；选择Sheet单选按钮，则生成当前原理图的元件报表。设置完成后，单击Next按钮，系统弹出如图2.3.10所示的“生成元件表向导”对话框之二。此对话框用于选择元件报表包括哪些内容，单击相应选项前的复选框，即可选中或取消选中的相应的选项。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,图“生成元件表向导”对话框之二,元件引脚表、元件表、元件交叉参考表,图“生成元件表向导”对话框之一,单击Next按钮，打开“生成元件表向导”对话框之三，如图2.3.11所示，可以在其中修改默认的内容名称，如可将“
28、Footprint”改为“元件封装形式”、“Part Type”定义为“元件型号”等，设置完毕后，单击Next按钮，打开“生成元件表向导”对话框之四，如图2.3.12所示。在如图2.3.12所示的对话框内，选择元件清单报表文件格式。在如图2.3.12所示的对话框中，选中Client Spreadsheet(文件格式)复选框后，单击Next按钮，打开如图2.3.13所示的“生成元件表向导”对话框之五，如果不需要修改以上对话框中的选项，单击Finish按钮，Protel 99 SE会自动启动表格编辑器，列出当前电路的元件清单内容，如图2.3.14所示。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,图
29、生成的元件表文件,元件引脚表、元件表、元件交叉参考表,图“生成元件表向导”对话框之三,3.元件交叉参考表元件交叉参考表列出项目电路中的所有元件，并且指出元件位于哪一张电路图里。下面以Protel 99 SE自带实例Z80 Microprocessor.Ddb为例，介绍元件交叉列表的生成过程。打开Protel 99 SE自带实例Z80 Microprocessor.Ddb。执行菜单命令ReportsCross Reference，系统将自动生成该项目的元件交叉参考表，如图2.3.15所示。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,图元件交叉参考表,元件引脚表、元件表、元件交叉参考表,4.层次电
30、路关系表层次电路关系表可以表示项目中原理图中的层次关系。下面以Protel 99 SE自带实例Z80 Microprocessor.Ddb为例，介绍层次电路关系表的生成过程。打开Protel 99 SE自带实例Z80 Microprocessor.Ddb。执行菜单命令ReportsDesign Hierarchy，系统将自动生成该项目的层次电路关系表，如图2.3.16所示。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,网络表,图层次电路关系表,完成了原理图设计后，可以将图纸打印保存，在打印原理图前，根据需要，执行菜单命令DesignOptions.，并在“文档选项设置”对话框中，单击图纸选择(S
31、heet Options)标签，在该选项卡中重新设置图纸边框、参考边框、标题栏的状态以及图纸底色。1.打印设置执行菜单命令FileSetup Printer，对打印机进行设置，以便获得满意的打印效果。执行菜单命令FileSetup Printer，系统弹出如图2.3.17所示的“打印机设置”对话框，可以在其中设置打印机类型、颜色模式、打印纸大小以及边框等参数，再单击Print按钮，启动打印过程。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,原理图输出,图“打印机设置”对话框,打印机设置介绍如下。(1)Select Printer下拉列表框：在其中选择打印机类型。(2)Properties按钮：用
32、于进行打印设置。与Windows打印设置方法相同。(3)Batch Type下拉列表框：用于选择准备打印的电路图文件。选择Current Document，只打印当前编辑的电路图文件；选择All Document，将打印当前所有电路图文件。(4)Color下拉列表框：用于选择打印颜色模式。选择Color，彩色打印输出;选择Mon-ochrome，单色打印输出。(5)Margins选项区域：用于设置打印纸张边沿空白宽度。(6)Scale数值框：用于选择打印比例。设置打印比例后，单击右侧的Refresh(刷新)按钮，在右侧的打印预览窗口内，观察打印效果，打印比例不合适时，原理图将被分割为多幅。2.
33、打印设置了打印机属性和打印参数后，单击如图2.3.17所示的Print按钮，启动打印过程。或单击OK按钮，返回编辑原理图状态，需要打印时，单击主工具栏内的打印按钮，或执行菜单命令FilePrint，启动打印过程。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,原理图输出,本章介绍了Protel 99 SE软件的层次原理图的设计流程、报表文件的生成过程，帮助读者很快掌握层次原理图的设计方法。最后还介绍了原理图的打印和输出。,第2章 层次原理图设计,2.4 本章小结,图习题(5)电路,2.5习题(1)什么是层次电路图？建立层次电路图有几种方法？怎样建立层次电路图？(2)方块电路端口和电路端口有什么区别
34、？(3)如何生成网络表、元件表、元件交叉参考表和层次电路关系表。(4)电路如图2.5.1所示，画出原理图。(5)电路如图2.5.2所示，画出原理图。(6)电路如图2.5.3所示，画出原理图。其中集成电路CD4011和R5自画元件图，并且CD4011的引脚必须用放置引脚工具放置，所以图中元件引脚外形和长短可能不一样。(7)用菜单FileOpen打开文件99 SEExamplesZ80 Microprocessor.Ddb了解该层次原理图的文件结构，练习Protel99 SE菜单和工具的使用，建立并生成网络表。,第2章 层次原理图设计,2.5 习题,第2章 层次原理图设计,2.5 习题,图习题(4)电路,图习题(6)电路,
