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1、第5章,设计层次原理图,本章学习目标,本章主要以绘制单片机多路数据采集系统原理图为例，介绍层次性电路图的绘制方法，以达到以下学习目标：理解层次性原理图的基本概念。掌握方块电路的绘制和端口的设置方法。掌握层次性原理图的绘制方法。,5.1 层次原理图的基本概念,对于复杂庞大的电路系统，如大屏幕高清晰数字电视机等，其原理图和PCB板都是十分复杂的，不便于或不可能将其在一张图纸中绘制完成，同时为了适用公司和企业的需要，加快设计和绘制的速度，缩短产品的研发周期，往往是以几个人组成的群组形式分工合作进行设计和绘制，将一个复杂的电路系统划分为多个子系统，而一个子系统又可能划分为多个模块，这样只要定义好各个模
2、块图纸间的连接关系，然后分配给不同的部门或个人分开设计绘制，最后组合起来即可完成整个复杂系统的设计和制作。,层次原理图的基本概念,层次性原理图正是适用模块化设计需要而应运而生的产物，它将一个完整复杂的设计项目分割为几个相对独立但又彼此连接的图纸，并可分开同时进行设计，大大加快了原理图的设计绘制速度。,层次性原理图的层次结构,下图表明了层次性原理图图纸之间的层次结构。它主要由主原理图和各子原理图组成，主原理图主要规定各子原理图之间的连接关系，而子原理图则集中体现各模块内部具体的电路结构。,1.方块电路,在主电路图中为了表示各子原理图之间的连接关系，需要有代表各子原理图的符号图形，这就是方块电路，
3、如图 所示，一个方块电路代表一张子原理图，如图中的方块电路代表子原理图“display.SchDoc”。,方块电路端口,方块电路名称,方块电路代表的原理图文件,2.方块电路端口,为了表示各子原理图之间的电气连接关系，各方块电路之间需要有相互连接的电气端口，即方块电路端口，如上页图所示，通过方块电路端口，可以清楚的表达和实现各子原理图之间的电气连接关系。,3.方块电路之间的连接,方块电路代表的是子原理图，各子原理图必须根据系统的要求相互连接，才能构成实用的电路系统。为了实现子原理图之间的电气连接，用户只需将方块电路端口通过导线或总线连接起来即可。如下页图所示为单片机多路数据采集系统主原理图中各方
4、块电路的组成和连接关系图。,单片机多路数据采集系统主原理图中各方块电路的组成和连接关系图,各方块电路的组成和连接关系,图中方块电路端口较多，端口组P10.7送往显示模块子原理图display.SchDoc作为数码管的段显示控制，端口组P30.5 送往显示模块子原理图display.SchDoc作为数码管的位显示控制。端口组A0.15为地址总线，端口组D0.7为数据总线，端口INT1为中断信号输入端口，RD、WR为存储器和AD转换器的读、写控制线，分别送往AD转换模块子原理图AD.SchLib和存储器模块子原理图Memory.SchLib，ALE端口为AD转换器提供时钟信号。,4.方块电路与子原
5、理图的对应关系和连接,5.层次性原理图的设计方法,根据原理图的层次结构，层次性原理图的设计方法分为二种。一种为从上向下设计的方法，即先绘制主原理图中的方块电路，然后由方块电路产生各自的子原理图，然后分别绘制各子原理图的具体电路。另一种方法的绘制顺序刚好相反，为由下往上设计的方法，即先设计好各子原理图，然后由各子原理图产生主原理图中的方块电路。,单片机多路数据采集系统层次性原理图设计方法,本章将采用从上向下设计的方法绘制单片机多路数据采集系统的层次性原理图，该系统由主原理图Parent.SchLib和五个子原理图组成，分别为显示模块子原理图display.SchDoc，CPU模块子原理图CPU.
6、SchLib，AD转换模块子原理图AD.SchLib，存储器模块子原理图Memory.SchLib，以及电源模块子原理图Power.SchLib，原理图之间的层次结构如下页图所示。,单片机多路数据采集系统层次性原理图结构,5.2 从上而下设计层次原理图,从上向下设计的方法，即先绘制主原理图中的方块电路，然后由方块电路产生各自的子原理图，然后分别绘制各子原理图的具体电路。下面介绍具体的绘制过程。,5.2.1 创建工程文件和主原理图文件,根据前面章节介绍的方法，建立工程文件“多路单片机数据采集器.PRJPCB”，并新建原理图文件，保存为Parent.SchLib，作为主原理图。如图所示。采用从上向
7、下设计层次性原理图，各子原理图虽然可以由方块电路产生，但主原理图必须由用户新建。,5.2.2 绘制方块电路符号,新建主原理图后，就可以在主原理图中放置代表各子原理图模块的方块电路，下面以绘制显示模块方块电路为例讲解具体方法。,1.设置方块电路属性。,选择原理图工具中的绘制方块电路按钮，光标变为十字型，并带出一个方块电路的虚影轮廓，如图所示。,方块电路属性,按键盘上的【Tap】键，弹出如图所示的方块电路属性对话框。,方块电路属性,方块电路属性对话框中主要的属性有：【Designator】：方块电路序号，和元件序号作用相同，不能重复。【Filename】：文件名，即方块电路代表的子原理图文件名称，
8、最好不要采用中文命名。因为此处绘制显示模块的方块电路，而且是第一个方块电路，所以在【Designator】栏输入“FK1”，表示第一个方块电路，在【Filename】输入“display.SchDoc”，表示显示模块。,2.绘制方块电路,移动光标到合适位置单击鼠标左键，作为方块电路的左上角端点，此时移动光标，可带出方块电路，当方块电路大小合适时再次单击鼠标左键完成方块电路FK1的绘制。,3.绘制其它方块电路,5.2.3 放置方块电路端口,方块电路绘制完成后，为了建立方块电路之间的电气连接，必须为方块电路添加方块电路端口，下面以放置显示模块方块电路中的端口“P10.7”为例讲解具体放置方法。,1
9、.确定方块电路端口要放置在哪个方块电路,选择原理图工具中的绘制方块电路端口按钮，出现十字型光标，将光标移到要放置端口的方块电路FK1中的放置位置，单击鼠标左键，在光标下出现方块电路端口的虚影轮廓，如图所示。,2.设置方块电路端口属性。,2.设置方块电路端口属性。,方块电路端口属性对话框中主要的属性有：【Name】：方块电路端口的名称，一般由字母和数字组成。注意：（1）如果端口接的是总线，则端口名称后接中括号和数字表示端口组，如端口组P10.7表示端口P10P17。（2）对于单片机的总线和引脚连接，端口名称中不允许出现“.”等，如引脚P3.1只能命名为“P31”,2.设置方块电路端口属性,方块电
10、路端口属性对话框中主要的属性有：【I/O Type】：端口信号输入/输出类型，即指定端口中信号的流向。有如下几个选项：【Unspecified】不确定【Input】输入【Output】输出【Bidirectional】双向【Style】：方块电路端口的箭头方向，一般用于指明端口中信号的流向，是端口信号输入/输出类型的外在表现形式，有如下几种类型：【None(Horizontal)】:水平方向没有箭头【Left】：箭头向左【Right】:箭头向右【Left_ Right】：左右双向【None(Vertical)】垂直方向没有箭头【Top】：箭头向上【Bottom】：箭头向下【Top_ Botto
11、m】：上下双向,2.设置方块电路端口属性。,根据实际需要，本例FK1中要添加的端口连线为总线，且连接的为单片机的P1端口，所以【Name】属性栏设置为端口组“P10.7”，表示该端口组包含P10P17八个端口。而该端口将信号送入方块电路中控制数码管的各段，所以【I/O Type】中设置为【Input】输入类型，而【Style】栏设置为【Left】。,5.2.4 连接方块电路端口，添加网络标号,放置了方块电路端口，只是为方块电路之间的连接提供了通道，但还必须根据电路原理用导线或总线将各端口连接起来。绘制导线和总线的方法前面章节已有介绍，请参考前面章节。同时还要为各连接导线添加网络标号。一般网络标
12、号的名称和方块电路端口名称取得一致。连接好导线并添加了网络标号的方块电路端口如下页图所示，至此主原理图绘制完成。,绘制连接导线（或总线）并添加网络标号,5.2.5 产生并绘制显示模块子原理图,完成主原理图的绘制后，就可以由各方块电路产生各自相应的子原理图。下面以产生显示模块子原理图display.SchDoc为例，介绍由方块电路产生子原理图的方法。,由方块电路产生子原理图菜单,是否反转端口的输入/输出方向,弹出如图所示的是否反转端口的输入/输出方向对话框，点击【NO】按钮不反转端口的输入/输出方向。,产生新的子原理图display.SchDoc,如图所示，同时还自动产生了与方块电路端口属性一致
13、的原理图端口。,原理图端口,绘制显示模块子原理图display.SchDoc,绘制过程中注意以下几点：,（1）将端口组P10.7和P30.5用总线引出，并连接到其它元件引脚，并分别为总线添加网络标号P10.7和P30.5，为各总线分支也添加相应的网络标号。（2）数码管DLEE1DLED4采用第三章自制的原理图元件，因此必须先将该原理图库“自制原理图库.Schlib”添加到库文件面板。,4.2.6 产生并绘制CPU模块子原理图,绘制过程中注意以下几点：,（1）元件U2为CPU，型号为89C51，它属于8051系列的单片机，原理图符号和8031一致，可以在库中查找到8031的原理图符号并放置在图纸
14、中。（2）元件Y1为晶体振荡器，位于Miscellaneous Devices.IntLib集成元件库，原理图元件名称为“XTAL”。（3）元件S1为按键开关，也位于Miscellaneous Devices.IntLib集成元件库，原理图元件名称为“SW-PB”。（4）连线中注意图中端口较多，端口组P10.7送往显示模块作为数码管的段显示控制，端口组P30.5 送往显示模块子原理图display.SchDoc作为数码管的位显示控制。端口组A0.15为地址总线，端口组D0.7为数据总线，端口INT1为中断信号输入端口，RD、WR为存储器和AD转换器的读、写控制线，分别送往AD转换模块子原理图A
15、D.SchLib和存储器模块子原理图Memory.SchLib，ALE端口为AD转换器提供时钟信号。,5.2.7 产生并绘制AD转换模块子原理图,绘制过程中注意以下几点,U5为反相器4069，U4为二输入与门74LS08，它们都是数字集成电路，可以利用查找元件的方法找到，但数字电路的原理图元件和放置方法比较特殊。AD转换器ADC0809可以用查找的方法找到，可能不同公司提供的原理图元件管脚的排列方式不同，不一定强求完全和原图完全相同。,5.2.8 产生和绘制存储器模块子原理图,绘制过程中注意,绘制过程中注意RAM存储器U7（26256）在原理图库中查找不到，但可以找到ROM存储器M27256-
16、25F1，M27256与26256唯一的不同在于第1管脚的名称，ROM存储器M27256第1管脚为编程管脚“VPP”，而RAM存储器26256第1管脚为写管脚“”,所以可以采取前面所讲的在原理图直接修改管脚的方法修改。,3.2.9 产生绘制电源模块子原理图,5.3 从下而上设计层次原理图,本节将介绍采用从下而上的方法绘制单片机电机控制系统原理图，该系统由主原理图“电机控制主电路.SchLib”和三个子原理图组成，分别为CPU模块子原理图“电机控制CPU.SchLib”，直流电机控制模块子原理图“直流电机控制.SchLib”，步进电机控制模块子原理图“步进电机控制.SchLib”,单片机电机控制
17、系统层次原理图结构图,从下而上绘制层次原理图的步骤,采用从下而上的方法绘制层次原理图的步骤：先分别绘制各子原理图，然后由各子原理图产生主原理图中的方块电路，最后完成方块电路之间的连线。下面以绘制单片机电机控制系统层次原理图为例，介绍从下而上绘制层次原理图的具体步骤。,5.3.1 绘制CPU模块子原理图,新建一个工程文件，并保存为“层次电路电机控制.PRJPCB”，在其下面新建并绘制CPU模块子原理图“电机控制CPU.SchLib”，,电机控制CPU.SchLib,放置原理图电路端口,使用原理图工具中的原理图电路端口工具 绘制，注意和方块电路端口工具相区别，它的属性对话框如图所示，其参数含义和设
18、置方法却和方块电路端口基本相同,绘制直流电机控制模块子原理图,绘制步进电机控制模块子原理图,5.3.4 新建主原理图，并产生各子原理图的方块符号,执行【Design】/【Create Symbol Form Sheet】从子原理图产生原理图符号菜单命令，弹出如图所示的选择子原理图对话框，选择要产生原理图符号的子原理图，如图中选择“电机控制CPU.SchLib”，点击【OK】按钮。,产生的电机控制CPU模块原理图符号,弹出右图所示的是否反转端口的输入/输出方向对话框，点击【NO】按钮不反转端口的输入/输出方向，从而产生了电机控制CPU模块的原理图符号，并放置到主原理图的合适位置，如图所示。,产生
19、直流电机控制模块步进电机控制模块的原理图符号,2.完成方块电路符号之间的连接,5.3.5 利用导航栏实现层次性原理图之间的转换,层次性原理图之间的转换是指从主原理图切换到某方块电路对应的子原理图上，或者从某一子原理图回到其主原理图对应的方块电路图中，此时可以利用Protel DXP提供的导航栏实现。,打开导航栏,如果导航栏没有打开，可以执行菜单命令【View】视图/【Workspace Panels】工作区面板/【Navigator】导航栏，打开如图所示的导航栏,2.编译层次性原理图,在图中点击【Compile】编译按钮，对层次性原理图进行编译，这也是编译原理图的另一种方法。,3.实现层次性原
20、理图之间的转换,层次性原理图经过编译后，将在导航栏中显示出层次性电路的层次结构，主原理图位于最上层，其下部是并列的四个子原理图，可以分别点击各原理图名称实现原理图之间的切换。,（1）从主原理图的方块电路转换到子原理图,点击【Hierarchy】按钮，光标变为十字型，在主原理图中单击子原理图相应的方块电路，即可打开方块电路对应的子原理图。,（2）从子原理图转换到主原理图,点击【Hierarchy】按钮，光标变为十字型，单击子原理图中的某一个原理图电路端口，编辑器将自动切换到主原理图中，且光标停留在子原理图电路端口对应的方块电路端口上。,本章小结,本章主要以绘制单片机多路数据采集系统原理图为例，重点介绍了层次性电路图的基本概念和二种绘制方法。第一种为从上而下绘制法，即先绘制好主原理图的方块电路，然后再由方块电路产生并绘制各子原理图；另一种为从下而上绘制法，即先绘制好各子原理图，再由各子原理图产生主原理图中的方块电路。另外介绍了层次性原理图之间的转换方法。,
