电子CAD技术第2章层次原理图设计.ppt

,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 2.3.1 电气规则检查及错误报表72 2.3.2 网络表75 2.3.3 元件引脚表、元件表、元件交叉参考表及层次电路关系表77 2.3.4 原理图输出81 2.4 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，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-Size、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2.2.1 放置方块电路,图2.2.2 Sheet Symbol对话框,图2.2.3 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2.2.4 “方块电路I/O端口属性设置”对话框,图2.2.5 放置方块电路I/O端口,图2.2.6 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. 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 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. Sch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2.2.7 连线后的项目电路总图,图2.2.8 “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CPU 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2.2.9 由方块电路创建的电气原理图,图2.2.10 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,2.3.1 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，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 plus 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/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,2.3.1 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,2.3 报表文件,2.3.1 电气规则检查及错误报表,图2.3.2 “ERC检查”对话框的Rule Matrix选项卡,图2.3.4 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Preferences选项卡。,第2章 层次原理图设计,2.3 报表文件,2.3.2 网络表,图2.3.5 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,2.3.2 网络表,(2) Trace Options选项卡。单击Trace Options标签，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 Merging 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,2.3.2 网络表,图2.3.6 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,2.3.3 元件引脚表、元件表、元件交叉参考表,图2.3.8 “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2.3.10 “生成元件表向导”对话框之二,2.3.3 元件引脚表、元件表、元件交叉参考表,图2.3.9 “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“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2.3.14 生成的元件表文件,2.3.3 元件引脚表、元件表、元件交叉参考表,图2.3.11 “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2.3.15 元件交叉参考表,2.3.3 元件引脚表、元件表、元件交叉参考表,4. 层次电路关系表 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,2.3.2 网络表,图2.3.16 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(Sheet 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