第二章Cadence的原理图设计

第二章Cadence的原理图设计2.1 Design Entry CIS软件概述Cadence软件系统有两套电路原理图的设计工具，一套是Design Entry HDL，另一套就是我们马上要开始学习的Design Entry CIS。其中Design Entry HDL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，其长处在于可以把芯片的电路原理图和板级电路原理图结合在一起，进行综合设计；而Design Entry CIS主要用于常规的板级电路设计，Design Entry CIS原本是OrCAD公司的产品，OrCAD公司后来被Cadence公司收购，于是Design Entry CIS也就成了Cadence公司的另一套电路原理图设计软件。Design Entry CIS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Design Entry CIS原理图设计软件可以进行简单的（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（多张图纸按一定层次关系构成的）层次式电路原理图设计。在本章中，我们首先学习简单的电路原理图设计，然后再学习较为复杂的平坦式和层次式电路原理图设计。我们将围绕一块非常简单的STC系列单片机下载电路板，学习简单电路原理图的设计，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知识。接着，我们将围绕一块ARM-7核心实验板，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实验箱。在此过程中我们还将学习到嵌入式技术等方面的知识。2.2 初识Design Entry CIS一 启动Design Entry CIS我们在电脑上点击“开始所有程序Cadence SPB 16.2Design Entry CIS”，如下图所示：图2-1 启动Design Entry CIS这时将弹出如下对话框：图2-2 选择工作内容在这里我们选择“OrCAD Capture CIS”一项，点击“OK”按钮后，就实际启动了Design Entry CIS，出现如下界面：图2-3 OrCAD Capture CIS软件界面与大多数软件一样，OrCAD Capture CIS软件也是以项目方式管理我们的设计文件的。在OrCAD Capture CIS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，它是非常简单的产品，该产品只包含一块电路板，所以该项目中只有一个设计；又因为该电路板上的电路也非常简单，使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“FileNewProject”出现如下对话框：图2-4 新建项目在“Name”中输入项目名称，“Location”中输入项目文件的存放位置（最好给每一个项目建立一个文件夹，把项目中的所有文件都放入该文件夹），在“Create a New Project Using”栏目中，选择“Schematic”（因为我们要进行电路原理图的设计）。完成上述工作后，点击“OK”，则建立了一个工程，并默认创建了一个的原理图，我们可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：图2-5 OrCAD Capture CIS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：图2-6 OrCAD Capture CIS的项目窗口如果希望改变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Design Entry CIS的基本设置*初次学习Cadence时，这部分内容可以跳过，直接学习后面的内容，等到掌握了绘制原理图的基本技能后，再回过头来学习如何进行Design Entry CIS的设置。在启动了OrCAD Capture CIS原理图设计软件后，通常要进行一些基本的设置工作。这些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、标题栏的设置等等。我们首先点击“OptionsPreferences”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；“Grid Display”是设置栅格点；“Miscellaneous”是混杂选项。1. 颜色设置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，而不进行逐一讲述。Alias：网络名的颜色；Background：图纸底色；Bus：总线颜色；DRC Marker：DRC校验标志颜色；Grid：栅格的颜色；Hierarchical Block：层次块的颜色；Junction：连接点的颜色；Part Body：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。如果我们要改变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对话框：图2-8 颜色对话框在颜色对话框中可以选择对应的颜色，从而改变原来图纸上相应元素的颜色设置。如果我们希望使用默认的颜色设置，可以点击“Use Defaults”按键，就可以把所有颜色设置该回到最初始状态。2. 栅格设置下面我们选择“Grid Display”选项页，进行栅格点的设置，如下图所示：图2-9参数选择对话框的设置栅格选项页如图所示，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。“Visible”选项用于选择是否显示栅格。“Grid Style”选项用于选择点状栅格或线状栅格。“Grid spacing”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）。“Pointer snap to grid”：选项用于选择对齐到栅格。3. 杂项设置选择“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2-10参数选择对话框的杂项选项页“Schematic Page Editor”选项框用于原理图的设置；“Part and Symbol Editor”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“Fill Style”和“Line Style and”选项，它们分别用于图形填充块和线型的设置；“Junction Dot”用于连接点的设置；“Session Log”选项框的“Font”用于项目管理器和记录器字体的设置；“Text Rendering”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；“Auto Recovery”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；“Auto 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一并拷贝过去；“Intertool Communication”选项用于设置是否与其它Cadence软件进行交互操作（我们常常要与PCB软件进行交互操作，该选项应该选中）；“Wire Drag”选项栏用于设置是否因接线改变而移动。在Preferences对话框中，还有“Text Editor”、“Pan and zoom”、“Select”和“Board Simulation”选项页，一般可以按照默认的设置，在此就不介绍了。4. 图纸幅面设置在OrCAD Capture CIS的菜单栏中，点击“OptionsSchematic Page Properties”菜单项，将弹出如下对话框：图2-11 原理图属性对话框的图纸幅面尺寸选项页如图2-11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，如果选用毫米为单位，则图纸的选项是A2、A3、A4等系列图纸；如果选用英寸为单位，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采用毫米为单位，这样便于和打印机相匹配。同时我们还可以选择“Custom”选项，自己设定图纸的大小。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块，并给每个区块，按照一定的次序进行命名，如：C3、D5等。选择“Grid Reference”选项卡，如下图所示：图2-12 原理图属性对话框的区块设置选项页如图2-12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目。区块可以选择“Alphabetic”，按照字母进行排列，也可以选择“Numeric”，按照数字进行排列（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）。区块还可以按照升序或降序进行排列。“Width”栏目用于设置区块显示部分的宽度，如果该值为0，则等于不显示区块了。在该选项页中，“Title Block Vissible”选项用于设置是否显示标题栏；“Border Visible”用于设置是否显示边框；“Grid Reference Visible”用于设置是否显示区块。5. 打印设置进行打印设置可以点击“FilePrint”菜单项，这时会弹出如下对话框：图2-13 打印对话框如图2-13所示，在打印对话框中，“Scale”选项框是指示打印比例的，“Scale to paper size”选项将把电路图打印在一张图纸上；“Scale to page size”选项可能会把电路图打印在多张图纸上；“Scaling”选项用于设置打印比例。“Print offsets”选项框用于设置打印纸的偏移量。“Print quality”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；“Print to file”选项用于把电路图打印到文件中；“Print all colors in black”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，按照预定的设置产生新的图纸，点击“OptionsDesign Template”菜单项，出现如下对话框：图2-14 Design Template对话框的字体选项页如图2-11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。如果我们在Design Template对话框中选择“Title Block”选项页，可以进行标题栏的设置，如下图所示：图2-15 Design Template对话框的标题栏选项页如图2-15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；“Organization Name”用于设置标题栏上的公司名称；“Organization”用于设置公司地址；“Document Number”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。如果我们在Design Template对话框中，选择“Hierarchy”选项页，可以进行层次原理图的设置，如下图所示：图2-16 Design Template对话框的层次图选项页如图2-16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；“Nonprimitive”表示为非基本元件。非基本元件是指内部还含有下层电路图的元件；基本元件是指简单元件。在Design Template对话框中还包括“Page Size”、“Grid Reference”两个选项页，它们分别以模板形式设置图纸幅面尺寸和区块，这与前面讲解的基本相同，这里就不多赘述了。在Design Template对话框中还包括“SDT compatibility”选项页用于与早期的版本相兼容的设置，在此就不介绍了。2.3 STC单片机下载器电路分析前面说过，我们的第一个设计将围绕一个STC系列单片机下载器电路展开，为了让同学们不仅掌握Cadence软件的使用，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。一 串行下载电路分析STC系列单片机都是采用串行方式进行下载编程的，而不是像其它单片机那样，使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：图2-17 STC系列单片机下载电路示意图如图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)两个引脚实现下载功能的。在下载时，单片机应该处于工作状态，所以单片机的时钟电路和复位电路应该能够正常工作。实际上，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数据流，如果有下载的数据流，就进行下载工作；如果没检测到下载数据流，就运行单片机中原有的程序。在上述电路中，单片机与PC机的连接是通过MAX232（或与之兼容的）芯片进行连接的，该芯片完成RS-232电平信号与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，该电路还另外需要直流电源，使用起来有些不便。二是STC系列单片机的电源电压有5V和3.3V两种，而该电路不能灵活适应，给应用带来局限性。二 USB转串口电路分析由于目前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机的USB接口还可以为下载电路提供电源。所以我们考虑将USB接口的信号经过转换，形成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信号转换的芯片有很多种，我们选用南京沁恒公司开发的CH341T芯片，我们可以登录南京沁恒公司的网站（），下载CH341芯片的资料。从设计PCB板的角度，我们关心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：图2-18 CH341芯片引脚图如图2-18所示，CH341芯片是一个20引脚的芯片，下面我们解释一下各个引脚的功能：名称引脚号引脚类型说明VCC13、20电源5V电源引脚GND11、12电源地线V36电源在3.3V 电源电压时连接VCC 输入外部电源，在5V 电源电压时外接容量为0.01uF 退耦电容。XI9输入晶体振荡的输入端，需要外接晶体及振荡电容XO10输出晶体振荡的反相输出端，需要外接晶体及振荡电容UD+7双向直接连到USB 总线的D+数据线UD-8双向直接连到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SCL16开漏输出芯片功能配置输出，内置上拉电阻，可以接串行EEPROM 配置芯片的SCL引脚SDA15开漏输出及输入芯片功能配置输入，内置上拉电阻，可以接串行EEPROM 配置芯片的SDA引脚TXD3输出串行数据输出RXD4输入串行数据输入，内置上拉电阻TEN#19输入串口发送使能，低电平有效，内置上拉电阻RDY#17输出串口接收就绪，低电平有效TNOW18输出串口发送正在进行的状态指示，高电平有效ROV#2三态输出串口接收缓冲区溢出，低电平有效INT#5输入自定义中断请求，上升沿有效，内置上拉电阻SLP#14三态输出睡眠状态输出信号，低电平有效表2-1 CH341T引脚功能利用CH341T芯片，可以把USB信号转换成UART信号或I2C信号，CH341T 的具体功能由复位后的SCL引脚和SDA引脚配置芯片的功能：如果SDA悬空、SCL也悬空，则完成USB 转异步串口，仿真计算机串口的功能。CH341T芯片的XI和XO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以悬空。其典型电路如下：图2-19 利用CH341T芯片进行USB转UART口电路图三 电源电路分析前面说过，利用USB接口可以为下载电路提供电源，不过USB接口只提供5V电源电压，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。提供给单片机的电源信号，或为5V或为3.3V，由一个三脚跳线进行切换。另外，在给单片机开始下载之前，CH341T就必须供电，而此时还不能给单片机供电。这时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（即给单片机加电），所以我们的下载电路还需要一个按键开关，按下开关后，才能让电源信号传递给单片机。电源电路如下图所示：图2-20 STC单片机下载电路中的电源电路如图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。通过三脚跳线选择5V或3.3V供给单片机，在我们的电路中，其实只需要一个单刀单掷的按键开关，可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，只不过把不用的引脚悬空而已。另外为了保护PC机的USB接口，我们把USB接口输入的5V电源信号与下载电路上的5V电源信号通过2电阻进行隔离，避免因下载电路发生短路而烧毁PC机的USB接口。我们考虑在下载电路板上安排一个40脚的锁紧插座，用于给DIP-40封装的单片机芯片进行下载编程，于是还需使单片机工作的复位电路和晶振电路。另外为了给其它STC系列单片机进行在线下载编程，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产生的UART口信号。2.4 原理图设计的基本操作从这一节我们开始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件包括：STC单片机（锁紧插座）、CH341T芯片、1117芯片、按键开关、跳线装置、USB接口、UART接口以及其它辅助元器件。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，实际放置的是一个40脚锁紧插座。当我们使用该电路板给DIP-40封装形式的STC单片机进行下载编程时，就把它放入缩进插座，并与辅助电路一起构成单片机系统，从而可以进行下载。由于40脚锁紧插座的管脚与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有对应的名称，从而便于在原理图上的连接与分辨，于是在我们的电路图中，就用单片机元件替代锁紧插座元件。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）。OrCAD Capture CIS软件向我们提供了许多原理图元件，所以一些常见的元件如：电阻、电容、单片机、石英晶体等，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“PlacePart”，这是“Place Part”窗体会显现出来，如下图所示： 图2-21 Place Part窗口图2-21的左半部是Place Part窗口刚刚显示的状态，我们看到在“Libraries”的栏目中只有“Design Cache”一项，而这项中并没有任何元件。因为我们是初次接触OrCAD Capture CIS软件还不很清楚各种元器件位于什么元件库中，所以就从查找元件开始。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，其DIP-40封装的单片机芯片与早期的8051芯片是引脚兼容的，所以我们就应该点击“Search for Part”按键，这时Place Part窗口变成图2-21的右半部的样子。在“Search for”栏目中键入“8051”，再按下回车键，就会开始查找工作，在找到该元件所在的库文件后，选中该库文件，再点击“ADD”按键，就可以加载8051芯片所在的“MICROCONTROLLER”库文件了。我们知道，单片机必须有时钟振荡信号才能工作，因此还单片机还必须与石英晶体、电容相连；另外单片机芯片还需要复位电路才能工作，需要电阻、电容元件，因此我们还需要把这些元件所在的库文件加载进来。这次我们不进行查找了，而直接加入库文件：点击“Libraries”栏目上的库文件浏览图标，弹出如下对话框：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CAP UP元件、石英晶体选择CRYSTAL元件、电阻选择R2元件。放置时，首先在“Part List”列表中选择元件，点击Place Part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；如果放弃放置，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“o”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“delete”键进行删除；要移动某个元件，可以用鼠标直接拖动；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。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，然后用鼠标右键点击该元件，在弹出的菜单项中选择“Mirror Horizontally”（或“Mirror Vertically”）项，就可以完成元件的镜像对调。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、石英晶体上的标称值与其元件的名称是一致的，电容都是“CAP UP”，石英晶体是“CRYSTAL”，电阻是R2。我们把石英晶体的标称值改成石英晶体的振荡频率值（单片机电路的石英晶体频率值为11.0592MHz）；石英晶体边上的两个电容值改成“47pF”；另一个电容值改为“1uF”，电阻值改成“10k”。 另外把单片机的标称值改成“STC89C5x”。修改的方法是：用鼠标双击元件的标称值，则弹出如下对话框：图2-23 修改标称值在“Value”中栏目进行修改，点击“OK”键后，就可以改变标称值。三 元件间的简单连线接着我们要进行连线了，首先我们要完成单片机的晶振电路。连接时，首先选择图标，再用鼠标点击要连接的一个引脚，接着移动鼠标，在要连接的另一个引脚处点击鼠标就可以实现连线了。在上述过程中，如果希望连线按照自己设定的路线进行弯折，可以在要转弯处用鼠标点击一下，在把鼠标移动到目的地即可。电源和地线的放置，可以直接点击或图标，点击后，出现如下的对话框：图2-24 放置电源对话框我们选择“CAPSYM”元件库中的“VCC_BAR”元件作为电源，并把电源的名称改成VCC；把“GND”元件作为地线。图2-25 单片机的石英晶体振荡电路接着我们再完成单片机的上电复位电路，这次我们采用网络标号的形式进行。在单片机的RST引脚上连接一条连线，并在连线上放置网络标号。放置的方法是先点击图标，然后点击要放置网络标号的连线，这时出现如下对话框：图2-26 放置网络标号对话框在“Alias”栏目中输入网络的名称，并点击“OK”按键即可。在我们的图纸中，把该连线命名为“RST”，如下图的左图所示。 图2-27用网络标号连接元件之间的管脚在图2-27的右图中，电阻和电容构成上电复位电路，它们的中间连接点也命名为“RST”，就相当于把单片机的RST引脚与上电复位电路相连。到此为止，我们学习了原理图设计的最基本操作，当然我们需要的电路图还没有完成，为了完成该电路图，我们必须开始学习原理图元件的制作。四 绘制总线绘制总线并不复杂，它其实也是采用网络标号的方式进行各元件引脚之间的电气连接。首先用鼠标选择图标，在原理图上拖动鼠标绘出总线，然后再在总线上放置若干个“总线入口”标志，即先点击图标，再按下“r”键调整总线入口的方向，然后用鼠标点击总线上的相应位置，就可以放置总线入口了。接着就应该用连线连接总线入口和元件的引脚了，还要给每个连线填上一个网络标号，比如“P2_16”等，另外要给总线本身添加上网络标号，特别要注意总线的网络标号名称的命名方法，比如总线所连接导线分别是“P2_16”“P2_31”，那么该总线应该命名为“P2_31:16”、“P2_31-16”、或“P2_31.16”。下图是总线连接的示意图：图2-28 总线连接示意图请注意图2-28并不是STC单片机下载电路的组成部分，因为该电路并未采用总线方式进行连接。2.5 原理图元件的制作在我们的电路中，有几个元件在现有的元件库中是找不到的，这几个芯片是CH341T、1117、3脚跳线等。所以我们要进行元件的制作，我们以CH341T和3脚跳线为例进行讲解。一 创建原理图元件下面我们创建一个原理图元件库文件，点击“FileNewLibrary”，就创建了一个原理图元件库文件。我们在项目窗口上就会看到在“Library”一栏中，创建了一个元件库文件。用鼠标右键点击在项目窗口中的元件库文件，在弹出的对话框中选择“New Part”一项，就会产生如下对话框：图2-29 新建元件对话框在“Name”一栏中输入元件的名称，我们输入“CH341T”。“Part Reference Prefix”一栏是元件编号的前缀，集成电路通常以字母“U”为前缀。在“PCB Footprint”一栏中输入元件默认的封装形式，我们输入“SSOP-20”。其它栏目保持默认状态，点击“OK”按键。这时会一个元件窗口，并在项目窗口中出现相应的一个标志，我们就应该在元件窗口中创建我们的元件。由于默认的元件尺寸很小，无法放下多个引脚，所以首先应该拖动元件的边框（这个边框并不会在原理图中显示出来，而所有的引脚都在此框之外），使之足够大。然后开始放置元件的引脚。二 放置元件的引脚放置元件的引脚，首先点击图标，这时将弹出如下的对话框：图2-30 放置引脚对话框在“Name”一栏中输入引脚的名称；在“Number”一栏中输入引脚的编号；“Shape”一栏是引脚的显示形状，通常会保持默认的“Line”（即引脚显示为一条线），有时希望引脚上显示“触发标志”或“负信号标志”，那么可以从下拉的列表框中选取；在“Type”一栏中选择引脚的电气类型，包括：输入、输出、双向、开漏输出、开集电极输出、被动、电源等几种类型，我们应该根据表2-1对引脚的描述，选择相应的类型。下图是在元件上放置了一个引脚后的状态：图2-31 在元件上放置引脚在输入电源引脚时，我们可能希望该引脚在原理图上自动隐藏，这时就不要选中“Pin Visible”选项。点击“OK”按键后，就可以把该引脚放到元件上了。这时鼠标在元件附近移动时，就会有引脚出现在元件上，用鼠标点击后，引脚就放到了元件上。放置了一个引脚后，再次放置引脚时，其引脚的编号会自动加1，如果引脚的名称也是以数字结尾，则引脚的名称也会自动加1。我们也可以连续地把所有引脚都放在元件上，然后再逐个修改其属性：双击元件的引脚，将弹出图2-30所示的对话框，进行相应的修改。元件的引脚放置完毕后，要给它画上边框，这个边框是在原理图中实际显示的边框。用鼠标点击图标，然后在元件上拖出这个矩形，这样边框就画好了。存盘后就完成了整个元件的创建任务。CH341T元件如下图所示：图2-32 CH341T芯片的原理图元件我们还要制作1117芯片的原理图元件，它是一个三端稳压集成块芯片。虽然OrCAD Capture CIS提供了几种三端稳压集成块芯片的原理图元件，不过它们把芯片的输出端引脚都设置为“Output”类型。这样把它放入原理图与其它芯片的电源端相连后，在进行DRC校验时，负责校验的模块认为发生了“电源端与输出端相连”的差错（当然实际上是没有设计错误的）。所以我们不使用系统提供的三端稳压集成块芯片，而是自己进行绘制，并把三个引脚的属性都设置为“Power”；如下图所示：图2-33 三端稳压集成块1117的原理图元件三 绘制其它形式的元件对于制作原理图元件而言，制作集成电路元件是比较简单的，一般只需要一个矩形框，外加一些引脚就可以了；而制作其它元件，如：运放、发光管等，其难度稍微大一些。下面我们创建三脚跳线，在我们的电路中，它相当于一个单刀双掷的开关，为了形象起见，这个三脚跳线可以绘制成如下的样子：图2-34 三脚跳线的原理图元件放置元件的引脚和绘制矩形外边框的工作，在前面我们已经介绍过，这里主要介绍绘制小圆圈和小矩形框的过程。通常情况下，元件上的各个线条、图形等对象都必须放置在格点上，而在我们要绘制的小圆圈、小矩形框并不一定刚好位于格点上，所以我们要先修改相应的选项：点击“OptionsPreferences”菜单，在出现的对话框中选择“Grid Display”页，如下图所示：图2-35 有关栅格点的选项页我们要去掉“Pointer snap to grid”的选中标记，这样所绘制的图形就可以脱离格点的了，还应该记得在图形绘制完成后、放置引脚之前，重新选中该选项。要绘制小圆圈，应该先用鼠标点击图标，然后用鼠标在元件上拖出一个圆形或椭圆形。绘制在矩形外框之内的小矩形框，是比较容易的，在此就不介绍了。记住：放置引脚之前要回到图2-35的对话框，重新选中“Pointer snap to grid”标记。跳线、开关等接插件的引脚都应设置为“Passive”类型。2.6 完成STC单片机下载板的原理图设计一 完成图纸的绘制我们学习了STC单片机下载板各部分的原理，并初步掌握了原理图绘制、原理图元件制作的基本方法后，就可以把整个电路的原理图的原理图绘制出来。同学们应尽可能独立地进行电路设计，在设计完成之后，再与下面的电路图进行核对：图2-36 STC系列单片机下载板电路原理图在图2-36所示的电路中，J2是USB接口，它的1脚上提供5V电源，4脚是地线，2脚、3脚分别是USB数据线D+和D-；J3是给其它STC单片机进行在线下载的接口；C9和C10分别是CH341芯片和单片机的去耦电容。另外，不用的芯片管脚应该打上悬空的标记，即点击图标，然后再点击那些不用的管脚。二 原理图的编辑原理图画完之后，经常需要进行浏览、查找、修改、替换等工作，下面将对此予以介绍。1. 浏览与查找原理图画好之后，我们重新观看它，固然是一种“浏览”。不过在此要介绍的浏览是把一个元件、一个个连线列成表格式的浏览。我们在项目窗口选中项目文件（.dsn文件），然后点击“EditBrowsePart”菜单，就可以出现如下窗口：图2-37 浏览元件如图1-37所示，它把本项目中的各个元件都列出来了，我们可以清楚地看到元件的编号、标称值、型号、等信息。当我们双击表格上的某个元件时，就可以切换到原理图，并且定位到这个元件上。当然我们还可以浏览各个连线、接口连线等。2. 替换与更新如果希望在原理图上把某种元件替换成另一种元件。比如在前面设计中，我们的单片机是8051引脚的单片机，而我们希望把它替换为AT89C52引脚的单片机。可以在项目窗口选择项目文件下的“Design Cache”文件夹，这里面包含所有在此项目中的各种元件，找到我们要替换的元件，用鼠标右键点击后，在弹出的菜单中，选择“Replace Cache”菜单项，则弹出如下对话框：图2-38 替换元件对话框在“New Part Name”栏目中选择新的元件名称（我们把它选择为AT89C52），点击“OK”按键后，原理图上的单片机元件就改变了，替换元件后，原来的连线关系仍然保持不变，只是需要处理空引脚就可以了。有时我们还要修改已经放在原理图上的元件，比如原来的单片机上的电源引脚和地线引脚都是隐藏的，而且还是“零长度”的，为了便于接线，我们要临时修改元件的设计。在原理图上，首先选中要修改的元件，再用鼠标右键点击它，在其弹出的菜单上选择“Edit Part”，则可以打开该元件的编辑状态。修改之后，在关闭时该窗口时，会弹出如下对话框：图2-39 元件更新的选择对话框如图2-39所示，在该对话框中，可以选择把修改的结果去更新当前选中的元件、把修改的结果去更新所以同型号元件、或修改作废。三 添加封装属性我们绘制原理图的目的之一就是生成网络表，而生成网络表之前必须给每个元件都加上相应的封装属性。在前面我们的绘制的电路图中，多数元件的封装属性是空的，比如我们用鼠标双击一个石英晶体元件，就会弹出该元件的属性对话框，如下图所示：图2-40 元件的属性对话框从图2-40上可以看到，对话框的“PCB Footprint”一栏是空的，我们可以直接进行添加，我们把它添加为“XTAL1”。对于少量元件进行封装属性的添加，可以采用这种在属性对话框中直接修改“PCB Footprint”栏目的方式进行，修改完后，要点击“Apply”按键，实现给元件添加封装属性。如果要用上述方法，给数量众多的元件添加封装，就太累了。这时，我们可以打开整个工程中所有元件的属性窗口，在该窗口中给多个元件的添加封装属性。我们在项目窗口中，用鼠标的右键点击项目文件，在弹出的菜单中选择“Edit Object Properties”菜单项，这时会弹出如下对话框：图2-41 多个元件的属性对话框在图2-41中可以看到，诸如按键一类元件，其封装属性都是空的，我们可以用鼠标在这些位置上进行拖动，把它们都选中，然后用鼠标右键点击选中的位置，在弹出的菜单上选择“Edit.”菜单项，输入所需要的封装形式，这样就可以一次性给多个元件添加上封装属性。在我们的电路板上，两个石英晶体的封装都是XATA1；单片机插座的封装是L-DIP-40； CH341的封装是SSOP-20；稳压集成块的封装是TO-223；电阻的封装都是RES-0805；10uF、47uF电容C1、C4的封装是CAP-1210；其它电容的都是CAP-0805；发光二极管的封装是LED-0805；J1、J3的封装是MOLEX_4030-3A；J2插座的封装是USB-BS；按键的封装是DPDT-6。我们按照上述封装，给每个元件进行设置，然后进行保存。四 更新元件编号在设计过程中，某些元件可能被删除，又有一些元件被添加，所以元件的编号可能有些混乱，所以通常要进行重新编号。我们在项目窗口中，选择工程文件，然后点击“ToolsAnnotate”菜单，这时弹出如下对话框：图2-42 元件编号对话框为了更新元件编号，通常要把现有的元件编号统统删除，我们在图2-42的对话框的“Action”栏目中，选择“Reset part reference to “?”选项，点击“确定”按键后，就可以把所有的元件编号都删除。接着我们再次打开图2-42的对话框，在“Action”栏目中，选择“Unconditional reference update”选项，点击“确定”按键后，就可以重新进行元件的编号。五 进行DRC检验接下来我们应该进行DRC检验（即Design Rules Check），检查在我们的设计中，有哪些错误，对可能出现的问题，也会提出警告。虽然这一步不是必需的，但是如果设计上有种种逻辑错误，就直接生成了网络表，制作了PCB板，到头来在金钱和时间方面都会有很大的损失。因此我们应该在每次生成网络表之前，首先进行DRC检验，解决出现的错误，认真分析出现的警告，在确保设计完全正确之后，再进入下一步。下面我们就进行DRC检查，在项目窗口中，选择工程文件，然后点击“ToolsDesign Rules Check”菜单，这时弹出如下对话框：图2-43 DRC检验对话框如果要进行DRC检验，在“Action”栏目中应该选择“Check design rules”选项，如果要去掉图纸上的DRC检验标记，应该选择“Delete existing DRC marker”。在“Report”栏目上，通常按照图2-43，选择要进行的项目。点击“确定”按钮后，就开始了DRC检验，在我们原理图设计图纸上，将出现如下警告信息：图2-44图纸上出现的DRC检验警告标记双击该警示标记，会弹出对话框，指示警示的原因，如下图所示：图2-45 DRC检验的警告信息我们分析一下出现警告的原因：这是因为CH341的TXD引脚是一个输出引脚，而我们把它连接到了单片机的RXD引脚上了，而单片机的RXD引脚是一个双向引脚。这提醒我们：在工作期间应该保证单片机的TXD引脚处于输入的状态，而不能处于输出的状态，当然我们的设计是没有问题的。由于目前在原理图图纸上有DRC检验的警告标志，需要把它去掉，所以要重新打开DRC检验对话框，在“Action”栏目中选择“Delete existing DRC marker”选项，执行后，原理图图纸上的DRC检验警告标志，就全去掉了。六 生成网络表这下我们要实际生成网络表了，在项目窗口中，选择工程文件，然后点击“ToolsCreate Netlist”菜单，这时会弹出如下对话框：图2-46 网络表创建对话框我们在图2-46显示的对话框中选择“PCB Editor”页面，按照默认的选项，点击“确定”按键就可以生成网路表。七 创建元件清单要创建元件清单，在项目窗口中，选择工程文件，然后点击“ReportCIS Bill of MaterialsStandard”菜单，这时会弹出如下对话框：图2-47 生成元件清单对话框在图2-47的对话框中，有两个列表框：在左边的列表框中列出可以作为元件清单的栏目项；右边的列表框中是目前选中作为元件清单的栏目项，应根据自己的需要调整该列表框中的栏目项，最后点击“OK”，从而生成元件清单。下图就是我们前面所完成项目的元件清单：图2-48 元件清单2.7 原理图设计进阶从前面的学习中，我们已经初步掌握了最基本的电路原理图设计方法，下面我们要围绕着稍微复杂一点的电路ARM-7核心板，来进一步学习原理图设计的内容。一 ARM-7核心板的电路分析1. 核心板电路的基本功能在周立功的Magic ARM2200-S实验箱上，实验箱的主体部分是用户板，由一些直接用于实验的单元电路构成的，比如数码管、按键、蜂鸣器等；而实验箱的核心部分却在另一块小的电路板上，这就是我们现在要开发的ARM-7核心板，它是主要由ARM-7芯片、存储器芯片、接插件和一些辅助电路构成。ARM-7芯片也像其他单片机一样，内部包含一些存储器，不过只是芯片内部存储器还不够的，还需要在芯片的外围扩充一些。所以我们的核心板主要就是ARM-7芯片和存储器芯片构成的。ARM-7芯片所用的型号是LPC2200FET144，存储器NOR FLASH芯片的型号为SST39VF160，存储器PSRAM芯片的型号为MT45W4MW16，存储器NAND FLASH芯片的型号为K9F2808U0C。2. ARM芯片ARM-7芯片LPC2200FET144的P2口（P2.0P2.31），同时也是与存储器连接时的数据口（D0D31）；P3口的低24位（P3.0P3.23），同时也是与存储器连接时的地址线（A0A23）；P3.27还作为“写”存储器的控制信号（WE、低电平有效）；P1.1还作为“读”存储器的控制信号（OE、低电平有效）；P3.31P3.28还作为指示32位数据线上哪些字节有效的BLS0BLS3（低电平有效）信号线；LPC2200FET144芯片把外部存储器划分成4个区块Bank0Bank3，在访问某一个区块的存储单元时，有对应的CSn（低电平有效）引脚输出低电平，而P1.0还作为CS0，P3.26P3.24还作为CS1CS3。为了进行调试和下载，LPC2200FET144芯片安排以下几个引脚连接JTAG接口：RTCK（P1.26）、TDO（P1.27）、TDI（P1.28）、TCK（P1.29）、TMS（P1.30）、TRST（P3.1）。3. NOR FLASH和RAM芯片NOR FLASH芯片SST39VF160内部有1M个存储单元，每个单元有16位（共2M字节），所以它有16条数据线和20条地址线，该芯片上还有片选信号（CE#）、读控制信号（OE#）、写控制信号（WE#）。显然应该把它的地址线、数据线与ARM-7芯片的地址线、数据线相连，把读、写控制信号线与ARM-7芯片发出的读、写控制线相连。我们把它的片选信号线接到PLD芯片（ATF16LV8C）相连，通过PLD芯片的译码，控制SST39VF160的读写。PSRAM芯片MT45W4M