1、Protel 2004设计及应用 基础教程与上机指导,刘文涛 编著,第5章 层次式电路设计,教学提示：对于较大、较复杂的电路图来说，最好以模块的方式进行设计，这就须要以层次式电路图的方式来管理。绘制层次式的电路图可以从很大程度上将电路的功能模块分解得比较清晰，便于工作人员随时检查电气连接以及修改电路。本章将介绍层次式电路图的设计方法。,教学目标：通过本章的学习，能够帮助用户熟练和巩固Protel 2004层次式电路图的基本知识和操作，并能将一个较大的电路图设计成为一个模块式的、具有层次的电路图。,5.1 层次式电路图的概念,层次式电路图按照电路的功能划分，以电路方框图代表一个功能。所以在电路图
2、中，将可以看到许多电路方框图，很容易看懂这个电路图的全局结构；如果想进一步了解细节，看某个电路方框图的电路，也可以进入该电路方框图，看一下局部。当然，如果电路方框图内的电路还是很复杂，则还可以继续以方框图代替一部分功能，这样一层一层地分析下去，这就是层次式电路图。,5.1 层次式电路图的概念,举一个两层的结构，在根层电路图里有11个电路方框图的实例。,5.1 层次式电路图的概念,在根层电路图中，有11个电路方框图，分别代表各个局部电路图。可以把上面的图局部放大一下，通过项目管理器看一下其中232串口电路方框图,5.1 层次式电路图的概念,在232电路方框图电路图与根层电路图之间联络的通道。23
3、2电路方框图中的TXD、RXD，对于根层电路图分别连接到8051的TXD、RXD管脚。将根层电路的232电路局部放大，它们是完全对应的 .,5.2 层次式电路图的操作,这节介绍层次电路图组件的操作。,5.2.1 电路方框图 5.2.2 电路方框图I/O口 5.2.3 I/O端口,5.2.1 电路方框图,1. 电路方框图的结构电路方框图(Sheet Symbol)是层次式电路图的主要组件，可以代表某个功能，电路方框图的结构,电路方框图上有三个电路方框图I/O口，显然要先放置电路方框图，再放置电路方框图I/O口；上面的U_NBT_RS_232是电路方框图的名称，NBT_RS_232.SCHDOC是
4、该层电路图的文件名。,5.2.1 电路方框图,2. 放置一个电路方框图 (1) 在原理图编辑环境下，选择Place | Sheet Symbol命令，即进入放置电路方框图状态，鼠标指针上出现一个大十字，同时多出一个虚线矩形。,5.2.1 电路方框图,(2) 按Tab键，打开其属性编辑对话框，对其进行属性设置。,(3) 在设置完之后，关闭对话框，将鼠标指针移动到要放置方框图的位置。单击完成第一点的定义；随即将鼠标指针移到对角，大小合适后，单击完成定义。,(4)放置好的一个电路方框图,5.2.2 电路方框图I/O口,电路方框图的I/O口相当于元件的管脚。现在在刚才建立的电路方框图上，放置几个电路方
5、框图I/O口。,(1) 选择Place | Add Sheet Entry命令，即进入放置电路方框图I/O口状态。这时，要先用鼠标指针点取所要放置电路方框图I/O口的电路方框图。然后，鼠标指针上出现一个I/O口随鼠标移动，但只能在方框图的左边框或右边框上移动。,5.2.2 电路方框图I/O口,(2) 按Tab键，打开其属性编辑对话框 。Name：本下拉列表框指定该电路方框图I/O口的名称。I/O Type和Style：这两栏和前面讲过的I/O端口的属性设置是一样的。Side：设置要把I/O口放置在电路方框图的左边还是右边。Position：本栏设置要把I/O口放置在电路方框图的位置。,5.2.
6、3 I/O端口,把电路方框图上的I/O口叫做电路方框图I/O口，与内层电路上的I/O口相对应，这里内层电路上的I/O口必须要和电路方框图中的I/O口相对应。为了保证这一点，Schematic提供了直接从根电路的电路方框图中产生内层电路I/O口的命令。,(1)选择Design|Creat Symbol From Sheet，屏幕出现如图所示的对话框。,选择好文件以及符号后，单击OK按钮，出现询问对话框。,5.2.3 I/O端口,(2) 这个对话框问在要产生的电路图中，其I/O端口的信号方向于相对的电路方框图中I/O口的信号方向是否相反。如果按Yes，则表示要相反的方向，例如相对于输入型的I/O口
7、，就产生一个同名称的输出型的I/O口；相对于输出型的I/O口，则产生一个同名称的输入型的I/O口；而对无方向和双向的I/O口没有影响。如果按No按钮，表示要采用相同的方向。,(3) 这样在根电路图的内层电路中产生了一个新的电路图，该电路图的名称是刚才选择的电路方框图属性中的电路图文件名，该电路图上有几个I/O口，如图所示。,5.3 层次式电路图的操作,在实际的电路图设计中，可以从系统开始，先建立各个子系统，再建立各个功能模块，最后再建立基本的功能模块。也可以从最基本的功能模块入手一层一层的往上搭，最后建立系统原理图。 这里把前者称为自上而下的方法，后者成为自下而上的方法。,5.3.1 由上而下
8、的方法,(1) 首先绘制根层电路图的主要电路。,5.3.1 由上而下的方法,(2) 主要的电路画好后，选择Place | Sheet Symbol命令，开始放置电路方框图。按Tab键，对其属性进行设置，在Filename文本框中输入Memory.schdoc、在Name栏输入Memory。,5.3.1 由上而下的方法,(3)关闭对话框，选择好放置的位置，然后单击，拉开方框图。,(4)然后放置电路方框图I/O口。选择Place | Add Sheet Entry命令，鼠标指针上出现一个I/O口，随鼠标指针在方框图的左边框或右边框上移动。按Tab键，设置其属性，在Name栏输入A0、I/O Typ
9、e栏中指定为Input、Style栏指定为Left。,5.3.1 由上而下的方法,(5) 关闭设置对话框，然后按左键，即可放置一个电路方框图I/O口。这时，仍在电路方框图I/O口状态，可以按(4)(5)的步骤，放置其他的I/O口。（6）放置完毕后，按Esc键结束放置。,5.3.1 由上而下的方法,(7) 按图中的连接方式，将各I/O口与根层电路连接，然后保存。(8) 选择Design | Creat Symbol From Sheet命令，然后把鼠标指针指向上面的电路方框图，单击，屏幕出现询问对话框。这个对话框问在产生的电路图中，其I/O端口的信号方向于相对的电路方框图中I/O口的信号方向是否
10、相反。在此采用相同的方向，单击NO按钮。,(9)查看项目管理器，在这个新的电路图中，还自动放置了下拉I/O端口。,5.3.2 绘制下层电路,(1) 首先绘制232电路图。如图所示。然后还要放置I/O口，如表所示列出来要放置的一些I/O口的资料。,5.3.2 绘制下层电路,(2) 接着就可以按照根层电路图，完成其余的布线工作了。 (3) 画完电路图之后，要做ERC检查。对于没有连接的输入管脚，将会出现错误信息；不过，不一定每个输入型管脚都被用到，所以没有连接的输入型管脚不一定就是错的。但是程序并不知道这种情况，所以要 放置一个【不做ERC检查】的符号，让程序知道这个地方不是错误。放置这个符号，要
11、使用Place菜单下的Directives下面的No ERC命令，启动这个命令，进入放置状态，放一个符号在这个管脚就可以了。,5.4 重复性层次式电路图,通常在层次式电路图中，电路方框图和内层电路图的关系是一对一的，也就是一张电路方框图对应一张电路图，但也有多个电路方框图对应一张电路图。这就是重复性层次式电路图。,5.4 重复性层次式电路图,这张电路图里，只要画三张电路图，就相当于五张电路图。因为另外两张是重复的。我们举个例子，只要画出下面三张电路图，则整个电路图就形成了。如下图。,5.5 各层电路图间的切换,这里介绍从个层图之间的切换方法。主要有两种：从母图切换到子图，从子图切换到母图 。,
12、从母图切换到子图的操作，必须保证当前的编辑文件就是母原理图；从子图切换到母图 ，也必须在子原理图文件内执行操作。 以下两个小节讲述怎样切换。,5.5.1 从母图切换到子图,(1) 选择Tools | Up/Down Hierarchy命令，或者单击标准工具栏内的 按钮，此时，鼠标指针将变成十字形状。移动鼠标指针到母图内的某个子图模块中央位置，如图所示。,(2) 单击即可切换到子图的显示状态。而且，此时的显示状态是以最大模式显示的，如图所示。,5.5.2 从子图切换到母图,(1) 选择Tools | Up | Down Hierarchy命令，或者单击标准工具栏内的按钮，此时，鼠标指针将变成十字
13、形状。(2) 将鼠标指针指向某个输入/输出端口，单击，如图所示。,(3) 随后，屏幕上就会以最大显示模式显示出输入/输出端口所对应的子图入口，如图所示。,5.6 文本编辑器,在电路图设计的后续工作里，文本编辑器扮演着很重要的角色。一个完整的电路软件，当然要附带文本编辑器，而所附带的文本编辑器也必然对这个电路软件提供特殊的服务，所以在Protel中，当在电路图制作过程中产生了某些结果时，将自动开启文本编辑器，并展示这些结果。,5.6.1 进入文本编辑器 5.6.2 主工具条 5.6.3 设计管理器的页,5.6.1 进入文本编辑器,Protel 2004是把所有属于一个项目的文件，不管是何种类型，
14、都集中到一个数据库文件中。所以，可以在一个数据库文件中，新建一个文本文件。先开启一个数据库文件，然后再选择File | New命令，出现如图所示的要求选择文件类型的子菜单。,5.6.1 进入文本编辑器,指定文件类型为Text Document，随即在文件夹中产生一个文本文件类型的图标，文件名是Doc1，然后可以更改文件名，或者双击这个文件进入文本编辑器，如图所示。,5.6.2 主工具条,主工具条中的功能，大部分前面们都用过了，不过这里的剪切、粘贴等是对文本来说的。另外还有一个按钮，这个按钮的功能是交叉参考。例如现在正在编辑某电路图的网络表或者元件表，同时也开启这个电路图。如果选取某个元件的元件
15、序号，再按这个按钮，则在电路图的窗口里，将立即切换到该元件上；同样，如果在电路图的窗口里，按这个按钮，再选择某元件，则在网络表或元件表的窗口里，将跳到该元件上，其元件序号自动反白。,5.6.3 设计管理器的页,设计管理器的Browse Text页是文本浏览器，如图所示。,当要寻找某个文字时，则在第Search Text文本框中输入要查找的文字，再单击Search按钮，即可开始搜索该字符串；第二个栏记录我们曾经查找文字的记录；第三个栏则是找到相符文字的位置。如图所示。,5.7 编译工程及查错功能,画好了一张电路图，在要制作PCB板之前，通常都要检查一下，看电路图有没有画错。当然，如果只是靠人工检
16、查，那很麻烦，最重要的是很难检查出电气错误，因此，就要靠程序帮我们检查了，Protel提供的电气检查叫做ERC(Electrical Rule Check)。 在Protel 2004中，可以通过编译来发现那些显而易见的错误。不过编译功能也有它工作的盲区，对于那些深层次的错误，比如元件连接不当或者隐含管脚的连接就无能为力了。,5.7.1 编译前设置工程参数,编译工程之前，有必要先对工程选项进行必要的设置，以确定编译时Protel 2004需要做的工作。 选择Project | Project Options命令，打开如图所示的对话框。,这个对话框主要要求设置检查的项目和范围、设定电路检查连接的
17、规则等 。,5.7.2 编译工程及检查系统错误,使用编译工程以及检查电气连接的功能来保证电路设计 的正确性。如果在设计的时候，R4的其中一个管脚没有连接。那么，使用工程检查就可以发现这个错误。,5.8 生成报表和编译工程,在电子产品的设计过程中，设计者常常需要掌握整个工程中的元件类别和总数，以利于校对和存档。对于一个大型的工程，元件的种类杂、数目多，人工统计元器件的信息很困难。Protel 2004提供了功能强大的报表功能，电子设计人员可以方便的利用它生成各种不同类型的报表，可以轻松地完成这一工作。,5.8.1 生成元件清单表,元件清单表主要用于统计出一个电路原理图或一个工程中的所有元器件。包
18、括名称、序号、封装形式等信息以便用户购买和检查核对。,(1) 打开原理图，打开该工程中的任意一张原理图。(2) 执行元件清单列表命令。选择Reports | Bill of Materials(报告|元件清单)命令，此时系统弹出如图所示的元件清单对话框。,5.8.1 生成元件清单表,元件清单表主要用于统计出一个电路原理图或一个工程中的所有元器件。包括名称、序号、封装形式等信息以便用户购买和检查核对。,(1) 打开原理图，打开该工程中的任意一张原理图。(2) 执行元件清单列表命令。选择Reports | Bill of Materials(报告|元件清单)命令，此时系统弹出如图所示的元件清单对话
19、框。,5.8.1 生成元件清单表,(3) 生成报表可以导出Excel报表 ，还可生成元件清单表,5.8.2 生成层次结构表,层次结构表用于察看层次电路图中图纸之间的层次关系。(1) 打开原理图，打开该工程中的任意一张原理图。(2) 编译工程，执行菜单命令Project | Compile PCB Project。(3) 选择Report | Report Project Hierarchy(报表 | 工程层次表)命令，生成层次结构表。,5.8.3 生成交叉参考表,(1) 打开原理图，打开该工程中的任意一张原理图。,(2) 编译工程。选择Reports | Component Cross Reference(报表 | 元件交叉参考表)命令，随后Protel 2004会扫描所有图纸，生成元件引用参考报表，如图所示。,5.8.4 生成端口交叉参考表,端口交叉参考表是直接添加到图纸端口上，用来指出该端口在何处被引用。,(1) 打开原理图，打开该工程中的任意一张原理图，方法如前面章节所述。,(2) 执行端口交叉列表命令。 选择Reports | Port Cross Reference(报表|端口交叉表)命令，选择Add To Sheet(添加到图纸)子菜单命令，系统在项目中的所有图纸端口旁边添加交叉参考符号，如图所示。,
