电子CAD技术第2章层次原理图设计.ppt

第第2章章 层次原理图设计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722.3.2　网络表752.3.3　元件引脚表、元件表、元件交叉参考表及层次电路关系表772.3.4　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所示第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计 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 第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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File｜New，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. prj2) 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 ① 执行菜单命令Design｜Options，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 ② 单击画图工具栏中的放置方块电路按钮，或执行菜单命令Place｜Sheet 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第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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采用自上而下方式建立层次电路原理图　　第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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Place｜Add 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所示第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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采用自上而下方式建立层次电路原理图　　第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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File｜Save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Design｜Create 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第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.2 层次原理图设计实例第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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Design｜Create 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File｜New，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Design｜Create 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第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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　自下而上编辑层次电路原理图　第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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　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Tools｜Up/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第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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　自下而上编辑层次电路原理图　(1) ERC Options选项区域选项区域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第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.3 报表文件 2.3.1　电气规则检查及错误报表　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Tools｜ERC...，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ERCAdd 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所示第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.3 报表文件 2.3.1　电气规则检查及错误报表　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号引脚端点处第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.3 报表文件 2.3.1　电气规则检查及错误报表　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选项卡第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.3 报表文件 2.3.2　网络表　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第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.3 报表文件 2.3.2　网络表　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所示第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.3 报表文件 2.3.2　网络表　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Reports｜Selected 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第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.3 报表文件2.3.3　元件引脚表、元件表、元件交叉参考表　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Reports｜Bill 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第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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　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所示第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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　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Reports｜Cross 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。

第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计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　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Reports｜Design Hierarchy，系统将自动生成该项目的层次电路关系表，如图2. 3. 16所示第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.3 报表文件 2.3.2　网络表　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Design｜Options...，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. 打印设置打印设置执行菜单命令File｜Setup 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File｜Setup 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，启动打印过程第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.3 报表文件 2.3.4　原理图输出　原理图输出图2.3.17　“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. 打印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File｜Print，启动打印过程第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.3 报表文件 2.3.4　原理图输出　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第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.4 本章小结图2.5.2　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？(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File｜Open打开文件99 SE｜Examples｜Z80 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第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.5 习题第第2章章 层次原理图设计层次原理图设计2.5 习题图2.5.1　习题(4)电路图2.5.3　习题(6)电路。