详解Altium Designer电路设计第5章.ppt

第5章 层次原理图的设计,在前面，我们学习了在一张图纸上绘制一般电路原理图的方法，这种方法只适应于规模较小、逻辑结构比较简单的系统电路设计因此，当一个电路比较复杂时，就应该采用层次电路图来设计，即将整个电路系统按功能划分成若干个功能模块，每一个模块都有相对独立的功能然后，在不同的原理图纸上分别绘制出各个功能模块本章我们将介绍如何绘制层次原理图 学习要点 层次原理图概述 层次结构原理图的设计方法 层次结构原理图之间的切换 层次设计表 综合实例,5.1 层次原理图概述,层次电路原理图的设计理念是将实际的总体电路进行模块划分，划分的原则是每一个电路模块都应该有明确的功能特征和相对独立的结构，而且，还要有简单、统一的接口，便于模块彼此之间的连接 5.1.1 层次原理图的基本概念 5.1.2 层次原理图的基本结构 Altium Design 13系统提供的层次原理图的设计功能非常强大，能够实现多层的层次电路原理图的设计用户可以把一个完整的电路系统按照功能划分为若干个模块，而每一个功能电路模块又可以进一步划分为更小的电路模块，这样依次细分下去，就可以把整个电路系统划分成多层如图所示为一个二级层次原理图的基本结构图。

5.2 层次结构原理图的设计方法 基于上述设计理念，层次电路原理图设计的具体实现方法有两种，一种是自上而下的设计方法，另一种是自下而上的设计方法5.2.1 自上而下的层次原理图设计,本节以“基于通用串行数据总线USB的数据采集系统”的电路设计为例，详细介绍自上而下层次电路的具体设计过程 采用层次电路的设计方法，将实际的总体电路按照电路模块的划分原则划分为4个电路模块，即CPU模块和三路传感器模块Sensor1、Sensor2、Sensor3，然后先绘制出层次原理图中的顶层原理图，再分别绘制出每一电路模块的具体原理图1启动Altium Designer 13，打开“Files（文件）”面板，在“新的”选项栏中单击“Blank Project（PCB）（空白工程文件）”选项，则在“Projects（工程）”面板中出现了新建的工程文件，另存为“USB采集系统.PrjPCB” 2在工程文件“USB采集系统.PrjPCB”上右击，在弹出的右键快捷菜单中单击“给工程添加新的”“Schematic（原理图）”命令，在该工程文件中新建一个电路原理图文件，另存为“Mother.SchDoc”，并完成图纸相关参数的设置。

3选择菜单栏中的“放置”“图表符”命令，或者单击“连线”工具栏中的（放置原理图符号）按钮，光标将变为十字形状，并带有一个原理图符号标志 4移动光标到需要放置原理图符号的地方，单击确定原理图符号的一个顶点，移动光标到合适的位置，再一次单击确定其对角顶点，即可完成原理图符号的放置 5此时，光标仍处于放置原理图符号的状态，重复上一步操作即可放置其他原理图符号，右击或者按键即可退出操作6设置原理图符号的属性双击需要设置属性的原理图符号或在绘制状态时按键，系统将弹出相应的“方块符号”对话框原理图符号属性的主要参数含义如下7在“方块符号”对话框中单击“参数”选项卡，用户可以在“参数”选项卡中执行添加、删除和编辑原理图符号等其他有关参数的操作单击“添加”按钮，系统将弹出 “参数属性”对话框，在该对话框中可以设置追加的参数名称、数值等属性8在“名称”文本框中输入“Description”，在“值”文本框中输入“U-Sensor1”，勾选下面的“可见的”复选框，单击“确定”按钮，关闭该对话框单击“方块符号”对话框中的“确定”按钮，关闭该对话框按照上述方法放置另外3个原理图符号U-Sensor2、U-Sensor3和U-Cpu，并设置好相应的属性。

9选择菜单栏中的“放置”“添加图纸入口”命令，或者单击“连线”工具栏中的（放置图纸入口）按钮，光标将变为十字形状10移动光标到原理图符号内部，选择放置电路端口的位置单击，会出现一个随光标移动的电路端口，但其只能在原理图符号内部的边框上移动，在适当的位置再次单击即可完成电路端口的放置此时，光标仍处于放置电路端口的状态，继续放置其他的电路端口，右击或者按键即可退出操作 11设置电路端口的属性根据层次电路图的设计要求，在顶层原理图中，每一个原理图符号上的所有电路端口都应该与其所代表的子原理图上的一个电路输入、输出端口相对应，包括端口名称及接口形式等，因此，需要对电路端口的属性加以设置双击需要设置属性的电路端口或在绘制状态下按键，系统将弹出相应的“方块入口”对话框12按照同样的方法，把所有的电路端口放在合适的位置处，并一一完成属性设置 13使用导线或总线把每一个原理图符号上的相应电路端口连接起来，并放置好接地符号，完成顶层原理图的绘制 14选择菜单栏中的“设计”“产生图纸”命令，此时光标将变为十字形状移动光标到原理图符号“U-Cpu”内部单击，系统自动生成一个新的原理图文件，名称为“Cpu.SchDoc”，与相应的原理图符号所代表的子原理图文件名一致。

此时可以看到，在该原理图中已经自动放置好了与4个电路端口方向一致的输入、输出端口15使用普通电路原理图的绘制方法，放置各种所需的元件并进行电气连接，完成“Cpu.SchDoc”子原理图的绘制 16使用同样的方法，用顶层原理图中的另外3个原理图符号“U-Sensor1”、“U-Sensor2”、“U-Sensor3”建立与其相对应的3个子原理图“Sensor1.SchDoc”、“Sensor2.SchDoc”、“Sensor3.SchDoc”，并且分别绘制出来5.2.2 自下而上的层次原理图设计 对于一个功能明确、结构清晰的电路系统来说，采用层次电路设计方法，使用自上而下的设计流程，能够清晰地表达出设计者的设计理念但在有些情况下，特别是在电路的模块化设计过程中，不同电路模块的不同组合，会形成功能完全不同的电路系统用户可以根据自己的具体设计需要，选择若干个已有的电路模块，组合产生一个符合设计要求的完整电路系统此时，该电路系统可以使用自下而上的层次电路设计流程来完成 下面我们还是以“基于通用串行数据总线USB的数据采集系统”电路设计为例，介绍自下而上层次电路的具体设计过程自下而上绘制层次原理图的操作步骤如下。

1启动Altium Designer 13，新建工程文件打开“Files（文件）”面板，在“新的”选项栏中单击“Blank Project（PCB）（空白工程文件）”选项，则在“Projects（工程）”面板中显示新建的工程文件，将其另存为“USB采集系统.PrjPCB”2新建原理图文件作为子原理图在工程文件“USB采集系统.PrjPCB”上右击，在弹出的右键快捷菜单中单击“给工程添加新的”“Schematic（原理图）”命令，在该工程文件中新建原理图文件，另存为“Cpu.SchDoc”，并完成图纸相关参数的设置采用同样的方法建立原理图文件“Sensor1.SchDoc”、“Sensor2.SchDoc”和“Sensor3.SchDoc” 3绘制各个子原理图根据每一模块的具体功能要求，绘制电路原理图例如，CPU模块主要完成主机与采集到的传感器信号之间的USB接口通信，这里使用带有USB接口的单片机“C8051F320”来完成而三路传感器模块Sensor1、Sensor2、Sensor3则主要完成对三路传感器信号的放大和调制，具体绘制过程不再赘述 4放置各子原理图中的输入、输出端口子原理图中的输入、输出端口是子原理图与顶层原理图之间进行电气连接的重要通道，应该根据具体设计要求进行放置。

5在工程“USB采集系统.PrjPCB”中新建一个原理图文件“Mother1.PrjPCB”，以便进行顶层原理图的绘制 6打开原理图文件“Mother1.PrjPCB”，选择菜单栏中的“设计”“HDL文件或原理图生成图纸符”命令，系统将弹出如图5-13所示的“Choose Document to Place（选择文件放置）”对话框在该对话框中，系统列出了同一工程中除当前原理图外的所有原理图文件，用户可以选择其中的任何一个原理图来建立原理图符号例如，这里我们选中“Cpu.SchDoc”，单击“OK（确定）”按钮，关闭该对话框7此时光标变成十字形状，并带有一个原理图符号的虚影选择适当的位置，将该原理图符号放置在顶层原理图中该原理图符号的标识符为“U_Cpu”，边缘已经放置了4个电路端口，方向与相应子原理图中的输入、输出端口一致 8按照同样的操作方法，子原理图“Sensor1.SchDoc”、“Sensor2.SchDoc”和“Sensor3.SchDoc”可以在顶层原理图中分别建立原理图符号“U_Sensor1”、“U_Sensor2”和“U_Sensor3” 9设置原理图符号和电路端口的属性。

由系统自动生成的原理图符号不一定完全符合我们的设计要求，很多时候还需要进行编辑，如原理图符号的形状和大小、电路端口的位置要有利于布线连接、电路端口的属性需要重新设置等 10用导线或总线将原理图符号通过电路端口连接起来，并放置接地符号，完成顶层原理图的绘制5.3 层次结构原理图之间的切换,在绘制完成的层次电路原理图中，一般都包含顶层原理图和多张子原理图用户在编辑时，常常需要在这些图中来回切换查看，以便了解完整的电路结构对于层次较少的层次原理图，由于结构简单，直接在“Projects（工程）”面板中单击相应原理图文件的图标即可进行切换查看但是对于包含较多层次的原理图，结构十分复杂，单纯通过“Projects（工程）”面板来切换就很容易出错Altium Designer 13系统中提供了层次原理图切换的专用命令，以帮助用户在复杂的层次原理图之间方便地进行切换，实现多张原理图的同步查看和编辑 5.3.1 由顶层原理图中的原理图符号切换到相应的子原理图 1打开“Projects（工程）”面板，选中工程“USB采集系统.PrjPCB”，选择菜单栏中的“工程”“Compile PCB Project USB采集系统.PrjPCB”命令，完成对该工程的编译。

2打开“Navigator（导航）”面板，可以看到在面板上显示了该工程的编译信息，其中包括原理图的层次结构 3打开顶层原理图“Mother.SchDoc”，选择菜单栏中的“工具”“上/下层次”命令，或者单击“原理图标准”工具栏中的（上/下层次）按钮，此时光标变为十字形状移动光标到与欲查看的子原理图相对应的原理图符号处，放在任何一个电路端口上例如，在这里我们要查看子原理图“Sensor2.SchDoc”，把光标放在原理图符号“U_Sensor2”中的一个电路端口“Port2”上即可 4单击该电路端口，子原理图“Sensor2.SchDoc”就出现在编辑窗口中，并且具有相同名称的输出端口“Port2”处于高亮显示状态 右击退出切换状态，完成了由原理图符号到子原理图的切换，用户可以对该子原理图进行查看或编辑用同样的方法，可以完成其他几个子原理图的切换5.3.2 由子原理图切换到顶层原理图1打开任意一个子原理图，选择菜单栏中的“工具”“上/下层次”命令，或者单击“原理图标准”工具栏中的（上/下层次）按钮，此时光标变为十字形，移动光标到任意一个输入/输出端口处，如图5-18所示在这里，我们打开子原理图“Sensor3.SchDoc”，把光标置于接地端口“GND”处。

2单击接地端口，顶层原理图“Mother.SchDoc”就出现在编辑窗口中并且在代表子原理图“Sensor3. SchDoc”的原理图符号中，具有相同名称的接地端口“GND”处于高亮显示状态右击退出切换状态，完成由子原理图到顶层原理图的切换此时，用户可以对顶层原理图进行查看或编辑5.4 层次设计表,通常设计的层次原理图层次较少，结构也比较简单但是对于多层次的层次电路原理图，其结构关系却是相当复杂的，用户不容。