电子CAD项目6数字钟电原理图设计

项目项目6 数字钟电原理图设计数字钟电原理图设计 数字钟的电原理图设计数字钟的电原理图设计 6.1 总线与网络总线就是代表数条并行导线的一条线。在一些复杂的数字电路中，各模块之间常常会用到数据总线和地址总线，这些总线多是平行同方向走线，如果用普通导线来绘制，将带来巨大的工作量，为了简化原理图，Protel软件中引入了总线的概念。要注意的是，由于在Protel软件中，原理图编辑环境下的总线不具有电气连接关系，因此使用总线来代替一组导线时，需要与总线分支（总线入口）和网络标号相配合来完成电气意义上的连接，利用总线绘制的原理图如图6-2所示。1.1总线形式设计接口电路总线形式设计接口电路图6-2 利用总线绘制的原理图 1.1.放置总线及总线入口放置总线及总线入口（1）启动总线放置命令。执行菜单命令【放置】/【总线】或单击如图6-3所示工具栏上的总线符号可启动放置总线命令。在总线编辑状态下按【Tab】键，弹出如图6-4所示的【总线】设置对话框，可以对总线的宽度和颜色进行修改。（2）启动总线入口放置命令。执行菜单命令【放置】/【总线入口】或单击如图6-3所示工具栏上的总线符号可启动放置总线入口命令。在总线入口编辑状态下按【Tab】键，弹出如图6-5所示的【总线入口】设置对话框，可以对总线入口的宽度和颜色等参数进行修改。（3）放置总线。放置总线操作与导线的放置方法基本一致，以图3-1为例，执行菜单命令【放置】/【总线】或单击工具栏总线符号，进入放置总线状态，将光标移至合适的位置，单击鼠标的左键，定义总线起点，将光标移至另一位置，单击鼠标左键，定义总线的下一点，如图6-6所示。连线完毕，单击鼠标的右键退出放置状态。在放置总线的过程中如果要变换拐弯角度，可以在编辑状态下按“Shift+空格键”来进行切换。（4）放置总线入口。总线入口是用于实现连接元件引脚与总线的短线段，总线入口呈45、135和-45、-135四个角度倾斜，可通过按下空格键进行切换。执行菜单命令【放置】/【总线入口】或单击工具栏总线入口符号，进入放置总线入口的状态，此时光标上带着悬浮的总线入口线，将光标移至总线和引脚引出线之间，按空格键变换倾斜角度，单击鼠标左键放置总线入口线，如图6-7所示。按照同样的方法将所有的总线入口放置完毕后，还要再用普通导线连接总线入口与元器件引脚。2.放置网络标号由于总线并不具有电气连接关系，所以还需要通过放置网络标号来完成最后的电气连接操作，放置网络标号后完成的总线绘制的原理图如图6-8所示。在放置元器件引脚引出线、总线入口和网络标号时，因其始端与末端符号一致，可采用阵列式粘贴一次完成，大大提高了速度。2.自顶向下层次电路图设计下面以图3-1所示的数字钟电路的其中一部分电路为例说明自顶向下的层次电路设计方法和步骤。（1）启动Protel DXP 2004后，执行菜单命令【文件】/【创建】/【项目】/【PCB项目】，创建一个PCB项目文件，选择保存路径、对项目重命名并保存。然后再按照相关步骤在项目中创建一个原理图文档，如图6-9所示。（2）在原理图编辑状态下，执行菜单命令【放置】/【图纸符号】或单击工具栏上按钮，就可以看到一个光标带着一个矩形图纸符号轮廓，如图6-10所示。（3）移动光标将图纸符号放置在大致的合适位置，按下“Tab”键弹出【图纸符号】对话框，对相关选项进行设置并单击确定按钮，如图6-11所示。（4）按照同样的方法创建好所有的单元模块（限于篇幅，本例只画了其中的三个子单元模块），并重命名后放置在合适位置，如图6-12所示。（5）将各个单元图纸符号用端口连接起来。执行菜单命令【放置】/【加图纸入口】或单击工具栏上的按钮，将出现的十字光标移动到图纸符号内部并单击左键，这时会出现端口符号，按下“Tab”键弹出【图纸符号】对话框，对相关属性进行设置，如图6-13所示。若要放置低电平有效的端口名，如图中的RST，则将在“名称”选项中输入“RST”即可。（5）用同样的方法移动光标到图纸合适位置放置图纸入口符号，并进行相关设置，放置好的端口的图纸如图6-14所示。最后，将各个端口用导线连接起来就完成了层次总图的设计，完成的效果图如图6-15所示。（6）6）生成子电路原理图。在完成以上层次总原理图的绘制后，接下来就可以绘制各个单元模块的子电路图了，以完成更为详细的电路设计图。执行菜单命令【设计】/【根据符号创建图纸】，将光标移动到需要绘制的子电路图图纸符号方块图上（以移动到“实时时钟电路”方块上为例），单击鼠标左键，弹出如图6-17所示的“Confirm”对话框，即询问创建的子电路对应的I/O端口是否与总图端口类型反转，此处我们选择“NO”按钮，软件会立即自动为“实时时钟电路”的方块图创建一个与之对应的名为“实时时钟电路.SchDoc”的子电路原理图，并会在编辑区中自动生成与该电路对应的端口，如图6-18所示。图6-18 系统自动生成的子电路原理图自动生成的对应端口 （7）在编辑区绘制详细的子单元电路。子单元电路的绘制与普通原理图的绘制方法一致：加载元器件库、放置子单元电路中的所有元器件、布局调整元器件位置并设置元器件属性，用导线连接各元器件完成原理图的绘制并保存。绘制好的“实时时钟电路.SchDoc”的子电路原理图如图6-19所示。（8）用同样的方法创建绘制“单片机最小系统”和“键盘电路”两个子电路原理图的绘制，如图6-20和图6-21所示。对项目文件进行保存，即完成了自顶向下的层次电路图设计。（9）层次总图与子电路图之间的切换。执行菜单命令【工具】/【改变设计层次】或单击工具栏上的 按钮，将出现的大十字光标指针单击层次总图中的方块电路或者子图中的某个I/O端口，系统可以实现层次总图中的方块电路与所对应子图之间的切换，并高亮显示该电路或端口。3.自下向上层次电路图设计 这种设计方法是先设计好各个子电路的原理图，然后由这些各个子电路图生成上一级层次方块图，从而产生上层原理图；这样一层层向上，最终生成层次电路总图。这种方法尤其适合那种不清楚每个模块有哪些端口的电路设计。下面仍以上例进行讲述。（1）按照前面相同的方法创建一个PCB项目，并新建一个“实时时钟电路子电路”原理图文档，按照普通绘制原理图的方法绘制好该电路图，然后给该电路放置好端口，如图6-22所示。（2）按照同样的方法创建、重命名、保存各个子电路的原理图文档，并将各个子电路图绘制好。然后创建一个绘制层次总图的原理图文档，在该原理图文档环境下执行菜单命令【设计】/【根据图纸建立图纸符号】，弹出如图6-23所示对话框。用鼠标左键单击其中需要创建的一个单元电路并确定，此时会弹出图6-17所示的对话框，选择“NO”，系统就会立即在层次总图的原理图文档中生成一个顶层方块图，如图6-24所示。可以看出，图中自动生成了该单元模块相对应的端口符号，移动光标到合适的位置，单击左键，即可将方块图放置完毕。（3）用相同的方法把其他的子电路原理图生成方块图纸符号，并放置在顶层原理图的适合位置，如图6-25所示。4）按照电路端口的电气连接关系，将各方块图用导线连接起来。设计好的顶层原理图如图6-26所示。（5）层次总图与子电路图之间的切换。其操作方法与上述“自顶向下层次设计”中的步骤“（9）”一致，在此不再赘述。4.生成层次报表 层次表记录的是一个层次原理图的层次结构数据，其输出文件格式为ASCII文件，文件的后缀名为“*.rep”。（1）打开层次电路图文件，执行菜单命令【报告】/【Report Project Hierarchy】，系统将自动生成该原理图的层次关系文件“数字钟总图.REP”，在工作区面板上找到该文件，如图6-27所示，双击该文件打开后即可看到原理图的层次关系，如图6-28所示。6.1.3多通道原理图设计多通道原理图设计实际上也是一种层次电路设计。当电路中出现多个完全相同的模块时，设计者只需绘制一个方块电路和底层电路，通过设置该模块被被重复的调用的次数即可，这样，用户在绘制原理图的时候不必重复绘制相同的原理图。图所示是一个八位LED显示电路，由图6-29可知，在该电路中包含8个完全相同的发光二极管显示电路，下面就以该电路为例介绍采用直顶下向下的方式进行多通道电路的设计方法。（1）创建PCB设计项目。多通道电路属于层次电路的一种，因此在创建多通道电路之前首先要创建一个PCB设计项目文档，按照前面所讲内容创建好PCB设计项目并重命名、选择好保存路径。（2）创建顶层方块总图。在前面创建的PCB设计工程项目下，执行菜单命令【追加新文件到项目中】【Schematic】，创建一个原理图文档,并命名为“总图.ShDoc”。按照前面讲述的方法在“总图.Schdoc”放置子图的方块图符号、总线、网络标号和方块图端口，并正确连接导线，如图6-30所示。设计多通道电路的关键是：设置相同子图的重复引用次数，右边子图符号名为“Repeat(LED，1，8)”，该项的含义为：“Repeat”是重复引用命令关键字，“LED”是实际的子图符号名，数字“1，8”用来设置引用的次数。重复引用命令的格式为：Repeat(子图符号名，第一次引用的通道号，最后一次引用的通道号)。如“Repeat(LED，1，8)”表示引用子图“LED”，从第1通道到第8通道共8次，与此向对应电路通道号分别用LEDl、LED2、LED8表示。设计多通道电路的另一关键是合理设置子图端口，如“Repeat(L)”表示该子图端口在重复引用子图时，该子图端口也会重复连接，分别对应由网络标签“L1.8所定义的L1、L2、L8”。（3）由子图方块图创建子电路图。按照前面所讲述的层次原理图设计方法，先在PCB工程项目下追加两个原理图文件，并重命名为“驱动子电路”和“LED电路”。执行菜单命令【设计】/【根据符号创建图纸】，将光标移动到需要绘制的子电路图图纸符号方块图上，分别由子图方块符号生成子图端口，并分别绘制各子电路图，如图6-31所示和图6-32所示。（4）建立了多通道原理图后，我们可以象前面所述层次电路那样生成层次报表来观察多通道电路之间的层次关系。执行菜单命令【报告】/【Report Project Hierarchy】，生成层次关系文件“总图.REP”，如图6-33所示。从图中可以看出，列表中已生成了“U_LED1”、“U_LED2”、“U_LED8”的原理图文件。