层次原理图的设讲义教学内容.doc

层次原理图的设讲义

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课题七 层次原理图的设计（4课时）
【重点】设计方法
【教学知识点】
1.层次原理图设计的基本概念及其优点
2.如何绘制层次原理图
3.自上而下的设计方法
4.自下而上的设计方法
5.层次原理图的管理

任务一 自上而下的设计方法（2课时）
（P164-173页）
【教学知识点】（见书中7.1至7.2）
1.层次原理图设计的基本概念及其优点
2.绘制层次原理图
【重点】设计方法
1.层次原理图设计的基本概念及其优点
（1）基本概念
①在开始设计之前，要明确电路需要实现的功能以及总体要求，规划好电路的整体框架。
②根据功能要求将电路分解为多个可单独实现的子模块，规定好每个模块之间的接口规范，实现设计任务的分解。
③对各个子模块进行独立设计，设计结果要保证接口要求。
④将各个子模块的设计整合为完整的电路，这时要充分考虑电路整体的要求，对各子模块进行必要的修改。
（2）优点
①电路结构清晰。
②便于对项目的管理。
③利于分工合作。
④能够提高效率，缩短项目设计时间。
2.绘制层次原理图
如图7.2所示，下面就对其在原理图中的具体绘制方法进行介绍。
（1）绘制方块图
①在布线工具栏上有一个按钮 对应于Place→Sheet Symbol菜单命令，即是用来绘制方块图的。具体操作步骤如下。

用鼠标左键单击 按钮，进入放置方块图状态，如图7.3所示。可以看到光标变为十字形，并带有一个尚未确定的方块，这是默认形状或是上次绘制的方块图的形状。
②通过单击鼠标左键确定方块图的左上角点，如图7.4所示。

图7.2层次原理图

图7.3 开始放置方框图 图7.4 确定左上角点
③此时光标会跳至默认形状的右下角点位置，移动光标到合适大小的方块，通过单击鼠标左键确定右下角点，如图7.5所示。
④此时仍处在放置方块图的状态，重复上述操作可以绘制下一个方块图，单击鼠标右键或按键盘Esc键退出放置状态，完成方块图的绘制。
在放置方块图的过程中按键盘Tab键或在放置完后用鼠标左键双击方块图，可以打开如图7.6所示的属性设置对话框。

图7.5确定右下角点 图7.6方块图属性设置对话框
（2）方块图接口
在由方块电路图作为模块电路的上层电路中，接口是用绘制方块图接口来实现的。在布线工具栏上有一个按钮 ，对应于选择Place→Add Sheet Entry菜单命令，即是用来在方块图上放置方块图接口的，下面对其具体的操作过程进行介绍。
①用鼠标左键单击 按钮，进入放置方块图接口状态，如图7.7所示，此时光标变为十字形。
②在需要放置方块图接口的方块图区域内单击鼠标左键，选定该方块图，此时光标会带有一个未确定的接口，并会自动与方块图的边界相接，如图7.8所示。

图7.7 放置方块图接口 图7.8 选定需要放置接口的方块图
③选择合适的位置，通过单击鼠标左键放置方块图接口，如图7.9所示。
④此时仍处于放置接口状态，可以通过单击鼠标左键继续在该方块图内放置接口，通过单击鼠标右键或按键盘上的Esc键退出放置。
在放置方块图接口之前按键盘Tab键，或者放置后用鼠标左键双击该接口，可以打开如图7.10所示的属性设置对话框。

图7.9 放置方块图接口 图7.10 方块图接口属性设置对话框
（3）连线
在绘制好各个模块的方块图及其接口后，就可以将对应接口按照功能要求进行连接，来组成整体框架。连线过程与原理图中的连线方式相同，对于方块图接口，其在方块图边线的一端具有电气节点特性，能够进行电气捕捉，如图7.15所示。
完成连线后的电路如图7.16所示。

图7.15 在模块之间进行连线 图7.16 完成连线后的电路图
（4）I/O端口
在布线工具栏上有一个 按钮，对应于选择Place→Port命令，即是用来在下层原理图中放置I/O端口。下面以Motor Controller.sch文件中的原理图为例，具体介绍其操作的步骤。
①打开Motor Controller.sch文件。
②用鼠标左键单击按钮，进入I/O端口放置状态。
③单击鼠标左键确定I/O端口的一端，如图7.17所示。

图7.17 放置I/O端口 图7.18 绘制完成的I/O端口
④移动鼠标使I/O端口大小合适，单击鼠标左键确定另一端。
⑤重复上述操作绘制下一个I/O端口，通过单击鼠标右键或按键盘Esc键退出绘制状态。绘制好的I/O端口如图7.18所示。
在放置过程中按键盘Tab键或放置后双击该I/O端口，可以打开如图7.19所示的属性设置对话框。

图7.19 I/O端口属性对话框
【作业】
绘制层次原理图的步骤
【答案】
绘制层次原理图的步骤：
①绘制方块图
②方块图接口
③连线
④I/O端口

任务二 层次原理图的设计方法1（2课时）
（P174-187页）
【教学知识点】（见书中7.3）
1.自上而下的设计思路
2.自上而下的设计步骤
【重点】设计的思路
1.设计思路
自上而下设计方法的设计流程如图7.20所示。

图7.20 自上而下的设计流程 图7.21 系统的功能划分
2.绘制顶层电路原理图
规划系统电路，将电路按照功能划分模块，如图7.21所示。
3.绘制下层电路原理图
设计好顶层原理图后就可以进行子功能模块的具体实现了，此时可以在文件夹管理界面中直接创建与方块图中名称一致的原理图文件，然后进行设计，也可以直接从顶层原理图中生成下层模块文件。
选择Design→Create Sheet from Symbol菜单命令，如图7.29所示。
此时光标变为十字形，在需要创建文件的模块的方块图区域单击鼠标左键，此时会弹出对话框，提示用户是否反转接口输入输出类型，用鼠标左键单击Yes按钮，即可生成以方块图中设置的名称为文件名的原理图文件。
在生成的原理图文件中自动绘制了与顶层原理图中相对应I/O端口(见图7.32这里进行该模块的具体电路设计，最后将需要与其他模块进行交互的输入输出量接到这些I/O端口上，即可实现与其他模块对应接口的电气连接。

图7.29执行创建模块文件命令 图7.32 生成的原理图文件中的I/O端口
【作业】
自上而下设计思路。
【答案】
自上而下设计思路如下图所示

任务三 层次原理图的设计方法2（2课时）
（P174-187页）
【教学知识点】（见书中7.3）
1. 自下而上的计思路
2. 自下而上的设计步骤
【重点】设计的思路
1.设计思路
设计流程如图7.38

图7.38 自下而上的设计流程

2.电路原理图的设计
仍以上一节中的Step Motor Driver为例，比如现在已经绘制好了各个模块的电路原理图，上层电路的设计可以采用如下步骤进行。
（1）创建上层原理图文件，将其扩展名改为.prj，表示这是一个项目文档，这里以“Stepper Motor Driver.prj”命名。
（2）打开该文件。
（3）选择Design→Create Symbol From Sheet菜单命令，如图7.39此时会弹出对话框，选择一个模块原理图文件，这里选择第一个Motor Controller.sch文件，用鼠标左键单击OK按钮。
（4）这时会弹出如图7.41反转接口输入输出类型的确认窗口，用鼠标左键单击Yes按钮。

图7.39 执行创建方块图命令 图7.41 反转接口输入输出类型确认对话框
（5）原理图中就会出现如图7.42所示的放置方块图的状态，通过单击鼠标左键确认放置，就可以将由模块原理图文件生成的方块图放置到上层原理图中了，在这里可以根据需要调整方块图的大小以及其中接口的位置等属性。
(6)重复以上步骤3~5的操作，将所有用到的模块都生成方块图，放置到上层原理图中来，即可得到如图7.44所示的原理图。
(7)根据电路功能将各个模块的对应接口相连，即可完成整个原理图的绘制。此时需要对整体原理图进行电气规则检查，并对各部分的原理图进行必要的修改。

图7.42放置由文件生成的方块图 图7.44层次电路图的结构
【作业】
自下而上设计流程。
【答案】
自下而上设计流程如右图所示。

任务四 管理层次电路图（2课时）
（P188-190页）
【教学知识点】（见书中7.4）
1. 层次电路图的结构
2. 不同层次电路图之间的切换
【重点】层次电路图之间的切换
1.层次电路图的结构
由图7.44可以看出，层次电路图在文档管理器中也是分层次显示的，最顶层原理图显示为根文件，其左边有一个“+”号，用鼠标左键单击即可察看属于该原理图的下层原理图文件，在这里可以很清楚地看到整个电路设计的结构，同时也可以进行不同电路图之间的切换。
2.不同层次电路图之间的切换
在主工具栏上有一个按钮，对应于选择Tools→Up/Down Hierarchy菜单命令，即是用于在不同层次电路图之间进行切换的。用鼠标左键单击该按钮，即进入选择切换状态，此时光标变为十字形，如图7.45所示，在需要进行切换的方块图上单击鼠标左键，即可进入到该方块图所对应的文档中，如图7.46所示。

图7.45 选择需要进行切换的方块图

图7.46 进入下层电路图中
若要从下层原理图中切换到上层原理图中时，需要将光标置于一个I/O端口上，如图7.47所示，然后单击鼠标左键，即可跳转到上层原理图相应的接口处，如图7.48所示。

图7.47 选择一个I/O端口 图7.48 跳转到上层电路图相应的接口处
【作业】
不同层次电路图之间的切换
【答案】
不同层次电路图之间的切换
在主工具栏上有一个按钮，对应于选择Tools→Up/Down Hierarchy菜单命令，即是用于在不同层次电路图之间进行切换的。

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