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第9章 电路原理图设计(3)

总线是指在电路中一组具有相关性的信号线,总线分为数据总线、地址总线和控制总线。使用总线来代替一组导线,需要与总线分支和网络标号相配合。总线与一般的导线的性质不同,它本身没有实质的电气连接意义,必须由从总线接出的各个单一入口导线上的网络标号来完成电气意义上的连接,具有相同网络标号的导线在电气上是连接的,在原理图中合理的使用总线,可以使图面简洁明了。

1.绘制总线

单击布线工具栏WiringTools上按钮或执行菜单PlaceBus,进入放置总线状态,总线的绘制方法同导线的绘制方法,如图3-24所示。

在绘制状态,按Tab键,屏幕弹出Bus(总线)属性对话框,可以修改线宽和颜色,如图3-25所示。

2.放置总线分支线

元件引脚与总线的连接通过总线分支线来实现,总线分支线是45°或135°倾斜的短线段。

单击布线工具栏WiringTools上按钮或执行菜单PlaceBusEntry,进入放置总线分支线的状态,此时光标上带着悬浮的总线分支线,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分支线,如图3-26所示,单击鼠标右键退出放置状态。

3.放置网络标号

在总线中聚集了多条并行导线,怎样表示这些导线之间的具体连接关系呢在比较复杂的原理图中,有时两个需要连接的电路(或元件)距离很远,甚至不在同一张图纸上,该怎样进行电气连接呢这些都要用到网络标号。

网络标号的物理意义是电气连接点。在电路图上具有相同网络标号的电气连线是连在一起的,即在两个以上没有相互连接的网络中,把应该连接在一起的电气连接点定义成相同的网络标号,使它们在电气含义上属于真正的同一网络。这个功能在将电路原理图转换成印制电路板图的过程中十分重要。

网络标号多用于层次式电路、多重式电路各模块电路之间的连接和具有总线结构的电路图中。

网络标号的作用范围可以是一张电路图,也可以是一个项目中的所有电路图。

放置网络标号可以通过单击布线工具栏WiringTools上按钮或执行菜单PlaceNetLabel,进入放置网络标号的状态,此时光标处带有一个虚线框,将虚线框移动至需要放置网络标号的图件上,当虚线框和图件相连处出现一个大的黑点时,表明与该导线建立了电气连接,单击鼠标左键放下网络标号,将光标移至其他位置可继续放置,如图3-27所示,单击鼠标右键退出放置状态。

当光标上带着虚线框时,按Tab键,系统弹出如图3-28所示的NetLabel(网络标号)属性对话框,以修改网络标号名、标号方向等。

3.2.13放置电路的I/O端口

如前所述,用户可以通过设置相同的网络标号,使两个电路具有电气连接关系。

此外,用户还可以通过制作I/O端口,并且使某些I/O端口具有相同的名称,从而使它们被视为同一网络,而在电气上具有连接关系。

单击布线工具栏WiringTools上按钮,或执行菜单命令PlacePort,此时光标变成十字形,且一个浮动的端口粘在光标上随光标移动。单击鼠标左键,确定端口的左边界,在适当位置单击鼠标左键,确定端口右边界,如图3-29所示,此时仍为放置端口状态,单击鼠标左键继续放置,单击鼠标右键退出放置状态。

在放置过程中按下Tab键,系统弹出Port(端口)属性设置对话框,或双击已放置好的端口,在弹出的Port(端口)属性设置对话框中进行设置,如图3-30所示。

Port(端口)属性设置对话框中各项含义如下。

Name:I/O端口名称。若要输入的名称上有上划线,如RD,则输入方式为R\D\。

Style:I/O端口外形。端口外形见图3-31。

I/OType:I/O端口的电气特性。共设置了4种电气特性,分别为Unspecified(无端口)、Output(输出端口)、Input(输入端口)、Bidirectional(双向端口)。

Alignment:端口名在端口框中的显示位置。共有3个选项,分别为Center(中心对齐)、Left(左对齐)、Right(右对齐)。

3.2.14复合式元件的放置

对于集成电路,在一个芯片上往往有多个相同的单元电路。如运算放大器芯片LM324,它有14个引脚,在一个芯片上包含4个运算放大器,这4个运放元件名一样,只是引脚号不同,如图3-32所示中的U1A、U1B、U1C、U1D。其中引脚为1、2、3的图形称为第一单元,对于第一单元系统会在元件标号的后面自动加上A:引脚为5、6、7的图形称为第二单元,对于第二单元系统会在元件标号的后面自动加上B:其余同理。

在放置复合式元件时,默认的是放置第一单元,下面介绍放置其他单元的两种方法。

1.利用元件属性放置

(1)在元件库中找到运算放大器芯片LM324,并单击Place按钮,默认的是放置第一单元U1A。

(2)再单击Place按钮,此时元件处于浮动状态,粘在光标上,按Tab键弹出Part(元件)属性对话框,如图3-33所示。

(3)在Designator文本框中输入元件标号U1,在Part下拉文本框(第二个Part)中选择2,单击OK按钮,如图3-33所示。

(4)单击鼠标左键放置该元件,则放置的是LM324中的第二个单元,如图3-32中所示的U1B,元件标号U1B中的B表示第二个单元,是系统自动加上的,依此类推,可以放置第三、四个单元U1C、U1D。

2.利用IncrementPartNumber菜单命令放置

在元件库中找到运算放大器芯片LM324,并单击Place按钮,默认的是放置第一单元U1A。执行菜单命令EditIncrementPartNumber,光标变成十字,然后单击,默认的是放置第一单元U1A。该元件的单元编号将随着单击的次数不断地循环变化,即在U1A、U1B、U1C和U1D之间循环,需要哪一个单元编号,就在哪一个单元编号出现后停止单击。

3.2.15对象属性的全局性修改

在电路原理图中通常含有大量的同类元件,若要逐个设置元件的属性,费时费力。Protel99SE提供全局修改功能,可以进行统一设置。全局修改功能也称为整体编辑,就是可以一次性修改元件属性、线属性、字符属性等相关信息,全局修改功能是提高绘图速度最有效的方法之一。

下面以如图3-34所示的发光管电路中的发光管为例说明统一设置元件封装形式的方法。

双击发光管D1,弹出如图3-35所示的发光管属性对话框,单击Global按钮,出现如图3-36所示的发光管全局修改属性对话框,图中右侧有3个区域。

(1)AttributestoMatchBy区域:用于设定修改属性对象的选择条件。即若对象符合这些条件,其属性就会得到修改。其中有星号的项目需要输入选择条件,若不输入条件就认为是所有选择条件都吻合。具有下拉列表框的项目需要单击右边的小箭头进行选择,其中Any表示该项目所有选择条件都满足,Same表示该项目相同才满足选择条件,Different表示该项目不相同才满足选择条件。

(2)CopyAttributes区域:其功能是设定要修改的属性,就是把本对象的某些属性复制给符合条件的对象。其中大括号中的内容需要输入,若不输入就表示该项目不需要修改。对于复选框中的项目,则是选择哪一个项目就修改哪一个项目的属性。

(3)ChangeScope区域:其功能是设定修改属性的范围。该区域中的下拉列表框见图3-37,其中各选项含义如下。

ChangeThisItemOnly:设定修改属性的范围只是本元件自身。

ChangeMatchingItemsInCurrentDocument:设定修改属性的范围为本原理图。

ChangeMatchingItemsInAllDocuments:设定修改属性的范围为所有原理图。

需要指出的是,每个对象属性都不相同,各有各的特点,一般需要修改的只是基本属性。例如,常要修改的是各个元件的封装。当要把图3-34发光管电路中发光管的封装都修改为DIODE0.4,就需要在CopyAttributes区域的Footprint项目中输入DIODE0.4,注意去掉大括号。然后在AttributestoMatchBy区域中的LibRef项目中输入LED,单击OK按钮,弹出如图3-38所示的Confirm(确认)对话框,单击Yes按钮,这样图3-34发光管电路中5个发光管的封装都会被修改为DIODE0.4。

3.2.16元件标号的自动标注

在放置元件时,Protel99SE给出一个未标注的元件,例如U?、R?、C等,其中的问号是等待我们输入元件的序号,如图3-39所示,这是一个未标注的单级放大器电路,当然可以一个一个地输入,但是效率很低,而且时常会为输入相同的序号烦恼。

Protel99SE提供自动标注编号的功能。执行菜单命令ToolsAnnotate,系统弹出Annotate对话框,如图3-40所示,在对话框的AnnotateOptions区域选择元件编号的方式,其中各选项含义如下。

AllParts:对所有元件重新编号。

Parts:对编号为“?”的元件进行编号,即对标号为U?、R等的元件进行编号。

ResetDesignators:将所有编号设置为初始状态,即设置为U?、R状态。

UpdateSheetsNumberOnly:重新编排原理图的图号。

如果选择了对元件自动编号,还要在Re-annotateMethod区域中选择元件标号的排列方向,共有4个方向:(1)Upthenacross:(2)Downthenacross:(3)Acrossthenup:(4)Acrossthendown。选择完毕单击OK按钮。系统会产生自动标注报告表,如图3-41所示。图3-42是自动标注后的单级放大器电路。

3.3层次电路原理图的设计

对于比较复杂的电路原理图,一张电路图纸无法完成设计,需要多张电路原理图。Protel99SE提供了将复杂电路原理图分解为多张电路原理图的设计方法,这就是层次电路原理图设计方法。

3.3.1层次电路原理图结构

层次电路原理图是将一个大的电路分成几个功能块,再对每个功能块里的电路进行细分,还可以再建立下一层模块,如此下去,形成树状结构。

层次电路原理图主要包括两大部分:主电路图和子电路图。其中主电路图与子电路图的关系是父电路与子电路的关系,在子电路图中仍可包含下一级子电路。

层次电路原理图的结构与操作系统的文件目录结构相似,选择设计管理器的Explorer选项卡可以观察到层次图的结构。如图3-43所示为一个信号发生器电路的层次电路原理图结构:如图3-44所示为该层次电路原理图的主电路图。在一个项目中,处于最上方的为主电路图,一个项目只有一个主电路图,扩展名为.prj,即为项目文件:在主电路图下方所有的电路图均为子电路图,扩展名为.Sch。该信号发生器原理图中有3个一级子电路图,分别为CLK.Sch(方波形成电路,见图3-45)、TRI.Sch(三角波形成电路,见图3-46)和SIN.Sch(正弦波形成电路,见图3-47)。

利用层次电路原理图可以从整体上把握电路,加深对电路的理解:另一方面,如果需要改动电路原理图的某些细节,可以只对相关的底层电路进行修改,不影响整个电路的结构。

3.3.2自上向下的层次电路原理图设计

自上向下的层次电路原理图设计方法的思路是:先设计主电路图,再根据主电路图设计子电路图。以如图3-43所示的信号发生器电路为例,介绍设计方法。

1.建立主电路图

打开一个设计数据库文件,在系统所带的文件夹Documents内,执行菜单命令FileNew,系统弹出NewDocument对话框,选择SchematicDocument图标,单击OK按钮,并将该文件的名字改为“信号发生器电路.prj”,作为主图,双击文件名进入电路原理图编辑状态。

2.绘制方块电路图

打开信号发生器电路.prj文件后,单击布线工具栏WiringTools中的图标或执行菜单命令PlaceSheetSymbol,光标变成十字形,且十字光标上带着一个与前次绘制相同的方块图形状,按Tab键,系统弹出SheetSymbol属性设置对话框,如图3-48所示。

SheetSymbol属性设置对话框中有关选项含义如下。

Filename:该方块图所代表的子电路图文件名,如CLK.Sch。

Name:该方块图所代表的模块名称。此模块名应与Filename中的子电路图文件名相对应,如方波形成电路。

设置好后,单击OK按钮确认,此时光标仍为十字形,在适当的位置单击鼠标左键,确定方块图的左上角,移动光标当方块图的大小合适时在右下角单击鼠标左键,确定了方块图的位置和大小,这样就在图纸上放置好了一个方波形成电路的方块电路图,如图3-49所示。

此时仍处于放置方块图状态,可重复以上步骤继续放置,也可单击鼠标右键,退出放置状态。

3.放置方块电路端口

单击布线工具栏WiringTools中的图标,或执行菜单命令PlaceAddSheetEntry,光标变成十字形,将十字光标移到方块图上单击鼠标左键,出现一个浮动的方块电路端口,此端口随光标的移动而移动,此端口必须在方块图上放置,如图3-50所示。按Tab键系统弹出SheetEntry属性设置对话框,如图3-51所示。

图3-50浮动的方块电路端口图形图3-51SheetEntry属性设置对话框SheetEntry属性设置对话框中有关选项含义如下。

Name:方块电路端口名称,如Clk-Out。

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