1、第5章 总线、层次和多通道原理图设计5.1 5.1 具有多部件元器件符号和总线结构原理图绘具有多部件元器件符号和总线结构原理图绘制制5.1.1 多部件元器件符号概念与放置1 1多部件元器件符号概念多部件元器件符号概念多部件元器件就是同一个元件中存在很多相同的单元电路，例如常见的数字芯片74HC14（六反向施密特触发器）就是一块芯片中含有6个相同的反向施密特触发器单元，如图5-1-1所示。图5-1-1 74HC14的元件符号多部件元器件符号中各单元的元器件名称相同、图形相同、只是引脚号不同，在标号U1的后面以A、B、C、D分别表示第一、第二等单元，标号U1表示在元器件库中同属于一个元器件符号，如
2、图5-1-2所示。图5-1-2 74HC14的六个独立的部件单元2 2多部件元器件符号的放置多部件元器件符号的放置如图5-1-3所示，该原理图是电机的H桥驱动电路。如果系统要求控制5台电机工作，那么就需要将图5-1-3重复5遍。为了简化这类原理图的绘制，可采用多部件元器件符号的方法。图5-1-3 电机驱动电路（1）生成多部件元器件符号。将图5-1-3另存为名称为“Motor_drive.SchDoc”的原理图文件。在工程中新建一个原理图文件，命名为“Motor_drive_10.SchDoc”。打开原理图文件“Motor_drive_10.SchDoc”，执行菜单命令Design Create
3、 Sheet Symbol From Sheet or HDL弹出如图5-1-4所示对话框。该命令的功能是从已有的原理图或HDL文件生成原理图符号，即该命令可以从原理图生成多部件元器件符号。图5-1-4 Choose Docment to Place对话框（2）多部件元器件符号的放置。在一张原理图上可以放置多个多部件元器件符号，在上述的电机驱动系统中需要5路H桥驱动电路，可以简单地复制图5-1-5所示的多部件元器件符号，在原理图中再粘贴4次即可绘制出有5路H桥驱动电路的原理图。复制后要注意修改多部件元器件的名称，图5-1-6为绘制好的系统原理图，5路模块的名称分别为U_Motor_drive_
4、1 U_Motor_drive_5。图5-1-5图5-1-65.1.2 放置端口图5-1-6所示，多部件元器件上看不到任何输入输出端口，这样的电路图读起来非常困难，因此有必要外加输入输出端口，这种端口也可以看作是多部件元器件的管脚。在增加多部件元器件的端口之前，必须给图5-1-3所示的电机驱动电路加上端口。（1）端口放置。打开电路原理图“Motor_drive.SchDoc”。执行菜单命令Place Port或用鼠标左键单击如图5-1-7所示的快捷按钮，此时鼠标指针变为十字形状，在十字右侧中央位置附着Port端口。图5-1-7 Place Port快捷按钮 将鼠标指针移动到标有“PWM1”网络
5、号的引线上 单击鼠标左键确定端口左侧的端点，此时十字型鼠标指针移动到端口的右侧，再次单击鼠标左键确定端口右侧的端点。至此一个端口已经放置完毕，然后继续将端口放置完毕。当所有端口放置完毕后，单击鼠标右键撤销放置端口命令。此时所有端口变为如图5-1-11所示系统默认的双向端口式样。图5-1-11 系统默认的双向端口样式（2）端口属性编辑。为了显示端口的性质，还需要对端口的名称和属性进行编辑。用鼠标左键双击网络标号为“PWM1”的端口，弹出如图5-1-12所示的“Port Properties”对话框。在这个对话框中可以对端口的属性进行配置。对话框中有两个标签，端口的常用属性均在“Graphical
6、”标签中。图5-1-12 Port Properties对话框放置端口后的原理图如图5-1-15所示。再次从图5-1-15生成多部件元器件，此时生成的多部件元器件中自动含有原理图中加入的端口，如图5-1-16所示。图5-1-15 放置端口后的电机驱动原理图图5-1-16 带有端口的多部件元器件5.1.3 总线概念与绘制总线是多条并行导线的集合，在图5-1-17中，粗线称为总线，总线与导线之间的斜线称为总线分支线，A1、B1等称为网络标号。只有网络标号相同的导线在电气上才连接在一起。采用总线的优点是简化了原理图的绘制，使电路结构更加清晰。有关总线的两点说明：（1）总线没有实际的电气连接。（2）总
7、线需要外加网络标号来表明实际的电气连接。图5-1-17 带总线连接关系的数码管驱动电路5.2 5.2 层次原理图设计层次原理图设计5.2.1 层次原理图概念将一个完整的电路设计按功能分为若干电路模块，再将电路模块继续分割为若干子模块，然后分别对各个层次的模块进行设计，最后将所有模块进行连接完成整个电路的设计。这就是层次原理图设计的方法。层次原理图设计可以分为两种方法：分别为自下而上和自上而下设计方法。两种方法各有优势，我们将在下面的章节中分别加以介绍。5.2.2 自上而下层次原理图设计 自上而下的层次原理图设计方法是先根据系统要求设计功能模块，再分别设计各个模块的电路原理，自上而下的层次原理图
8、设计流程如图5-2-1所示（下一页）。通过具体实例加以说明。采用自上而下的层次原理图设计方法设计一个射频信号发射系统。系统由晶体振荡器、预推动放大器、功率放大器、匹配电路和天线构成。根据自上而下的原则，整个电路设计分为两个层级。顶层电路由晶体振荡器模块、预推模块、功放模块和天线匹配模块四部分组成。第二层级分别是各个模块具体的电路实现。图 5-2-1（1）在工程中新建原理图文件，命名为“TopSch.SchDoc”。将这个文件作为顶层原理图文件。（2）鼠标左键单击如图5-2-2所示的放置原理图模块按钮或执行菜单命令Place Sheet Symbol在“TopSch.SchDoc”原理图上放置四
9、个原理图模块，将它们分别命名为“oscillate”、“signal_amp”、“power_amp”和“antenna”，如图5-2-3所示。（3）为模块添加端口。鼠标左键单击放置原理图端口按钮或执行菜单命令Place Add Sheet Entry为每个模块添加端口。在属性对话框中对只需要对端口的“Style”和“Name”属性进行设置即可。添加端口后，适当调整模。（4）按照电路的功能连接模块。（5）绘制振荡器原理图。在工程中新建原理图文件，命名为“oscillate.SchDoc”。在这张原理图上绘制振荡器电路。（6）绘制信号预推动电路原理图。在工程中新建原理图文件，命名为“signal
10、_amp.SchDoc”，在这张原理图上绘制信号预推动电路。（7）绘制功放电路原理图。在工程中新建原理图文件，命名为“power_amp.SchDoc”，在这张原理图上绘制功放电路。（8）绘制天线匹配电路原理图。在工程中新建原理图文件，命名为“antenna.SchDoc”，在这张原理图上绘制功放电路。（9）为模块添加对应的原理图文件。（10）此时oscillate模块下方File Name变为oscillate.SchDoc。（11）按照上述方法逐一为其它模块添加对应文件。添加文件后如图5-2-16所示。至此完成了自上而下层次设计。图5-2-16 添加原理图文件后的顶层原理图5.2.3 自下
11、而上层次原理图设计自下而上层次原理图设计方法与自上而下的方法相反是由各功能子电路原理图生成模块，然后将模块连接以实现最后的系统功能。自下而上的层次原理图设计流程如图所示。本节还以5.2.2节中射频信号发射系统电路为例说明自下而上的原理图设计方法。（1）首先绘制oscillate、signal_amp、power_amp和antenna的原理图。（2）在空白的TopSch原理图中执行菜单命令Design Create Sheet Symbol From Sheet or HDL，在弹出的对话框中选择oscillate.SchDoc文件，然后鼠标左键单击【OK】按钮生成oscillate模块放置在
12、TopSch原理图中。（3）按照（2）所述的方法依次生成signal_amp、power_amp和antenna模块放置在TopSch原理图中。（4）按照逻辑关系连接这些模块形成顶层模块电路，如图5-2-21所示（下一页）。至此，我们就采用自下而上完成了电路原理图的绘制。图 5-2-215.3 5.3 多通道原理图设计多通道原理图设计多通道设计就是把重复电路的原理图当成一个原件，在另一张原理图里面重复使用。完成了自下而上层次原理图设计。如图5-3-1所示，电路的功能是型衰减器，输入输出阻抗均为50，衰减为5dB。该电路可以作为信号源与放大器之间的匹配电路使用。图5-3-1 型衰减器电路原理图现
13、在需要设计一个十通道的匹配衰减器，输入输出阻抗为50，衰减为5dB。若采用一般的电路设计方法，十通道的匹配衰减器电路图应如图5-3-2所示。这样的电路显得非常繁琐，易读性差。这类重复性使用相同功能电路的原理图可以使用多通道原理图设计方法来绘制。图5-3-2 十通道型衰减器电路原理图（1）在工程中新建原理图文件，命名为“attenuator_10CH.SchDoc”。（2）在工程中新建原理图文件，命名为“attenuator.SchDoc”。（3）在原理图attenuator.SchDoc中绘制单通道型衰减器电路原理图。（4）执行菜单命令Design Create Sheet Symbol Fr
14、om Sheet or HDL，由原理图attenuator.SchDoc生成电路模块，放置在原理图attenuator_10CH.SchDoc中。（5）鼠标左键双击模块上的“U_attenuator”，弹出如图5-3-4所示的对话框。图5-3-4 Sheet Symbol Designator对话框（6）将对话框中的Designator修改为“Repeat(U_attenuator,1,10)”，鼠标左键单击【OK】按钮确认。这里的Repeat语句表示复制出10个U_attenuator模块。（7）鼠标左键双击电路模块中的“Vin”端口，弹出如图5-3-6所示的对话框。将对话框中Name的内容修改为“Repeat(Vin)”，鼠标左键单击【OK】按钮确认。（8）利用步骤（7）的方法将“Vout”端口修改为“Repeat(Vout)”。这里的Repeat语句表示将每个复制出的U_attenuator模块中的Vin和Vout端口引出来。模块中未添加Repeat语句的同名端口都会被连接起来，如端口GND。（9）在原理图中添加其他元件。此处总线上的网络标号为Vin1.10和Vout1.10，意义为网络Vin1Vin10和网络Vout1Vout10。图5-3-7即为采用多通道方法设计的十通道型衰减器电路原理图。图5-3-7 十通道型衰减器电路
