1、 第4章绘制单片机控制系统 原理图 本章学习目标本章主要绘制单片机控制系统原理图，以达到以下学习目标：u理解总线、总线分支、网络标号的作用。u掌握总线、总线分支、网络标号的绘制方法。u掌握工程的编译和查错方法。u掌握原理图元件的打印和报表生成。u了解元件的阵列粘贴方法。4.1 创建单片机控制系统单片机控制系统(U盘盘)原理图元件 U盘的整体电路图如下页图所示，分析该原理图可知，该电路主要由U盘控制器U2（IC1114）和存储器U3（三星K9F0BDUDB）组成，而电压转换器U1完成将电脑提供的VUSB电压转换为VCC电压。其中几个核心元件，电压转换器U1、控制器U2、存储器U3和写保护开关SW
2、1，都必须自己创建。同时为了连线简单清晰，控制器和存储器之间采用了总线的方式连接。Vi n1GND2C o n t3NDI S4Vo u t5AT 1 2 0 1U11 0 u FC 1 20.1 u FC 1 34.7 u FC 1 40.0 1 u FC 1 5VUS BVC C1324US B C ONNJ 1VC CVUS B0R 11.5 KR 20R 2 6S D A2 4R 32 4R 43 3 p FC 1 63 3 p FC 1 7V C C F1V S S2R S T3V C C F4V S S F5T M 16T M 27P B 48X _ IN T R Q9P C 01
3、 0P B 51 1P 3 11 2P 3 21 3X_ A01 4X_ A11 5P C 11 6X_ R DN1 7X_ WR N1 8P 4 61 9P 1 42 0P 4 72 1P 3 02 2P A_ WE2 3P C 22 4P C 32 5P B 62 6V D D2 7P 3 72 8P B 72 9P 3 53 0P 4 53 1V D D3 2V S S3 3P C 43 4P 3 63 5P C 53 6DP L US3 7DMI NUS3 8VDDP3 9VS S P4 0F I L T E R4 1VS S P4 2VDDP4 3P C 64 4XT AL 14 5
4、XT AL 24 6X_ C S 04 7P C 74 8I C 1 1 1 4U28 2 0 p FC 1 8VC CS M D 6121 2 MY11 0 p FC 1 91 0 p FC 2 01.2 MR 6S M D 78.2 KR 1 21 KR 1 81 KR 1 91 KR 1 11 0 u FC 2 1VC CVC CS M D 0S M-R ES C L12L E D1T M5S M D 1S M D 2P 1 1S DAS M-AL ES M-E N1S M-R DYS M D 3S M-W RV C CT M 4S M-W PP 3 5S M-C L RV C CG N
5、 DS M D 4T M 3S M D 51 KR 2 1VC CVC C1 KR 2 0VC CK9 F 0 B DUDBNC1NC2NC3NC4NC5S E6R/B7R E8C E9NC1 0NC1 1VC C1 2VS S1 3NC1 4NC1 5C L E1 6AL E1 7WE1 8WP1 9NC2 0NC2 1NC2 2NC2 3NC2 4NC2 5NC2 6NC2 7NC2 8I/O02 9I/O13 0I/O23 1I/O33 2NC3 3NC3 4NC3 5VS S3 6VC C3 7NC3 8NC3 9NC4 0I/O44 1I/O54 2I/O64 3I/O74 4NC4
6、 5NC4 6NC4 7NC4 8U35 0 KR 1 41 0 KR 2 31 0 KR 1 34 7R 1 54 7R 1 6VC CS M-R DYS M-R ES M-E N10.1 u FC 2 5VC CS M-C L ES M-AL ES M-WES M-WPS MD0S MD1S MD2S MD3S MD4S MD5S MD6S MD70.1 u FC 2 3VC C4.7 u FC 2 4123S W11 0 KR 2 4VC CP 1 10.1 u FC 10.1 u FC 20.1 u FC 30.1 u FC 40.1 u FC 50.1 u FC 6VC CU盘原理图
7、4.1.1 创建原理图元件 参考3.2节，创建电压转换器U1、控制器U2、存储器U3和写保护开关SW1的原理图元件。1.创建新的PCB工程文件“UPAN.PRJPCB”。2.创建新的原理图文件“UPAN.SCHDOC”。3.创建新的原理图库文件“UPAN.SCHLIB”。3.新建原理图元件U盘控制器IC11144.新建原理图元件存储器U3三星K9F0BDUDB5.新建原理图元件电压转换器AT2101新建原理图元件写保护开关4.1.2 放置自制的原理图元件 对于自制的原理图元件，可以点击【Place】放置按钮，将选中的元件放置到原理图图纸中，如图所示，将自制的U盘控制器IC1114放置到原理图中
8、。补充：利用库文件面板放置自制的原理图元件 4.2 添加网络标号和绘制总线 放置完元件后，接下来就是绘制元件引脚之间的连线了，由于控制器和存储器之间的连线非常复杂，地址线、数据线、控制线达到几十条之多。如果还是采用2.3节介绍的方法直接连接控制器和存储器之间的连线，势必导致连线交叉太多，距离过长，既不便于绘制，又不便于原理图的识图和分析，因此必须采用网络标号和总线的方法进行绘制。1.网络标号 网络标号一般由字母或数字组成，用于表示图纸中相同的导线。具有相同网络标号的导线表示是连接在一起的导线，只是由于距离过长，或减少交叉导线等原因，没有直接连接在一起，如下页图所示。相同网络标号表示导线连在一起
9、4.2.1 添加网络标号 1.绘制要添加网络标号的导线 2.修改网络标号属性 选择原理图工具中的 工具，按下键盘上的【Tap】键，弹出网络标号属性对话框，如图所示，在【Net】栏输入“SM-ALE”，可以点击【Font】栏的【Change】按钮。改变文字的字体和大小,点击【OK】按钮完成设置 3.添加网络标号属性 光标变为十字型，并且带出网络标号“SM-ALE”，将光标移动到要添加网络标号的导线上，此时导线上出现黑色小十字型电气节点，如图所示，单击鼠标左键即可放置该网络标号。4.添加另一端导线的网络标号 依据相同的方法，添加另一端导线的网络标号，完成后的效果如图所示。总结：（1）网络标号是一个
10、电气连接点，具有相同网络标号的电气连接线、引脚及网络表明是连接在一起的。（2）无论是单张或层次式原理图，都可使用网络标号来定义其网络。（3）网络标号必须放置在导线上。4.2.2 绘制总线 单纯的网络标号虽然可以表示图纸中相连的导线，但是由于连接位置的随意性，给工程人员分析图纸，查找相同的网络标号带来一定困难。如果需连接的一组导线虽然距离较长，数量较多，但具有相同的电气特性，此时采用总线的方式可以增加识图的方便直观性，因为此时同一组的网络标号全部位于该总线上，缩小了查看的范围。总线的概念 总线代表的是具有相同电气特性的一组导线，因此它不是单独的一根普通导线，它以总线分支引出各条分导线，而以网络标
11、号来标识和区分各分导线，具有相同网络标号的分导线是同一根导线，如图所示。总线总线分支网络标号1.绘制分导线 因为要添加网络标号标识各分导线，在添加各网络标号前，必须先绘制好各分导线，如图所示。2.放置总线分支 选择原理图工具中的绘制总线工具 ，放置总线分支3.添加网络标号选择原理图工具中的工具 ，为各分导线添加网络标号，如图所示 4.绘制总线 选择原理图工具中的绘制总线工具 ，绘制总线按【Shift】+【空格】转换拐角类型 总线绘制总结（1）总线是用一条线来表达数条并行的导线，这样可以简化原理图的绘制，有助于原理图的阅读。（2）总线代表一组导线，通常需要与总线分支配合使用。总线不具有电气上相通
12、的意义，如果要表示具体的电气情况，需要通过网络标号来解决。（3）一般来说，总线、总线分支、网络标号要配合使用。4.3 工程的编译和查错 正确的原理图是制作美观可靠PCB板的前提和基础，所以原理图绘制完成后，应该根据原图或电路原理进行仔细的检查，确保正确无误。否则由于原理图的错误，将导致后期的PCB板无法制作完成，或导致制作的PCB板存在严重错误甚至报废。为了确保原理图的正确，Protel DXP提供了编译功能对原理图进行编译，相当于Protel以前版本的ERC（电气规则检查）检查，利用工程编译可以对原理图中的导线连接、元件编号、总线绘制等进行电气规则检查，对违反电气规则的元件和导线等对象生产相
13、应的报告，提示用户进行相应的修改。4.3.1 设置工程编译参数 执行菜单命令【Project】/【Project Options】，将弹出如图所示的工程编译参数设置对话框，选择【Error Reporting】错误报告标签项 违规等级 主要分为4个等级：【No Report】：不产生报告，表示连接正确。【Warming】：警告，主要起提醒警示作用，警示设计者注意该规则，设计者根据具体的设计要求和实际情况决定是否修改或忽略，如某些元件的管脚没有连接，根据实际情况可能是正常的，如本例中存储器名称为NC的管脚，也可能是错误，如电源引脚没有连接。【Error】：错误，与原理图设计规则相违背的错误，如元
14、器件序号重复等。【Fatal Error】：严重错误，一般由用户设定的决对不容许出现的错误，出现该错误可能导致严重的后果。设置违规等级 用户根据实际的设计要求，可以设定各违规选项的违规等级 4.3.2 编译工程 执行菜单命令【Project】/【Compile All Projects】即可对当前工程中的所有原理图进行编译 4.3.3 利用编译信息修改错误 按照违规的等级，我们可以利用错误信息报告面板的信息修改错误，如双击上页图中违规等级【Class】为【Error】的选项，将弹出如图所示的编译错误面板【Compile Errors】。修改错误信息 经过查看和信息提示，原来是电容“C21”输人
15、时误输成“C12”所致。双击该电容，在弹出的属性对话框修改过来 清除蒙板 清除蒙板4.4 生成元件报表清单 对于比较复杂的设计项目而言，元件数量较多，种类繁杂，即使同类型的元件，封装可能也不相同，如果凭人工统计，很难将项目中用到的所有元件统计正确，为了更好的安装、购买元件，利用Protel DXP提供的报表功能可以轻松地生成元件报表清单。打开元件列表对话框 打开U盘原理图文件，执行菜单命令【Reports】/【Bill of Materials】,弹出下页图所示的元器件列表对话框。【Designator】元件序号【LibRef】原理图元件名称【Discription】元件描述【Footprin
16、t】封装名称【Comment】元件参数或型号元器件列表对话框 显示的列隐藏的列将【Value】项移到【Visible Columns】栏 3.生成元件报表清单 单击元器件列表对话框中的【Report】按钮，可以生成如图所示的元件报表清单。导出元件报表清单 4.5 打印原理图文件 1.打印预览 当原理图文件设计完成后，Protel DXP可以方便的将原理图打印出来。执行菜单命令【File】/【Print preview】将弹出打印预览对话框，可以预览和设置原理图的打印效果，如图所示。2.设置纸张 在图纸中心单击鼠标右键，将弹出浮动菜单，执行【Page Setup】命令3.设置打印机和打印 点击【
17、Print】按钮可以弹出如图所示的打印设置对话框，可以进一步设置打印参数，设置好后点击【OK】按钮开始打印。上机实训：绘制单片机数码管显示电路原理图 1.上机任务上机任务 绘制如下页图所示的单片机数码管显示绘制如下页图所示的单片机数码管显示电路原理图。电路原理图。单片机数码管显示电路原理图 2.任务分析 该图并不复杂，数码管可以参考第三章的方法自己绘制，单片机CPU采用89C51，和8031（或8051）的原理图元件相同，可用查找原理图元件的方法找到该元件。3.操作步骤和提示（1）新建工程文件，并保存为“单片机显示.PRJPCB”。（2）新建原理图库文件，并保存为“数码管.SCHLIB”，并绘
18、制数码管原理图符号。（3）新建原理图文件，并保存为“数码管显示电路.SCHLIB”。（4）利用查找功能找到元件U1。查找时使用通配符*，在【Name】栏输入“*80*31*”，可以在Dallas Microcontroller 8-Bit.IntLib库中找到元件“DS80C310-MCG”。（5）放置数码管和74LS245，74LS245也可利用查找功能找到该原理图元件。阵列粘贴前准备 （6）利用阵列粘贴功能放置电阻R1R8。对于电路中数量较多且摆放有序的同类型元件，可以采用阵列粘贴的方式快速放置元件。先在原理图中放置一个电阻R0，如图所示，将电阻编号设为R0，主要是为后面阵列粘贴的电阻编号
19、从1开始。并复制该电阻。设置阵列粘贴参数 （7）执行菜单命令【Edit】/【Paste Array】菜单命令，弹出如图所示的阵列粘贴对话框。阵列粘贴对话框各参数【Item Count】：粘贴元件的个数，如本例为8个。【Text Increment】：元件编号增加的步距，如本例中设为1，则粘贴的电阻编号为R1逐步增加到R8，如果设为2，则电阻编号由R2、R4、R6逐步增加。【Horizontal】：水平方向排列步距，即被粘贴元件在水平方向按此步距依次排列。本例电阻要求在水平方向对齐，所以该项设为0。【Vertical】：垂直方向排列步距，即被粘贴元件在垂直方向按此步距依次排列。本例电阻要求在垂直
20、方向相隔10个单位向下排列，所以该项设为-10。阵列粘贴 设置好后，点击【OK】按钮，将光标对准放置位置点击一下鼠标左键，即可在指定位置垂直放置8个电阻，如图所示。（8）隐藏电阻的编号和参数 隐藏电阻R1R8的编号和参数。由于电阻R1R8靠得很近，而且阻值一样，所以不必将阻值和编号显示出来，双击弹出属性对话框，隐藏电阻的编号和参数，如图所示。（9）添加文字说明。继续完成其它步骤（10）绘制总线和其它导线。（11）添加电源、接地符号以及网络标号。（12）对工程进行编译，确保原理图正确。（13）产生原理图元件报表清单，要求包含元件参数。（14）练习原理图的打印预览。本章小结 本章以绘制U盘原理图为例，重点讲解了网络标号、总线的作用以及绘制方法，同时还介绍了工程编译查错，材料报表的生成，以及原理图的打印等知识和技能。
