第5章多路數(shù)據(jù)采集器原理圖

《電子CAD－ProtelDXP電路設計》

任富民編著中等職業(yè)學校教學用書（電子技術專業(yè)）電子教案第5章繪制多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖

本章學習目標本章主要以繪制單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖為例，介紹層次性電路圖的繪制方法，以達到以下學習目標：理解層次性原理圖的基本概念。掌握方塊電路的繪制和端口的設置方法。掌握層次性原理圖的繪制方法。5.1層次原理圖的基本概念

對于復雜龐大的電路系統(tǒng)，如大屏幕高清晰數(shù)字電視機等，其原理圖和PCB板都是十分復雜的，不便于或不可能將其在一張圖紙中繪制完成，同時為了適用公司和企業(yè)的需要，加快設計和繪制的速度，縮短產品的研發(fā)周期，往往是以幾個人組成的群組形式分工合作進行設計和繪制，將一個復雜的電路系統(tǒng)劃分為多個子系統(tǒng)，而一個子系統(tǒng)又可能劃分為多個模塊，這樣只要定義好各個模塊圖紙間的連接關系，然后分配給不同的部門或個人分開設計繪制，最后組合起來即可完成整個復雜系統(tǒng)的設計和制作。層次原理圖的基本概念層次性原理圖正是適用模塊化設計需要而應運而生的產物，他將一個完整復雜的設計項目分割為幾個相對獨立但又彼此連接的圖紙，并可分開同時進行設計，大大加快了原理圖的設計繪制速度。層次性原理圖的層次結構下圖表明了層次性原理圖圖紙之間的層次結構。它主要由主原理圖和各子原理圖組成，主原理圖主要規(guī)定各子原理圖之間的連接關系，而子原理圖則集中體現(xiàn)各模塊內部具體的電路結構。1.方塊電路

在主電路圖中為了表示各子原理圖之間的連接關系，需要有代表各子原理圖的符號圖形，這就是方塊電路，如圖所示，一個方塊電路代表一張子原理圖，如圖中的方塊電路代表子原理圖“display.SchDoc”。

方塊電路端口方塊電路名稱方塊電路代表的原理圖文件2.方塊電路端口為了表示各子原理圖之間的電氣連接關系，各方塊電路之間需要有相互連接的電氣端口，即方塊電路端口，如上頁圖所示，通過方塊電路端口，可以清楚的表達和實現(xiàn)各子原理圖之間的電氣連接關系。3.方塊電路之間的連接

方塊電路代表的是子原理圖，各子原理圖必須根據(jù)系統(tǒng)的要求相互連接，才能構成實用的電路系統(tǒng)。為了實現(xiàn)子原理圖之間的電氣連接，用戶只需將方塊電路端口通過導線或總線連接起來即可。如下頁圖所示為單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主原理圖中各方塊電路的組成和連接關系圖。單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主原理圖中各方塊電路的組成和連接關系圖

各方塊電路的組成和連接關系圖中方塊電路端口較多，端口組P1[0..7]送往顯示模塊子原理圖display.SchDoc作為數(shù)碼管的段顯示控制，端口組P3[0..5]送往顯示模塊子原理圖display.SchDoc作為數(shù)碼管的位顯示控制。端口組A[0..15]為地址總線，端口組D[0..7]為數(shù)據(jù)總線，端口INT1為中斷信號輸入端口，RD、WR為存儲器和AD轉換器的讀、寫控制線，分別送往AD轉換模塊子原理圖AD.SchLib和存儲器模塊子原理圖Memory.SchLib，ALE端口為AD轉換器提供時鐘信號。4.方塊電路與子原理圖的對應關系和連接

5.層次性原理圖的設計方法

根據(jù)原理圖的層次結構，層次性原理圖的設計方法分為二種。一種為從上向下設計的方法，即先繪制主原理圖中的方塊電路，然后由方塊電路產生各自的子原理圖，然后分別繪制各子原理圖的具體電路。另一種方法的繪制順序剛好相反，為由下往上設計的方法，即先設計好各子原理圖，然后由各子原理圖產生主原理圖中的方塊電路。單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

層次性原理圖設計方法本章將采用從上向下設計的方法繪制單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的層次性原理圖，該系統(tǒng)由主原理圖Parent.SchLib和五個子原理圖組成，分別為顯示模塊子原理圖display.SchDoc，CPU模塊子原理圖CPU.SchLib，AD轉換模塊子原理圖AD.SchLib，存儲器模塊子原理圖Memory.SchLib，以及電源模塊子原理圖Power.SchLib，原理圖之間的層次結構如下頁圖所示。單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

層次性原理圖結構

§5.2從上而下設計層次原理圖

從上向下設計的方法，即先繪制主原理圖中的方塊電路，然后由方塊電路產生各自的子原理圖，然后分別繪制各子原理圖的具體電路。下面介紹具體的繪制過程。5.2.1創(chuàng)建工程文件和主原理圖文件

根據(jù)前面章節(jié)介紹的方法，建立工程文件“多路單片機數(shù)據(jù)采集器.PRJPCB”，并新建原理圖文件，保存為Parent.SchLib，作為主原理圖。如圖所示。采用從上向下設計層次性原理圖，各子原理圖雖然可以由方塊電路產生，但主原理圖必須由用戶新建。5.2.2繪制方塊電路符號

新建主原理圖后，就可以在主原理圖中放置代表各子原理圖模塊的方塊電路，下面以繪制顯示模塊方塊電路為例講解具體方法。1.設置方塊電路屬性。

選擇原理圖工具中的繪制方塊電路按鈕，光標變?yōu)槭中?，并帶出一個方塊電路的虛影輪廓，如圖所示。方塊電路屬性

按鍵盤上的【Tap】鍵，彈出如圖所示的方塊電路屬性對話框。方塊電路屬性

方塊電路屬性對話框中主要的屬性有：

【Designator】：方塊電路序號，和元件序號作用相同，不能重復。

【Filename】：文件名，即方塊電路代表的子原理圖文件名稱，最好不要采用中文命名。因為此處繪制顯示模塊的方塊電路，而且是第一個方塊電路，所以在【Designator】欄輸入“FK1”，表示第一個方塊電路，在【Filename】輸入“display.SchDoc”，表示顯示模塊。2.繪制方塊電路

移動光標到合適位置單擊鼠標左鍵，作為方塊電路的左上角端點，此時移動光標，可帶出方塊電路，當方塊電路大小合適時再次單擊鼠標左鍵完成方塊電路FK1的繪制。3.繪制其它方塊電路

5.2.3放置方塊電路端口方塊電路繪制完成后，為了建立方塊電路之間的電氣連接，必須為方塊電路添加方塊電路端口，下面以放置顯示模塊方塊電路中的端口“P1[0..7]”為例講解具體放置方法。1.確定方塊電路端口要放置在哪個方塊電路

選擇原理圖工具中的繪制方塊電路端口按鈕，出現(xiàn)十字型光標，將光標移到要放置端口的方塊電路FK1中的放置位置，單擊鼠標左鍵，在光標下出現(xiàn)方塊電路端口的虛影輪廓，如圖所示。2.設置方塊電路端口屬性。

2.設置方塊電路端口屬性。方塊電路端口屬性對話框中主要的屬性有：

【Name】：方塊電路端口的名稱，一般由字母和數(shù)字組成。注意：（1）如果端口接的是總線，則端口名稱后接中括號和數(shù)字表示端口組，如端口組P1[0..7]表示端口P10～P17。（2）對于單片機的總線和引腳連接，端口名稱中不允許出現(xiàn)“.”等，如引腳P3.1只能命名為“P31”2.設置方塊電路端口屬性方塊電路端口屬性對話框中主要的屬性有：【I/OType】：端口信號輸入/輸出類型，即指定端口中信號的流向。有如下幾個選項：【Unspecified】不確定【Input】輸入【Output】輸出【Bidirectional】雙向【Style】：方塊電路端口的箭頭方向，一般用于指明端口中信號的流向，是端口信號輸入/輸出類型的外在表現(xiàn)形式，有如下幾種類型：【None(Horizontal)】:水平方向沒有箭頭【Left】：箭頭向左【Right】:箭頭向右【Left_Right】：左右雙向【None(Vertical)】垂直方向沒有箭頭【Top】：箭頭向上【Bottom】：箭頭向下【Top_Bottom】：上下雙向2.設置方塊電路端口屬性。

根據(jù)實際需要，本例FK1中要添加的端口連線為總線，且連接的為單片機的P1端口，所以【Name】屬性欄設置為端口組“P1[0..7]”，表示該端口組包含P10～P17八個端口。而該端口將信號送入方塊電路中控制數(shù)碼管的各段，所以【I/OType】中設置為【Input】輸入類型，而【Style】欄設置為【Left】。

5.2.4連接方塊電路端口，添加網絡標號

放置了方塊電路端口，只是為方塊電路之間的連接提供了通道，但還必須根據(jù)電路原理用導線或總線將各端口連接起來。繪制導線和總線的方法前面章節(jié)已有介紹，請參考前面章節(jié)。同時還要為各連接導線添加網絡標號。一般網絡標號的名稱和方塊電路端口名稱取得一致。連接好導線并添加了網絡標號的方塊電路端口如下頁圖所示，至此主原理圖繪制完成。繪制連接導線（或總線）并添加網絡標號

5.2.5產生并繪制顯示模塊子原理圖

完成主原理圖的繪制后，就可以由各方塊電路產生各自相應的子原理圖。下面以產生顯示模塊子原理圖display.SchDoc為例，介紹由方塊電路產生子原理圖的方法。由方塊電路產生子原理圖菜單

是否反轉端口的輸入/輸出方向

彈出如圖所示的是否反轉端口的輸入/輸出方向對話框，點擊【NO】按鈕不反轉端口的輸入/輸出方向。

產生新的子原理圖display.SchDoc

如圖所示，同時還自動產生了與方塊電路端口屬性一致的原理圖端口。

原理圖端口繪制顯示模塊子原理圖display.SchDoc

繪制過程中注意以下幾點：

（1）將端口組P1[0..7]和P3[0..5]用總線引出，并連接到其它元件引腳，并分別為總線添加網絡標號P1[0..7]和P3[0..5]，為各總線分支也添加相應的網絡標號。（2）數(shù)碼管DLEE1～DLED4采用第三章自制的原理圖元件，因此必須先將該原理圖庫“自制原理圖庫.Schlib”添加到庫文件面板。5.2.6產生并繪制CPU模塊子原理圖

繪制過程中注意以下幾點：

（1）元件U2為CPU，型號為89C51，它屬于8051系列的單片機，原理圖符號和8031一致，可以在庫中查找到8031的原理圖符號并放置在圖紙中。（2）元件Y1為晶體振蕩器，位于MiscellaneousDevices.IntLib集成元件庫，原理圖元件名稱為“XTAL”。（3）元件S1為按鍵開關，也位于MiscellaneousDevices.IntLib集成元件庫，原理圖元件名稱為“SW-PB”。（4）連線中注意圖中端口較多，端口組P1[0..7]送往顯示模塊作為數(shù)碼管的段顯示控制，端口組P3[0..5]送往顯示模塊子原理圖display.SchDoc作為數(shù)碼管的位顯示控制。端口組A[0..15]為地址總線，端口組D[0..7]為數(shù)據(jù)總線，端口INT1為中斷信號輸入端口，RD、WR為存儲器和AD轉換器的讀、寫控制線，分別送往AD轉換模塊子原理圖AD.SchLib和存儲器模塊子原理圖Memory.SchLib，ALE端口為AD轉換器提供時鐘信號。5.2.7產生并繪制AD轉換模塊子原理圖

繪制過程中注意以下幾點

U5為反相器4069，U4為二輸入與門74LS08，它們都是數(shù)字集成電路，可以利用查找元件的方法找到，但數(shù)字電路的原理圖元件和放置方法比較特殊。AD轉換器ADC0809可以用查找的方法找到，可能不同公司提供的原理圖元件管腳的排列方式不同，不一定強求完全和原圖完全相同。5.2.8產生和繪制存儲器模塊子原理圖

繪制過程中注意繪制過程中注意RAM存儲器U7（26256）在原理圖庫中查找不到，但可以找到ROM存儲器M27256-25F1，M27256與26256唯一的不同在于第1管腳的名稱，ROM存儲器M27256第1管腳為編程管腳“VPP”，而RAM存儲器26256第1管腳為寫管腳“”,所以可以采取前面所講的在原理圖直接修改管腳的方法修改。5.2.9產生繪制電源模塊子原理圖

5.3從下而上設計層次原理圖

本節(jié)將介紹采用從下而上的方法繪制單片機電機控制系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)由主原理圖“電機控制主電路.SchLib”和三個子原理圖組成，分別為CPU模塊子原理圖“電機控制CPU.SchLib”，直流電機控制模塊子原理圖“直流電機控制.SchLib”，步進電機控制模塊子原理圖“步進電機控制.SchLib”單片機電機控制系統(tǒng)層次原理圖結構圖

從下而上繪制層次原理圖的步驟采用從下而上的方法繪制層次原理圖的步驟：先分別繪制各子原理圖，然后由各子原理圖產生主原理圖中的方塊電路，最后完成方塊電路之間的連線。下面以繪制單片機電機控制系統(tǒng)層次原理圖為例，介紹從下而上繪制層次原理圖的具體步驟。5.3.1繪制CPU模塊子原理圖

新建一個工程文件，并保存為“層次電路電機控制.PRJPCB”，在其下面新建并繪制CPU模塊子原理圖“電機控制CPU.SchLib”，電機控制CPU.SchLib

放置原理圖電路端口

使用原理圖工具中的原理圖電路端口工具繪制，注意和方塊電路端口工具相區(qū)別，它的屬性對話框如圖所示，其參數(shù)含義和設置方法卻和方塊電路端口基本相同5.3.2繪制直流電機控制模塊子原理圖5.3.3繪制步進電機控制模塊子原理圖

5.3.4新建主原理圖，并產生各子原理圖的方塊符號

執(zhí)行【Design】/【CreateSymbolFormSheet】從子原理圖產生原理圖符號菜單命令，彈出如圖所示的選擇子原理圖對話框，選擇要產生原理圖符號的子原理圖，如圖中選擇“電機控制CPU.SchLib”，點擊【OK】按鈕。

產生的電機控制CPU模塊原理圖符號

彈出右圖所示的是否反轉端口的輸入/輸出方向對話框，點擊【NO】按鈕不反轉端口的輸入/輸出方向，從而產生了電機控制CPU模塊的原理圖符號，并放置到主原理圖的合適位置，如圖所示。

產生直流電機控制模塊

步進電機控制模塊的原理圖符號

2.完成方塊電路符號之間的連接

5.3.5利用導航欄實現(xiàn)層次性原理圖之間的轉換

層次性原理圖之間的轉換是指從主原理圖切換到某方塊電路對應的子原理圖上，或者從某一子原理圖回到其主原理圖對應的方塊電路圖中，此時可以利用ProtelDXP提供的導航欄實現(xiàn)。打開導航欄

如果導航欄沒有打開，可以執(zhí)行菜單命令【View】視圖/【WorkspacePanels】工作區(qū)面板/【Navigator】導航欄，打開如圖所示的導航欄2.編譯層次性原理圖

在圖中點擊【Compile】編譯按鈕，對層次性原理圖進行編譯，這也是編譯原理圖的另一種方法。

3.實現(xiàn)層次性原理圖之間的轉換

層次性原理圖經過編譯后，將在導航欄中顯示出層次性電路的層次結構，主原理圖位于最上層，其下部是并列的四個子原理圖，可以分別點擊各原理圖名稱實現(xiàn)原理圖之間的切換。（1）從主原理圖的方塊電路轉換到子原理圖

點擊【Hierarchy】按鈕，光標變?yōu)槭中?，在主原理圖中單擊子原理圖相應的方塊電路，即可打開方塊電路對應的子原理圖。（2）從子原理圖轉換到主原理圖

點擊【Hierarchy】按鈕，光標變?yōu)槭中?，單擊子原理圖中的某一個原理圖電路端口，編輯器將自動切換到主原理圖中，且光標停留在子原理圖電路端口對應的方塊電路端口上。

上機實訓

繪制數(shù)碼搶答器層次性原理圖

1.上機任務利用從上而下繪制層