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Altium Designer层次原理图的设计方法教程

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发表于 2018-11-13 13:50:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
层次原理图设计
层次原理图设计是在实践的基础上提出的,是随着计算机技术的发展而逐步实现的一种先进的原理图设计方法。一个非常庞大的原理图,可称之为项目,不可能将它一次完成,也不可能将这个原理图画在一张图纸上,更不可能由一个人单独完成。Altium designer提供了一个很好的项目设计工作环境,整个原理图可划分为多个功能模块。这样,整个项目可以分层次并行设计,使得设计进程大大加快。
5.1  层次原理图的设计方法
层次原理图的设计方法实际上是一种模块化的设计方法。用户可以将系统划分为多个子系统,子系统又可划分为若干个功能模块,功能模块再细分为若干个基本模块。设计好基本模块并定义好模块之间的连接关系,即可完成整个设计过程。
设计时,可以从系统开始逐级向下进行,也可以从基本模块开始逐级向上进行,还可以调用相同的原理图重复使用。
1.自上而下的层次原理图设计方法
所谓自上而下就是由电路方块图产生原理图,因此用自上而下的方法来设计层次原理图,首先应放置电路方块图,其流程如图5-1所示。

图5-1  自上而下的层次原理图设计流程

2.自下而上的层次原理图设计方法
所谓自下而上就是由原理图(基本模块)产生电路方块图,因此用自下而上的方法来设计层次原理图,首先需要放置原理图,其流程如图5-2所示。
3.多通道层次原理图的设计方法
Altium Designer引入了一个多通道设计系统,它可以支持与其他通道相嵌的通道设计。许多涉及包含重复的电路,一块电路板有可能重复一个模块多达三十多次,或者会包含4个一样的子模块,每个子模块又具有8个子通道等。设计人员必须努力使这种设计在原理图级就与PCB布线关联起来。尽管简单地复制和粘贴原理图部分是相当容易的,但是修改或更新这些原理图部分就会任务很繁重。Altium Designer提供了一个真正的多通道设计,意味着用户可以在项目中重复引用一个原理图部分。如果需要改变这个被引用的原理图部分,只需要修改一次即可。无任如何,Altium Designer不但支持多通道设计,而且还支持多通道的嵌套。典型的多通道层次原理图的示意如图5-3所示。

图5-2  自下而上的层次原理图设计流程

图5-3中,主原理图Main.SchDoc具有4个子模块,每个子模块均调用了原理图A. SchDoc和B.SchDoc各一次。因此可以采用重复调用原理图的方法来设计,将A. SchDoc和B.SchDoc分别设计为一个基本模块,然后使用多通道设计方法实现对这两个模块的重复多次调用。

图5-3  多通道层次原理图的示意图

关于多通道层次原理图的具体操作,将在本章后面进行详细讲解。
5.2  建立层次原理图
前面讲到了层次原理图设计的几种方法,现在就先利用其中的自上而下的层次原理图设计方法,以图5-4至图5-6为例,详细讲述绘制层次原理图的一般过程。
图5-4所示是一个层次原理图,整张原理图表示了一张完整的电路。它分别由ISA总线和地址译码模块(ISA Bus and Address Decoding.SchDoc,如图5-5所示)、串口通信和线驱动模块(4 Port UART and Line Drivers.SchDoc,如图5-6所示)以及层次原理图模块,其3个模块组成。

图5-4  绘制层次原理图实例

图5-5  层次原理图的ISA总线和地址译码模块

本实例将重点讲述如何绘制层次原理图模块,该模块图的作用就是将两个子模块连接起来,形成一个完整的原理图。对于ISA Bus and Address Decoding.SchDoc和4 Port UART and Line Drivers.SchDoc文件,读者可以直接调用C:\Program Files\Altium Designer Winter 09\Examples\Reference Designs\4 Port Serial Interface目录中的文件。

图5-6  层次原理图的串口通信和线驱到模块

绘制层次原理图的详细操作过程如下:
1)启动原理图设计管理器,建立一个层次原理图文件,命名为4 Port Serial Interface.SchDoc。
2)在工作平面上打开布线工具栏(Wiring Tools),执行绘制方块电路命令。用鼠标左键单击布线工具栏上的按钮或者执行Place→Sheet Symbol命令。
3)执行命令后,光标变为十字形状,并带着方块电路,如图5-7所示。

图5-7  放置方块电路的状态

4)在此命令状态下,按〈Tab〉键,会出现方块电路属性设置对话框,如图5-8所示。

图5-8  方块电路属性设置对话框

在对话框中,在Filename编辑框中设置文件名为ISA Bus and Address Decoding.SchDoc。这表明该电路代表了ISA Bus and Address Decoding(ISA总线和地址译码模块)。在Designator编辑框中设置方块图的名称为U_ISA Bus and Address Decoding,如图5-8所示。
5)设置完属性后,确定方块电路的大小和位置。将光标移动到适当的位置后,单击鼠标左键,确定方块电路的左上角位置。然后拖动鼠标,移动到适当的位置后,单击鼠标左键,确定方块电路的右下角位置。这样就定义了方块电路的大小和位置,绘制出了一个名为U_ISA Bus and Address Decoding的模块,如图5-9所示。

图5-9  绘制名为U_ISA Bus and Address Decoding的方块电路

用户如果要更改方块电路名称或其代表的文件名,只需用鼠标双击文字标注,会出现如图5-10所示的方块电路文字属性设置对话框。

图5-10  方块电路文字属性设置对话框

6)绘制完一个方块电路后,仍处于放置方块电路的命令状态下,用户可以用同样的方法放置其他的方块电路,并设置相应的方块电路文字属性,结果如图5-11所示。

图5-11  绘制完所有的方块电路

7)执行放置方块电路端口的命令,方法是用鼠标左键单击布线(Wiring)工具栏中的按钮或者执行Place→Add Sheet Entry命令。
8)执行命令后,光标变为十字形状,然后在需要放置端口的方块电路上单击鼠标左键,此时光标处就显示方块电路的端口符号,如图5-12所示。
注意:当在需要放置端口的方块电路上单击鼠标左键,光标处出现方块电路的端口符号后,光标就只能在该方块电路内部移动,直到放置了端口并结束该操作以后,光标才能在绘图区域自由移动。

图5-12  放置方块电路端口的状态

在此命令状态下,按〈Tab〉键,系统会弹出方块电路端口属性设置对话框,如图5-13所示。

图5-13  方块电路端口属性设置对话框

在对话框中,将端口名(Name)编辑框设置为-WR,即将端口名设为写选通信号;I/O Type选项有不指定(Unspecified)、输出(Output)、输入(Input)和双向(Bidirectional)4种,在此设置为Output,即将端口设置为输出;端部形状(Side)设置为Right;端口样式(Style)设置为Right;其他选项可根据用户的个人习惯来设置。
9)设置完属性后,将光标移动到适当的位置,单击鼠标左键将其定位,如图5-14所示。同样,根据实际电路的安排,可以在ISA Bus and Address Decoding模块上放置其他端口,如图5-15所示。
10)重复上述操作,设置其他方块电路,如图5-16所示。
        

             图5-14  放置完一个端口                   图5-15  放置完端口的方块电路

图5-16  放置完所有端口的层次原理图

11)在图5-16的基础上,将电气上具有相连关系的端口用导线或总线连接在一起,如图5-17所示。

图5-17  层次原理图的最终结果

通过上述步骤,就建立了一个层次原理图,其子模块为如图5-5和图5-6所示的子模块。
5.3  由方块电路符号产生新原理图的I/O端口符号
在采用自上而下设计层次原理图时,首先建立方块电路,再制作该方块电路相对应的原理图文件。而制作原理图时,其I/O端口符号必须和方块电路的I/O端口符号相对应。Altium Designer提供了一条捷径,即由方块电路端口符号直接产生原理图的端口符号。
下面以图5-17为例,讲述其一般步骤。
1)选择Design→Create Sheet From Sheet Symbol命令。
2)执行命令后,光标变成十字形状,移动光标到方块电路上,如图5-18所示。

图5-18  移动光标至方块电路

3)单击鼠标左键,则Altium Designer自动生成一个文件名为ISA Bus and Address Decoding.SchDoc的原理图,并布置好I/O端口,如图5-19所示。

图5-19  产生新原理图的端口

5.4  由原理图文件产生方块电路符号
如果在设计中采用自下而上的设计方法,则应先设计原理图,再设计方块电路。Altium Designer提供了一条捷径,即由一张已经设置好端口的原理图直接产生方块电路符号, 4.12节已经讲述过由原理图产生层次图的方块电路。下面以图5-17为例,讲述其一般步骤。
1)选择Design→Create Sheet Symbol From Sheet or VHDL命令。
2)执行命令后,会出现如图5-20所示的对话框。选择要产生方块电路的原理图文件,然后确认。方块电路会出现在光标上,如图5-21所示。

图5-20  选择产生方块电路的原理图文件对话框

3)移动光标到适当位置,按照前面放置方块电路的方法,将其定位,则可自动生成名为U_4 Port UART and Line Drivers的方块电路,如图5-22所示。然后根据层次原理图设计的需要,可以对方块电路上的端口进行适当调整。
        

   图5-21 由原理图文件产生的方块电路符号的状态           图5-22  产生的方块电路

5.5  建立多通道原理图
Altium Designer提供了多通道原理图设计的功能,用户可以绘制一个能被多个原理图模块使用的原理图子模块。这种多通道原理图设计可以放置多个方块电路,允许单个子原理图被调用多次。
前面讲到了方块电路原理图的设计方法,多通道原理图的设计方法与此类似。现在根据实例详细讲述绘制多通道原理图的一般过程。
1.建立多通道原理图
1)首先建立一个多通道原理图的项目,文件名为Peak Detector-Mul Channel.PrjPcb。
2)启动原理图设计管理器,创建一个名为Peak Detector MulChannel.SchDoc的原理图文件。启动原理图设计管理器后,执行放置元件和绘图命令,绘制如图5-23所示的原理图。

图5-23  Peak Detector MulChannel.SchDoc的原理图

3)建立一个新的原理图文件,文件名为Bank.SchDoc,然后绘制一个方块电路图,实现多通道连接到Peak Detector MulChannel.SchDoc。
4)执行Place→Sheet Symbol命令,在图纸上放置方块电路。然后使用鼠标双击方块电路,在如图5-24所示的方块图属性对话框中设置其属性,设置的属性为:

图5-24  方块图属性对话框

  在Filename编辑框中输入Peak Detector MulChannel.SchDoc。
  在Designator编辑框中输入Repeat(PD,1,8)。多通道原理图设计时,重复使用子原理图的次数可以使用如下的表达式来实现:
Repeat(Sheet_symbol_name,first_channel,last_channel)
其中Sheet_symbol_name表示方块图名,first_channel为第一通道,last_channel为最后一个通道,本实例设计了8个通道,即8次调用Peak Detector MulChannel.SchDoc子原理图。
5)在方块图中添加如图5-25所示的方块电路出入端口,名称如图所示。

图5-25  绘制方块电路出入端口

其中OFF和REPEAT(PULSE)方块电路出入端口特性为Input,REPEAT(PEAK)方块电路出入端口特性为Output。另外在图纸上添加一个OFF端口,其I/O Type为Input。
同时,在图纸上完成如图5-25所示的原理图绘制及连接。
6)建立一个原理图文件,名为Peak Detector.SchDoc,然后执行与上面创建Bank.SchDoc类似的步骤,绘制如图5-26所示的原理图,该原理图调用Bank.SchDoc文件4次,即生成了4通道,使用了REPEAT(BANK,1,4),其中BANK为方块电路名。

图5-26  绘制的Peak Detector.SchDoc原理图文件

7)执行Project→Compile PCB Project命令,对Peak Detector - Mul Channel.PrjPcb进行编译,可以从编译管理器(如图5-27所示)中看到多通道原理图设计的情况,读者可以看到多通道调用情况。
2.查看多通道原理图
执行Project→View Channels命令,系统将弹出如图5-28所示的项目元件对话框,在该对话框中,可以看出原理图有多少通道,每个元件被调用了多少次。本实例共有32个通道。
如果单击Component Report按钮,则可以生成元件报表,从元件报表情况也可以看出通道调用情况,并可以打印出来。
技巧:使用多通道设计方法来设计原理图,可以大大提高设计效率,减少重复性的工作,这对于大型的电路设计项目,特别是有多个相同模块的原理图,尤为有效。

图5-28  项目元件对话框

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