Altium Designer層次原理圖的設(shè)計(jì)方法教程

Kivy · 發(fā)表于 2018-11-13 13:50:47

層次原理圖設(shè)計(jì)

層次原理圖設(shè)計(jì)是在實(shí)踐的基礎(chǔ)上提出的，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步實(shí)現(xiàn)的一種先進(jìn)的原理圖設(shè)計(jì)方法。一個(gè)非常龐大的原理圖，可稱之為項(xiàng)目，不可能將它一次完成，也不可能將這個(gè)原理圖畫在一張圖紙上，更不可能由一個(gè)人單獨(dú)完成。Altium designer提供了一個(gè)很好的項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作環(huán)境，整個(gè)原理圖可劃分為多個(gè)功能模塊。這樣，整個(gè)項(xiàng)目可以分層次并行設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)進(jìn)程大大加快。

5.1 層次原理圖的設(shè)計(jì)方法

層次原理圖的設(shè)計(jì)方法實(shí)際上是一種模塊化的設(shè)計(jì)方法。用戶可以將系統(tǒng)劃分為多個(gè)子系統(tǒng)，子系統(tǒng)又可劃分為若干個(gè)功能模塊，功能模塊再細(xì)分為若干個(gè)基本模塊。設(shè)計(jì)好基本模塊并定義好模塊之間的連接關(guān)系，即可完成整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。

設(shè)計(jì)時(shí)，可以從系統(tǒng)開(kāi)始逐級(jí)向下進(jìn)行，也可以從基本模塊開(kāi)始逐級(jí)向上進(jìn)行，還可以調(diào)用相同的原理圖重復(fù)使用。

1．自上而下的層次原理圖設(shè)計(jì)方法

所謂自上而下就是由電路方塊圖產(chǎn)生原理圖，因此用自上而下的方法來(lái)設(shè)計(jì)層次原理圖，首先應(yīng)放置電路方塊圖，其流程如圖5-1所示。

圖5-1 自上而下的層次原理圖設(shè)計(jì)流程

2．自下而上的層次原理圖設(shè)計(jì)方法

所謂自下而上就是由原理圖（基本模塊）產(chǎn)生電路方塊圖，因此用自下而上的方法來(lái)設(shè)計(jì)層次原理圖，首先需要放置原理圖，其流程如圖5-2所示。

3．多通道層次原理圖的設(shè)計(jì)方法

Altium Designer引入了一個(gè)多通道設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它可以支持與其他通道相嵌的通道設(shè)計(jì)。許多涉及包含重復(fù)的電路，一塊電路板有可能重復(fù)一個(gè)模塊多達(dá)三十多次，或者會(huì)包含4個(gè)一樣的子模塊，每個(gè)子模塊又具有8個(gè)子通道等。設(shè)計(jì)人員必須努力使這種設(shè)計(jì)在原理圖級(jí)就與PCB布線關(guān)聯(lián)起來(lái)。盡管簡(jiǎn)單地復(fù)制和粘貼原理圖部分是相當(dāng)容易的，但是修改或更新這些原理圖部分就會(huì)任務(wù)很繁重。Altium Designer提供了一個(gè)真正的多通道設(shè)計(jì)，意味著用戶可以在項(xiàng)目中重復(fù)引用一個(gè)原理圖部分。如果需要改變這個(gè)被引用的原理圖部分，只需要修改一次即可。無(wú)任如何，Altium Designer不但支持多通道設(shè)計(jì)，而且還支持多通道的嵌套。典型的多通道層次原理圖的示意如圖5-3所示。

圖5-2 自下而上的層次原理圖設(shè)計(jì)流程

圖5-3中，主原理圖Main.SchDoc具有4個(gè)子模塊，每個(gè)子模塊均調(diào)用了原理圖A. SchDoc和B.SchDoc各一次。因此可以采用重復(fù)調(diào)用原理圖的方法來(lái)設(shè)計(jì)，將A. SchDoc和B.SchDoc分別設(shè)計(jì)為一個(gè)基本模塊，然后使用多通道設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)這兩個(gè)模塊的重復(fù)多次調(diào)用。

圖5-3 多通道層次原理圖的示意圖

關(guān)于多通道層次原理圖的具體操作，將在本章后面進(jìn)行詳細(xì)講解。

5.2 建立層次原理圖

前面講到了層次原理圖設(shè)計(jì)的幾種方法，現(xiàn)在就先利用其中的自上而下的層次原理圖設(shè)計(jì)方法，以圖5-4至圖5-6為例，詳細(xì)講述繪制層次原理圖的一般過(guò)程。

圖5-4所示是一個(gè)層次原理圖，整張?jiān)韴D表示了一張完整的電路。它分別由ISA總線和地址譯碼模塊（ISA Bus and Address Decoding.SchDoc，如圖5-5所示）、串口通信和線驅(qū)動(dòng)模塊（4 Port UART and Line Drivers.SchDoc，如圖5-6所示）以及層次原理圖模塊，其3個(gè)模塊組成。

圖5-4 繪制層次原理圖實(shí)例

圖5-5 層次原理圖的ISA總線和地址譯碼模塊

本實(shí)例將重點(diǎn)講述如何繪制層次原理圖模塊，該模塊圖的作用就是將兩個(gè)子模塊連接起來(lái)，形成一個(gè)完整的原理圖。對(duì)于ISA Bus and Address Decoding.SchDoc和4 Port UART and Line Drivers.SchDoc文件，讀者可以直接調(diào)用C:\Program Files\Altium Designer Winter 09\Examples\Reference Designs\4 Port Serial Interface目錄中的文件。

圖5-6 層次原理圖的串口通信和線驅(qū)到模塊

繪制層次原理圖的詳細(xì)操作過(guò)程如下：

1）啟動(dòng)原理圖設(shè)計(jì)管理器，建立一個(gè)層次原理圖文件，命名為4 Port Serial Interface.SchDoc。

2）在工作平面上打開(kāi)布線工具欄（Wiring Tools），執(zhí)行繪制方塊電路命令。用鼠標(biāo)左鍵單擊布線工具欄上的按鈕或者執(zhí)行Place→Sheet Symbol命令。

3）執(zhí)行命令后，光標(biāo)變?yōu)槭中螤�，并帶著方塊電路，如圖5-7所示。

圖5-7 放置方塊電路的狀態(tài)

4）在此命令狀態(tài)下，按〈Tab〉鍵，會(huì)出現(xiàn)方塊電路屬性設(shè)置對(duì)話框，如圖5-8所示。

圖5-8 方塊電路屬性設(shè)置對(duì)話框

在對(duì)話框中，在Filename編輯框中設(shè)置文件名為ISA Bus and Address Decoding.SchDoc。這表明該電路代表了ISA Bus and Address Decoding（ISA總線和地址譯碼模塊）。在Designator編輯框中設(shè)置方塊圖的名稱為U_ISA Bus and Address Decoding，如圖5-8所示。

5）設(shè)置完屬性后，確定方塊電路的大小和位置。將光標(biāo)移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢煤�，單擊鼠�?biāo)左鍵，確定方塊電路的左上角位置。然后拖動(dòng)鼠標(biāo)，移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢煤螅瑔螕羰髽?biāo)左鍵，確定方塊電路的右下角位置。這樣就定義了方塊電路的大小和位置，繪制出了一個(gè)名為U_ISA Bus and Address Decoding的模塊，如圖5-9所示。

圖5-9 繪制名為U_ISA Bus and Address Decoding的方塊電路

用戶如果要更改方塊電路名稱或其代表的文件名，只需用鼠標(biāo)雙擊文字標(biāo)注，會(huì)出現(xiàn)如圖5-10所示的方塊電路文字屬性設(shè)置對(duì)話框。

圖5-10 方塊電路文字屬性設(shè)置對(duì)話框

6）繪制完一個(gè)方塊電路后，仍處于放置方塊電路的命令狀態(tài)下，用戶可以用同樣的方法放置其他的方塊電路，并設(shè)置相應(yīng)的方塊電路文字屬性，結(jié)果如圖5-11所示。

圖5-11 繪制完所有的方塊電路

7）執(zhí)行放置方塊電路端口的命令，方法是用鼠標(biāo)左鍵單擊布線（Wiring）工具欄中的按鈕或者執(zhí)行Place→Add Sheet Entry命令。

8）執(zhí)行命令后，光標(biāo)變?yōu)槭中螤�，然后在需要放置端口的方塊電路上單擊鼠標(biāo)左鍵，此時(shí)光標(biāo)處就顯示方塊電路的端口符號(hào)，如圖5-12所示。

注意：當(dāng)在需要放置端口的方塊電路上單擊鼠標(biāo)左鍵，光標(biāo)處出現(xiàn)方塊電路的端口符號(hào)后，光標(biāo)就只能在該方塊電路內(nèi)部移動(dòng)，直到放置了端口并結(jié)束該操作以后，光標(biāo)才能在繪圖區(qū)域自由移動(dòng)。

圖5-12 放置方塊電路端口的狀態(tài)

在此命令狀態(tài)下，按〈Tab〉鍵，系統(tǒng)會(huì)彈出方塊電路端口屬性設(shè)置對(duì)話框，如圖5-13所示。

圖5-13 方塊電路端口屬性設(shè)置對(duì)話框

在對(duì)話框中，將端口名（Name）編輯框設(shè)置為-WR，即將端口名設(shè)為寫選通信號(hào)；I/O Type選項(xiàng)有不指定（Unspecified）、輸出（Output）、輸入（Input）和雙向（Bidirectional）4種，在此設(shè)置為Output，即將端口設(shè)置為輸出；端部形狀（Side）設(shè)置為Right；端口樣式（Style）設(shè)置為Right；其他選項(xiàng)可根據(jù)用戶的個(gè)人習(xí)慣來(lái)設(shè)置。

9）設(shè)置完屬性后，將光標(biāo)移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢�，單擊鼠�?biāo)左鍵將其定位，如圖5-14所示。同樣，根據(jù)實(shí)際電路的安排，可以在ISA Bus and Address Decoding模塊上放置其他端口，如圖5-15所示。

10）重復(fù)上述操作，設(shè)置其他方塊電路，如圖5-16所示。

圖5-14 放置完一個(gè)端口圖5-15 放置完端口的方塊電路

圖5-16 放置完所有端口的層次原理圖

11）在圖5-16的基礎(chǔ)上，將電氣上具有相連關(guān)系的端口用導(dǎo)線或總線連接在一起，如圖5-17所示。

圖5-17 層次原理圖的最終結(jié)果

通過(guò)上述步驟，就建立了一個(gè)層次原理圖，其子模塊為如圖5-5和圖5-6所示的子模塊。

5.3 由方塊電路符號(hào)產(chǎn)生新原理圖的I/O端口符號(hào)

在采用自上而下設(shè)計(jì)層次原理圖時(shí)，首先建立方塊電路，再制作該方塊電路相對(duì)應(yīng)的原理圖文件。而制作原理圖時(shí)，其I/O端口符號(hào)必須和方塊電路的I/O端口符號(hào)相對(duì)應(yīng)。Altium Designer提供了一條捷徑，即由方塊電路端口符號(hào)直接產(chǎn)生原理圖的端口符號(hào)。

下面以圖5-17為例，講述其一般步驟。

1）選擇Design→Create Sheet From Sheet Symbol命令。

2）執(zhí)行命令后，光標(biāo)變成十字形狀，移動(dòng)光標(biāo)到方塊電路上，如圖5-18所示。

圖5-18 移動(dòng)光標(biāo)至方塊電路

3）單擊鼠標(biāo)左鍵，則Altium Designer自動(dòng)生成一個(gè)文件名為ISA Bus and Address Decoding.SchDoc的原理圖，并布置好I/O端口，如圖5-19所示。

圖5-19 產(chǎn)生新原理圖的端口

5.4 由原理圖文件產(chǎn)生方塊電路符號(hào)

如果在設(shè)計(jì)中采用自下而上的設(shè)計(jì)方法，則應(yīng)先設(shè)計(jì)原理圖，再設(shè)計(jì)方塊電路。Altium Designer提供了一條捷徑，即由一張已經(jīng)設(shè)置好端口的原理圖直接產(chǎn)生方塊電路符號(hào)， 4.12節(jié)已經(jīng)講述過(guò)由原理圖產(chǎn)生層次圖的方塊電路。下面以圖5-17為例，講述其一般步驟。

1）選擇Design→Create Sheet Symbol From Sheet or VHDL命令。

2）執(zhí)行命令后，會(huì)出現(xiàn)如圖5-20所示的對(duì)話框。選擇要產(chǎn)生方塊電路的原理圖文件，然后確認(rèn)。方塊電路會(huì)出現(xiàn)在光標(biāo)上，如圖5-21所示。

圖5-20 選擇產(chǎn)生方塊電路的原理圖文件對(duì)話框

3）移動(dòng)光標(biāo)到適當(dāng)位置，按照前面放置方塊電路的方法，將其定位，則可自動(dòng)生成名為U_4 Port UART and Line Drivers的方塊電路，如圖5-22所示。然后根據(jù)層次原理圖設(shè)計(jì)的需要，可以對(duì)方塊電路上的端口進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

圖5-21 由原理圖文件產(chǎn)生的方塊電路符號(hào)的狀態(tài) 圖5-22 產(chǎn)生的方塊電路

5.5 建立多通道原理圖

Altium Designer提供了多通道原理圖設(shè)計(jì)的功能，用戶可以繪制一個(gè)能被多個(gè)原理圖模塊使用的原理圖子模塊。這種多通道原理圖設(shè)計(jì)可以放置多個(gè)方塊電路，允許單個(gè)子原理圖被調(diào)用多次。

前面講到了方塊電路原理圖的設(shè)計(jì)方法，多通道原理圖的設(shè)計(jì)方法與此類似�，F(xiàn)在根據(jù)實(shí)例詳細(xì)講述繪制多通道原理圖的一般過(guò)程。

1．建立多通道原理圖

1）首先建立一個(gè)多通道原理圖的項(xiàng)目，文件名為Peak Detector-Mul Channel.PrjPcb。

2）啟動(dòng)原理圖設(shè)計(jì)管理器，創(chuàng)建一個(gè)名為Peak Detector MulChannel.SchDoc的原理圖文件。啟動(dòng)原理圖設(shè)計(jì)管理器后，執(zhí)行放置元件和繪圖命令，繪制如圖5-23所示的原理圖。

圖5-23 Peak Detector MulChannel.SchDoc的原理圖

3）建立一個(gè)新的原理圖文件，文件名為Bank.SchDoc，然后繪制一個(gè)方塊電路圖，實(shí)現(xiàn)多通道連接到Peak Detector MulChannel.SchDoc。

4）執(zhí)行Place→Sheet Symbol命令，在圖紙上放置方塊電路。然后使用鼠標(biāo)雙擊方塊電路，在如圖5-24所示的方塊圖屬性對(duì)話框中設(shè)置其屬性，設(shè)置的屬性為：

圖5-24 方塊圖屬性對(duì)話框

 在Filename編輯框中輸入Peak Detector MulChannel.SchDoc。

 在Designator編輯框中輸入Repeat（PD，1，8）。多通道原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，重復(fù)使用子原理圖的次數(shù)可以使用如下的表達(dá)式來(lái)實(shí)現(xiàn)：

Repeat(Sheet_symbol_name,first_channel,last_channel)

其中Sheet_symbol_name表示方塊圖名，first_channel為第一通道，last_channel為最后一個(gè)通道，本實(shí)例設(shè)計(jì)了8個(gè)通道，即8次調(diào)用Peak Detector MulChannel.SchDoc子原理圖。

5）在方塊圖中添加如圖5-25所示的方塊電路出入端口，名稱如圖所示。

圖5-25 繪制方塊電路出入端口

其中OFF和REPEAT（PULSE）方塊電路出入端口特性為Input，REPEAT（PEAK）方塊電路出入端口特性為Output。另外在圖紙上添加一個(gè)OFF端口，其I/O Type為Input。

同時(shí)，在圖紙上完成如圖5-25所示的原理圖繪制及連接。

6）建立一個(gè)原理圖文件，名為Peak Detector.SchDoc，然后執(zhí)行與上面創(chuàng)建Bank.SchDoc類似的步驟，繪制如圖5-26所示的原理圖，該原理圖調(diào)用Bank.SchDoc文件4次，即生成了4通道，使用了REPEAT（BANK，1，4），其中BANK為方塊電路名。

圖5-26 繪制的Peak Detector.SchDoc原理圖文件

7）執(zhí)行Project→Compile PCB Project命令，對(duì)Peak Detector - Mul Channel.PrjPcb進(jìn)行編譯，可以從編譯管理器（如圖5-27所示）中看到多通道原理圖設(shè)計(jì)的情況，讀者可以看到多通道調(diào)用情況。

2．查看多通道原理圖

執(zhí)行Project→View Channels命令，系統(tǒng)將彈出如圖5-28所示的項(xiàng)目元件對(duì)話框，在該對(duì)話框中，可以看出原理圖有多少通道，每個(gè)元件被調(diào)用了多少次。本實(shí)例共有32個(gè)通道。

如果單擊Component Report按鈕，則可以生成元件報(bào)表，從元件報(bào)表情況也可以看出通道調(diào)用情況，并可以打印出來(lái)。

技巧：使用多通道設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)原理圖，可以大大提高設(shè)計(jì)效率，減少重復(fù)性的工作，這對(duì)于大型的電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目，特別是有多個(gè)相同模塊的原理圖，尤為有效。

圖5-28 項(xiàng)目元件對(duì)話框