2.2.16 原理图设计实例

下面以图2-34所示的两级放大电路为例，说明绘制电路原理图的方法。

⑴新建一个原理图文件。建立一个新的项目文件AMP.ddb，新建一个原理图文件，将文件名改为AMP。

⑵设置图纸的文档参数。设置图纸大小为A4，其余默认。

⑶装入元器件库。本电路中，需要用的元件为电阻、电解电容和三极管，它们在分立元件库（Miscellaneous Device.ddb）中，载入该元件库。

⑷放置元件。在元件列表中选中RES2放置电阻，选中NPN放置三极管，选中Electro1放置电解电容。

⑸调整元件。放置好元件后，用鼠标选中元件，将其拖到合适位置，有些元件还需作旋转，调整后的原理图如图所示。

⑹连接导线。执行菜单Place→Wire放置连线，执行菜单Place→Junction放置节点，如图所示将电路图连接好。

⑺放置I/O端口。执行菜单Place→Port，依次放置输入端口IN和输出端口OUT，并连接线路。

⑻由于图中三极管的标号不符合国标要求，将其标号修改为V？。

⑼执行菜单Tools→Annotate重新标注元件，并设置标称值，完成的电路如图所示。

⑽保存电路图。

                                                             

2.3 层次电路图设计

当电路比较复杂时，用一张原理图来绘制显得比较困难，此时可以采用层次型电路来简化电路。层次型电路将一个庞大的电路原理图(称为项目)分成若干个模块，且每个模块可以再分成几个基本模块。各个基本模块可以由工作组成员分工完成，这样可以大大提高设计效率。

层次型电路的设计可采取自上而下或自下而上的设计方法。本节采用自上而下的设计方式进行介绍。

 

层次电路图按照电路的功能区分，在其中的子图模块中代表某个特定的功能，类似于自定义的元件。

层次电路图的结构与操作系统的文件目录结构相似，选择设计管理器的Explorer选项卡可以观察到层次图的结构。

在一个项目中，处于最上方的为主图，一个项目只有一个主图，扩展名为prj；在主图下方所有的电路均为子图，扩展名为sch。

图示为层次电路图Z80 Processor.prj的结构。

在层次式电路中，通常主图中是以若干个方块图组成，它们之间的电气连接通过I/O端口和网络标号实现。

 

1.电路方块图设计

电路方块图，也称为子图符号，是层次电路中的主要组件，它对应着一个具体的内层电路。图示为某电路的主图文件，它由两个电路方块图组成。

执行菜单Place→Sheet Symbol，或单击工具栏上按钮 ，在属性对话框中，设置相关参数，在File Name中填入子图的文件名（如FB.sch），Name中填入子图符号的名称（如方波），设置完毕后，改变其大小，大小合适后，再次单击鼠标左键，放下子图符号。

2.放置子图符号的I/O接口 

执行菜单Place→Add Sheet Entry，或单击工具栏上按钮，

I/O端口被限制在子图符号的边界上。 

子图符号端口属性对话框，其中：

Name：端口名；

I/O Type：端口电气特性设置；

Style：端口方向设置；

Side：设置I/O端口在子图的左边（Left）或右边（Right）；

Position：子图符号I/O端口的上下位置，以左上角为原点，每向下一格增加1。

 

3.设置图纸信息

执行Design→Options，参数设置对话框中，选中Organization选项卡，设置图纸信息。

4.由子图符号生成子图文件

执行菜单Design→Create Sheet From Symbol，在是否颠倒I/O端口的电气特性的对话框中：

若选择“是”，则生成的电路图中的I/O端口的输入输出特性将与子图符号I/O端口的输入输出特性相反；

若选择“否”，则生成的电路图中的I/O端口的输入输出特性将与子图符号I/O端口的输入输出特性相同，一般选择“否”。

此时Protel99SE自动生成一张新电路图，电路图的文件名与子图符号中的文件名相同，同时在新电路图中，已自动生成对应的I/O端口。

                                                                              

5.层次电路的切换

在层次电路中，经常要在各层电路图之间相互切换，切换的方法主要有2种。

⑴利用设计管理器，鼠标左键单击所需文档，便可在右边工作区中显示该电路图。

⑵执行菜单Tools→Up/Down Hierarchy或单击主工具栏上按钮 ，将光标移至需要切换的子图符号上，单击鼠标左键，即可将上层电路切换至下一层的子图；若是从下层电路切换至上层电路，则是将光标移至下层电路的I/O端口上，单击鼠标左键进行切换。

自上而下层次式电路图设计的基本步骤：

新建一个原理图文件。

绘制主图。

绘制子图电路。

设置图纸编号。

文件保存。

以图2-41所示的信号发生器为例介绍层次电路的设计，其中方波形成电路为子图1，三角波形成电路为子图2。

⑴建立一个新文件。新建一个电路图文件，作为主图。

⑵放置子图符号，设置相关参数为：File Name为FB.sch，Name为“方波”。

将子图符号移至合适的位置后，改变其大小合适后，放下子图符号。

同样方法放置第二个子图符号，其File Name设置为SJB.sch，Name设置为“三角波”，子图放置完毕。放置完毕后的子图如图2-37所示。

⑶执行Place→Add Sheet Entry，放置子图符号的输出端口。设置端口属性，具体为：Name：Uo1；I/O Type：Output；Side：Right；Style：Right。

同样方法放置其它端口符号。

⑷执行菜单Place→Wire，绘制主图中所需的导线，完成主图连接。

⑸执行File→Save Copy As，Name设置为Function.prj，Format设置为*.prj，代表该文件是主图项目文件，保存主图。

⑹执行 Design→Create Sheet From Symbol，将光标移到FB.sch子图符号上，颠倒I/O端口的电气特性的对话框中选择“否”，系统自动生成一个新电路图，并产生了一个I/O端口 Uo1。在此电路图中完成子图1的电路绘制，并绘制方波波形。同样的方法完成子图2的绘制。

⑺执行菜单Design→Options，在弹出的对话框中选中Organization选项卡，在Sheet栏的No.中设置图纸编号，本例中依次将主图、子图1、子图2编号为1、2、3，图纸总数设置为3。

⑻执行菜单File→Save All保存所有文件。

层次式原理图的制作除了上述的自上而下的设计方式外，也可以采用自下而上的设计方式，即先设计子图，再设计主图，设计的方法基本一致。

电气规则检查（ERC）是按照一定的电气规则，检查电路图中是否有违反电气规则的错误。ERC检查报告以错误（Error）或警告（Warning）来提示。

进行电气规则检查后，系统会自动生成检测报告，并在电路图中有错误的地方放上红色的标记 。

执行菜单Tools→ERC，电气规则检查设置对话框中各项参数的含义如下：

一定要ERC检查SCH的连线是否有问题，基本上可以消除漏连，重复编号等错误。

⑴ ERC Options区

Multiple net names on net：检测是否同一网络上存在多个网络标号。

Unconnected net labels：对存在未实际连接的网络标号，给出错误报告。

Unconnected power objects：对电路中存在未连接的电源或接地符号时，给出错误报告。如果把Power Port的Vcc改为+5V，则+5V和其它Vcc名称的管脚就被看成是两个完全不同的图件，在检查时会给出错误标记。

Duplicate sheet designator：对电路图中出现图纸编号相同的情况，给出错误报告。

Duplicate component designator：对电路中元件标号重复的情况给出错误报告。

Bus label format errors：对电路图中存在总线标号格式错误的情况给出错误报告。正确的BUS格式，如D[0..7]代表单独的网络标号D0～D7。

Floating input pins：对电路中存在输入管脚悬空的情况给出错误报告。

Suppress warning：进行ERC检测时将跳过所有的警告型错误。

⑵ Options区

Create report file：进行ERC检测后，将给出检测报告*.ERC。

Add error marks：进行ERC检测后，将在电路图上有错的地方放上红色错误标记 。

Descend into sheet parts：设定检查范围是否深入到元件内部电路。

⑶ Sheets to Netlist下拉列表框：选择检查的范围，Active Sheets（当前电路图）、Active Project（当前项目文件）、Active Sheet Plus Sub Sheets（当前的电路图与子图）。

⑷Net Identifier Scope下拉列表框。用来设置进行ERC检测时，各图件的作用范围。

Net Labels and Ports Global代表网络标号和电路I/O端口在整个项目文件中的所有电路图中都有效；

Only Ports Global代表只有I/O端口在整个项目文件中有效；

Sheet Symbol/Port Connections代表在子图符号I/O口与下一层的电路I/O端口同名时，二者在电气上相通。

单击Rule Matrix选项卡进入检查电气规则矩阵设置，一般选择默认。

图中出现两个相同的元件标号R1，进行电气规则检查，电路图中在重复的标号R1上放置错误标记，提示出错，同时自动产生并打开一个检测报告。

图中有4个错误报告，前3个错误是由于该层次图未设置图纸编号，第4个错误是由于重复的标号，坐标(249，244)的R1与坐标(199，304)的R1。

按照程序给出的错误情况修改电路图，上图中将U1输出端的电阻标号改为R4，然后再次进行ERC检测，错误消失。

网络表文件（*.Net）是一张电路图中全部元件和电气连接关系的列表，它包含电路中的元件信息和连线信息，是电路板自动布线的灵魂。

1.生成网络表

在生成网络表前，必须对原理图中所有的元件设置好元件标号（Designator）和封装形式（Footprint）。

执行菜单Design→CreateNetlist，网络表对话框中的具体内容如下：

⑴ Output Format下拉列表框：设置网络表格式，一般选取Protel。

⑵ Net Identifier Scope下拉列表框：设置网络标号、子图符号I/O口、电路I/O端口的作用范围。

u Net Labels and Ports Global代表网络标号和电路I/O端口在整个项目文件中的所有电路图中都有效；

u Only Ports Global代表只有I/O端口在整个项目文件中有效；

u Sheet Symbol/Port Connections代表在子图符号I/O口与下一层的电路I/O端口同名时，二者在电气上相通。

⑶ Sheets to Netlist下拉列表框：选择产生网络表的范围，Active Sheets(当前电路)、Active Project(当前项目文件)、Active Sheet Plus Sub Sheets(当前电路图与子图)。

   

⑷ Append Sheet Numbers To Local Net Name复选框：在生成网络表时，将电路图的编号附在每个网络名称上，以识别该网络的位置。

⑸Descend into sheet parts复选框：在生成网络表时，系统将元件的内电路作为电路的一部分，一起转化为网络表。

⑹Include Un-Named Single Pin Nets复选框：在生成网络表时，将电路图中没有名称的管脚，也一起转换到网络表中。

2.网络表的格式

执行菜单Design→Create Netlist，设置参数后，单击OK按钮，程序便自动生成并打开网络表文件。

Protel格式的网络表是一种文本式文档，由两个部分组成：

第一部分为元件描述段，以“[”和“]”将每个元件单独归纳为一项，每项包括元件名称、标称值和封装形式；

第二部分为电路的网络连接描述段，以“(”和“)”把电气上相连的元件管脚归纳为一项，并定义一个网络名。

[ 【元件描述开始符号】

R1 【元件标号（Designator）】

AXIAL0.4 【元件封装（Footprint）】

10k 【元件型号或标称值（Part Type）】

【三空行对元件作进一步说明，可用可不用】

] 【元件描述结束符号】

……

( 【一个网络的开始符号】

NET_V1-1 【网络名称】

R1-1 【网络连接点：R1的1脚】

V1-1 【网络连接点：V1的1脚】

) 【一个网络结束符号】

……

 

一般电路图绘制完毕，需要打印输出原理图文件，并且还要产生一份元器件清单，以便于采购或装配。

2.5.1 生成元件清单

执行菜单Reports→Bill of Material，可以产生元件清单，它给出电路图中所用元件的数量、名称、规格等。

对话框提示选择项目文件 （Project）或图纸（Sheet），根据需要选择；产生的清单格式选择Protel Format格式（产生文件*.BOM），或选择Client Spreadsheet格式（产生文件为电子表格形式，*.XLS），其它的对话框均按默认设置，直接单击Next按钮进行下一步操作；结束操作，系统产 生两种类型的元件清单。

图2-48和图2-49所示为稳压电源的元件清单。

执行菜单File→Setup Printer或单击工具栏上按钮 ，进入原理图打印设置。

原理图打印设置对话框中各项说明：

Select Printer下拉列表框：用于选择打印机。

Properties按钮：设置打印参数。对话框中，“大小”下拉列表框用于设置纸张的大小，“来源”下拉列表框用于设置纸张的来源，“方向”区用于设置打印的方向。

Batch Type下拉列表框：设置打印文档范围，有当前文档和所有文档两个选择。

Color下拉列表框：设置打印时的颜色，有Color(彩色方式)和Monochrome(黑白打印)两种。

Margins区：用于设置图纸与纸张边沿的距离，单位为英寸。

Scale区：用于设置打印的比例，选中Scale Fit Page复选框，系统将根据纸张的大小和方向自动计算打印比例的大小。

Preview区：用于观察电路在图纸中的位置，单击Refresh按钮可以重新显示改变设置后的预览效果。

设置好各项参数，单击Print按钮打印输出原理图。如果直接执行菜单File→ Print，系统将直接打印输出原理图，而不进行打印设置。

本章主要讲述原理图绘制软件的功能及应用。

? 在绘制原理图前一般要先设置文档参数和工作系统参数。

? 绘制原理图一般包括参数设置、放置元件、元件连线、编辑调整和打印输出等步骤。电路的绘制即可以使用菜单命令，也可以使用画图工具栏。

? 原理图绘制中，总线必须和网络标号配合使用，总线不是实际的连线，只是一种示意线，网络标号则能体现连接信息，具有相同网络标号的连线在电气性能上是相连的。

?在复杂的电路中，可以采用层次式电路图来简化电路，层次图电路由主图和若干个子图构成，它们之间的连接通过I/O端口和网络标号实现。

? 电路绘制完毕，通过ERC检查可以了解电路中有无错误。

? 绘制完毕的电路图可以生成网络表和元件清单，前者包含着元件的封装信息和连线信息，是联系印制板设计的纽带；后者主要包含元件的标号、标称值和数量等信息。

? 原理图绘制完毕可以通过打印机或绘图仪输出电路图。

掌握：

? 绘制原理图前文档参数和工作系统参数的设置；绘制原理图过程中设计图纸参数、绘图栅格的设置；绘制原理图工具的使用；元件、电源和接地符号、电路I/O端口的放置；元件的布局和线路连接；总线和网络标号的使用；元件属性的编辑；原理图的编辑调整；原理图的打印输出。

?网络表生成；原理图的打印输出。

了解：

?原理图中文字符号的放置；电路波形的绘制。

?层次电路图设计；电气规则的检查；元件清单的生成。