5.1.3 层次原理图的设计方法(2)
层次原理图设计
主讲人：张艳阳
一.有关层次原理图的概念
1.层次化设计思想 将复杂的电路分成总图（顶层图）和若干层子图， 子图是功能模块电路，顶层图用代表子图的方块 表示，这样使电原理图结构清晰明了。 2.几个概念 方块电路：它代表本图下一层的子图，是层次原 理图所特有的。 方块电路端口：它是方块电路所代表的下层子图与 其他电路连接的端口。它与和它同名的下层子图 的I/O端口相连。
I
N
U_1.SchDoc
U_1
IN1
OUT1
U_2.SchDoc
U_2
例1：两级放大电路
IN2
OUT2
O
U
T
IN1
0.22uF
Cap
Pol1
C
3
1
Res2
R
7
Res2
R
0 5 1
5
K
K
VCC
7
Res2
R
2N3904 5.1K Res2 R
Q
5 6 1 2
0
1
Cap
Pol1
C
0 4
u
F
OUT1
四.自底向上设计方法（Bottom Up）
设计步骤： 1.绘制底层模块电原理图； 2.在同一项目中新建原理图文件 3.放置代表各底层模块的方块电路
方法：菜单命令Design/Create Symbol From Sheet。（自动产生方块电路！） 4.连线
例：单片机层次原理图
五.层次原理图间的切换
可以从总图切换到子图；也可以从子图切换 到总图。 切换工具： 1、菜单命令[Tools]/[Up/Down Hierarchy]； 2、主工具栏图标。
层次原理图设计步骤
层次原理图设计步骤一. 新建工程文件及原理图文件1. 在D盘新建一个文件夹D:/student2. 建立一个工程文件，选择File/New/Project/PCB Project，如：单片机最小系统.prjdoc3. 新建一个原理图文件，选择File/New/Schematic，如：单片机最小系统.schdoc4. 绘制原理图父图（1）放置方块电路点击Place/Sheet Symbol命令，或点击快捷键，放置方块电路，按Tab键打开属性对话框。
注意：标号Designator与文件名Filename必须一致，如都为CPU功能模块。
（2）放置方块入口点击Place/Sheet Entry命令，或点击快捷键，放置方块入口，按Tab键打开属性对话框。
注意：入口的名称Name，如XTAL1和I/O类型（Input、Output、Bidirectional），以及端口方向Style 选择。
（3）连线画好各功能模块后，要对其进行连线。
注意：在总线上放置总线标号，如A[0..15]、AD[0..7]。
二. 分别绘制方块电路符号所对应的子原理图1. 将光标点到某一模块上，执行Design/Create Sheet From Symbol命令，或点右键，选择Sheet Symbol Action/Create Sheet From Symbol命令，显示一个对话框Reverse Input/Output Direction：Yes（输入、输出类型变化）、No（Input、Output类型不变）；应选择No。
2. 开始画出对应的各张子原理图（1）CPU功能模块：注意：（a）调整端口位置；（b）放置元器件，并调整位置，强调放置元器件的方法（特别是标号），如何搜索元器件。
（c）放置网络标号网络标号要放在导线上，不能放到管脚上（强调）；强调放置网络标号的方法；放置总线及总线入口，强调总线标号；（d）连接导线，注意方法及线形Wire。
《计算机辅助设计课件》第5章 层次原理图设计
点和方块图进出点之间的关系。
图5.1 层次原理图设计 电路方块图1中包含两个名为0和1的输入点和名为2和3的输出点， 它们代表了该方块图对应的原理图与其他电路模块的信号传输点。电 路方块图2及其对应的原理图情况相同，只不过与电路方块图中的信 号输入输出点方向正好相反。
电路方块图代表了部分电路模块与其他电路模块的信号输入输出点。电 路方块图使设计简洁明了，更好地表达了各电路模块之间的关系。 在同一项目的所有电路中，同名的出入点（包括方块图进出点和电路的 输入输出点）之间具有电路连接关系。相同网络名称的线路在同一个电路原 理图中是相互连接的。如，电路方块图1对应的输入点分别被命名为网络节 点Net0和Net1，电路原理图中具有对应的网络节点Net0和Net1。他们的电气 特性只局限在所在电路原理图中，即电路方块图1中的网络节点Net0与它所 对应的电路原理图中的网络节点Net0没有电气连接关系，网络节点Net1同样 如此。网络节点命名的输入输出点有相同名称“0”，使电路方块图1中的网 络节点Net0与对应的电路原理图的网络节点Net1间接有了电气连接关系。
图5.14 生成原理子图的端口
（4）将设计的电路反映到ISA Bus and Address Decoding.SchDoc原理图中， 分配各电路输入输出端口到具体的电路部分，最后成形电路原理图。
图5.15 完成的原理图子图
按照同样的方法，可以生成4 Port UART and Line Drivers.SchDoc电 路原理图。这样，就完成了整个层次原理图的绘制工作。 5.2.2 自下而上的设计方法 自上而下的层次电路设计方法需要设计人员对所设计的电路，预先有一 个系统的把握才能完整地定义设设计所需的电路端口。不过，一般的电路 设计设计人员往往对各电路模块所需的端口比较模糊。 自下而上的电路设计方法，首先完成各电路模块的设计。采用的是层层 向上组织的方法，最后完成整个电路的设计。不必预先考虑端口，所以， 实际电路设计中自下而上的方法被广泛应用。
层次电路原理图设计
2. 绘制方块电路
移动光标到合 适位置单击鼠 标左键，作为 方块电路的左 上角端点，此 时移动光标， 可带出方块电 路，当方块电 路大小合适时 再次单击鼠标 左键完成方块 电路FK1的绘
层次电路原理图设计
3. 绘制其它方块电路
层次电路原理图设计
5.2.3 放置方块电路端口
方块电路绘制完成后，为了建立方 块电路之间的电气连接，必须为方 块电路添加方块电路端口，下面以 放置显示模块方块电路中的端口 “P1[0..7]”为例讲解具体放置方法。
方块电路端口
层次电路原理图设计
2. 方块电路端口
为了表示各子原理图之间的电气连 接关系，各方块电路之间需要有相 互连接的电气端口，即方块电路端 口，如上页图所示，通过方块电路 端口，可以清楚的表达和实现各子 原理图之间的电气连接关系。
层次电路原理图设计
3. 方块电路之间的连接
方块电路代表的是子原理图，各子 原理图必须根据系统的要求相互连 接，才能构成实用的电路系统。为 了实现子原理图之间的电气连接， 用户只需将方块电路端口通过导线 或总线连接起来即可。如下页图所 示。
层次电路原理图设计
方块电路属性
按键盘上的【Tap】键，弹出如图所 示的方块电路属性对话框。
层次电路原理图设计
方块电路属性
方块电路属性对话框中主要的属性有： 【Designator】：方块电路序号，和元件序 号作用相同，不能重复。 【】：文件名，即方块电路代表的子原理 图文件名称，最好不要采用中文命名。 因为此处绘制显示模块的方块电路，而 且是第一个方块电路，所以在 【Designator】栏输入“FK1”，表示第一 个方块电路，在【】输入 “display.SchDoc”，表示显示模块。
层次原理图绘制
其设计方法有两种
自上而下，由电路模块图产生原理图 自下而上，由原理图产生电路模块图。
作业及练习
1．填空题 （ 1 ）设计层次原理图时，既可以 进行设计。 （2）所谓自上而下的设计方法，就是由 产生 。 （3）在设计层次原理图时，如果不清楚每个模块到底有哪些端口， 进行设计，也可以
就可以采用
原理图设计—— 层次原理图
大型设计采取的一种最佳设计方式
内容提要
1 层次原理图的设计简介 2 3 4 5
层次原理图的设计 层次原理图之间的切换 本章小结
作业及练习
知识点及技能点
▲ 理解原理图设计中层次化的电路设计方法 ▲ 熟练掌握方块电路的绘制、方块电路端口的放置 ▲ 熟练掌握方块电路和端口的属性设置 ▲ 熟练使用自上而下的方法设计层次原理图 ▲ 熟练使用自下而上的方法设计层次原理图 ▲ 熟练掌握总图与子图的切换
底层原理图“4 Port UART and Line Drivers.SchDoc”和“ISA Bus and Address Decoding .SchDoc”分别如如图2和图3所示。
图2 底层原理图“4 Port UART and Line Drivers.SchDoc”
将内部结构绘画清楚 图3 底层原理图“ISA Bus and Address Decoding .SchDoc”
C. Convert Part To Sheet Symbol A. P / U B. P / S C. P / N
B. Annotate
D. Cross Probe D. P / A
（3）绘制层次原理图时，放置方块电路的快捷键为（ ）。
4．上机操作题
绘制下图所示的信号发生器电路 并将电路改画为层次原理图电路
3层次原理图设计(2)
输出端口
电路图(四)
电路图(五)
用户可以将整个产品系统划分为若干个子系统，每一个子系统 可以划分为若干个功能模块，而每一个功能模块还可以再细分 为若干个基本的小模块，这样依次细分下去，把整个系统划分 成了多个层次，电路设计由繁变简。理论上，同一个项目中可 以包含无限分层深度的无限张电路原理图。
层次原理图的实现
子图新名称重命名子图并更新项目中子图符号重命名子图并更新工作区中子图符号复制子图并更新当前的子图符号层次原理图之间的切换toolsdownhierarchy工具栏toolsdownhierarchy工具栏?元件的复制与移动?元件的自动编号?全局编辑?导航器面板navigator?列表面板schlist过滤器面板schfilter技巧?列表面板schlist过滤器面板schfilter?管理元件的模型?原理图模板元件的复制与移动?ctrlcctrlv?edit?标准工具栏?shift?ctrl?ctrl方向键?ctrlshift方向键?editmove元件的自动编号?原理图标注?toolsannotateschematics全局编辑?查找相似对象findsimilarobjects?editfindsimilarobjects?在对象上右击findsimilarobjects?检视编辑对象schinspector?例
自上而下
自下而上
在电子产品的开发过程中，采用不同的逻辑模块，进行不同的组合，会形成 功能完全不同的电子产品系统。用户完全可以根据自己的设计目标，先选取 或者先设计若干个不同功能的逻辑模块，之后通过灵活组合，来最终形成符 合设计需求的完整电子系统。这样一个过程，可以借助于自下而上的层次设 计方式来完成。
（2）修改注释为470uF（即移除16V这部分文本）。
层次原理图设计
• 鼠标指针变成十字形状，单击方框电路图，会弹 出“是否在生成的原理图文件中反转对应端口的 输入/输出属性”的询问对话框
5．子原理图的绘制
• 此时，可以看到生成了一个新的原理图文 件，名称为方框原理图属性设置中输入的 名称。
• 同时，也可以看到，在新的原理图文件中， 有和方框原理图上相同的端口。端口的名 称、风格、I/O类型与方框电路完全相同。
• 单击“配线工具栏”中的“放置图纸符号” 按钮。
• 移动鼠标到合适位置，确定第一个方框的 顶点，再移动鼠标，确定对角顶点
• 按同样的方法，绘制所有方框
2．设置方框电路图的属性，使之与 单张原理图有对应关系
双击方框电路图符号，设置电路图 的各种属性
• 可以进行位置、边框颜色、填 充色、尺寸等
• 标识符：方框电路图的标号， 该标号通常设置为所代表子原 理图的名称。
• 自顶向下的设计方法是指在绘制原理图之前对系 统的了解已经比较深入，对于电路的模块划分比 较清楚，可以在一开始就确定层次化设计中有多 少个模块，每个模块中包含多少个和其他模块进 行电气连接的端口。这些对应到原理图上就是需 要绘制多少张子原理图，每个子原理图中需要设 计哪些端口，还有顶层原理图的绘制内容等。这 样的方法，是从一张顶层原理图绘制开始的
流带来困难
层次原理图概述
• 采用层次化设计后，原理图将按照某种标 准划分成若干部分，分开在若干张图纸上 绘制。
• 这些图纸将由一张原理图来说明各个图纸 之间的关系，各个原理图之间通过端口或 者网络标号建立电气连接，即可以形成原 理图的层次。
层次化原理图的设计方法
• 层次化原理图的设计有两种途径：自顶向下和自 底向上
层次原理图的设计概述
选择电路面讲层次电路图的设计方法有两种，现在 就利用自上而下的方法设计一个4串行接口的 原理图。它们分别由串行接口和线驱动模块 （4 Port UART and Line Drivers.sch）和ISA总 线与地址解码（ISA Bus and Address Decoding.sch）两部分组成。 • 下图 是该原理图的层次电路图。
6
选择对话框 •
7
• 这个对话框询问在产生与电路方块图相对应的原理 图时，相对的输入输出点是否将信号方向反向，此 处应选择No。
2.自下而上的层次电路设计方法
此方法指首先画出原理图，再由原理图来产生方 块电路图的方法。和刚才的步骤相反，先绘制原理 图，再执行菜单“Desgin”下的 “Design\Create Symbol From Sheet ”。点击之后会 出现如下所示的对话框。从中选中要创建层次电路 图的方块图。（前提是要先建好子图。从总图操作 Design\Create Symbol From Sheet ）
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• 3.放置出入端口 • 点击画电路图工具栏里的图标 ,或者执行菜 单Place -> Add Sheet Entry。 • 光标变成十字状，将光标移动到方块电路中， 点击鼠标，光标上面出现一个小圆点，且光标将被 限制在方块电路的左右边界内，确定合适的位置后 点击鼠标，即可在该处放置一个方块图的进出点， 点击右键结束放置方块图进出点状态。 • 按Tab键，即可出现方块电路进出点编辑对话 框。
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图 层次电路图
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• 绘制的具体步骤： • 1.建立如下图 所示的文档，并且命名。
图3-2 文档
• 2.建立层次原理的文件（.prj)。
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层次化原理图的设计
3.3.1 自上而下的层次原理图设计
• 我们采用层次电路的设计方法，将实际的总体电路按照电路模块的划 分原则划分为4个电路模块：CPU模块和三路传感器模块Sensor1、 Sensor2、Sensor3。首先绘制出层次原理图中的顶层原理图，然后 再分别绘制出每一电路模块的具体原理图。
• 自上而下绘制层次原理图的具体步骤。 • 1）启动Protel 99 SE程序。建立自己的Protel 99 SE工程文件，可 进入原理图的编辑环境，如图所示。
3.5 层次设计表
– 自上而下生成层次设计表的主要步骤如下。 • 1）编译整个项目。在上面我们已经对项目“USB采集系统”进行了 编译。 • 2）执行菜单命令“Reports”→“Report Project Hierarchy”（项目层次 报告），则会生成有关该项目的层次设计表。 • 在生成的设计表中，使用缩进格式明确地列出了本项目中的各个原理 图之间的层次关系，原理图文件名越靠左，说明该文件在层次电路图 中的层次越高。
3.2 层次原理图的基本结构和组成
• 如图所示是一个二级层次原理图的基本结构图，由顶层原理图和子 原理图共同组成，是一种模块化结构。
3.3 层次原理图的设计方法
• 根据上面所讲的层次原理图的模块化结构，我们知道，层 次电路原理图的设计实际上就是对顶层原理图和若干子原 理图分别进行设计的过程。设计过程的关键在于不同层次 间的信号如何正确地传递，这一点主要就是通过在顶层原 理图中放置图纸符号、电路端口，而在各个子原理图中放 置相同名称的输入输出端口来实现的。 • 基于上述的设计理念，层次电路原理图设计的具体实现方 法有两种：一种是自上而下的层次原理图设计，另一种是 自下而上的层次原理图设计。
3.4 层次原理图之间的切换
层次原理图
层次原理图一、操作方法与步骤1、层次电路设计简介层次电路图设计就是将较大的电路图划分为很多的功能模块，再对每一个功能模块进行处理或进一步细分的电路设计方法。
将电路图模块化，可以大大地提高设计效率和设计速度，特别是当前计算机技术的突飞猛进，局域网在企业中的应用，使得信息交流日益密切而迅速，再庞大的项目也可以从几个层次上细分开来，做到多层次并行设计。
如下图所示是层次电路设计的演示图。
在该图中包含了两个电路方块图，每个电路方块图都对应相应的电路，注意电路演示图中电路输入输出点和方块图进出点之间的关系。
层次原理图设计电路方块图1中包含两个名为0和1的输入点和名为2和3的输出点，实际它们代表了该方块图对应的原理图与其他电路模块的信号传输点。
电路方块图2及其对应的原理图情况相同，只不过与电路方块图中的信号输入输出点方向正好相反。
从层次原理图的演示图上可以知道，电路方块图实际代表了一部分电路模块及其与其他电路模块的信号输入输出点，它使得设计更加简洁明了，更好地说明了各部分电路模块之间的关系，从而有利于复杂电路的设计和各设计人员之间的分工合作。
层次电路图设计的关键在于正确地传递层次间的信号，在层次电路图设计中，信号的传递主要靠放置方块电路、方块电路进出点和电路输入输出点来实现。
二、层次原理图的设计方法层次电路图的设计方法实际上是一种模块化的设计方法。
子系统下面又可分为多个基本的功能模块。
而两种设计方法的本质区别是整个系统的规划和子系统的设计的先后问题。
如下图所示是两种方法的设计流程图。
自上而下设计流程图自下而上设计流程图三、 放置方块电路(重点)1、方块电路（Sheet Symbol ）是层次式电路设计不可缺少的组件。
简单地说，方块电路就是设计者通过组合其他元器件自己定义的一个复杂器件，这个复杂器件在图纸上用简单的方块图来表示，至于这个复杂器件由哪些其他元件组成，内部的接线又如何，可以由另外一张电路图来详细描述。
第5讲层次原理图的绘制
第5讲层次原理图的绘制第5讲层次原理图的绘制一．层次化原理图的优点层次化的设计原理图将有如下的缺点：（1）原理图过于臃肿，繁杂。
（2）原理图的检错和修改比较困难。
（3）其他设计者难以读懂原理图，给设计交流带来困难。
二．层次化原理图的设计方法1. 层次化设计的两种方法层次化原理图的设计有两种途径：自顶向下和自底向上。
2. 复杂分层的层次化原理图绘制好层次化的原理图后需要将多层的原理图平整化，即将多层的原理图结构转换为两层的原理图结构——张总原理图和若干张子原理图的结构。
在多层次原理图的平整化过程中的要求是：所有使用次数超过一次的子原理图将被复制并重新命名，对应的子原理图中的元件也需要重新的标注。
在完成多层次原理图的平整化之后，工程变成了一个双层的原理图，以后的操作将和简单分层的原理图设计相同，这里就不再赘述了。
三．自顶向下的层次化原理图设计1. 自顶向下层次化原理图设计流程自顶向下原理图设计流程如下。
（1）根据系统实际情况，确定系统中有几个模块和模块之间的端口连接。
（2）根据系统模块划分和模块之间的端口连接，绘制总原理图。
（3）根据各个模块完成的功能，绘制单张的子原理图。
（4）检查总原理图和各张子原理图之间的连接，确定正确的电气连接。
2. 自顶向下层次化原理图的绘制在自顶向下层次化原理图绘制中，单张原理图的绘制中的大部分操作在前面曾经介绍过，在本讲中没有任何的不同。
这里主要介绍总原理图的绘制，它牵涉到的操作包括方框电路图的放置和方框电路图中端口的放置。
这些操作具可以在画线和画图工具栏中找到，它们在工具栏中的按钮如下。
按钮：放置方框电路图。
按钮：放置方框电路图上的端口。
1．放置方框电路图（Sheet Symb0l）及其属性编辑层次化原理图总是显示在一个系统中，总原理图总是处于一个文件中，所以还需要为总原理图建立一个工程。
在新建原理图文件之后，可以遵循以下步骤：（1）单击“画线”工具栏中的按钮放置了所有方框电路图后，右击或者按【Esc】键即可退出放置方框电路图的状态。
《Protel DXP 2004 电路板设计实例与操作》教学课件 第5章 原理图绘制提高与后期处理
5.1.1 什么是层次原理图
层次原理图主要用于表达规模较大的复杂电路系统，它把整个电路设 计成一个母原理图和假设干个子原理图。其中，用于表达子原理图之间关 系的原理图称为母原理图，它由图纸符号、图纸入口和连线等组成。每个 图纸符号代表一个子原理图，图纸入口是图纸符号〔即子原理图〕之间连 接的端口。
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5.2.3 生成各种报表
在弹出的“Export For〞对话框中，为元件清单报表选取要保存到的位 置后，在“文件名〞编辑框中输入报表的名称，然后单击“保存〞按钮，即 可生成元件清单报表。
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图纸 符号
图纸 入口
连 线
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5.1.2 层次原理图的设计方法
层次原理图的设计过程就是对母原理图和子原理图分别进行设计 的过程，具体实现方法有两种：一种是自上而下进行设计，即先绘制 母图，再绘制子图；另一种是自下而上进行设计，即先绘制子图，再 绘制母图。
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5.2.4 打印原理图
选择“文件〞>“打印预览〞菜单，可以翻开“Preview Schematic Prints of...〞〔原理图打印预览〕窗口，预览一下打印效果。
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5.2.3 生成各种报表
3.工程组织结构报表
对于包含层次原理图的电路系统，为了能够看清设计文件中各原理图之 间的母子关系以及连接关系，我们通常还要为其生成工程组织结构报表。选 择“报告〞>“Report Project Hierarchy〞〔报告工程层次〕菜单，即可为 当前PCB工程生成工程组织结构报表。
层次原理图设计(二)
步骤一：绘制子原理图
复 位、 晶 振 模 块 CPU 模块
控制模块
显示模块
步骤二：绘制总原理图
新建原理图文件,然后按以下步骤进行操作
2.弹出“选择文件放置”对话框，其中列出当前所 有的原理图文件，选择其中一个，点击“确定”按 钮
1.选择[设计]菜单中的 [根据图纸建立图纸符号]
3.弹出“是否翻转端口”询问框，根据需要选择。 这里选择“no”
最后，单击鼠标左键，恢复正常显示
总
结
通过学习，介绍了protel DXP中层次化原理图设计的流 程和相关操作。在设计过程中，需要通过方框电路图及其端 口来实现，不同的层次化设计方法程程不同。需要注意的是：
• 注意层次化设计中的模块划分，要尽量合理， 和外界的通信端口要适宜 • 设计中采用自顶向下和自底向上结合的设计方 式，可以缩短设计周期 • 尽量采取系统自动生成的方法来生成方框电路 图和子原理图文件，保证总原理图和子原理图 之间正确的对应关系。
• 最后一步，放置总原理图上其他元件，并连接导 线
层次化原理图之间的切换
• 在比较简单的项目中，原理图文件数目比较 少，通过单击工作窗口中的文件名称标记， 可以迅速地切换当前编辑的文件 • 如果在大系统中，原理图文件比较多，可以 使用“原理图标准”工具栏中的“改变设计 层次”工具进行总原理图与子原理图之间的 切换
层次原理图设计(二)
宋晓虹
复
习
层次原理图设计(一)——自顶向下法设计 1.放置方框电路图 2.设置方框电路图的属性，使之与单张原理图 有对应关系 3.放置方框电路图上的端口及其属性编辑 4.添加导线或总线、网格标号等 5.子原理图创建及绘制
自底向上层次化设计流程
• 在自底向上层次化原理图设计中，设计者 对整个系统的连接可能不太熟悉，而对于 系统的几个模块比较熟悉。因此可以先绘 制子原理图，再生成总原理图。
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层次原理图的设计方法（2）
层次原理图的设计方法（2）
●层次原理图设计：
在绘制层次原路图的过程中，设计人员既可从绘制电路 系统的母原理图开始，逐级向下绘制子原理图；也可从绘制 基本的子原理图开始，逐级向上绘制相应的母原理图。因此， 层次原理图的设计方法可以分为两种：自上而下的层次原理 图设计方法、自下而上的层次原理图设计方法。
层次原理图的设计方法（2）
自下而上的层次原理图设计
子原理图1 子原理图2
子原理图1
子原理图2
子原理图1
子原理图2
方块电路符号1方块电路符号2源自……方块电路符号m
电路系统母原理图
层次原理图的设计方法（2）
采用自下而上的设计方法设计层次原理图时，其基本思 路是先建立层次原理图中的子原理图，然后再放置方块电路 符号，接下来再通过若干导线或者总线将这些方块电路符号 连接起来构成母原理图。
层次原理图的设计方法（2）
所谓自下而上的层次原理图设计方法就是指设计人员首 先定义电路系统的子功能电路模块，并且根据这些电路模块 绘制出相应的子原理图；然后由这些绘制好的子原理图来产 生方块电路符号；接下来再通过若干导线将这些方块电路符 号连接起来构成母原理图。这样通过由简单到复杂的过程逐 步完成整个电路系统的原理图设计。