Иерархические структуры при проектировании сложных устройств в системе OrCAD

Иерархические блоки

Любой фрагмент схемы можно оформить в виде иерархического блока, символ которого представляет собой прямоугольник, и затем разместить его на схеме, что позволяет уменьшить ее размеры. Другое применение иерархических блоков — представление с их помощью повторяющихся фрагментов схем: различных фильтров, усилителей, выпрямителей, сумматоров и т.п.

Иерархический блок размещается на схеме по команде Place>Hierarchical Block или нажатием на кнопку  панели инструментов. На следующем рисункепредставлено диалоговое окно этой команды.

Диалоговое окно, показанное на рисунке, имеет следующие панели:

1. Ссылка — позиционное обозначение иерархического блока;
2. Тип реализации — тип иерархического блока, принимающий значения:
1. Схемы — схема объекта,
2. VHDL — описание компонента на языке VHDL,
3. EDIF — список соединений в формате EDIF,
4. Project — проект ПЛИС,
5. PSpice Model — файл математической модели в формате PSpice; причем в этом блоке необходимо вручную разместить иерархические выводы,
6. PSpice Stimulus — файл внешнего воздействия в формате PSpice; причем в этом блоке необходимо вручную разместить иерархические выводы;
3. Имя реализации – имя иерархического блока;
4. Части и имена файлов – полное имя файла, в котором находится описание иерархического блока (не указывается, если файл размещается в каталоге текущего проекта, в этом случае в качестве имени его папки принимается имя иерархического блока);
5. Примитив – тип блока: Да – элементарный блок; Нет – блок, имеющий иерархическую структуру, Стандартный – устанавливается по умолчанию (в соответствием с настройкой конфигурации на закладке Hierarchy команды Options>DesignTemplate;
6. Свойства пользователя — открытие диалогового окна для ввода дополнительных параметров блока.

Для включения в схему устройства заранее спроектированного модуля, необходимо в качестве типа реализации выбрать "Схемы", а в качестве имени реализации ввести тот раздел "Schematic" проекта, который содержит реализованный модуль. После этого, при размещении иерархического блока на рабочем пространстве, автоматически на нем будут обозначены входные и выходные контакты, соответствующие входным и выходным портам модуля.
Если схемы замещения нет, то после закрытия диалогового окна и размещения иерархического блока, по команде Place>Hierarchical Pin или нажатием на кнопку  панели инструментов вводятся выводы этого блока Диалоговое окно команды приведено на следующем рисунке:

В диалоговом окнеуказываются:

1. на панели Name — имя вывода;
2. в графе Туре — тип вывода:
1. 3 State — вывод цифрового компонента, имеющий три состояния;
2. Bidirectional — двунаправленный вывод цифрового компонента;
3. Input — вход;
4. Open Collector — вывод цифрового компонента типа открытый коллектор!
5. Open Emitter — вывод цифрового компонента типа открытый эмиттер!
6. Output — выход;
7. Passive — вывод пассивного компонента;
8. Power — вывод подключения к источнику питания;
3. на панели Width выбирается тип цепи, подключаемой к выводу:
1. Scalar — одиночная цепь;
2. Bus — шина.

Чтобы не открывать это окно каждый раз при размещении нового вывода, можно разместить все выводы блока одного типа, а затем отредактировать таблицу всех выводов, выбрав строку Edit Properties во всплывающем меню.
После завершения команды Place>Hierarchical Block автоматически создается папка с указанным именем. В эту папку необходимо поместить описание иерархического блока в виде его схемы замещения (если выбран тип блока Schematic View) или текстового описания на языке VHDL. Цепям, которые подключаются к выводам иерархического блока, присваиваются имена, совпадающие с именами соответствующих выводов, или по команде Place>Hierarchical Port или нажатием на кнопку панели инструментов вводятся внешние порты схемы этого блока (имена портов также должны совпадать с именами соответствующих выводов, чтобы обеспечить их электрическое соединение).

Пример работы

Выполнить проектирование 4-х разрядного счетчика на D-триггерах.

Схема D-триггера при его проектировании в системе OrCAD приведена на следующем рисунке:

Схема JK-триггера

Временные диаграммы функционирования D-триггера:

1. Создать новый проект моделирования;
2. Создать в проекте новый раздел "Schematic"
1. В окне "Analog or Mixed A/D" вызвать контекстное меню дизайна

1. Выбрать "New Schematic"
2. Ввести имя профиля "Schematic2"
1. Создать новую страницу полученного профиля
1. В окне "Analog or Mixed A/D" вызвать контекстное меню профиля

1. Выбрать "Со следующей страницы"
1. Результат выполнения данного пункта приведен на следующем рисунке:

1. Ввод иерархических блоков
1. Выбрать
2. Ввести ссылку (D1)
3. Выбрать тип реализации "Схемы"
4. Ввести имя реализации "Schematic2"

1. Нарисовать контур блока
2. Скопировать иерархический блок в буфер обмена
3. Вставить из буфера обмена новый иерархический блок (имя ссылки изменится автоматически)

1. Проектирование счетчика, согласно заданию

Временные диаграммы функционирования иерархического счетчика: