單片機仿真軟件PROTEUS使用入門

1、Proteus介紹Proteus 軟件是由英國 Labcenter Electronics 公司開發(fā)的EDA工具軟件，已有近20年的歷史，在全球得到了廣泛應(yīng)用。Proteus 軟件的功能強大，它集電路設(shè)計、制版及仿真等多種功能于一身，不僅能夠?qū)﹄姽ぁ㈦娮蛹夹g(shù)學(xué)科涉及的電路進行設(shè)計與分析，還能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M行設(shè)計和仿真，并且功能齊全，界面多彩，是近年來備受電子設(shè)計愛好者青睞的一款新型電子線路設(shè)計與仿真軟件。Proteus整體功能預(yù)覽整體功能預(yù)覽 Proteus軟件和我們手頭的其他電路設(shè)計仿真軟件最大的不同即它的功能不是單一的。它的強大的元件庫可以和任何電路設(shè)計軟件相媲美；它的電路仿真功能可以和M

2、ultisim相媲美，且獨特的單片機仿真功能是Multisim及其他任何仿真軟件都不具備的；它的PCB電路制版功能可以和Protel相媲美。它的功能不但強大，而且每種功能都毫不遜于Protel，是廣大電子設(shè)計愛好者難得的一個工具軟件。ISIS智能原理圖輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計與仿真的基 本平臺。ARES 高級PCB布線編輯軟件。在Proteus中，從原理圖設(shè)計、單片機編程、系統(tǒng)仿真到PCB設(shè)計一氣呵成，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。Proteus 從原理圖設(shè)計到PCB設(shè)計，再到電路板完成的流程如圖1-2所示。 圖1-2 Proteus 設(shè)計流程 最下面的圖為根據(jù)設(shè)計的PCB加工而成的電路板和安裝

3、焊接完成后的實際電路?？梢姡麄€電路從設(shè)計到實際電路制作完成，通過Proteus一個軟件即可完美實現(xiàn)。并且，它的仿真結(jié)果與實際誤差很小，非常適合電子設(shè)計愛好者和高校學(xué)生自學(xué)使用，縮短了設(shè)計周期，降低了生產(chǎn)成本，提高了設(shè)計成功率。主菜單主菜單通用工具通用工具菜單菜單 Proteus的主界面簡介的主界面簡介專用專用工具工具菜單菜單PCB電路電路電路編輯窗口電路編輯窗口坐坐標(biāo)標(biāo)原原點點瀏覽瀏覽窗口窗口器件器件工具工具列表列表窗口窗口仿真按鍵仿真按鍵 Proteus的主菜單簡介的主菜單簡介 點擊主菜單點擊主菜單主菜單主菜單編編輯輯工工具具點擊鼠標(biāo)點擊鼠標(biāo): 點擊此鍵可取消左鍵的放置功能點擊此鍵可取消左

4、鍵的放置功能,但可編輯對象但可編輯對象.選擇元器件選擇元器件: 在元件表選中器件在元件表選中器件,在編輯窗中移動鼠標(biāo)在編輯窗中移動鼠標(biāo),點擊左鍵放置器件點擊左鍵放置器件.標(biāo)注聯(lián)接點標(biāo)注聯(lián)接點: 當(dāng)兩條連線交叉時當(dāng)兩條連線交叉時,放個接點表示連通放個接點表示連通.標(biāo)志網(wǎng)絡(luò)線標(biāo)號標(biāo)志網(wǎng)絡(luò)線標(biāo)號:電路聯(lián)線可用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號代替電路聯(lián)線可用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號代替,相同標(biāo)號的線是相同的相同標(biāo)號的線是相同的.放置文本說明放置文本說明: 是對電路的說明是對電路的說明,與電路仿真無關(guān)與電路仿真無關(guān)! 放置總線放置總線: 當(dāng)多線并行簡化聯(lián)線當(dāng)多線并行簡化聯(lián)線,用總線標(biāo)示用總線標(biāo)示.放置子電路放置子電路: 可將部分電路以子電路形

5、式畫在另一圖紙上可將部分電路以子電路形式畫在另一圖紙上.放置器件引腳放置器件引腳: 有普通有普通.反相反相.正時鐘正時鐘.反時鐘反時鐘.短引腳短引腳.總線總線放置圖紙內(nèi)部終端放置圖紙內(nèi)部終端: 有普通有普通.輸入輸入.輸出輸出.雙向雙向.電源電源.接地接地.總線總線.調(diào)調(diào)試試工工具具放置分析圖放置分析圖 : 有模擬有模擬.數(shù)字數(shù)字.混合混合.頻率特性頻率特性.傳輸特性傳輸特性.噪聲分析等噪聲分析等.放置錄音機放置錄音機: 可錄可錄/放聲音文件放聲音文件.放置電源放置電源.信號源信號源: 有直流電源有直流電源,正弦信號源正弦信號源,脈沖信號源等脈沖信號源等.放置電壓探針放置電壓探針: 顯示網(wǎng)絡(luò)線

6、上的電壓顯示網(wǎng)絡(luò)線上的電壓.放置電流探針放置電流探針: 串聯(lián)在指定的網(wǎng)絡(luò)線上串聯(lián)在指定的網(wǎng)絡(luò)線上,顯示電流值顯示電流值.放置虛擬儀器放置虛擬儀器: 有示波器有示波器.計數(shù)器計數(shù)器.RS232終端終端.SPI調(diào)試器調(diào)試器.I2C調(diào)試器調(diào)試器.信號發(fā)生器信號發(fā)生器. 圖形發(fā)生器圖形發(fā)生器.直流電壓表直流電壓表.直流電流表直流電流表,交流電壓表交流電壓表.交流電流表交流電流表.圖圖形形工工具具放置各種線放置各種線: 有器件有器件.引腳引腳.端口端口.圖形線圖形線.總線等總線等放置矩形框放置矩形框: 移動鼠標(biāo)到框的一角移動鼠標(biāo)到框的一角,按下左鍵拖動按下左鍵拖動,釋放后完成釋放后完成.放置圓形框放置圓

7、形框: 移動鼠標(biāo)到圓心移動鼠標(biāo)到圓心,按下左鍵拖動按下左鍵拖動,釋放后完成釋放后完成.放置圓弧線放置圓弧線: 鼠標(biāo)移到起點鼠標(biāo)移到起點,按下左鍵拖動按下左鍵拖動,釋放后調(diào)整弧長釋放后調(diào)整弧長,點擊鼠標(biāo)完成點擊鼠標(biāo)完成.畫閉合多邊形畫閉合多邊形: 鼠標(biāo)移到起點鼠標(biāo)移到起點,點擊產(chǎn)生折點點擊產(chǎn)生折點,閉合后完成閉合后完成.放置文字標(biāo)簽放置文字標(biāo)簽: 在編輯框放置說明文本標(biāo)簽在編輯框放置說明文本標(biāo)簽.放置特殊圖形放置特殊圖形: 可在庫中選擇各種圖形可在庫中選擇各種圖形放置特殊節(jié)點放置特殊節(jié)點: 可有原點可有原點.節(jié)點節(jié)點.標(biāo)簽引腳名標(biāo)簽引腳名.引腳號引腳號.Proteus選擇圖標(biāo)簡介選擇圖標(biāo)簡介Pr

8、oteus元件庫簡介元件庫簡介搜索關(guān)鍵詞搜索關(guān)鍵詞元件分類元件分類子分類子分類廠商廠商連接器連接器.插頭插座庫插頭插座庫 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換ADC.DAC 調(diào)試工具庫調(diào)試工具庫 可編程邏輯器件可編程邏輯器件 電電 阻阻 簡單模擬器件簡單模擬器件 揚聲器揚聲器.音響器件音響器件555模擬集成電路庫模擬集成電路庫電容庫電容庫CMOS4000庫庫二極管庫二極管庫ECL1000庫庫電機庫電機庫電感庫電感庫拉普拉斯變換庫拉普拉斯變換庫存儲器庫存儲器庫微處理器庫微處理器庫混合類型庫混合類型庫簡單模式庫簡單模式庫運算放大庫運算放大庫光電器件庫光電器件庫開關(guān)和繼電器開關(guān)和繼電器開關(guān)器件庫開關(guān)器件庫熱電子器件庫熱

9、電子器件庫晶體管庫晶體管庫晶體管庫晶體管庫TTL74系列庫系列庫TTL74LS系列庫系列庫型號型號類型類型特性特性元件圖形元件圖形符號預(yù)覽符號預(yù)覽元件元件PCB封裝預(yù)覽封裝預(yù)覽確認鍵確認鍵555Proteus VSM仿真與分析仿真與分析Proteus 軟件的ISIS原理圖設(shè)計界面同時還支持電路仿真模式VSM(虛擬仿真模式)。當(dāng)電路元件在調(diào)用時，我們選用具有動畫演示功能的器件或具有仿真模型的器件，當(dāng)電路連接完成無誤后，直接運行仿真按鈕，即可實現(xiàn)聲、光、動等逼真的效果，以檢驗電路硬件及軟件設(shè)計的對錯，非常直觀。Proteus VSM有兩種不同的仿真方式：交互式仿真和基于圖表的仿真。交互式仿真 實時

10、直觀地反映電路設(shè)計的仿真結(jié)果；基于圖表的仿真(ASF) 用來精確分析電路的各種性能，如頻率特性、噪聲特性等。Proteus VSM中的整個電路分析是在ISIS原理圖設(shè)計模塊下延續(xù)下來的，原理圖中可以包含以下仿真工具：探針 直接布置在線路上，用于采集和測量電壓/電流信號；電路激勵 系統(tǒng)的多種激勵信號源；虛擬儀器 用于觀測電路的運行狀況；曲線圖表 用于分析電路的參數(shù)指標(biāo)。1. 仿真工具 激勵源DC：直流電壓源。Sine：正弦波發(fā)生器。Pulse：脈沖發(fā)生器。Exp：指數(shù)脈沖發(fā)生器。SFFM：單頻率調(diào)頻波信號發(fā)生器。Pwlin：任意分段線性脈沖信號發(fā)生器。File：File信號發(fā)生器，數(shù)據(jù)來源于AS

11、CII文件。Audio：音頻信號發(fā)生器，數(shù)據(jù)來源于wav文件。DState：單穩(wěn)態(tài)邏輯電平發(fā)生器。DEdge：單邊沿信號發(fā)生器。DPulse：單周期數(shù)字脈沖發(fā)生器。DClock：數(shù)字時鐘信號發(fā)生器。DPattern：模式信號發(fā)生器。Proteus 激勵源的可編輯格式示例如圖1-3所示。 圖1-3 Proteus 激勵源的可編輯格式示例2. 仿真工具 虛擬儀器虛擬示波器(OSCILLOSCOPE)。邏輯分析儀(LOGIC ANALYSER)。計數(shù)器、定時器(COUNTER TIMER)。虛擬終端(VIRUAL TERMINAL)。信號發(fā)生器(SIGNAL GENERATOR)。模式發(fā)生器(PAT

12、TERN GENERATOR)。交直流電壓表和電流表(AC/DC voltmeters/ammeters)。SPI調(diào)試器(SPI DEBUGGER)。I2C調(diào)試器(I2C DEBUGGER)。Proteus 的部分虛擬儀器(虛擬終端顯示器、四通道示波器和SPI、I2C調(diào)試器) Proteus 激勵源的可編輯格式示例如圖1-3所示。 圖1-3 Proteus 激勵源的可編輯格式示例3. 交互式仿真實例(741放大電路) 高級仿真(ASF)實例(741放大電路分析)如圖1-5所示。 激勵源激勵源 電壓探針電壓探針 虛擬儀器虛擬儀器 v圖1-5 741放大電路分析 噪聲分析：顯示隨頻率變化的輸出噪聲

13、和等效輸入噪聲電壓，并列出電路各部分所產(chǎn)生的噪聲電壓清單。741放大電路的噪聲分析如圖1-6所示。 失真分析：用于確定由測試電路所引起的電平失真的程度，失真分析圖表用于顯示隨頻率變化的二次和三次諧波失真電平。741放大電路的失真分析如圖1-7所示。 圖1-6 741放大電路的噪聲分析圖1-7 741放大電路的失真分析 4. Proteus微處理器系統(tǒng)仿真 單片機系統(tǒng)的仿真是Proteus VSM的主要特色。用戶可在Proteus中直接編輯、編譯、調(diào)試代碼，并直觀地看到仿真結(jié)果。 CPU模型有ARM7(LPC21xx)、PIC、Atmel AVR、Motorola HCXX以及8051/8052

14、系列。同時模型庫中包含了LED/LCD顯示、鍵盤、按鈕、開關(guān)、常用電機等通用外圍設(shè)備。VSM甚至能仿真多個CPU，它能便利處理含兩個或兩個以上微控制器的系統(tǒng)設(shè)計。 下面看一個微處理器系統(tǒng)仿真與分析實例 交互式仿真顯示系統(tǒng)輸出結(jié)果，如圖1-8所示。圖1-8 微處理器交互仿真實例 實實時時顯顯示示系系統(tǒng)統(tǒng)輸輸出出結(jié)結(jié)果果 實實時時顯顯示示元元器器件件 引引腳腳電電平平 原理圖中的P1為虛擬串口，通過適當(dāng)設(shè)置和引用，可以直接實現(xiàn)模擬與實際電路一樣的串行通信效果，避免了涉及外圍及與PC之間的通信無法實現(xiàn)的情況。 在Proteus中，虛擬元件及虛擬儀器的種類很多，我們不必擔(dān)心單片機與上位機之間的通信如何

15、來仿真的問題。圖1-9 虛擬仿真電路與外部實際電路的雙向通信 實實際際溫溫度度測測量量板板 PC串串行行口口 串串行行電電纜纜 5. Proteus與Keil聯(lián)調(diào) Proteus與匯編程序調(diào)試軟件Keil可實現(xiàn)聯(lián)調(diào)，在微處理器運行中，如果發(fā)現(xiàn)程序有問題，可直接在Proteus 的菜單中打開Keil對程序進行修改，如圖1-10所示。圖1-10 Proteus與Keil的聯(lián)調(diào) Keil處于運行狀態(tài)處于運行狀態(tài) 圖1-13為ISIS 7 Professional 運行時的界面。圖1-13 ISIS 7 Professional 運行時的界面 1. 元件的拾取ISIS Professional的編輯界

16、面如圖1-14所示。圖1-14 ISIS Professional的編輯界面 用鼠標(biāo)左鍵單擊界面左側(cè)預(yù)覽窗口下面的“P”按鈕，如圖1-14所示，彈出“Pick Devices”(元件拾取)對話框，如圖1-15所示。圖1-15 元件拾取對話框 ISIS 7 Professional的元件拾取就是把元件從元件拾取對話框中拾取到圖形編輯界面的對象選擇器中。元件拾取共有兩種辦法。 (1) 按類別查找和拾取元件 元件通常以其英文名稱或器件代號在庫中存放。我們在取一個元件時，首先要清楚它屬于哪一大類，然后還要知道它歸屬哪一子類，這樣就縮小了查找范圍，然后在子類所列出的元件中逐個查找，根據(jù)顯示的元件 符號、

17、參數(shù)來判斷是否找到了所需要的元件。雙擊找到的元件名，該元件便拾取到編輯界面中了。 拾取元件對話框共分四部分，左側(cè)從上到下分別為直接查找時的名稱輸入、分類查找時的大類列表、子類列表和生產(chǎn)廠家列表。中間為查到的元件。 列表。右側(cè)自上而下分別為元件圖形和元件封裝，圖1-16中的元件沒有顯示封裝。圖1-16 分類拾取元件示意圖(2) 直接查找和拾取元件 把元件名的全稱或部分輸入到Pick Devices(元件拾取)對話框中的“Keywords”欄，在中間的查找結(jié)果“Results”中顯示所有電容元件列表，用鼠標(biāo)拖動右邊的滾動條，出現(xiàn)灰色標(biāo)示的元件即為找到的匹配元件，如圖1-17所示。 這種方法主要用于

18、對元件名熟悉之后，為節(jié)約時間而直接查找。對于初學(xué)者來說，還是分類查找比較好，一是不用記太多的元件名，二是對元件的分類有一個清楚的概念，利于以后對大量元件的拾取。圖1-17 直接拾取元件示意圖 按照電容的拾取方法，依次把五個元件拾取到編輯界面的對象選擇器中，然后關(guān)閉元件拾取對話框。元件拾取后的界面如圖1-18所示。圖1-18 元件拾取后的界面 下面把元件從對象選擇器中放置到圖形編輯區(qū)中。用鼠標(biāo)單擊對象選擇區(qū)中的某一元件名，把鼠標(biāo)指針移動到圖形編輯區(qū)，雙擊鼠標(biāo)左鍵，元件即被放置到編輯區(qū)中。電阻要放置兩次，因為本例中用到兩個電阻。放置后的界面如圖1-19所示。圖1-19 元件放置后的界面2. 編輯窗

19、口視野控制 學(xué)會合理控制編輯區(qū)的視野是元件編輯和電路連接進行前的首要工作。 編輯窗口的視野平移可用以下方法： 在原理圖編輯區(qū)的藍色方框內(nèi)，把鼠標(biāo)指針放置在一個地方后，按下“F5”，則以鼠標(biāo)指針為中心顯示圖形。 當(dāng)圖形不能全部顯示出來時，按住“Shift”鍵，移動鼠標(biāo)指針到上、下、左、右邊界，則圖形自動平移。 快速顯示想要顯示的圖形部分時，把鼠標(biāo)指向左上預(yù)覽窗口中某處，并單擊鼠標(biāo)左鍵，則編輯窗口內(nèi)圖形自動移動到指定位置。 另外還有兩個圖標(biāo)，用于顯示整個圖形，以鼠標(biāo)所選窗口為中心顯示圖形。 編輯窗口的視野縮放用以下方法： 先把鼠標(biāo)指針放置到原理圖編輯區(qū)內(nèi)的藍色框內(nèi)，上下滾動鼠標(biāo)滾輪即可縮放視野。如

20、果沒有鼠標(biāo)滾輪，可使用圖標(biāo) 和 來放大和縮小編輯窗口內(nèi)的圖形。 放置鼠標(biāo)指針到編輯窗口內(nèi)想要放大或縮小的地方，按“F6”(放大)或“F7”(縮小)放大或縮小圖形，按“F8”顯示整個圖形。 按住“Shift”鍵，在編輯窗口內(nèi)單擊鼠標(biāo)左鍵，拖出一個欲顯示的窗口。3. 元件位置的調(diào)整和參數(shù)的修改 在編輯區(qū)的元件上單擊鼠標(biāo)左鍵選中元件(為紅色)，在選中的元件上再次單擊鼠標(biāo)右鍵則刪除該元件，而在元件以外的區(qū)域內(nèi)單擊右鍵則取消選擇。元件誤刪除后可用圖標(biāo) 找回。單個元件選中后，單擊鼠標(biāo)左鍵不松可以拖動該元件。群選使用鼠標(biāo)左鍵拖出一個選擇區(qū)域，使用圖標(biāo) 來整體移動。使用圖標(biāo) 可整體復(fù)制，圖標(biāo) 用來刷新圖面。

21、按圖1-20所示元件位置布置好元件。使用界面左下方的四個圖標(biāo) 、 、 、 可改變元件的方向及對稱性。把兩位開關(guān)調(diào)整成圖示的方位。圖1-20 元件布置 改變元件參數(shù)： 左鍵雙擊原理圖編輯區(qū)中的電阻R1，彈出“Edit Component”(元件屬性設(shè)置)對話框，把R1的Resistance(阻值)由10k改為1k，把R2的阻值由10k改為100(缺省單位為)。 Edit Component(元件屬性設(shè)置)對話框如圖1-21所示。圖1-21 元件屬性設(shè)置對話框 注意到每個元件的旁邊顯示灰色的“”，為了使電路圖清晰，可以取消此文字顯示。雙擊此文字，打開一個對話框，如圖1-22所示。在該對話框中選擇“

22、Style”，先取消選擇“Visible”右邊的“Follow Global”選項，再取消選擇“Visible”選項，單擊“OK”即可。圖1-22 “TEXT”屬性設(shè)置對話框 也可在元件調(diào)用前，直接選擇主菜單中的【Template】【Set Design Defaults】打開畫圖模板設(shè)置選項，如圖1-23所示。圖1-23 打開模板設(shè)計對話框 接著出現(xiàn)Edit Design Defaults(編輯模板設(shè)計)對話框，如圖1-24所示。在“Show hidden text”選項中把對勾去掉，然后單擊“OK”即可。每個元件的旁邊不再顯示灰色的“”。圖1-24 編輯模板設(shè)計對話框4. 電路連線 電路連

23、線采用按格點捕捉和自動連線的形式，所以首先確定編輯窗口上方的自動連線圖標(biāo) 和自動捕捉圖標(biāo) 為按下狀態(tài)。Proteus的連線是非常智能的，它會判斷你下一步的操作是否想連線從而自動連線，而不需要選擇連線的操作，只需用鼠標(biāo)左鍵單擊編輯區(qū)元件的一個端點拖動到要連接的另外一個元件的端點，先松開左鍵后再單擊鼠標(biāo)左鍵，即完成一根連線。如果要刪除一根連線，右鍵雙擊連線即可。按圖標(biāo) 取消背景格點顯示，如圖1-25所示。 連線完成后，如果再想回到拾取元件狀態(tài)，按下左側(cè)工具欄中的“元件拾取”圖標(biāo) 即可，如圖1-26所 示。記住按一下存盤圖標(biāo)。圖1-25 連接好的電路原理圖 圖1-26 重新回到元件拾取界面 5. 電路的動態(tài)仿真 前面我們已經(jīng)完成了電路原理圖的設(shè)計和連接，下面來看看電路的仿真效果。 首先在主菜單“System”“Set Animation Options”中設(shè)置仿真時電壓及電流的顏色及方向，如圖1-27所示。圖1-27 Animated Circuits Configuration對話框 6. 文件的保存 在設(shè)計過程中要養(yǎng)成不斷存盤的好習(xí)慣，以免突發(fā)事件而造成事倍功半的效果，影響學(xué)習(xí)情緒。最好先建立一個存放“*