PROTEUS——電子線路設計、制版與仿真ppt課件匯總(完整版)

1、第1章 Proteus快速入門 1.1 Proteus整體功能預覽1.1.1 集成化的電路虛擬仿真軟件 Proteus1.1.2 Proteus VSM仿真與分析1.1.3 Proteus ARES的應用預覽功能1.2 Proteus跟我做1.2.1 Proteus軟件的安裝與運行1.2.2 一階動態(tài)電路的設計與仿真1.2.3 異步四位二進制計數(shù)器的設計及仿真1.2.4 89C51與8255接口電路的調(diào)試及仿真 第1章 Proteus快速入門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用。Proteu

2、s 軟件的功能強大，它集電路設計、制版及仿真等多種功能于一身，不僅能夠?qū)﹄姽?、電子技術(shù)學科涉及的電路進行設計與分析，還能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M行設計和仿真，并且功能齊全，界面多彩，是近年來備受電子設計愛好者青睞的一款新型電子線路設計與仿真軟件。1.1 Proteus整體功能預覽 Proteus軟件和我們手頭的其他電路設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計軟件相媲美；它的電路仿真功能可以和Multisim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

3、遜于Protel，是廣大電子設計愛好者難得的一個工具軟件。1.1.1 集成化的電路虛擬仿真軟件 ProteusProteus是一個基于ProSPICE混合模型仿真器的、完整的嵌入式系統(tǒng)軟硬件設計仿真平臺。它包含ISIS和ARES應用軟件，具體功能分布如圖1-1所示。圖1-1 Proteus 的功能分布圖ISIS智能原理圖輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)設計與仿真的基本平臺。ARES 高級PCB布線編輯軟件。在Proteus中，從原理圖設計、單片機編程、系統(tǒng)仿真到PCB設計一氣呵成，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。Proteus 從原理圖設計到PCB設計，再到電路板完成的流程如圖1-2所示。圖1-2 Prote

4、us 設計流程在圖1-2中，最上面是一個基于單片機的應用電路原理圖，顯示的畫面正處于仿真運行狀態(tài)。設計者可以從Proteus原理圖庫中調(diào)用所需庫元件，然后通過合適連線即可。單片機內(nèi)可通過單擊單片機芯片加入已編譯好的十六進制程序文件，然后運行仿真即可。中間圖片是運用Proteus的PCB制版功能設計出的電路板，可通過原理圖生成網(wǎng)絡表后設計布局而成。最下面的圖為根據(jù)設計的PCB加工而成的電路板和安裝焊接完成后的實際電路。可見，整個電路從設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，非常適合電子設計愛好者和高校學生自學使用，縮短了設計周期，降低了生

5、產(chǎn)成本，提高了設計成功率。1.1.2 Proteus VSM仿真與分析Proteus 軟件的ISIS原理圖設計界面同時還支持電路仿真模式VSM(虛擬仿真模式)。當電路元件在調(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 實時直觀地反映電路設計的仿真結(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

6、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。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ASCII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。D

7、Clock：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(PATTERN 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(I2

8、C 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。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

9、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

10、-8所示。圖1-8 微處理器交互仿真實例單片機8051通過鎖存器驅(qū)動液晶顯示屏。單片機的程序可通過Keil(支持匯編和C格式)編輯、編譯成“*.hex”后，直接用鼠標雙擊畫面上的8051芯片，把“*.hex”文件加入即可。如果程序無誤，而且硬件電路也連接正確，則單擊原理圖設計界面左下方的仿真運行按鈕，出現(xiàn)圖1-8的仿真結(jié)果。其中，每個芯片引腳還會通過紅藍兩色的方點來表示此時的引腳電平高低。紅色表示高電平，藍色表示低電平。通過COMPIM串口仿真模型，可以實現(xiàn)虛擬仿真電路與外部實際電路的雙向通信，如圖1-9所示。原理圖中的P1為虛擬串口，通過適當設置和引用，可以直接實現(xiàn)模擬與實際電路一樣的串行通

11、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，我們不必擔心單片機與上位機之間的通信如何來仿真的問題。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)1.1.3 Proteus ARES的應用預覽功能Proteus的ARES軟件具有PCB(印刷電路板)設計的強大功能。新的Proteus 7支持PCB

12、板的三維預覽，便于觀察器件布局和展示設計結(jié)果，如圖1-11所示。圖1-11 Proteus的PCB三維預覽1.2 Proteus跟我做 1.2.1 Proteus軟件的安裝與運行 Proteus軟件目前的最新版本為7.2，先按要求把軟件安裝到計算機上，安裝結(jié)束后，在桌面的“開始”程序菜單中，單擊運行原理圖(ISIS 7 Professional)或PCB (ARE 7 Professional)設計界面。ISIS 7 Professional在程序中的位置如圖1-12所示。 圖1-12 ISIS 7 Professional 在程序中的位置圖1-13為ISIS 7 Professional 運

13、行時的界面。圖1-13 ISIS 7 Professional 運行時的界面我們都知道，學習軟件的最大困惑是，想一下子能夠上手，但看到層層疊疊的英文菜單和詳而又細的教程卻望而生畏，最后會因沒有足夠的耐心而失去興趣，半途而廢。其實，對于初學者，我們不必了解軟件的全部功能，只要能夠把握它的核心和宗旨的東西，拿來就能用，能快速玩轉(zhuǎn)，是最開心不過的了。至于內(nèi)部的詳細功能，在有了興趣和信心之后，再具體學習即可。我們先從最簡單的電路入手，來設計一個電容充放電電路，并通過電路仿真觀察其電流流向和燈的亮滅。大家跟我做，一步一步來，一會兒你會找到一種成就感。 1.2.2 一階動態(tài)電路的設計與仿真1. 元件的拾取

14、在桌面上選擇【開始】【程序】“Proteus 7 Professional”，單擊藍色圖標“ISIS 7 Professional”打開應用程序。ISIS Professional的編輯界面如圖1-14所示。圖1-14 ISIS Professional的編輯界面在彈出的對話框中選擇“No”，選中“以后不再顯示此對話框”，關(guān)閉彈出提示。本例所用到的元件清單如表1-1所示。表1-1 例1的元件清單用鼠標左鍵單擊界面左側(cè)預覽窗口下面的“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

15、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、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。按照表1-1中的順序來依次拾取元件。首先是充電電容CAPACITOR，在圖1-15中打開的元件對話框中，在“Category”類中選中“Capacitors”電容類，在下方的“Sub-category”(子類

16、)中選中“Animated”(可動畫演示)，查詢結(jié)果元件列表中只有一個元件，即我們要找的CAPACITOR，如圖1-15所示。雙擊元件名，元件即被選入編輯界面的元件區(qū)中了，如圖1-16所示。如圖單擊一個元件后單擊右下角的“OK”，元件拾取后對話框關(guān)閉。連續(xù)取元件時不要單擊“OK”按鈕，直接雙擊元件名可繼續(xù)。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Pic

17、k 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，用鼠標拖動右邊的滾動條，出現(xiàn)灰色標示的元件即為找到的匹配元件，如圖1-17所示。這種方法主要用于對元件名熟悉之后，為節(jié)約時間而直接查找。對于初學者來說，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

18、。用鼠標單擊對象選擇區(qū)中的某一元件名，把鼠標指針移動到圖形編輯區(qū)，雙擊鼠標左鍵，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. 編輯窗口視野控制 學會合理控制編輯區(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)，把鼠標指針放置在一個地方后，按下“F5”，則以鼠標指針為中心顯示圖形。當圖形不能全部顯示出來時，按住“Shift”鍵，移動鼠標指針到上、下、左、右邊界，則圖形自動平移?？焖亠@示想要顯示的圖形部分時，把鼠標指向左上預覽窗口中某處，并單擊鼠標左鍵，則編輯窗

19、口內(nèi)圖形自動移動到指定位置。另外還有兩個圖標，用于顯示整個圖形，以鼠標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)，上下滾動鼠標滾輪即可縮放視野。如果沒有鼠標滾輪，可使用圖標 和 來放大和縮小編輯窗口內(nèi)的圖形。放置鼠標指針到編輯窗口內(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)的元件上單擊鼠標左鍵選中元件(為紅色)，在選中的元件上再次單擊鼠標右鍵則刪除該元件，而在元件以外的區(qū)域內(nèi)單

20、擊右鍵則取消選擇。元件誤刪除后可用圖標 找回。單個元件選中后，單擊鼠標左鍵不松可以拖動該元件。群選使用鼠標左鍵拖出一個選擇區(qū)域，使用圖標 來整體移動。使用圖標 可整體復制，圖標 用來刷新圖面。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 、 、 、 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 元件布置先存一下盤。建立一個名為Proteus的目錄，選主菜單FileSave Design As，在打開的對話框中把文件保存為Proteus目錄下的“Cap1.DSN”，只用輸入“Cap1”，擴展名系統(tǒng)自動添加。下面改變元件參數(shù)。左鍵雙擊原理圖編輯區(qū)中的電阻R1，彈

21、出“Edit Component”(元件屬性設置)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(元件屬性設置)對話框如圖1-21所示。圖1-21 元件屬性設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“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”屬性設置對話框也可在元件調(diào)用前，直接選擇主菜單

22、中的【Template】【Set Design Defaults】打開畫圖模板設置選項，如圖1-23所示。圖1-23 打開模板設計對話框接著出現(xiàn)Edit Design Defaults(編輯模板設計)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 編輯模板設計對話框4. 電路連線電路連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 和自動捕捉圖標 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

23、鼠標左鍵單擊編輯區(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 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 即可，如圖1-26所 示。記住按一下存盤圖標。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”中設置仿真時電壓及電流的顏色及方向，如圖1-27所示。圖1-

24、27 Animated Circuits Configuration對話框在隨后打開的對話框中，選擇“Show Wire Voltage by Colour”和“Show Wire Current with Arrows”兩項，即選擇導線以紅、藍兩色來表示電壓的高低，以箭頭標示來表示電流的流向。單擊Proteus ISIS環(huán)境中左下方的仿真控制按鈕 中的運行按鈕，開始仿真。仿真開始后，用鼠標單擊圖中的開關(guān)，使其先把電容與電源接通，如圖1- 28所示。能清楚地看到電容充電的效果。接著單擊開關(guān)，使其把電容與燈連通?？吹綗糸W了一下，如圖1-29所示。由于充電時間常數(shù)為1秒，放電時間常數(shù)小一些，瞬間放

25、電，所以燈亮的時間很短。如果放電時間常數(shù)再大，則不易觀察到燈亮的效果。在運行時，可以來回撥動開關(guān)，反復觀察充放電過程。單擊仿真控制按鈕中的停止按鈕，仿真結(jié)束。圖1-28 電容充電過程的仿真圖1-29 電容放電過程的仿真6. 文件的保存在設計過程中要養(yǎng)成不斷存盤的好習慣，以免突發(fā)事件而造成事倍功半的效果，影響學習情緒。最好先建立一個存放“*.DSN”文件的專用文件夾，你會發(fā)現(xiàn)在這個文件夾中，除了剛剛設計完成的“Cap1.DSN”文件外，還有很多其他擴展名的文件，可以統(tǒng)統(tǒng)刪除。下次打開時，可直接雙擊“Cap1.DSN”文件，或先運行Proteus，再打開“Cap1.DSN”文件。7. 變式演練下面

26、來嘗試自己動手設計一個電容充放電電路，如圖1-30所示。與剛才的電路不同的是，這個電路選用了兩個一位開關(guān)代替原來的一個兩位開關(guān)；在充放電回路中分別串入了直流數(shù)字電流表，在電容兩端并接了一個電壓表，用于觀察充放電過程中的電流及電壓的變化；另外，放電回路中取消了放電電阻，充電電阻值和電容值也都有變化 圖1-30 變式演練電路圖所用元件名稱及所屬的庫文件如表1-2所示，可采取直接查詢法來拾取表中元件。表1-2 變式演練的元件清單選取虛擬儀器圖標 來獲取直流電壓表和電流表，如圖1-31所示。由上而下的儀器分別為示波器(OSCILLOSCOPE)、邏輯分析儀(LOGIC ANALYSER)、計數(shù)定時器(

27、COUNTER TIMER)、虛擬終端(VIRTUAL TERMINAL)、信號發(fā)生器(SIGNAL GENERATOR)、模式發(fā)生器(PATTERN GENERATOR)、直流電壓表(DC VOLTMETER)、直流電流表(DC AMMETER)、交流電壓表(AC VOLTMETER)和交流電流表(AC AMMETER)。圖1-31 虛擬儀器菜單兩個電流表設置為毫安表，分別取名為AM1和AM2；電壓表取名為VM1。雙擊電流表，出現(xiàn)如圖1-32所示的Edit Component(屬性設置)對話框，照圖完成設置。 圖1-32 毫安表的設置把此文件保存為“CAP2.DSN”。 在仿真時，注意觀察電

28、流表和電壓表數(shù)值的變化。1.2.3 異步四位二進制計數(shù)器的設計及仿真從上一節(jié)一階動態(tài)電路的例子，我們已經(jīng)對Proteus的基本功能有了初步的認識和了解，但是，還有一些疑問和不解沒有解決。比如，怎么知道哪些元件存放在哪些庫里，怎么知道所用元件的名稱等。通過下面這個數(shù)字電路的設計實例，大家會有進一步的體會。如果已經(jīng)具備了數(shù)字電子技術(shù)的知識，就會知道，這是一個異步時序邏輯電路，由四個觸發(fā)器構(gòu)成，這里選用JK觸發(fā)器，把它們的JK端全接高電平，前一級的輸出作為后一級的時鐘信號。觀察四個觸發(fā)器輸出端所組成的二進制數(shù)的變化是否為0F(即00001111)。1. 元件的拾取如果不知道所用元件的確切名字及所在的

29、庫，可以用查詢的方法在所有庫里海選。選擇主菜單“Library”“Pick Device/Symbol”，或直接單擊左側(cè)工具箱中的圖標后再單擊“P”按鈕，打開如圖1-33所示的對話框。采用部分查找法，在所查找的元件名關(guān)鍵詞中填寫“JK”，所有“JK”觸發(fā)器元件都被找出，列在圖1-33的中間部分查詢結(jié)果中。選中“JKFF(ACTIVE)”，即選中仿真庫中的元件，單擊“OK”，元件拾取到對象選擇器中。圖1-33 元件拾取對話框按表1-3所示，采用直接查詢法，把所有元件都拾取到編輯區(qū)的元件列表中。表1-3 元件清單列表2. 元件連線先放置一個JK觸發(fā)器。選中左側(cè)電源和接地圖標，單擊“POWER”，一

30、個箭頭形狀的標準數(shù)字直流電源(即高電平)出現(xiàn)在元件預覽區(qū)，拖出后與觸發(fā)器的JK端接上，如圖1-34所示。圖1-34 與觸發(fā)器的JK端連接因為四個觸發(fā)器的JK端接法都一樣，故采取復制法畫其他三個觸發(fā)器。用左鍵選中剛才所畫的圖形，選取上方的復制按鈕 ，連續(xù)單擊鼠標三次，得到如圖1-35所示的圖形。圖1-35 復制后的四個觸發(fā)器接下來，把前一個觸發(fā)器的輸出端連接到下一個觸發(fā)器的時鐘CLK端上。再把時鐘“CLOCK”拖出，連在第一個觸發(fā)器的CLK輸入端上，如圖1-36所示。如果是下降沿觸發(fā)的觸發(fā)器，則把前一個觸發(fā)器的Q端連到下一個觸發(fā)器的時鐘CLK端上。把該電路保存為“Counter.DSN”。圖1-

31、36 連接好的異步四位二進制計數(shù)器3. 電路的動態(tài)仿真為了觀察計數(shù)器計數(shù)的動態(tài)過程，我們在每個觸發(fā)器的輸出端Q連接一個邏輯電平探測器，能夠顯示0和1。把LOGICPROBE(BIG)元件拖到圖形編輯區(qū)內(nèi)，連續(xù)雙擊鼠標三次，得到四個邏輯探測器。分別接到每個JK觸發(fā)器的輸出端Q上。最后一個觸發(fā)器為最高位(MSB)。同時，把七段數(shù)碼顯示拖入編輯區(qū)。數(shù)碼管的最左端是高位，分別和各觸發(fā)器的輸出端Q相連，如圖1-37所示。 圖1-37 加上邏輯電平探測器和七段數(shù)碼管后的電路按下仿真運行按鈕，四個邏輯探測器組成的四位二進制數(shù)從00001111變化，而七段數(shù)碼管則顯示0F。另外我們還觀察到每個器件的連線端都有

32、紅藍兩色小方塊來顯示該端的電平變化，紅色為高電平，藍色為低電平。如圖1-38所示，十六進制計數(shù)器計到14，顯示“E”。圖1-38 連接好的異步四位二進制計數(shù)器4. 電路波形的生成有時為了方便分析，我們還會在已繪制好的圖中加上波形圖。在一個波形圖中，可以插入多個觀測點的波形，它們既可以是數(shù)字波形，也可以是模擬波形或是其他形式的波形。現(xiàn)在我們想把上圖中四個觸發(fā)器的輸出端Q的波形分別顯示出來。首先要把一個電壓探針接在被測點，左側(cè)圖標 和 分別為電壓和電流探針。四個電壓探針分別命名為Q1、Q2、Q3和Q4。單擊左側(cè)圖標 ，選擇插入波形的種類。如圖1-39所示，選擇數(shù)字波形(DIGITAL)或數(shù)字模擬混

33、合波形(MIXED)。 圖1-39 加上邏輯探針后的圖形接下來放置波形。選擇主菜單【Graph】【Edit Graph】，在圖形編輯區(qū)的下方單擊鼠標左鍵拖出一個長方形波形區(qū)域，再次單擊左鍵確定。選擇【Graph】【Add Trace】，添加軌跡，在彈出的對話框中，選擇右側(cè)的數(shù)字(Digital)波形，選中Pro be P1 中的Q1(電壓探針加上后，所有探針的名稱自動出現(xiàn)在這里)，單擊“OK”(如圖1-40所示)，Q1的坐標出現(xiàn)在波形圖中。繼續(xù)選擇【Graph】【Add Trace】，選中Q2，重復上一步驟，直到四點波形坐標都加到圖形中為止。選擇主菜單【Graph】【Edit Graph】，把

34、波形標題更改為“DIGITAL ANALYSIS”(數(shù)字波形分析)，把停止時間改為16，如圖1-41所示。 圖1-40 加入Q1的軌跡 圖1-41 修改波形標題橫坐標單位選擇“Graph”“Simulate Graph”或按空格鍵，生成波形。不需要運行仿真，只要執(zhí)行此命令，四個探測點的波形就自動生成了，如圖1-42所示。這種波形不同于示波器顯示的波形，它能夠靜態(tài)地保留在原理圖中，供讀者分析或隨圖形一起輸出打印。當按下空格鍵后，它可以再次刷新生成。圖1-42 計數(shù)器的波形圖左擊波形圖的綠色標題欄部分，可全屏顯示波形，并可根據(jù)全屏顯示的菜單更改波形及背景的顏色，拉動豎線，在左側(cè)查看各時刻各觀測點電

35、平的高低等。5. 變式演練設計一個555多諧振蕩器，輸出一個10Hz的方波。根據(jù)計算公式，取C1為473(0.047F)，設R1與R2相等，則R1=R2=100k。元件清單如表1-4所示。表1-4 多諧振蕩器元件清單在電容C1一端和555的輸出端3分別放置電壓探針，以生成這兩點的波形。其中Vc選擇為模擬波形(Analog)，Vo為數(shù)字波形(Digital)。波形的停止時間不要選得太大，以免生成時間太長，因為周期為10ms，停止時間選為40ms即可。另外把這兩點的波形接到示波器上觀察。從虛擬儀器中拖出示波器，按圖1-43接好。單擊仿真運行開始按鈕 ，自動彈出示波器界面。通過選擇和調(diào)整相應按鈕和旋

36、鈕，把電容的充放電波形和輸出方波顯示出來，如圖1-44所示。單擊仿真停止按鈕 ，示波器自動關(guān)閉，最好不要在示波器界面上關(guān)閉示波器，否則下次仿真運行時示波器將不會再出現(xiàn)，需要從主菜單的“Debug”“Digital Oscilloscope”中調(diào)出。圖1-43 555多諧振蕩器圖1-44 示波器界面1.2.4 89C51與8255接口電路的調(diào)試及仿真 以上兩個例子是基于電工電子技術(shù)的電路設計與仿真。其實，Proteus真正超群之處在于它對單片機電路的設計與仿真。它與單片機的程序設計軟件Keil兼容，能夠把Keil編譯好的“*.Hex”文件置入Proteus的單片機硬件中，從而實現(xiàn)軟硬件一體的電路

37、仿真。首先要確定計算機中已經(jīng)安裝了Keil 軟件，當然也可以在Proteus ISIS提供的源代碼編輯器中來進行，具體參看第7章。在Keil中新建一個“Test 1.uv2”工程文件，在其下的“test1.asm”文件中的匯編程序如圖1-45所示。 圖1-45 Keil 軟件下的匯編程序這段程序首先設8255 I/O 的控制地址為7FFFH；接下來的三句是寫8255的控制字80H到8255的7FFFCH，設8255的PA口為輸出口；最后兩句把一個字節(jié)數(shù)0FH通過數(shù)據(jù)指針送到8255的PA口。編譯后生成“Test1.hex”文件。這段程序首先設8255 I/O 的控制地址為7FFFH；接下來的三

38、句是寫8255的控制字80H到8255的7FFFCH，設8255的PA口為輸出口；最后兩句把一個字節(jié)數(shù)0FH通過數(shù)據(jù)指針送到8255的PA口。編譯后生成“Test1.hex”文件。在Proteus中，照圖1-46拾取元件并連接電路。元件清單為AT89C51、74LS373、8255A、LOGICPROBE，其中74LS373為地址鎖存器。圖1-46 仿真運行中的電路電路連接好后，雙擊AT89C51芯片，出現(xiàn)如圖1-47所示的對話框。在“Program File”一項中查找“test1.hex”文件的路徑并加上該文件即可。開始仿真，則8255的PA口輸出如圖1-46所示的00001111數(shù)值，即

39、0FH。這和在Keil 中的匯編語言程序相吻合。圖1-47 Keil 的“test 1.hex”文件載入單片機AT89C51中 以上三個例子分別為電路分析、電子技術(shù)和單片機技術(shù)中的三個電路，可以照顧到初學者的不同知識層次。這里，我們只介紹了Proteus的部分功能，即電路設計與仿真，因為仿真效果的展示可以增加初學者學習的興趣，使初學者對此軟件有一個總體的把握。其實，Proteus軟件還有與Protel軟件同樣的電子線路設計與制版功能。其閃光之處還在于其對單片機電路的仿真，正如最后一個例子所介紹的，它能把單片機的程序嵌入到硬件中，實現(xiàn)其他仿真軟件所不能實現(xiàn)的仿真效果。第2章 Proteus IS

40、IS的原理圖設計2.1 Proteus ISIS編輯環(huán)境2.1.1 Proteus ISIS編輯環(huán)境簡介2.1.2 進入Proteus ISIS編輯環(huán)境2.2 Proteus ISIS的編輯環(huán)境設置 2.2.1 選擇模板 2.2.2 選擇圖紙 2.2.3 設置文本編輯器 2.2.4 設置格點2.3 Proteus ISIS的系統(tǒng)參數(shù)設置 2.3.1 設置BOM 2.3.2 設置系統(tǒng)運行環(huán)境 2.3.3 設置路徑 2.3.4 設置鍵盤快捷方式 2.3.5 設置Animation選項 2.3.6 設置仿真器選項2.4 一般電路原理圖設計 2.4.1 電路原理圖的設計流程 2.4.2 電路原理圖的設

41、計方法和 步驟2.5 Proteus電路繪圖工具的使用2.6 Proteus ISIS的庫元件認識 2.6.1 庫元件的分類 2.6.2 各子類介紹Proteus具有和其他EDA工具一樣的原理圖編輯、印刷電路板(PCB)設計及電路仿真功能，最大的特色是其電路仿真的交互化和可視化，如圖2-1所示。通過Proteus軟件的VSM(虛擬仿真模式)，用戶可以對模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路、單片機及外圍元器件等電子線路進行系統(tǒng)仿真 Proteus軟件由ISIS和ARES兩部分構(gòu)成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)原理設計和仿真平臺軟件，ARES是一款高級的PCB布線編輯軟件。Proteus ISIS

42、的特點有：實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真的結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真等功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。具有強大的原理圖繪制功能。支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有

43、這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。2.1 Proteus ISIS編輯環(huán) 2.1.1 Proteus ISIS編輯環(huán)境簡介1. Proteus ISIS各窗口點狀的柵格區(qū)域為編輯窗口，左上方為預覽窗口，左下方為元器件列表區(qū)，即對象選擇器 編輯窗口用于放置元器件，進行連線，繪制原理圖。預覽窗口可以顯示全部原理圖。在預覽窗口中，有兩個框，藍框表示當前頁的邊界，綠框表示當前編輯窗口顯示的區(qū)域。當從對象選擇器中選中一個新的對象時，預覽窗口可以預覽選中的對象。在預覽窗口上單擊，Proteus ISIS將會以單擊位置為中心刷新編輯窗口。其他情況下，預

44、覽窗口顯示將要放置的對象。這種放置預覽特性在下列情況下被激活： 當使用旋轉(zhuǎn)或鏡像按鈕時 當一個對象在對象選擇器中被選中時；當為一個可以設定方向的對象選擇類型圖標時(如Component圖標、Device Pin圖標等) 2. 工具箱選擇相應的工具箱圖標按鈕，系統(tǒng)將提供不同的操作工具。對象選擇器根據(jù)選擇不同的工具箱圖標按鈕決定當前狀態(tài)顯示的內(nèi)容。顯示對象的類型包括元器件、終端、引腳、圖形符號、標注和圖表等 工具箱中各圖標按鈕對應的操作如下 Selection Mode按鈕 ：選擇模式 Component Mode按鈕 ：拾取元器件 Junction Dot Mode按鈕 ：放置節(jié)點 Wire L

45、able Mode按鈕 ：標注線段或網(wǎng)絡名 Text Script Mode按鈕 ：輸入文本 Buses Mode按鈕 ：繪制總線 Subcircuit Mode按鈕 ：繪制子電路塊 Terminals Mode按鈕 ：在對象選擇器中列出各種終端(輸入、輸出、電源和地等) Device Pins Mode按鈕 ：在對象選擇器中列出各種引腳(如普通引腳、時鐘引腳、反電壓引腳和短接引腳等) Graph Mode按鈕 :在對象選擇器中列出各種仿真分析所需的圖表(如模擬圖表、數(shù)字圖表、混合圖表和噪聲圖表等) Tape Recorder Mode按鈕 ：當對設計電路分割仿真時采用此模式 Generato

46、r Mode按鈕 ：在對象選擇器中列出各種激勵源(如正弦激勵源、脈沖激勵源、指數(shù)激勵源和FILE激勵源等) Voltage Probe Mode按鈕 ：可在原理圖中添加電壓探針。電路進行仿真時可顯示各探針處的電壓值 Current Probe Mode按鈕 ：可在原理圖中添加電流探針。電路進行仿真時可顯示各探針處的電流值 Virtual Instruments Mode按鈕 ：在對象選擇器中列出各種虛擬儀器(如示波器、邏輯分析儀、定時/計數(shù)器和模式發(fā)生器等) Rotate Clockwise按鈕 ：順時針方向旋轉(zhuǎn)按鈕，以90偏置改變元器件的放置方向 Rotate Anti-clockwise按

47、鈕：逆時針方向旋轉(zhuǎn)按鈕，以90偏置改變元器件的放置方向 X-mirror按鈕 ：水平鏡像旋轉(zhuǎn)按鈕，以Y軸為對稱軸，按180偏置旋轉(zhuǎn)元器件 Y-mirror按鈕 ：垂直鏡像旋轉(zhuǎn)按鈕，以X軸為對稱軸，按180偏置旋轉(zhuǎn)元器件 另外，在某些狀態(tài)下，對象選擇器有一個“Pick”切換按鈕，單擊該按鈕可以彈出Pick Devices、Pick Port、Pick Terminals、Pick Pins或Pick Symbols窗體。通過不同窗體，可以分別添加元器件端口、終端、引腳等到對象選擇器中，以便在今后的繪圖中使用 3. 主菜單Proteus ISIS的主菜單欄包括File(文件)、View(視圖)、E

48、dit(編輯)、Library(庫)、Tools(工具)、Design(設計)、Graph(圖形)、Source(源)、Debug(調(diào)試)、Template(模板)、System(系統(tǒng))和Help(幫助)，如圖2-3所示。單擊任一菜單后都將彈出其子菜單項。 圖2-3 Proteus ISIS的主菜單和主工具欄File菜單：包括常用的文件功能，如新建設計、打開設計、保存設計、導入/導出文件，也可打印、顯示設計文檔，以及退出Proteus ISIS系統(tǒng)等 View菜單：包括是否顯示網(wǎng)格、設置格點間距、縮放電路圖及顯示與隱藏各種工具欄等 Edit菜單：包括撤銷/恢復操作、查找與編輯元器件、剪切、復制

49、、粘貼對象，以及設置多個對象的層疊關(guān)系等 Library菜單：庫操作菜單。它具有選擇元器件及符號、制作元器件及符號、設置封裝工具、分解元件、編譯庫、自動放置庫、校驗封裝和調(diào)用庫管理器等功能 Tools菜單：工具菜單。它包括實時注解、自動布線、查找并標記、屬性分配工具、全局注解、導入文本數(shù)據(jù)、元器件清單、電氣規(guī)則檢查、編譯網(wǎng)絡標號、編譯模型、將網(wǎng)絡標號導入PCB以及從PCB返回原理設計等工具欄Design菜單：工程設計菜單。它具有編輯設計屬性，編輯原理圖屬性，編輯設計說明，配置電源，新建，刪除原理圖，在層次原理圖中總圖與子圖以及各子圖之間互相跳轉(zhuǎn)和設計目錄管理等功能 Graph菜單：圖形菜單。它

50、具有編輯仿真圖形，添加仿真曲線、仿真圖形，查看日志，導出數(shù)據(jù)，清除數(shù)據(jù)和一致性分析等功能 Source菜單：源文件菜單。它具有添加/刪除源文件，定義代碼生成工具，設置外部文本編輯器和編譯等功能 Debug菜單：調(diào)試菜單。包括啟動調(diào)試、執(zhí)行仿真、單步運行、斷點設置和重新排布彈出窗口等功能 Template菜單：模板菜單。包括設置圖形格式、文本格式、設計顏色以及連接點和圖形等 System菜單：系統(tǒng)設置菜單。包括設置系統(tǒng)環(huán)境、路徑、圖紙尺寸、標注字體、熱鍵以及仿真參數(shù)和模式等 Help菜單：幫助菜單。包括版權(quán)信息、Proteus ISIS學習教程和示例等4. 主工具欄Proteus ISIS的主工

51、具欄位于主菜單下面兩行，以圖標形式給出，包括File工具欄、View工具欄、Edit工具欄和Design工具欄四個部分。工具欄中每一個按鈕，都對應一個具體的菜單命令，主要目的是為了快捷而方便地使用命令 2.1.2 進入Proteus ISIS編輯環(huán)境1. 文件的新建和保存在 Proteus ISIS窗口中，選擇【File】【New Design】菜單項，彈出如圖2-4所示對話框 選擇合適的模板(通常選擇DEFAULT模板)，單擊“OK”按鈕，即可完成新設計文件的創(chuàng)建 選擇【File】【Save Design】菜單項在“保存在”下拉列表框中選擇目標存放路徑，并在“文件名”框中輸入設計的文檔名稱。

52、同時，保存文件的默認類型為“Design File”，即文檔自動加擴展名“.DSN”，單擊“保存”按鈕即可 2. 打開和保存設計文件選擇【File】【Open Design】菜單項，將彈出如圖2-6所示對話框 在“查找范圍”下拉列表框中選擇目標查找路徑，單擊列表框中對應的設計選項，然后單擊“打開”按鈕，即可打開相應的設計文件 保存打開的設計文件的方式與上述一致。選擇【File】【Save Design】菜單項，在打開的保存對話框中單擊“保存”按鈕，即可保存文件。注意，在出現(xiàn)的保存對話框中，用戶可以更改設計文件的名稱及路徑，也可使用默認保存文件 2.2 Proteus ISIS的編輯環(huán)境設置Pr

53、oteus ISIS編輯環(huán)境的設置主要是指模板的選擇、圖紙的選擇、圖紙的設置和格點的設置。繪制電路圖首先要選擇模板，模板控制電路圖外觀的信息，比如圖形格式、文本格式、設計顏色、線條連接點大小和圖形等。然后設置圖紙，如設置紙張的型號、標注的字體等。圖紙的格點為放置元器件、連接線路帶來很多方便 2.2.1 選擇模板在 Proteus ISIS主界面中選擇【Template】【Set Design Defaults】菜單項，編輯設計的默認選項 選擇【Template】【Set Graph Colours】菜單項，編輯圖形顏色 選擇【Template】【Set Graph Styles】菜單項，編輯圖

54、形的全局風格 選擇【Template】【Set Text Styles】菜單項，編輯全局文本風格 選擇【Template】【Set Graphics Text】菜單項，編輯圖形字體格式 選擇【Template】【Set Junction Dots】菜單項，彈出編輯節(jié)點對話框 注意：模板的改變只影響當前運行的Proteus ISIS，盡管這些模板有可能被保存后在別的設計中調(diào)用 2.2.2 選擇圖紙在Proteus ISIS主界面選擇【System】【Set Sheet Sizes】菜單項，將出現(xiàn)如圖2-15所示對話框。在該對話框中用戶可選擇圖紙的大小或自定義圖紙的大小 圖2-15 設置圖紙大小

55、2.2.3 設置文本編輯器在 Proteus ISIS主界面中選擇【System】【Set Text Editor】菜單項，出現(xiàn)如圖2-16所示對話框。在該對話框中可以對文本的字體、字形、大小、效果和顏色等進行設置 圖2-16 設置文本格式2.2.4 設置格點使用“View”菜單設置格點的顯示或隱藏。在主界面中選擇【View】【Grid】菜單項設置編輯窗口中的格點顯示與否 使用“View”菜單設置格點的間距。選擇【View】【Snap 10th】菜單項，或Snap 50th、Snap 0.1in、Snap 0.5in項，可調(diào)整格點的間距(默認值為0.1in) 2.3 Proteus ISIS的

56、系統(tǒng)參數(shù)設置2.3.1 設置BOM選擇【System】【Set BOM Scripts】菜單項，可打開BOM設置對話框 在BOM設置對話框中，可對4種輸出格式進行設置。單擊對話框中的“Add”按鈕 在“Category Heading”文本框中輸入“Subcircuit”，并在“Reference(s) to match”文本框中輸入“S”，單擊“OK”按鈕，則可將新的“Category”添加到“BOM” 在“Categories”列表框中選中“Subcircuit”，單擊“Order”按鈕 選擇期望排序的對象，單擊相應的按鈕，即可實現(xiàn)排序 同理，單擊“Delete”、“Edit”等按鈕，將出

57、現(xiàn)對應的對話框，可對“Categories”及“Fields”進行添加、刪除等操作圖2-20 添加新的Category后 圖2-21 BOM的“Order”對話框圖2-18 BOM設置對話框 圖2-19 添加Category2.3.2 設置系統(tǒng)運行環(huán)境在Proteus ISIS主界面中選擇【System】【Set Environment】菜單項，即可打開系統(tǒng)環(huán)境設置對話框 Autosave Time(minutes)：系統(tǒng)自動保存時間設置(單位為min) Number of Undo Levels：可撤銷操作的次數(shù)設置 Tooltip Delay(milliseconds)：工具提示延時(單位

58、為ms) Number of filenames on File Menu：File菜單項中顯示文件名的數(shù)量 Auto Synchronise/Save with ARES？是否自動同步/保存ARES Save/load ISIS state in design file？是否在設計文檔中加載/保存Proteus ISIS狀態(tài)圖2-22 系統(tǒng)環(huán)境設置對話框2.3.3 設置路徑 選擇【System】【Set Paths】菜單項，即可打開路徑設置對話框，如圖2-23所示路徑設置對話框包括如下設置 Initial folder is taken from Windows：表示從窗口中選擇初始文件夾

59、Initial folder is always the same one that was used last：表示初始文件夾為最后一次使用過的文件夾 Initial folder is always the following：表示初始文件夾為下面的文本框中輸入的路徑 Template folders：表示模板文件夾路徑 Library folders：表示庫文件夾路徑 Simulation Model and Module Folders：表示仿真模型及模塊文件夾路徑 Path to folder for simulation results：表示仿真結(jié)果的存放文件夾路徑 Limit m

60、aximum disk space used for simulation result(Kilobytes)：表示仿真結(jié)果占用的最大磁盤空間(KB)圖2-23 路徑設置對話框2.3.4 設置鍵盤快捷方式選擇【System】【Set Keyboard Mapping】菜單項，打開鍵盤快捷方式設置對話框，如圖2-24所示 其中，在“Command Groups”下拉列表框中選擇相應的選項，在“Available Commands”列表框中選擇可用的命令，在該對話框下方的說明欄中顯示所選中命令的意義，“Key sequence for selected command”文本框中顯示所選中命令的快捷