proteus入门教程

第1章Proteus快速入门1.1Proteus整体功能预览1.1.1集成化的电路虚拟仿真软件——Proteus1.1.2ProteusVSM仿真与分析1.1.3ProteusARES的应用预览功能1.2Proteus跟我做1.2.1Proteus软件的安装与运行1.2.2一阶动态电路的设计与仿真1.2.3异步四位二进制计数器的设计及仿真1.2.489C51与8255接口电路的调试及仿真第1章Proteus快速入门Proteus软件是由英国LabcenterElectronics公司开发的EDA工具软件，已有近20年的历史，在全球得到了广泛应用。Proteus软件的功能强大，它集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身，不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真，并且功能齐全，界面多彩，是近年来备受电子设计爱好者青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件。1.1Proteus整体功能预览Proteus软件和我们手头的其他电路设计仿真软件最大的不同即它的功能不是单一的。它的强大的元件库可以和任何电路设计软件相媲美；它的电路仿真功能可以和Multisim相媲美，且独特的单片机仿真功能是Multisim及其他任何仿真软件都不具备的；它的PCB电路制版功能可以和Protel相媲美。它的功能不但强大，而且每种功能都毫不逊于Protel，是广大电子设计爱好者难得的一个工具软件。1.1.1集成化的电路虚拟仿真软件——ProteusProteus是一个基于ProSPICE混合模型仿真器的、完整的嵌入式系统软硬件设计仿真平台。它包含ISIS和ARES应用软件，具体功能分布如图1-1所示。图1-1Proteus的功能分布图ISIS——智能原理图输入系统，系统设计与仿真的基本平台。ARES——高级PCB布线编辑软件。在Proteus中，从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计一气呵成，真正实现了从概念到产品的完整设计。Proteus从原理图设计到PCB设计，再到电路板完成的流程如图1-2所示。图1-2Proteus设计流程在图1-2中，最上面是一个基于单片机的应用电路原理图，显示的画面正处于仿真运行状态。设计者可以从Proteus原理图库中调用所需库元件，然后通过合适连线即可。单片机内可通过单击单片机芯片加入已编译好的十六进制程序文件，然后运行仿真即可。中间图片是运用Proteus的PCB制版功能设计出的电路板，可通过原理图生成网络表后设计布局而成。最下面的图为根据设计的PCB加工而成的电路板和安装焊接完成后的实际电路。可见，整个电路从设计到实际电路制作完成，通过Proteus一个软件即可完美实现。并且，它的仿真结果与实际误差很小，非常适合电子设计爱好者和高校学生自学使用，缩短了设计周期，降低了生产成本，提高了设计成功率。1.1.2ProteusVSM仿真与分析Proteus软件的ISIS原理图设计界面同时还支持电路仿真模式VSM(虚拟仿真模式)。当电路元件在调用时，我们选用具有动画演示功能的器件或具有仿真模型的器件，当电路连接完成无误后，直接运行仿真按钮，即可实现声、光、动等逼真的效果，以检验电路硬件及软件设计的对错，非常直观。ProteusVSM有两种不同的仿真方式：交互式仿真和基于图表的仿真。交互式仿真——实时直观地反映电路设计的仿真结果；基于图表的仿真(ASF)——用来精确分析电路的各种性能，如频率特性、噪声特性等。ProteusVSM中的整个电路分析是在ISIS原理图设计模块下延续下来的，原理图中可以包含以下仿真工具：探针——直接布置在线路上，用于采集和测量电压/电流信号；电路激励——系统的多种激励信号源；虚拟仪器——用于观测电路的运行状况；曲线图表——用于分析电路的参数指标。1.仿真工具——激励源DC：直流电压源。Sine：正弦波发生器。Pulse：脉冲发生器。Exp：指数脉冲发生器。SFFM：单频率调频波信号发生器。Pwlin：任意分段线性脉冲信号发生器。File：File信号发生器，数据来源于ASCII文件。Audio：音频信号发生器，数据来源于wav文件。DState：单稳态逻辑电平发生器。DEdge：单边沿信号发生器。DPulse：单周期数字脉冲发生器。DClock：数字时钟信号发生器。DPattern：模式信号发生器。Proteus激励源的可编辑格式示例如图1-3所示。图1-3Proteus激励源的可编辑格式示例2.仿真工具——虚拟仪器虚拟示波器(OSCILLOSCOPE)。逻辑分析仪(LOGICANALYSER)。计数器、定时器(COUNTERTIMER)。虚拟终端(VIRUALTERMINAL)。信号发生器(SIGNALGENERATOR)。模式发生器(PATTERNGENERATOR)。交直流电压表和电流表(AC/DCvoltmeters/ammeters)。SPI调试器(SPIDEBUGGER)。I2C调试器(I2CDEBUGGER)。Proteus的部分虚拟仪器(虚拟终端显示器、四通道示波器和SPI、I2C调试器)Proteus激励源的可编辑格式示例如图1-3所示。图1-3Proteus激励源的可编辑格式示例3.交互式仿真实例(741放大电路)高级仿真(ASF)实例(741放大电路分析)如图1-5所示。激励源电压探针虚拟仪器图1-5741放大电路分析噪声分析：显示随频率变化的输出噪声和等效输入噪声电压，并列出电路各部分所产生的噪声电压清单。741放大电路的噪声分析如图1-6所示。失真分析：用于确定由测试电路所引起的电平失真的程度，失真分析图表用于显示随频率变化的二次和三次谐波失真电平。741放大电路的失真分析如图1-7所示。图1-6741放大电路的噪声分析图1-7741放大电路的失真分析4.Proteus微处理器系统仿真单片机系统的仿真是ProteusVSM的主要特色。用户可在Proteus中直接编辑、编译、调试代码，并直观地看到仿真结果。CPU模型有ARM7(LPC21xx)、PIC、AtmelAVR、MotorolaHCXX以及8051/8052系列。同时模型库中包含了LED/LCD显示、键盘、按钮、开关、常用电机等通用外围设备。VSM甚至能仿真多个CPU，它能便利处理含两个或两个以上微控制器的系统设计。下面看一个微处理器系统仿真与分析实例——交互式仿真显示系统输出结果，如图1-8所示。图1-8微处理器交互仿真实例实时显示系统输出结果实时显示元器件引脚电平原理图中的P1为虚拟串口，通过适当设置和引用，可以直接实现模拟与实际电路一样的串行通信效果，避免了涉及外围及与PC之间的通信无法实现的情况。在Proteus中，虚拟元件及虚拟仪器的种类很多，我们不必担心单片机与上位机之间的通信如何来仿真的问题。图1-9虚拟仿真电路与外部实际电路的双向通信实际温度测量板PC串行口串行电缆5.Proteus与Keil联调Proteus与汇编程序调试软件Keil可实现联调，在微处理器运行中，如果发现程序有问题，可直接在Proteus的菜单中打开Keil对程序进行修改，如图1-10所示。图1-10Proteus与Keil的联调Keil处于运行状态1.1.3ProteusARES的应用预览功能Proteus的ARES软件具有PCB(印刷电路板)设计的强大功能。新的Proteus7支持PCB板的三维预览，便于观察器件布局和展示设计结果，如图1-11所示。图1-11Proteus的PCB三维预览1.2Proteus跟我做1.2.1Proteus软件的安装与运行Proteus软件目前的最新版本为7.2，先按要求把软件安装到计算机上，安装结束后，在桌面的“开始”程序菜单中，单击运行原理图(ISIS7Professional)或PCB(ARE7Professional)设计界面。ISIS7Professional在程序中的位置如图1-12所示。图1-12ISIS7Professional在程序中的位置图1-13为ISIS7Professional运行时的界面。图1-13ISIS7Professional运行时的界面我们都知道，学习软件的最大困惑是，想一下子能够上手，但看到层层叠叠的英文菜单和详而又细的教程却望而生畏，最后会因没有足够的耐心而失去兴趣，半途而废。其实，对于初学者，我们不必了解软件的全部功能，只要能够把握它的核心和宗旨的东西，拿来就能用，能快速玩转，是最开心不过的了。至于内部的详细功能，在有了兴趣和信心之后，再具体学习即可。1.2.2一阶动态电路的设计与仿真我们先从最简单的电路入手，来设计一个电容充放电电路，并通过电路仿真观察其电流流向和灯的亮灭。大家跟我做，一步一步来，一会儿你会找到一种成就感。1.元件的拾取在桌面上选择【开始】→【程序】→“Proteus7Professional”，单击蓝色图标“ISIS7Professional”打开应用程序。ISISProfessional的编辑界面如图1-14所示。图1-14ISISProfessional的编辑界面在弹出的对话框中选择“No”，选中“以后不再显示此对话框”，关闭弹出提示。本例所用到的元件清单如表1-1所示。表1-1例1的元件清单用鼠标左键单击界面左侧预览窗口下面的“P”按钮，如图1-14所示，弹出“PickDevices”(元件拾取)对话框，如图1-15所示。图1-15元件拾取对话框ISIS7Professional的元件拾取就是把元件从元件拾取对话框中拾取到图形编辑界面的对象选择器中。元件拾取共有两种办法。(1)按类别查找和拾取元件元件通常以其英文名称或器件代号在库中存放。我们在取一个元件时，首先要清楚它属于哪一大类，然后还要知道它归属哪一子类，这样就缩小了查找范围，然后在子类所列出的元件中逐个查找，根据显示的元件符号、参数来判断是否找到了所需要的元件。双击找到的元件名，该元件便拾取到编辑界面中了。拾取元件对话框共分四部分，左侧从上到下分别为直接查找时的名称输入、分类查找时的大类列表、子类列表和生产厂家列表。中间为查到的元件。列表。右侧自上而下分别为元件图形和元件封装，图1-16中的元件没有显示封装。图1-16分类拾取元件示意图(2)直接查找和拾取元件把元件名的全称或部分输入到PickDevices(元件拾取)对话框中的“Keywords”栏，在中间的查找结果“Results”中显示所有电容元件列表，用鼠标拖动右边的滚动条，出现灰色标示的元件即为找到的匹配元件，如图1-17所示。这种方法主要用于对元件名熟悉之后，为节约时间而直接查找。对于初学者来说，还是分类查找比较好，一是不用记太多的元件名，二是对元件的分类有一个清楚的概念，利于以后对大量元件的拾取。图1-17直接拾取元件示意图按照电容的拾取方法，依次把五个元件拾取到编辑界面的对象选择器中，然后关闭元件拾取对话框。元件拾取后的界面如图1-18所示。图1-18元件拾取后的界面下面把元件从对象选择器中放置到图形编辑区中。用鼠标单击对象选择区中的某一元件名，把鼠标指针移动到图形编辑区，双击鼠标左键，元件即被放置到编辑区中。电阻要放置两次，因为本例中用到两个电阻。放置后的界面如图1-19所示。图1-19元件放置后的界面2.编辑窗口视野控制学会合理控制编辑区的视野是元件编辑和电路连接进行前的首要工作。编辑窗口的视野平移可用以下方法：在原理图编辑区的蓝色方框内，把鼠标指针放置在一个地方后，按下“F5”，则以鼠标指针为中心显示图形。当图形不能全部显示出来时，按住“Shift”键，移动鼠标指针到上、下、左、右边界，则图形自动平移。快速显示想要显示的图形部分时，把鼠标指向左上预览窗口中某处，并单击鼠标左键，则编辑窗口内图形自动移动到指定位置。另外还有两个图标，用于显示整个图形，以鼠标所选窗口为中心显示图形。编辑窗口的视野缩放用以下方法：先把鼠标指针放置到原理图编辑区内的蓝色框内，上下滚动鼠标滚轮即可缩放视野。如果没有鼠标滚轮，可使用图标和来放大和缩小编辑窗口内的图形。放置鼠标