第1讲Proteus集成开发环境的使用方法

电子仿真软件及应用主讲人：邓婷单位：电子信息工程学院B6-511联系：134-5043-2095，短号66-2095邮箱：[e-mail]课程简介一课程性质：专业拓展课.二课程总学时：32学时+3周.三课程总学分：5学分.四课程考核方式：平时成绩+综合大作业综合大作业占：70%平时成绩占：30%参考文献朱清慧等，Proteus教程--电子线路设计、制版与仿真，清华大学出版社，2008朱清慧，Proteus电子技术虚拟实验室，中国水利水电出版社，2010彭伟，单片机C语言程序设计实训100例—基于8051+Proteus仿真，电子工业出版社，2009第一讲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集成开发环境的使用方法1.2.1Proteus软件的运行1.2.2进入ProteusISIS编辑环境1.2.3ProteusISIS编辑环境简介1.2.4一般电路原理图设计1.2.5常用电路原理图设计举例第一讲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：1、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；2、它的PCB电路制版功能可以Protel相媲美。它的功能不但强大，而且每种功能都不逊于Protel。1.1.1集成化的电路虚拟仿真软件——ProteusProteus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——高级布线和编辑软件。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。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。1、交互式仿真——实时直观地反映电路设计的仿真结果；2、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指数脉冲发生器/ASF模式信号发生器分段线性脉冲信号发生器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激励源的可编辑格式示例如图1-4所示。图1-4Proteus激励源的可编辑格式示例虚拟终端四通道示波器I2C调试器SPI调试器3.交互式仿真实例高级仿真(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单片机8051通过锁存器驱动液晶显示屏。单片机的程序可通过Keil(支持汇编和C格式)编辑、编译成“*.hex”后，直接用鼠标双击画面上的8051芯片，把“*.hex”文件加入即可。如果程序无误，而且硬件电路也连接正确，则单击原理图设计界面左下方的仿真运行按钮，出现图1-8的仿真结果。其中，每个芯片引脚还会通过红蓝两色的方点来表示此时的引脚电平高低。红色表示高电平，蓝色表示低电平。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通过COMPIM串口仿真模型，可以实现虚拟仿真电路与外部实际电路的双向通信，如图1-9所示。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。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集成开发环境的使用方法1.2.1Proteus软件的运行Proteus软件目前的最新版本为7.10，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(ARES7Professional)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1.2.2进入ProteusISIS编辑环境1.文件的新建和保存在ProteusISIS窗口中，选择【File】→【NewDesign】菜单项，弹出如图2-4所示对话框；选择合适的模板(通常选择DEFAULT模板)，单击“OK”按钮，即可完成新设计文件的创建；选择【File】→【SaveDesign】菜单项；在“保存在”下拉列表框中选择目标存放路径，并在“文件名”框中输入设计的文档名称。同时，保存文件的默认类型为“DesignFile”，即文档自动加扩展名“.DSN”，单击“保存”按钮即可。2.打开和保存设计文件选择【File】→【OpenDesign】菜单项，将弹出如图2-6所示对话框；在“查找范围”下拉列表框中选择目标查找路径，单击列表框中对应的设计选项，然后单击“打开”按钮，即可打开相应的设计文件；保存打开的设计文件的方式与上述一致。选择【File】→【SaveDesign】菜单项，在打开的保存对话框中单击“保存”按钮，即可保存文件。注意，在出现的保存对话框中，用户可以更改设计文件的名称及路径，也可使用默认保存文件。1.2.3ProteusISIS编辑环境简介1.ProteusISIS各窗口点状的栅格区域为编辑窗口，左上方为预览窗口，左下方为元器件列表区，即对象选择器；1、编辑窗口用于放置元器件，进行连线，绘制原理图。2、预览窗口可以显示全部原理图。在预览窗口中，有两个框，蓝框表示当前页的边界，绿框表示当前编辑窗口显示的区域。3、当从对象选择器中选中一个新的对象时，预览窗口可以预览选中的对象。在预览窗口上单击，ProteusISIS将会以单击位置为中心刷新编辑窗口。其他情况下，预览窗口显示将要放置的对象。2.工具箱选择相应的工具箱图标按钮，系统将提供不同的操作工具。对象选择器根据选择不同的工具箱图标按钮决定当前状态显示的内容。显示对象的类型包括元器件、终端、引脚、图形符号、标注和图表等工具箱中各图标按钮对应的操作如下：SelectionMode按钮：选择模式ComponentMode按钮：元件模式JunctionDotMode按钮：节点模式WireLableMode按钮：连线标号模式TextScriptMode按钮：文字脚本模式BusesMode按钮：总线模式SubcircuitMode按钮：子电路模式TerminalsMode按钮：终端模式(输入、输出、电源和地等)DevicePinsMode按钮：器件引脚模式(如普通引脚、时钟引脚、反电压引脚和短接引脚等)GraphMode按钮:图表模式(如模拟图表、数字图表、混合图表和噪声图表等)TapeRecorderMode按钮：录音模式