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1、,七、基于PROTEUS的应用,东软人才实训中心,Copyright 2008 By Neusoft Group.All rights reserved,第七章：基于PROTEUS的应用,目标:本章旨在向学员介绍PROTEUS仿真软件的安装运行及应用，通过本章的学习，学员应该掌握如下知识：PROTEUS的功能特点 ISIS的运用 PROTEUS VSM仿真工具介绍 PROTEUS软件中的仿真调试方法,学时：12.0学时教学方法：讲授ppt上机练习点评案例分析,7.1 PROTEUS概述,Proteus软件是由英国Labcenter公司开发，作为一个从设计到完成的完整电子设计与仿真平台，由于其能
2、实现电路仿真与处理器仿真的有机结合，为电子学的教学与实验提供了革命性的手段，现在已经被越来越多大学采用为电路、单片机与嵌入式系统实验室平台及创新平台。,7.1.1 PROTEUS功能特点,Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真（4）仿真处理器及其外围电路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM等常用主流微处理器。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。,7
3、.1.2 PROTEUS所提供的资源,（1）Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。（2）Proteus可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。（3）除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响
4、。（4）Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。,7.1.3 用PROTEUS实现软件仿真,1）支持多种主流单片机系统的仿真 2）提供软件调试功能 支持当前主流的第三方编译器，如Keil uVision2、Keil uVision3、IAR EWARM、ADS1.2等。3）提供丰富的外围接口器件及其仿真 RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。这样很接近实际。在实际练习时，可以选择不同的方案。4）提供丰富的虚拟仪器 利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培
5、养实际硬件的调试能力。,7.1.4 PROTEUS体系结构,7.1.5 PROTEUS VSM的处理器模型,7.1.6 PROTEUS元件库说明,Device.lib 包括电阻、电容、二极管、三极管和PCB的连接器符号ACTIVE.LIB 包括虚拟仪器和有源器件DIODE.LIB 包括二极管和整流桥DISPLAY.LIB 包括LCD、LEDBIPOLAR.LIB 包括三极管FET.LIB 包括场效应管ASIMMDLS.LIB 包括模拟元器件VALVES.LIB 包括电子管ANALOG.LIB 包括电源调节器、运放和数据采样ICCAPACITORS.LIB 包括电容COMS.LIB 包括 400
6、0系列,ECL.LIB 包括ECL10000系列MICRO.LIB 包括 通用微处理器OPAMP.LIB 包括 运算放大器RESISTORS.LIB 包括 电阻FAIRCHLD.LIB 包括FAIRCHLD 半导体公司的分立器件LINTEC.LIB 包括 LINTEC公司的运算放大器NATDAC.LIB 包括 国家半导体公司的数字采样器件NATOA.LIB 包括 国家半导体公司 的运算放大器ZETEX.LIB 包括ZETEX比较器TECOOR.LIB 包括TECOOR公司的 SCR 和TRIACTEXOAC.LIB 包括 德州仪器公司的运算放大器和公司的分立器件,7.2 PROTEUS 7.1
7、的安装,PROTEUS的安装同大多数WINDOWS应用程序的安装类似。运行.Proteus 7.12SETUP71.EXE文件，点击NEXT按钮：,7.2 PROTEUS 7.1的安装（续）,出现PROTEUS PROFESSIONAL LICENCE AGREEMENT画面，点击YES：,7.2 PROTEUS 7.1的安装（续）,选择Use a locally installed Licence Key后,点击NEXT按钮:,7.2 PROTEUS 7.1的安装（续）,提示查找Licence文件:,7.2 PROTEUS 7.1的安装（续）,点击Browse For Key File按钮，
8、选择./crack/MAXIM_LICENCE.lxk文件:,7.2 PROTEUS 7.1的安装（续）,点击打开按钮后，选中左边栏MAXIM，点击install按钮：,7.2 PROTEUS 7.1的安装（续）,安装所有的Key文件，点击是按钮后，点击close按钮：,7.2 PROTEUS 7.1的安装（续）,接下来默认点击NEXT按钮，来到选择安装路径画面:,7.2 PROTEUS 7.1的安装（续）,选择安装组件，本章内容只需选择Proteus VSM Simulation:,7.2 PROTEUS 7.1的安装（续）,单击NEXT按钮，开始安装:,7.2 PROTEUS 7.1的安装
9、（续）,安装完毕，点击Finish按钮退出:,7.2 PROTEUS 7.1的安装（续）,安装完成后将./crack/BIN中的文件复制到安装目录的.BIN下替换原有的文件。至此，安装PROTEUS7.1全部结束:,7.3 Proteus VSM,Proteus VSM包括原理图输入系统ISIS、带扩展的ProSpice混合模型仿真器、动态器件库、高级图形分析模块、处理器虚拟系统仿真模型VSM。ISIS是Proteus系统的中心，是具有控制原理图画图的超强的设计环境。ProSpice 是Proteus VSM的核心，包含大量的虚拟仪器，是一个组合了SPICE3F5模拟仿真器核和基于快速事件驱动
10、的数字仿真器的混合仿真系统。Proteus VSM最重要的特点是，它能把微处理器软件作用在处理器上，并和该处理器的任何模拟和数字器件协同仿真，仿真执行目标代码就象在真正的单片机系统上运行。,7.3.1 启动ISIS,启动ISIS的方法非常，只要运行Proteus ISIS的执行程序即可。,7.3.2 ISIS编辑界面简介,菜单栏,标题栏,命令工具栏,原理图编辑窗口,预览窗口,对象选择窗口,状态栏,仿真控制按钮,旋转、镜像控制按钮,模式选择工具栏,对象选择器,7.3.3 系统原理设计,新建设计文件：运行ISIS会自动打开一个空白文件，也可以执行菜单命令“File-New Design”，或者选择
11、工具栏中的 按钮。文件默认名是“UNTITLED.DSN”，其图纸样式都是基于系统的默认设置，用户可以从SYSTEM菜单进行相应的设置。,7.3.3 系统原理设计（续）,放置元器件 选择元器件：放置元器件之前，需要从元器件库中选择需要的元器件添加到对象选择器中，选择工具栏中的 图标，并选择对象选择器中的P按钮。从元器件对话框中选择元器件，也可直接在Keywords下输入元件名称查找。,元件库,元件列表,元件预览,Keywords编辑框,7.3.3 系统原理设计（续）,放置元器件 放置元器件：在对象选择器中双击元器件添加到对象选择窗口后，就要在原理图中放置元器件。单击选中的元器件，同时在预览窗口
12、中显示，在编辑窗口中单击，即可放置元器件。,双击元器件,7.3.3 系统原理设计（续）,放置元器件 编辑元器件属性：在编辑窗口中单击元器件，打开元器件的编辑对话框即可编辑。,7.3.3 系统原理设计（续）,对原理图布线：只需要直接单击两个元器件的连接点，即可自动定出走线路径并完成两连接点的连线操作。,7.3.3 系统原理设计（续）,对原理图进行电气规则检查：选择“Tools-Electrical Rule Check”菜单项，对原理图进行电气规则检查，生成报告单。,7.4 Proteus仿真调试方法,在仿真调试之前，需要安装第三方编译器驱动，并且需要配置第三方编译器及PROTEUS环境。,本章
13、所示例程皆针对第三方编译器Keil uVision 2，驱动文件为.Proteus 7.12Keil驱动目录下的vdmagdi.exe。亦可在Proteus官方网站http:/www.labcenter.co.uk下载安装程序。,7.4.1 驱动程序的安装,安装vdmagdi.exe，其条件是在之前已安装Keil uV2或者uV3。,7.4.2 Keil和Proteus配置,首先启动proteus，打开要仿真的工程文件，然后配置proteus软件。选择“Debug-Use Remote Debug Monitor”，即本地回环地址127.0.0.1，当第一次选择是windows会提示是否解除阻
14、止，一定选中解除阻止，否则网络无法建立连接。,7.4.2 Keil和Proteus配置（续）,调出编辑CPU属性的对话框，将其程序文件设置为空。,程序文件为空，因为我们要直接利用Keil去控制Proteus,7.4.2 Keil和Proteus配置（续）,Keil uV2的设定，首先启动Proteus仿真项目对应的Keil中的工程，在工程工作区中选中“Target 1”，并右击，选择“Option for Target 1”。,7.4.2 Keil和Proteus配置（续）,选择“Device”选项卡，正确选择MCU类型，然后选择“Debug”选项卡，按图中所示进行设定。,7.4.2 源代码级
15、调试-汇编语言方式,目前Proteus只支持调用汇编语言源程序。选择“Source-Add/Remote Source Files”菜单项，添加汇编语言源程序。,7.4.2 源代码级调试-汇编语言方式（续）,单击“New”按钮增加源文件，扩展名为.asm。确认创建新文件。,7.4.2 源代码级调试-汇编语言方式（续）,单击“是”按钮后，返回到“Add/Remote Source Files”对话框，设置代码产生工具，比如若是51系统，选择ASEM51工具。,7.4.2 源代码级调试-汇编语言方式（续）,需要通过“Source”菜单编辑其源程序，启动源程序编辑器，将源程序文件录入。（可以替换系统
16、自带的编辑器。）,7.4.2 源代码级调试-汇编语言方式（续）,选择“Source-Build All”编译代码，如果出现命令行错误，选择“Source-Define Code Generation Tools”,按图所示修改。,这样修改,7.4.2 源代码级调试-汇编语言方式（续）,编译成功后，生成.hex文件后，即可加载。调出CPU属性对话框，设定其程序文件。,添加可执行文件,7.4.2 源代码级调试-汇编语言方式（续）,在设定好CPU程序文件后，就可以开始仿真。仿真所对应的所有功能菜单为“Debug”菜单。,7.4.3 源代码级调试-C51语言方式,在程序文件对话框中，所支持的文件类型有
17、：Inter Hex Files、OMF51 Files、UBROF Files三种类型。我们通常使用的HEX格式文件，没有包含足够信息，所以不允许单步调试。OMF51及UBROF格式文件包含所有指令和调试信息，允许全速、单步、设置断点、观察变量等调试功能。其中OMF51是Keil所支持的文件格式，UBROF是IAR编译器所支持的文件格式。,7.4.3 源代码级调试-C51语言方式（续）,在Keil中打开相应的工程项目，选中“Target1”，右击打开“Options for Target Target1”，继续选择“Output”选项卡，完成如图设置。,不输出HEX格式文件,输出OMF格式文
18、件,7.4.3 源代码级调试-C51语言方式（续）,在Proteus中打开仿真文件，将程序文件设置成OMF格式，然后就可以调试了。,添加可执行文件,实例1：基于中断的十进制计数器,实例目的：进一步学习单片机实现中断的原理，并完成应用程序的编制，对不同工作模式及中断系统的优先级深入理解。,实例内容：学习使用Proteus、Keil软件，掌握绘制原理及编译程序。编制外部中断程序，以及在电平触发和下降沿触发不同模式下的程序,实例步骤：在Proteus中绘制原理图。在Proteus中输入程序，并编译通过。加载程序，观察各寄存器的变化及仿真结果。,7.5 项目实例,7.5.1 实例1原理图及器件清单,实
19、例2：串行单工通信,实例目的：学习单片机串口通信原理，完成串行单工收发数据程序的编制。,实例内容：学习使用Proteus、Keil软件，掌握绘制原理及编译程序。理解UART工作在模式1方式，完成串行发送和接收程序的编写。,实例步骤：在Proteus中绘制原理图。在Proteus中输入程序，并编译通过。加载程序，观察各寄存器的变化及仿真结果。,7.5.2 实例2原理图及器件清单,7.5.3 练习,练习：将实例2改为全双工串行通信,并且以查询和中断两种方式实现。如下图：,实例3：字符型液晶显示,实例目的：通过字符型液晶显示器接口的设计与编程，掌握字符型液晶显示器的原理。,实例内容：学习使用Prot
20、eus、Keil软件，掌握绘制原理及编译程序。理解字符型液晶的工作模式，完成与单片机系统的接口，完成对其读写的编程。,实例步骤：在Proteus中绘制原理图。在Keil中输入程序，并编译通过。加载程序，观察各寄存器的变化及仿真结果。,7.5.4 实例3原理图及器件清单,实例4：I2C存储器读写,实例目的：学习I2C总线的工作原理及编程方法，通过对EEPROM器件AT24C02的操作，更加深入理解I2C器件的应用。,实例内容：学习使用Proteus、Keil软件，掌握绘制原理及编译程序。理解I2C总线的工作原理，特别是其工作时序，完成对其读写的编程。当按下KEY0时，往AT24C02中连续写入16个数，当按下KEY1时则将其读出显示。,实例步骤：在Proteus中绘制原理图。在Keil中输入程序，并编译通过。加载程序，观察各寄存器的变化及仿真结果。,7.5.5 实例4原理图及器件清单,7.5.6 综合练习,设计一个模拟数据采集系统：终端采集现场的状态并通过RS232串行总线传送到主机服务器，主机接收后将数据存入I2C存储器中，并将接收的数据显示在监视器上。,7.6 推荐好书,术语,Copyright 2008 版权所有 东软集团,
