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1、1/46,单片机系统的PROTEUS设计与仿真,(电子技术课程设计)夏新恩,PROTEUS下电路原理 图设计绘制方法,2/46,第1章 PROTEUS概述,1.1 PROTEUS结构体系(英国Labcenter electronics公司研发),PROSPICE：混合模型仿真器;ASF(Advanced Simulation Feature)：高级图表仿真;PROTEUS PCB DESIGN：PROTEUS印制电路板设计;ARES(Advanced Routing and Editing Software)：高级布线编辑软件;ISIS(Intelligent Schematic Input
2、System)：智能原理图输入系统。,3/46,1.2 PROTEUS对计算机系统的要求,200MHz或更高的奔腾CPU；Win98Me2000XP或更高版本的操作系统；64MB或以上的可用硬盘空间；64MB或以上的RAM空间；鼠标或其他指示装置等。,4/46,1.3 PROTEUS的主要功能,1.3.1 PROTEUS VSM功能数字电路模拟电路的设计与仿真数模混合电路的设计与仿真单片机与外设的软硬件系统的设计和仿真1.3.2 PROTEUS PCB设计功能高性能网表的设计系统ISIS原理图捕捉和ARES PCB输出程序基本的SPICE仿真能力，可加入ASF来扩展该功能。,5/46,1.4
3、PROTEUS VSM主要模块与资源,1.4.1 PROTEUS ISIS(智能原理图输入系统)智能原理图设计、绘制和编辑的环境数字、模拟及数/模混合电路设计与仿真的环境单片机与外设的设计、仿真和协同仿真环境(设计与仿真平台)提供了单片机与外设的设计方法提供了单片机系统的实时交互式仿真的结构体系；提供了单片机编辑源程序、产生目标代码的管理系统；提供了单片机系统仿真测试的虚拟仪器和ASF,6/46,PROTEUS ISIS主要特点：个性化的编辑环境：自定义线宽、填充类型、颜色、字体等；快捷选取/放置元器件：通过模糊搜索可快速选取库中元器件，放置、编辑元器件方便、快速；自动捕捉、布线：鼠标驱动绘图
4、，器件为导向自动布线，自动放置连线、点等；丰富的元器件库：ISIS的库中有TTL、CMOS、ECL元件、微控制器、存储器和模拟集成电路，还有二极管、双极性晶体管、场效应管等半导体器件，总共有8000多个(包括PCB封装)；可视化PCB封装工具：对元器件PCB封装及PCB图预览；层次化设计：子电路器件和属性值参数化的层次化设计；总线支持：电路端口、器件引脚和页内终端总线化的设计；属性管理：器件文本属性编辑和外数据库引入；电气规则检查、元器件报告清单等；输出网络格式：Labcenter SDF、SPICE、SPICE-AGE、Tango、BoardMaker等。,7/46,1.4.2 PROSPI
5、CE混合模型仿真器(结合ISIS使用的混合模型仿真器)SPICE模拟仿真器内核快速事件驱动数字仿真器可选用众多厂家提供的SPICE模型在PROSPICE VSM中约有6000个模型,8/46,1.4.3 单片机模型库,表1-2 PROTEUS VSM单片机模型,9/46,表1-3 PROTEUS VSM单片机模型功能,10/46,表1-4 PROTEUS VSM单片机模型通用调试能力,11/46,1.4.4 PROTEUS高级外设模型,12/46,1.4.5 丰富的元器件模型库 除上述微控制器、外设模型外，PROTEUS VSM还有其他丰富的元器件库。标准电子元器件：电阻、电容、二极管、晶体管
6、、晶闸管、光耦、运放、555定时器、电源等。74系列TTL和4000系列CMOS器件、接插件等。存储器：ROM、RAM、EEPROM、I2C器件等。微控制器支持的器件，如I/O口、USART等。,13/46,1.4.6 激励源DC：直流激励源。Sine：幅值、频率、相位可控的正弦波发生器。Pulse：幅值、周期和上升/下降沿时间可控的模拟脉冲发生器。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(wav文件)。DState：稳态逻辑电平发生器。DEdge：单边
7、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。,14/46,1.4.7 虚拟仪器虚拟示波器(OSCILLOSCOPE)。逻辑分析仪(LOGIC ANALYSE)。计数/计时器(COUNTER TIMER)。虚拟终端(VIRTUAL TERMINAL)。信号发生器(SIGNAL GENERATOR)。模式发生器(PATTERN GENERATOR)。交/直流电压表和电流表(AC/DC Voltmeters/Ammeters)。SPI调试器(SPI DEBUGGER)。I2C调试器(I2C DEBUGGER)。,15/46,1
8、.4.8 ASF高级图表仿真标准SPICE分析功能：模拟瞬态、数字瞬态、混合模式瞬念、频率、傅里叶、噪声、失真、转换曲线、直流参数扫描、交流参数扫描和工作点。图形显示模拟、数字和总线数据，频谱显示增益和相位。音频分析形成波形并在声卡上播放。将交互仿真的结果捕捉到图形上，并进行交可分析。数字信号一致性分析。探针观测点的电压、电流可以用数字标示出来。用图形光标进行精确测量。将仿真结果输出到其他软件，如Excel。,16/46,第2章 单片机系统的PROTEUS设计与仿真基础,2.1 PROTEUS ISlS设计与仿真平台2.1.1 ISIS窗口（启动PROTEUS ISIS）,图2-1 PROTE
9、US 7.1 ISIS启动界面,17/46,图2-2 ISIS窗口,18/46,图2-2 ISIS窗口,19/46,2.1.2 ISIS窗口功能简介1.菜单栏,图2-3菜单栏及菜单项,20/46,2编辑区(编辑原理图、设计电路、设计各种符号、设计元器件模型等)3对象预览窗口(对象有元器件、页内终端、子电路终端、虚拟仪器、编辑取内容)4对象选择器(选择元器件、终端、图表、信号发生器、虚拟仪器),图2-4 ISIS预览窗口、设计与仿真编辑区,其中“P”为对象从库中选择按钮，“L”为库管理按钮。,21/46,5工具栏分类及其工具按钮 表 2-1 工具栏分类及其工具按钮,22/46,6坐标显示(Co-
10、ordinate Display)给出当前鼠标指针坐标(X,Y)位置，以英制显示在屏幕下方。,23/46,通过工具栏新建、保存按钮来建立、保存设计文件。通过菜单项，新建、保存文件。2.2.2 打开已存在的文件 通过菜单栏的打开菜单项，打开文件。通过工具栏打开按钮，打开文件。,2.2 PROTEUS文件操作2.2.1 建立和保存文件,24/46,2.2.3 PROTEUS文件类型 PROTEUS中主要有以下文件类型：设计文件(*.DSN)包含了一个电路所有的信息。备份文件(*.DBK)保存覆盖现有的设计文件时会产生备份。局部文件(*.SEC)设计图的一部分，可输出为一个局部文件，以后可以导入到其
11、他的图中。在文件菜单中以导入(Import)、导出(Export)命令来操作。模型文件(*.MOD)库文件(*.LIB)元器件和库。网表文件(*.SDF)当输出到PROSPICE and ARES时产生的网表文件，扩展名为.SDF。PROTEUS VSM仿真系统还有其他的文件类型。具体的请查看VSM手册。,25/46,2.3 PROTEUS库,2.3.1 PROTEUS库分类(PROTEUS系统中有符号库和约30个元器件库),26/46,2.3.2 部分模型举例,部分单片机模型 部分动态开关模型部分动态显示器模型其他的部分器件模型,27/46,2.3.3 库规则(PROTEUS提供元器件库和系
12、统符号库)单击ISIS窗口的对象选择器上方的“L”按钮，可进入器件库管理器窗口 单击其中建库按钮“Create Library”，可打开建立自己的库窗口,28/46,2.4 VSM源程序编辑器和代码生成工具(略),2.4.1 VSM源程序编辑器 VSM提供简单的文本编辑器SRCEDIT。可在该编辑器中按单片机语言系统规则编写源程序。点击菜单栏的“源文件=增加/删除源文件”，可创建新源文件。点击菜单栏的“源文件=源文件名”，可编辑源文件。,29/46,2.4.2 VSM目标代码生成工具(略)VSM对于不同系列的微处理器提供了相应的编译器，即目标代码生成工具；可根据单片机型号及语言要求来选取编译器
13、。如下所列：ASEM5l：51单片机及其兼容单片机的代码生成工具；ASMll：Motorola单片机的代码生成工具；AVRASM：Atmel AVR系列单片机代码生成工具；AVRASM32：Atmel AVR系列单片机代码生成工具；MPASM：PIC单片机代码生成工具；MPASMWIN：PIC单片机代码生成工具。点击菜单栏的“源文件=构建所有”，可创建目标和调试文件。另外还可以“定义代码产生工具”和“安装外部文本编辑器”(不再赘述),30/46,2.5 单片机系统的PROTEUS设计与仿真基础,2.5.1 PROTEUS设计与仿真流程1单片机系统的传统开发过程单片机系统原理图设计、选择元器件接
14、插件、安装和电气检测等。(简称硬件设计)(相当用ISIS工具设计)单片机系统程序设计、汇编编译、调试和编程等。(简称软件设计)(相当用keil C51设计)单片机系统实际运行、检测、在线调试直至完成。(简称单片机系统综合调试)(相当在ISIS环境下仿真操作),31/46,2.单片机系统的PROTEUS设计与仿真的开发过程,在ISIS平台上进行单片机系统电路设计、选择元器件、接插件、连接电路和电气检测等。(PROTEUS电路设计)在ISIS平台上（或Keil C51平台）进行单片机系统程序设计、编辑、汇编编译、代码级调试，最后牛成目标代码文件(*.hex)。(PROTEUS源程序设计和生成日标代
15、码文件)在ISIS平台上将目标代码文件加载到单片机系统中，并实现单片机系统的实时交互、协同仿真。它在相当程度上反映了实际单片机系统的运行情况。(PROTEUS仿真),32/46,PROTEUS下单片机系统设计与仿真流程如图2-16所示PROTEUS下单片机系统电路设计流程如图2-17所示,图2-16 PROTEUS设计与仿真流程 图2-17 PROTEUS电路设计流程,在Keil下操作,33/46,3AT89C51单片机简单系统的PROTEUS设计与仿真,示例：设LED发光管的初始状态为亮，按下按键，LED亮；松开按键，LED灭；电路如图2-18所示。,图2-18“简单实例”的电路原理图（设计
16、前，先描绘草图）,34/46,2.5.2 PROTEUS电路设计 本PROTEUS根据图2-18所示的原理图设计其电路，整个设计都是在ISIS编辑区中完成的。1鼠标操作特点放置对象：单击鼠标左键(简称单击)，放置元器件、连线;选中对象：单击鼠标右键(简称右击)，选择元器件、连线和其他对象，此时选中 的操作对象以高亮红色(默认色)显示；删除对象：双击鼠标右键(简称右双击)，删除元器件、连线等；块选择：按住鼠标左（或右）键拖出方框，选中方框中的多个元器件及其连线；编辑对象：先单击鼠标右键后，再单击鼠标左键(简称先右后左击)，编辑元器件属性；移动对象：先右击选中对象(简称选中)，按住鼠标左键移动，拖
17、动元器件、连线；缩放对象：按住鼠标中键滚动，以鼠标停留点为中心，缩放电路。浏览区域：按中键后，移动鼠标可以不同区域。,35/46,保存和文件命名,2新建设计文件,当启动PROTEUS进入ISIS系统后，自动出现一个空白设计，模板默认为“DEFAULT”，文件名在窗口顶端的标题栏，为未命名“Untitled”。可单击保存菜单项或保存按钮图，对新建设计文件命名。,注：在文件名框中输入START后，单击“保存”按钮，完成新建设计文件操作，其后缀自动为.DSN(即START.DSN)。,36/46,3设定绘图纸大小(默认图纸为A4:长宽为10in7in),在”Sheet Size Configura”
18、窗口可以选择A0A4其中之一，也可以自己设置图纸大小，选中“User”右边的复选框，再按需要更改右边的长和宽的数据。本例图纸大小采用默认A4。,37/46,4选取元器件并添加到对象选择器中表2-2 图2-18电路原理图的元器件列表,在其左上角“Keywords”(关键字)一栏中输入元器件名称“AT89C5l”，则出现与关键字匹配的元器件列表。选中，并双击AT89C5l所在行；或单击AT89C5l所在行后，再单击“OK”按钮。便将器件AT89C5l加入到ISIS对象选择器中。,完成添加后，所有元器件列在对象选择器中。,对象选择器解释,38/46,5网格单位 默认的网格单位是0.1in，即移动元器
19、件的步长单位。可根据需要改变这网络单位；单击菜单“View(查看)”，再单击所要的网格单位即可；也可按快捷键F1、F2、F3、F4设置相应的网格单位。选项左侧复选框打的项为选中网络单位项。,选中的网格单位是50th,39/46,6放置、移动、旋转元器件,放置单击ISIS选择器中的元件名，蓝色条出现在该元件名上。把鼠标指针移到编辑区某位置后，单击可放置元器件于该位置，每单一击一次，就放一个元件。移动要移动元器件，先右击使元器件处于选中状态，再按住鼠标左键拖动，元器件就跟随指针移动，到达目的地后，松开鼠标即可。旋转在编辑窗口要调整元器件方向，先将指针指在元器件上右击选中，打开下拉菜单，再单击菜单相
20、应的转向菜单项。若多个对象一起移动或转向，选相应的块操作命令。在选择器调整元件方向，先将指针指在元器件上单击选中，再单击工具栏响应的的转向按钮。通过放置、移动、旋转元器件操作，可将各元器件放置在ISIS编辑区中的合适位置，如图2-27所示。,40/46,7放置电源、地(终端)放置POWER(电源)操作：单击模式选择工具样中的终端按钮，在ISIS对象选择器中单击POWER(电源)，再在编辑区要放置电源的位置单击完成。放置GROUND(地)的操作类似。,图2-28终端符号,41/46,8电路图布线(1)自动捕捉：在自动捕捉有效的情况下，当光标靠近引脚末端或线时该处会自动感应出现一个“”(光标成笔状
21、)，表示从此点可以单击画线如图2-29(a)所示。(2)自动布线：在开始引脚点击选定第一个画线点后，随指针移动自动有预画线(可以是直角预画线)出现，当遇到障碍时，会自动绕开障碍；在结束引脚点击布好两引脚连线。(3)手工调整线形：要进行手工直角画线，直接在移动鼠标的过程中单击即可。若要手工任意角度画线，在移动鼠标的过程中按住Ctrl键，移动指针，预画线自动随指针呈任意角度，确定后单击即可。(4)移动画线：选中要改变的画线(红色)，指针靠近画线，出现“双箭头或十字箭头(拐点处)”捕捉标志。若是双箭头捕捉标志，按左键拖动鼠标，可沿箭头方向托动画该线；若是十字箭头捕捉标志，可沿任意角度拖动画线。,42
22、/46,9设置、修改元器件的属性 右击放置在ISIS编辑区中的该元器件(显示高亮度)后，再单击它打开其属性窗口，这时可在属性窗口中设置、修改它的属性。例如，发光管的限流电阻R1，先右击再左击打开其属性窗口，将电阻值100修改为300。,图2-30 设置R1限流电阻值为300,43/46,其他元器件属性值修改结果如图2-3l所示。,图2-3l 编辑完成的“简单实例”电路,44/46,10电气检测单击菜单的“工具=电器规则检查”项（或单击工具栏的电气检查按钮），打开图2-32所示的电气检测窗口，观察检测结果。,图2-32 电气检测窗口,无错误指示,45/46,11.添加设计信息选择“HEAD”符号(点击按钮S，点击P，再双击HEAD)设置设计信息将“HEAD”符号添加到编辑区,46/46,电路分析（ASF高级图表仿真）逻辑分析仪、虚拟终端、示波器、频率计使用数字图表、模拟图表转移特性分析(三极管特性)傅里叶分析仿真音频分析直流扫描分析(信号源电压变化、阻值变化、应变力测量)交流扫描分析(幅频、相频)用工具进行引脚连线的标注连接,12“简单实例”电路仿真运行(汇编源程序),单片机综合实验仪原理图设计,
