Proteus教程

null1.1.2 Proteus VSM仿真与分析 1.1.2 Proteus VSM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。 nullProteus VSM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。nullProteus VSM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。 null1. 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。null 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。null图1-3 Proteus 激励源的可编辑格式示例null2. 仿真工具—— 虚拟仪器 虚拟示波器(OSCILLOSCOPE)。 逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER)。 计数器、定时器(COUNTER TIMER)。 虚拟终端(VIRUAL TERMINAL)。 信号发生器(SIGNAL GENERATOR)。 模式发生器(PATTERN GENERATOR)。 null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)。 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) nullProteus 激励源的可编辑格式示例如图1-3所示。图1-3 Proteus 激励源的可编辑格式示例null3. 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。 图1-5 741放大电路分析null 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。null 图1-6 741放大电路的噪声分析 图1-7 741放大电路的失真分析4. Proteus微处理器系统仿真 4. Proteus微处理器系统仿真 单片机系统的仿真是Proteus VSM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、Atmel AVR、Motorola HCXX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。null图1-8 微处理器交互仿真实例null 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。null图1-9 虚拟仿真电路与外部实际电路的双向通信null 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。 null图1-10 Proteus与Keil的联调1.1.3 Proteus ARES的应用预览功能 1.1.3 Proteus ARES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Proteus 7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。null图1-11 Proteus的PCB三维预览1.2 Proteus跟我做 1.2.1 Proteus软件的安装与运行 1.2 Proteus跟我做 1.2.1 Proteus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(ISIS 7 Professional)或PCB (ARE 7 Professional)设计界面。ISIS 7 Professional在程序中的位置如图1-12所示。 null图1-12 ISIS 7 Professional 在程序中的位置null图1-13为ISIS 7 Professional 运行时的界面。 图1-13 ISIS 7 Professional 运行时的界面1.2.2 一阶动态电路的设计与仿真1.2.2 一阶动态电路的设计与仿真 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。 null 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。 null1. 元件的拾取 在桌面上选择【开始】→【程序】→“Proteus 7 Professional”，单击蓝色图标“ISIS 7 Professional”打开应用程序。ISIS Professional的编辑界面如图1-14所示。 图1-14 ISIS Professional的编辑界面null 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null 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“Pick Devices”(元件拾取)对话框，如图1-15所示。 图1-15 元件拾取对话框null ISIS 7 Professional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null 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。null 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null(2) 直接查找和拾取元件 把元件名的全称或部分输入到Pick Devices(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。null图1-17 直接拾取元件示意图null 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null 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null2. 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。null 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。null 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。 放置鼠标指针到编辑窗口内想要放大或缩小的地方，按“F6”(放大)或“F7”(缩小)放大或缩小图形，按“F8”显示整个图形。 按住“Shift”键，在编辑窗口内单击鼠标左键，拖出一个欲显示的窗口。null3. 元件位置的调整和参数的修改 在编辑区的元件上单击鼠标左键选中元件(为红色)，在选中的元件上再次单击鼠标右键则删除该元件，而在元件以外的区域内单击右键则取消选择。元件误删除后可用图标 找回。单个元件选中后，单击鼠标左键不松可以拖动该元件。群选使用鼠标左键拖出一个选择区域，使用图标 来整体移动。使用图标 可整体复制，图标 用来刷新图面。null 按图1-20所示元件位置布置好元件。使用界面左下方的四个图标 、 、 、 可改变元件的方向及对称性。把两位开关调整成图示的方位。 图1-20 元件布置null 先存一下盘。建立一个名为Proteus的目录，选主菜单File→Save Design As，在打开的对话框中把文件保存为Proteus目录下的“Cap1.DSN”，只用输入“Cap1”，扩展名系统自动添加。 下面改变元件参数。 左键双击原理图编辑区中的电阻R1，弹出“Edit Component”(元件属性设置)对话框，把R1的Resistance(阻值)由10kΩ改为1kΩ，把R2的阻值由10kΩ改为100Ω(缺省单位为Ω)。null Edit Component(元件属性设置)对话框如图1-21所示。 图1-21 元件属性设置对话框null 注意到每个元件的旁边显示灰色的“”，为了使电路图清晰，可以取消此文字显示。双击此文字，打开一个对话框，如图1-22所示。在该对话框中选择“Style”，先取消选择“Visible”右边的“Follow Global”选项，再取消选择“Visible”选项，单击“OK”即可。 null图1-22 “TEXT”属性设置对话框null 也可在元件调用前，直接选择主菜单中的【Template】→【Set Design Defaults…】打开画图 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 设置选项，如图1-23所示。 图1-23 打开模板设计对话框null 接着出现Edit Design Defaults(编辑模板设计)对话框，如图1-24所示。在“Show hidden text”选项中把对勾去掉，然后单击“OK”即可。每个元件的旁边不再显示灰色的“”。图1-24 编辑模板设计对话框null4. 电路连线 电路连线采用按格点捕捉和自动连线的形式，所以首先确定编辑窗口上方的自动连线图标 和自动捕捉图标 为按下状态。Proteus的连线是非常智能的，它会判断你下一步的操作是否想连线从而自动连线，而不需要选择连线的操作，只需用鼠标左键单击编辑区元件的一个端点拖动到要连接的另外一个元件的端点，先松开左键后再单击鼠标左键，即完成一根连线。如果要删除一根连线，右键双击连线即可。按图标 取消背景格点显示，如图1-25所示。null 连线完成后，如果再想回到拾取元件状态，按下左侧工具栏中的“元件拾取”图标 即可，如图1-26所 示。记住按一下存盘图标。 图1-25 连接好的电路原理图 图1-26 重新回到元件拾取界面 null5. 电路的动态仿真 前面我们已经完成了电路原理图的设计和连接，下面来看看电路的仿真效果。 首先在主菜单“System”→“Set Animation Options”中设置仿真时电压及电流的颜色及方向，如图1-27所示。null图1-27 Animated Circuits Configuration对话框null 在随后打开的对话框中，选择“Show Wire Voltage by Colour”和“Show Wire Current with Arrows”两项，即选择导线以红、蓝两色来表示电压的高低，以箭头标示来表示电流的流向。 单击Proteus ISIS环境中左下方的仿真控制按钮中的运行按钮，开始仿真。仿真开始后，用鼠标单击图中的开关，使其先把电容与电源接通，如图1- 28所示。null 能清楚地看到电容充电的效果。接着单击开关，使其把电容与灯连通。看到灯闪了一下，如图1-29所示。由于充电时间常数为1秒，放电时间常数小一些，瞬间放电，所以灯亮的时间很短。如果放电时间常数再大，则不易观察到灯亮的效果。在运行时，可以来回拨动开关，反复观察充放电过程。单击仿真控制按钮中的停止按钮，仿真结束。 null图1-28 电容充电过程的仿真null图1-29 电容放电过程的仿真null6. 文件的保存 在设计过程中要养成不断存盘的好习惯，以免突发事件而造成事倍功半的效果，影响学习情绪。最好先建立一个存放“*.DSN”文件的专用文件夹，你会发现在这个文件夹中，除了刚刚设计完成的“Cap1.DSN”文件外，还有很多其他扩展名的文件，可以统统删除。下次打开时，可直接双击“Cap1.DSN”文件，或先运行Proteus，再打开“Cap1.DSN”文件。null7. 变式演练 下面来尝试自己动手设计一个电容充放电电路，如图1-30所示。与刚才的电路不同的是，这个电路选用了两个一位开关代替原来的一个两位开关；在充放电回路中分别串入了直流数字电流表，在电容两端并接了一个电压表，用于观察充放电过程中的电流及电压的变化；另外，放电回路中取消了放电电阻，充电电阻值和电容值也都有变化 null图1-30 变式演练电路图null 所用元件名称及所属的库文件如表1-2所示，可采取直接查询法来拾取表中元件。 表1-2 变式演练的元件清单null 选取虚拟仪器图标 来获取直流电压表和电流表，如图1-31所示。由上而下的仪器分别为示波器(OSCILLOSCOPE)、逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER)、计数定时器(COUNTER TIMER)、虚拟终端(VIRTUAL TERMINAL)、信号发生器(SIGNAL GENERATOR)、模式发生器(PATTERN GENERATOR)、直流电压表(DC VOLTMETER)、直流电流表(DC AMMETER)、交流电压表(AC VOLTMETER)和交流电流表(AC AMMETER)。null图1-31 虚拟仪器菜单null 两个电流表设置为毫安表，分别取名为AM1和AM2；电压表取名为VM1。双击电流表，出现如图1-32所示的Edit Component(属性设置)对话框，照图完成设置。 图1-32 毫安表的设置 把此文件保存为“CAP2.DSN”。 在仿真时，注意观察电流表和电压表数值的变化。1.2.3 异步四位二进制计数器的设计及仿真1.2.3 异步四位二进制计数器的设计及仿真 从上一节一阶动态电路的例子，我们已经对Proteus的基本功能有了初步的认识和了解，但是，还有一些疑问和不解没有解决。比如，怎么知道哪些元件存放在哪些库里，怎么知道所用元件的名称等。通过下面这个数字电路的设计实例，大家会有进一步的体会。null 如果已经具备了数字电子技术的知识，就会知道，这是一个异步时序逻辑电路，由四个触发器构成，这里选用JK触发器，把它们的JK端全接高电平，前一级的输出作为后一级的时钟信号。观察四个触发器输出端所组成的二进制数的变化是否为0~F(即0000~1111)。 null1. 元件的拾取 如果不知道所用元件的确切名字及所在的库，可以用查询的方法在所有库里海选。选择主菜单“Library”→“Pick Device/Symbol”，或直接单击左侧工具箱中的图标 后再单击“P”按钮，打开如图1-33所示的对话框。 采用部分查找法，在所查找的元件名关键词中填写“JK”，所有“JK”触发器元件都被找出，列在图1-33的中间部分查询结果中。选中“JKFF(ACTIVE)”，即选中仿真库中的元件，单击“OK”，元件拾取到对象选择器中。null图1-33 元件拾取对话框null 按表1-3所示，采用直接查询法，把所有元件都拾取到编辑区的元件列表中。 表1-3 元件清单列表null2. 元件连线 先放置一个JK触发器。选中左侧电源和接地图标 ，单击“POWER”，一个箭头形状的标准数字直流电源(即高电平)出现在元件预览区，拖出后与触发器的JK端接上，如图1-34所示。 图1-34 与触发器的JK端连接null 因为四个触发器的JK端接法都一样，故采取复制法画其他三个触发器。用左键选中刚才所画的图形，选取上方的复制按钮 ，连续单击鼠标三次，得到如图1-35所示的图形。 图1-35 复制后的四个触发器 接下来，把前一个触发器的输出端连接到下一个触发器的时钟CLK端上。再把时钟“CLOCK”拖出，连在第一个触发器的CLK输入端上，null 如图1-36所示。如果是下降沿触发的触发器，则把前一个触发器的Q端连到下一个触发器的时钟CLK端上。把该电路保存为“Counter.DSN”。 图1-36 连接好的异步四位二进制计数器null3. 电路的动态仿真 为了观察计数器计数的动态过程，我们在每个触发器的输出端Q连接一个逻辑电平探测器，能够显示0和1。把LOGICPROBE(BIG)元件拖到图形编辑区内，连续双击鼠标三次，得到四个逻辑探测器。分别接到每个JK触发器的输出端Q上。最后一个触发器为最高位(MSB)。 同时，把七段数码显示拖入编辑区。数码管的最左端是高位，分别和各触发器的输出端Q相连，如图1-37所示。 null 图1-37 加上逻辑电平探测器和七段数码管后的电路 按下仿真运行按钮，四个逻辑探测器组成的四位二进制数从0000~1111变化，而七段数码管则显示0~F。另外我们还观察到每个器件的连线端都有红蓝两色小方块来显示该端的电平变化，红色为高电平，蓝色为低电平。null 如图1-38所示，十六进制计数器计到14，显示“E”。 图1-38 连接好的异步四位二进制计数器null4. 电路波形的生成 有时为了方便分析，我们还会在已绘制好的图中加上波形图。在一个波形图中，可以插入多个观测点的波形，它们既可以是数字波形，也可以是模拟波形或是其他形式的波形。现在我们想把上图中四个触发器的输出端Q的波形分别显示出来。首先要把一个电压探针接在被测点，左侧图标 和 分别为电压和电流探针。四个电压探针分别命名为Q1、Q2、Q3和Q4。单击左侧图标 ，选择插入波形的种类。如图1-39所示，选择数字波形(DIGITAL)或数字模拟混合波形(MIXED)。 null图1-39 加上逻辑探针后的图形 接下来放置波形。选择主菜单【Graph】→【Edit Graph】，在图形编辑区的下方单击鼠标左键拖出一个长方形波形区域，再次单击左键确定。选择【Graph】→【Add Trace】，添加轨迹，在弹出的对话框中，选择右侧的数字(Digital)波形，选中Pro null be P1 中的Q1(电压探针加上后，所有探针的名称自动出现在这里)，单击“OK”(如图1-40所示)，Q1的坐标出现在波形图中。继续选择【Graph】→【Add Trace】，选中Q2，重复上一步骤，直到四点波形坐标都加到图形中为止。选择主菜单【Graph】→【Edit Graph】，把波形标题更改为“DIGITAL ANALYSIS”(数字波形分析)，把停止时间改为16，如图1-41所示。null 图1-40 加入Q1的轨迹 图1-41 修改波形标题横坐标单位null 选择“Graph”→“Simulate Graph”或按空格键，生成波形。不需要运行仿真，只要执行此命令，四个探测点的波形就自动生成了，如图1-42所示。这种波形不同于示波器显示的波形，它能够静态地保留在原理图中，供读者分析或随图形一起输出打印。当按下空格键后，它可以再次刷新生成。 图1-42 计数器的波形图null 左击波形图的绿色标题栏部分，可全屏显示波形，并可根据全屏显示的菜单更改波形及背景的颜色，拉动竖线，在左侧查看各时刻各观测点电平的高低等。 5. 变式演练 设计一个555多谐振荡器，输出一个10Hz的方波。根据计算公式，取C1为473(0.047μF)，设R1与R2相等，则R1=R2=100kΩ。元件清单如表1-4所示。null表1-4 多谐振荡器元件清单 在电容C1一端和555的输出端3分别放置电压探针，以生成这两点的波形。其中Vc选择为模拟波形(Analog)，Vo为数字波形(Digital)。波形的停止时间不要选得太大，以免生成时间太长，因为周期为10ms，停止时间选为40ms即可。null 另外把这两点的波形接到示波器上观察。从虚拟仪器中拖出示波器，按图1-43接好。 单击仿真运行开始按钮 ，自动弹出示波器界面。通过选择和调整相应按钮和旋钮，把电容的充放电波形和输出方波显示出来，如图1-44所示。单击仿真停止按钮 ，示波器自动关闭，最好不要在示波器界面上关闭示波器，否则下次仿真运行时示波器将不会再出现，需要从主菜单的“Debug”→“Digital Oscilloscope”中调出。null图1-43 555多谐振荡器null图1-44 示波器界面1.2.4 89C51与8255接口电路的调试及仿真 1.2.4 89C51与8255接口电路的调试及仿真 以上两个例子是基于电工电子技术的电路设计与仿真。其实，Proteus真正超群之处在于它对单片机电路的设计与仿真。它与单片机的程序设计软件Keil兼容，能够把Keil编译好的“*.Hex”文件置入Proteus的单片机硬件中，从而实现软硬件一体的电路仿真。 首先要确定计算机中已经安装了Keil 软件，当然也可以在Proteus ISIS提供的源代码编辑器中来进行，具体参看第7章。在Keil中新建一个“Test 1.uv2”工程文件，在其下的“test1.asm”文件中的汇编程序如图1-45所示。 null图1-45 Keil 软件下的汇编程序 这段程序首先设8255 I/O 的控制地址为7FFFH；接下来的三句是写8255的控制字80H到8255的7FFFCH，设8255的PA口为输出口；最后两句把一个字节数0FH通过数据指针送到8255的PA口。编译后生成“Test1.hex”文件。null 这段程序首先设8255 I/O 的控制地址为7FFFH；接下来的三句是写8255的控制字80H到8255的7FFFCH，设8255的PA口为输出口；最后两句把一个字节数0FH通过数据指针送到8255的PA口。编译后生成“Test1.hex”文件。 在Proteus中，照图1-46拾取元件并连接电路。元件清单为AT89C51、74LS373、8255A、LOGICPROBE，其中74LS373为地址锁存器。null图1-46 仿真运行中的电路 电路连接好后，双击AT89C51芯片，出现如图1-47所示的对话框。在“Program File”一项中查找“test1.hex”文件的路径并加上该文件即可。null 开始仿真，则8255的PA口输出如图1-46所示的00001111数值，即0FH。这和在Keil 中的汇编语言程序相吻合。 图1-47 Keil 的“test 1.hex”文件载入单片机AT89C51中 null 以上三个例子分别为电路分析、电子技术和单片机技术中的三个电路，可以照顾到初学者的不同知识层次。这里，我们只介绍了Proteus的部分功能，即电路设计与仿真，因为仿真效果的展示可以增加初学者学习的兴趣，使初学者对此软件有一个总体的把握。其实，Proteus软件还有与Protel软件同样的电子线路设计与制版功能。其闪光之处还在于其对单片机电路的仿真，正如最后一个例子所介绍的，它能把单片机的程序嵌入到硬件中，实现其他仿真软件所不能实现的仿真效果。