創(chuàng)建Proteus原理圖仿真模型的制作技術(shù)

1、Proteus是英國Labcenter electronics公司研發(fā)的EDA工具軟件。Proteus不僅是模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路的設(shè)計與仿真平臺；更是目前世界上最先進(jìn)的多種型號微控制器(單片機(jī))應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與仿真平臺。Proteus提供了眾多的信號源，使用者還可構(gòu)建信號；提供了數(shù)字示波器、邏輯分析儀、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器等十幾種虛擬儀器；提供了可作精確測量與分析(例傅里葉分析、噪聲分析等)的Proteus高級圖表仿真(ASF)。所以，Proteus也是檢測、測試與分析的平臺。正因如此，Proteus在電類教學(xué)、單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)、科研及測試技術(shù)中都獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用。P

2、roteus在全世界擁有越來越多的使用者。例如：Motorola、Philips、Sony等企業(yè)；Cambridge University(劍橋大學(xué))、Stanford University(斯坦福大學(xué))、香港理工大學(xué)、中山大學(xué)等高等院校。Proteus元器件仿真模型庫是應(yīng)用Proteus設(shè)計與實現(xiàn)實時、交互、動態(tài)仿真的基礎(chǔ)。Proteus有6 000多個各種類型的仿真模型。一般可將他們分為4類：原型模型(Primitive Models)；原理圖模型(Schematic Models)；VSM模型(VSM Models)；SPICE模型(SPICE Models)。雖然Proteus仿真模型

3、庫相當(dāng)豐富，但仍有不能滿足應(yīng)用的情況。這就需要自己創(chuàng)建模型來豐富Proteus庫。本文以創(chuàng)建6位DA轉(zhuǎn)換器和TTL7458原理圖模型實例論述創(chuàng)建原理圖仿真模型方法，存庫與調(diào)用方法。如圖1所示。 1 Proteus創(chuàng)建模型流程創(chuàng)建原理圖模型同創(chuàng)建其他模型大致相同，其流程也大致一樣。如圖1所示。在創(chuàng)建模型中，若無需設(shè)計元器件封裝，則可跳過與設(shè)計封裝有關(guān)的步驟；若無需設(shè)計模型內(nèi)電路，則可跳過與內(nèi)電路有關(guān)的步驟。2 創(chuàng)建6位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(本文命名DA6，原Proteus庫中無此模型)2.1 繪制原理圖符號在Proteus ISIS中選擇2D工具繪制DA6的原理圖符號，如圖2所示。并進(jìn)行引腳編輯

4、，引腳屬性設(shè)置，如表1所示。圖3表示了編輯引腳對話框。 2.2 DA6器件制作(Make Device)選中整個DA6原理圖符號，啟動Make Device命令，彈出如圖4所示的對話框，按該圖所示設(shè)置相應(yīng)屬性。器件名稱為DA6、前綴也為DA6。按NEXT鍵直到出現(xiàn)元器件屬性及定義(Component Properties & Definitions)對話框。新建VHI屬性，按圖5所示設(shè)置各相關(guān)項。再按NEXT鍵，直到出現(xiàn)對話框“Indexing and Library Selec-tion”，選擇元器件分類及存放庫，單擊OK鍵完成MakeDevice。此時新的元器件模型原理圖

5、符號就存入指定的庫并出現(xiàn)在對象列表框中。2.3 DA6仿真模型內(nèi)電路設(shè)計經(jīng)以上步驟創(chuàng)建的模型只是個模型外殼，還沒有仿真功能。其仿真功能主要由內(nèi)電路完成。將新建的模型DA6放入ISIS編輯區(qū)，打開其屬性編輯框，選中“Attachhierarchy model”，如圖6所示。按OK鍵后再按鍵盤Pgdn鍵，則自動創(chuàng)建并進(jìn)入內(nèi)電路設(shè)計頁。接著在內(nèi)電路頁設(shè)計內(nèi)電路。從Proteus庫中選取，他是Analogue Primitive，設(shè)計好如圖7所示的內(nèi)電路。并設(shè)置內(nèi)電路中所有DAC原型的屬性VHI=<VHI>。 2.4 生成模型文件，并設(shè)置Modfile屬性在內(nèi)電路頁操作菜單，To

6、olsModel Compiler，創(chuàng)建模型文件。選擇路徑并取名(本例為DA6_in.mdf)存盤。詳細(xì)情況見參考文獻(xiàn)。返回主頁，選中新建元器件DA6，再次啟動Make Device命令，進(jìn)入“Component Properties&Definitions”。如圖8所示。按照圖8，進(jìn)行設(shè)置Modfile屬性操作。再按NEXT鍵直到出現(xiàn)“Indexing and Library Selection”菜單。如圖9所示。設(shè)置分類和所在的庫。本例分類為DataConverters，存到USERDVC庫中。單擊OK則結(jié)束原理圖模型的創(chuàng)建。 若在ISIS中單擊按扭P，在Keywords

7、欄中填入模型名DA6，則創(chuàng)建的模型被挑選出來。如圖10所示。從圖10中右上角可看到模型DA6為原理圖模型。圖中間標(biāo)明他所在的庫是USERDVC(用戶庫)。 2.5 驗證模型DA6驗證模型DA6分4步。(1)設(shè)計驗證電路：在Proteus ISIS中設(shè)計如圖11上左方所示的電路，其中有創(chuàng)建的仿真模型DA6和單片機(jī)AT89C2051。并將DA6的輸出口Vout接上Proteus提供的虛擬示波器通道A上。(2)設(shè)計DA轉(zhuǎn)換控制程序：在Proteus ISIS中設(shè)計如圖11右上方所示的程序，并進(jìn)行匯編調(diào)試生成目標(biāo)代碼文件。該程序是經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后形成鋸齒波的程序。(3)將目標(biāo)代碼文件加載到單片機(jī)

8、AT89C2051中。(4)啟動仿真。則在虛擬示波器上看到由創(chuàng)建模型DA6轉(zhuǎn)換的模擬鋸齒波(圖11的下方)。證明創(chuàng)建模型正確，并成為用戶庫中的一員。從圖11還可看出：Proteus統(tǒng)一完成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的電路設(shè)計、程序設(shè)計和仿真。 3 創(chuàng)建7458仿真模型(原庫中無此模型)7458是2輸入和3輸入與或門?，F(xiàn)創(chuàng)建此原理圖模型。創(chuàng)建此模型的思路和步驟基本與創(chuàng)建DA6相同。也經(jīng)過繪制原理圖符號、器件制作、仿真模型內(nèi)電路設(shè)計、生成模型文件、驗證電路和模型仿真測試等過程。這里只將結(jié)果展示。圖12為7458仿真模型的內(nèi)電路。圖13為從用戶庫中調(diào)用創(chuàng)建的7458仿真模型。圖14為驗證電路和仿真片

9、段。其中使用了Proteus提供的邏輯狀態(tài)輸入開關(guān)和邏輯狀態(tài)輸出探頭。前者可通過鼠標(biāo)點擊開關(guān)來實現(xiàn)邏輯狀態(tài)(0，1)的選擇。仿真結(jié)果證實所創(chuàng)建模型的邏輯功能與實際7458的功能表(見表2)一致。  最后特別指出：原理圖仿真模型是由仿真原型(primi-tives)搭建的仿真模型。 4 結(jié) 語在實踐中創(chuàng)建了原庫中沒有的DA6和TTL7458原理圖模型，并將模型存入用戶庫中。在Proteus ISIS環(huán)境下用戶可從用戶庫中將他們調(diào)入驗證電路中進(jìn)行電路設(shè)計與仿真。仿真結(jié)果證明：所建原理圖仿真模型和建模方法都是正確的?；赑roteus和ADS的ARM虛擬實驗室建設(shè)kin

10、gmacth 發(fā)表于 單片機(jī) 分類，標(biāo)簽: Proteus 08 七月 2008 0 引 言ARM技術(shù)是一門實踐性很強(qiáng)的技術(shù)，其實驗是電子類教學(xué)中十分重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實驗技能、創(chuàng)新思維的重要課程。掌握ARM技術(shù)已是電子類學(xué)生就業(yè)的一個基本條件。目前各個高校相繼開設(shè)了ARM課程，并逐步開始建立ARM實驗室。這些實驗室基本都是采用相應(yīng)的硬件仿真設(shè)備來構(gòu)建的，但由于ARM的種類繁多再加上資金的限制，不可能在一個實驗室包括所有種類的ARM仿真設(shè)備。虛擬實驗作為傳統(tǒng)實驗的重要補充，克服了諸多條件的限制，豐富了實踐性教學(xué)的手段，有利于現(xiàn)代實驗教學(xué)觀念的更新。1 ARM實驗教學(xué)存在的問題目前，

11、ARM教學(xué)中存在如下問題：ARM課堂教學(xué)多以理論教學(xué)為主，教學(xué)中需要很多硬件設(shè)備，一般理論課堂難以輔助硬件進(jìn)行教學(xué)，即便演示，效果也不好。ARM實驗作為實驗中心的基礎(chǔ)實驗，學(xué)生除了上課外，平時難得有機(jī)會實踐；而采用的ARM實驗設(shè)備大多是成品，學(xué)生很難參與其中的細(xì)節(jié)設(shè)計，因此學(xué)生動手能力也很難得到提高。配套的實驗設(shè)備多采用硬件仿真器配目標(biāo)實驗板。這種配置方式直接導(dǎo)致該課程的實驗項目有限，實驗時間過長，設(shè)備維護(hù)工作量大等現(xiàn)實問題。針對上述問題，提出利用Proteus和ADS整合構(gòu)建ARM虛擬實驗室的方案。所謂“虛擬實驗室”，就是將計算機(jī)上的各種虛擬儀器，按實驗要求和設(shè)計原理，虛擬出一個與現(xiàn)實相同的

12、實驗系統(tǒng)，進(jìn)而在這個系統(tǒng)上完成整個實驗。與傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ较啾?，虛擬實驗具有比較明顯的優(yōu)勢。例如，涉及的實驗內(nèi)容全面，硬件投入少，學(xué)生可自行實驗，實驗過程中損耗小，與工程實踐最為接近等。2 ARM虛擬實驗室的構(gòu)建2.1 ARM虛擬實驗室的軟件支持本方案主要是以Proteus軟件和ADS軟件來構(gòu)建該虛擬實驗室。Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點是：實現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真，

13、RS232動態(tài)仿真，I2C調(diào)試器，SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和

14、SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。ADS(ARM Developer Suite)是ARM公司推出的新一代ARM集成開發(fā)工具。CodeWarrior for ARM是一套完整的集成開發(fā)工具，充分發(fā)揮了ARM RISC的優(yōu)勢，使產(chǎn)品開發(fā)人員能夠很好地應(yīng)用尖端的片上系統(tǒng)技術(shù)。該工具是專為基于ARM RISC的處理器而設(shè)計的。它可加速并簡化嵌入式開發(fā)過程中的每一個環(huán)節(jié)，使得開發(fā)人員只需通過一個集成軟件開發(fā)環(huán)境就能研制出ARM產(chǎn)品；在整個開發(fā)周期中，開發(fā)人員無需離開CodeWarrior開發(fā)環(huán)境，節(jié)省了在操作工具上花的時間，而有更多的精力投入到代碼編寫上來。CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)

15、境(IDE)為管理和開發(fā)項目提供了簡單、多樣化的圖形用戶界面。用戶可以使用ADS的CodeWarrior IDE為ARM和Thumb處理器開發(fā)用C、C+或ARM匯編語言編寫的程序代碼，還可以生成程序代碼的十六進(jìn)制文件。2.2 ARM虛擬實驗室的實驗內(nèi)容和實驗過程結(jié)合Proteus和ADS構(gòu)建的虛擬實驗室能夠進(jìn)行ARM涉及的所有實驗內(nèi)容，其中包括中斷、流水燈、串口通信、SPI通信、脈寬調(diào)制器、看門狗、AD轉(zhuǎn)換器、定時，以及基于COS的實驗?；贏RM虛擬實驗室的教學(xué)采用局域網(wǎng)多媒體教學(xué)，教師可以通過多媒體演示電路圖并講解其原理，學(xué)生根據(jù)相關(guān)實驗原理在ADS和Proteus中完成整個實驗。過程如下

16、：在ADS中編寫C語言源程序；編譯、調(diào)試源程序，最終生成后綴為.hex的文件；在Proteus中設(shè)計完整的原理圖；將生成的.hex文件導(dǎo)入相應(yīng)的ARM芯片。完成以上步驟后，在Proteus中運行即可；觀察仿真結(jié)果，并檢驗是否與設(shè)計要求一致?；赑roteus和ADS構(gòu)建的ARM虛擬實驗平臺提供了大量的虛擬元件供學(xué)生使用，這樣就可以在虛擬實驗教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，增強(qiáng)互動性，提高教學(xué)效果。3 ARM虛擬實驗教學(xué)實例分析下面以用LPC2131設(shè)計一個流水燈的實驗為例，介紹如何通過Proteus與ADS的整合實現(xiàn)對ARM外圍電路的仿真。3.1 軟件的實現(xiàn)在ADS中編寫C語言程序添加到user組中。程序如下：將該程序進(jìn)行編譯，編譯通過后，就生成后綴為.hex的文件。3.2 硬件電路的實現(xiàn)在Proteus中設(shè)計的流水燈原理電路，如圖1所示。其中用LPC2131的P125：18控制LED8LED1，低電平點亮。將后綴為.hex的文件添加到LPC21