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文檔簡介

智能尋跡小車設(shè)計(jì)與制作

(硬件電路設(shè)計(jì))湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系主講:雷道仲要點(diǎn)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)尋跡電路設(shè)計(jì)避障電路設(shè)計(jì)顯示電路設(shè)計(jì)湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可知,智能尋跡小車主要由以下幾個(gè)模塊電路構(gòu)成要點(diǎn)聲控電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路設(shè)計(jì)LED彩燈控制電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體原理介紹Proteus軟件使用介紹湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系1.1電機(jī)控制電路湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系1.1.1

電機(jī)控制原理電路1.1電機(jī)控制原理電路湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系1.1.2

驅(qū)動芯片L293D工作原理1、引腳功能說明1.2L293D封裝及引腳排列引腳功能如下表所示:湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系1、引腳功能說明

引腳名稱

引腳功能2、7、10、15信號輸入引腳3、6、11、14信號輸出引腳4、5、12、13散熱器和接地1、9信號使能控制腳,輸入1,電機(jī)全速旋轉(zhuǎn);0,停止16電源電壓8電機(jī)驅(qū)動電壓,用于調(diào)速表1—1L293D引腳功能說明湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.3L293D內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系3、邏輯圖1.4L293D邏輯圖湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系4、真值表表1—2L293D真值表輸入輸出YAENHHHLHLXLZ5、

功能描述湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系L293D四倍高電流H橋驅(qū)動程序。L293是提供雙向驅(qū)動電流高達(dá)1A,電壓是從4.5V至36V的;L293D提供雙向驅(qū)動電流高達(dá)600毫安,電壓是從4.5V至36V的。兩個(gè)設(shè)備是專為驅(qū)動等感性負(fù)載繼電器,電磁閥,直流雙極步進(jìn)和馬達(dá),也可以給其他高電流/高電壓提供電源負(fù)載。兼容所有的TTL輸入。每個(gè)輸出都是推拉式驅(qū)動電路,與達(dá)林頓三極管和偽達(dá)林源。5、

功能描述湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

啟用1,2EN驅(qū)動器和3,4EN驅(qū)動器。當(dāng)使能輸入為高電平時(shí),相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動器被啟用和他們的輸出處于活動狀態(tài),并在其輸入端的同相。當(dāng)使能輸入為低,這些驅(qū)動器被禁用其輸出關(guān)閉,在高阻抗?fàn)顟B(tài)1,2EN為1和2的使能端(高電平使能);3,4EN同理。用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)輸入端,每對驅(qū)動程序的形式一個(gè)完整的H橋可逆驅(qū)動器適用于電磁閥或電機(jī)應(yīng)用。1.1.3直流電機(jī)H橋驅(qū)動電路

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本設(shè)計(jì)中直流電機(jī)H橋驅(qū)動電路由上述所介紹的驅(qū)動芯片L293D完成,在L293D內(nèi)部形成一個(gè)H橋型的驅(qū)動驅(qū)動電路,類似如圖1.5所示。1.1.3直流電機(jī)H橋驅(qū)動電路

湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系1.5H橋驅(qū)動電機(jī)電路湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

從圖中可以看出,其形狀類似于字母“H”,而作為負(fù)載的直流電機(jī)是像“橋”一樣架在上面的,所以稱之為“H橋驅(qū)動”。4個(gè)開關(guān)所在位置就稱為“橋臂”。

從電路中不難看出,假設(shè)開關(guān)A、D接通,電機(jī)為正向轉(zhuǎn)動,則開關(guān)B、C接通時(shí),直流電機(jī)將反向轉(zhuǎn)動。從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正反向驅(qū)動。借助這4個(gè)開關(guān)還可以產(chǎn)生電機(jī)的另外2個(gè)工作狀態(tài):1.1.3直流電機(jī)H橋驅(qū)動電路

湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系(1)剎車——將B、D開關(guān)(或A、C)接通,則電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電勢將被短路,形成阻礙運(yùn)動的反電勢,形成“剎車”作用。(2)惰行——4個(gè)開關(guān)全部斷開,則電機(jī)慣性所產(chǎn)生的電勢將無法形成電路,從而也就不會產(chǎn)生阻礙運(yùn)動的反電勢,電機(jī)將慣性轉(zhuǎn)動較長時(shí)間。1.1.3直流電機(jī)H橋驅(qū)動電路

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細(xì)分下來,晶體管有雙極性和MOS管之分,而集成電路(例如L293D)只是將它們集成而已,其實(shí)質(zhì)還是這兩種晶體管,只是為了設(shè)計(jì)、使用方便、可靠而做成了一塊電路。

實(shí)際使用的時(shí)候,用分立元件制作H橋是很麻煩的,現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集成電路,接上電源、電機(jī)和控制信號就可以使用了,在額定的電壓和電流內(nèi)使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。1.1.3直流電機(jī)H橋驅(qū)動電路

2.1尋跡電路湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系2.1.1尋跡電路原理圖2.1尋跡電路原理圖湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系本車紅外對管設(shè)計(jì)是紅外發(fā)射管一直發(fā)射信號,接收管時(shí)刻準(zhǔn)備接收信號。兩對對著地的紅外管發(fā)射紅外信號,信號在白色的地面上反射回接收管,通過接收管把信號送回單片機(jī)進(jìn)行處理,完成相應(yīng)的動作。假如在黑色的地面上,信號被地面吸收,就無信號返回,單片機(jī)檢測到無信號,根據(jù)程序也會做出相應(yīng)的動作。

2.1.2尋跡電路原理3.1避障電路湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系3.1.1避障原理圖3.1避障電路原理圖湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

避障電路由單片機(jī)、比較芯片L393、紅外發(fā)射對管等元器件構(gòu)成。電路工作過程如下:首先,比較芯片的2腳為比較基準(zhǔn)電壓輸入,該引腳通過電源串聯(lián)分壓,取得一個(gè)大約2.5V基準(zhǔn)電壓作為比較電壓。比較芯片的3腳為比較電壓的輸入端,該電壓取之反饋回來的紅外信號。當(dāng)小車前進(jìn)過程中,前方無障礙,則紅外

3.1.2避障電路原理湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

接收管的阻值會很大,從而輸出一個(gè)高電平(約5V)給比較芯片的3腳,這樣經(jīng)過比較芯片的比較,在比較芯片的2腳輸出一個(gè)高電平給單片機(jī)P3.7引腳。單片機(jī)根據(jù)接收到的電平就可以判別前方有無障礙。當(dāng)前方有障礙時(shí)V2的阻值會很小,輸出低電平給比較芯片的3腳,比較芯片從而輸出低電平給單片機(jī)P3.7。

3.1.2避障電路原理4.1顯示電路設(shè)計(jì)湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系4.1.1數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)及封裝圖(a)引腳分布圖(b)共陰數(shù)碼管

(c)共陽數(shù)碼管圖4.1八段數(shù)碼管顯示塊湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系LED顯示器又稱為數(shù)碼管,它主要由8段發(fā)光二極管組成,如圖4.1(a)所示。圖4.1(a)中,a~g為數(shù)字或字符顯示段,h段為小數(shù)點(diǎn)顯示,通過a~g為7個(gè)發(fā)光段的不同組合,可以顯示0~9和A~F共16個(gè)數(shù)字和字母。例如,當(dāng)a、b、g、e、d段亮?xí)r,顯示數(shù)字“2”,當(dāng)a、f、e、g段亮?xí)r,則顯示字母“F”。

4.1.2數(shù)碼管顯示工作原理湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系LED可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu),如圖4.1(b)和(c)所示。其中圖(b)為共陰極結(jié)構(gòu)。即把8個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起。這時(shí)如果需要點(diǎn)亮a~g中的任何一盞燈,則只需要在相應(yīng)端輸入高電平即可;輸入低電平則截止。比如我們現(xiàn)在要顯示數(shù)字“3”,則只要在對應(yīng)的a、b、c、d、g段送入高電平,在其他端送入低電平即可,點(diǎn)亮為“3”。圖(c)為共陽極結(jié)構(gòu)。其顯示端輸入低電平有效,高電平截止。

4.1.2數(shù)碼管顯示工作原理湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

表4-1列出了共陽極與共陰極LED顯示器顯示數(shù)字、字母與顯示代碼之間的對應(yīng)關(guān)。

顯示字符共陰極段碼共陽極段碼顯示字符共陰極段碼共陽極段碼03FHC087FH80H106HF996FH90H25BHA4A77H88H34FHB0B7CH83H466H99HC39HC656DH92HD5EHA1H67DH82HE79H86H707HF8F71H8EH表4-1

顯示器顯示數(shù)字、字母與顯示代碼之間的對應(yīng)關(guān)系湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系4.1.3數(shù)碼管顯示方式

點(diǎn)亮LED顯示器有兩種方式:一是靜態(tài)顯示;二是動態(tài)顯示。(本設(shè)計(jì)采用靜態(tài)顯示。)所謂靜態(tài)顯示,就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí),相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。如圖4.2所示為4位靜態(tài)LED顯示器電路。該電路每一位可單獨(dú)顯示。只要在要顯示的那位的段選線上保持段選碼電平,該位就能保持顯示相應(yīng)的顯示字符。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是:在同一瞬間可以顯示不同的字符;但缺點(diǎn)就是占用端口資源較多。從圖4.2可以看出,湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系4.1.3數(shù)碼管顯示方式

每位LED顯示器需單獨(dú)占用8根端口線。因而,在數(shù)據(jù)較多時(shí)往往不采用此種設(shè)計(jì),而是采用動態(tài)顯示方式。

所謂動態(tài)顯示,就是將要顯示的多位LED顯示器采用一個(gè)8位的段選端口,然后采用動態(tài)掃描方式一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。如圖4.3所示為4位LED動態(tài)顯示電路。湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系4.1.3數(shù)碼管顯示方式圖4.24位靜態(tài)LED顯示器電路湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系4.1.3數(shù)碼管顯示方式圖4.34位動態(tài)LED顯示器電路5.1聲控電路設(shè)計(jì)湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系5.1.1聲控電路圖圖5.1聲控電路湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

聲控電路由晶體三極管V3(S8050)、電阻R3、R4、R5、R6、C1及話筒構(gòu)成,其中R3、R4、R6及三極管V3組成分壓式共射放大電路。具體工作過程如下:當(dāng)平時(shí)沒有聲音對準(zhǔn)話筒時(shí),晶體三極管的基極電壓(UBQ)由電源經(jīng)電阻R3、R4串聯(lián)分壓,由于R3的阻值遠(yuǎn)小于R4的阻值,因此,三極管的基極獲得一個(gè)比較小的電壓(約0.6V),故基本處于臨界截止?fàn)顟B(tài),因此在三極管的5.1.2聲控電路工作原理湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

集電極輸出一個(gè)高電平送給單片機(jī)的P0.4端口;當(dāng)由聲音對準(zhǔn)話筒時(shí),該聲音轉(zhuǎn)換成電信經(jīng)C1耦合到放大電路基極,使晶體三極管處于放大狀態(tài),此時(shí)V3的集電極由于三極管的導(dǎo)通作用被嵌位成低電平傳給單片機(jī)的P0.4端口。單片機(jī)根據(jù)采集到高、低電平來判斷需不需要作出相應(yīng)處理。例如:有聲音時(shí)可以使小車后退,沒聲音時(shí),小車前進(jìn)。這個(gè)可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)。5.1.2聲控電路工作原理6.1報(bào)警電路設(shè)計(jì)湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系6.1.1報(bào)警電路圖圖6.1報(bào)警電路湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系報(bào)警電路由晶體三極管V1(S8550)、電阻R2以及蜂鳴器SB1組成。當(dāng)電路平時(shí)不需要發(fā)聲報(bào)警時(shí),單片機(jī)的P0.6端口輸出一個(gè)高電平,使晶體三極管截止,蜂鳴器因此不發(fā)聲。當(dāng)需要發(fā)聲報(bào)警時(shí),便編程控制從P0.6輸出一定頻率的方波或矩形波,使V1在導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)切換,從而蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。6.1.2報(bào)警電路工作原理7.1LED彩燈電路設(shè)計(jì)湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系7.1.1LED彩燈電路圖圖7.1LED彩燈控制電路湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

LED彩燈控制電路由發(fā)光二極管D1—D8以及限流電阻R16、R18、R19、R20、R22、R23、R24、R26組成。其中八只發(fā)光二極管的陽極經(jīng)限流電阻接電源、陰極接單片機(jī)的P1口的八個(gè)端口。從彩燈連接方式可知,要使發(fā)光二極管點(diǎn)亮則只需要使單片機(jī)的P1口輸出低電平即可,反之,如果要使燈熄滅,則P1端口輸出高電平即可。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)任務(wù)需求編程進(jìn)行控制。7.1.2彩燈電路工作原理8.1232串行下載電路設(shè)計(jì)湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系8.1.1232串行下載電路圖圖8.1232串行下載電路圖湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

在單片機(jī)與PC機(jī)通信時(shí),接口電路必須要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,因?yàn)镻C機(jī)采用的是RS232標(biāo)準(zhǔn),而單片機(jī)采用的是TTL標(biāo)準(zhǔn),這是其一。第二是單片機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信如果采用直接傳輸信息,其傳輸距離一般不超過1.5m,若要實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的通信,則接口電路也必須要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

8.1.2RS232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系RS232標(biāo)準(zhǔn)是1969年由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的邏輯“1”電平是-5V--15V,邏輯“0”電平是+5V-+15V。TTL(Tansistor-TransistorLogic),是指三極管-三極管邏輯電路。它規(guī)定:邏輯“0”:<0.4V;邏輯“1”:+3V~+5V。

因此,RS-232不能和TTL電平直接相連,使用時(shí)必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,否則將使TTL電路燒壞,為了讓單片機(jī)與PC機(jī)能相互通信,必須讓這兩種電平相互轉(zhuǎn)換。

8.1.2RS232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系8.1.3MAX232芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖8.2MAX232C芯片的結(jié)構(gòu)原理圖湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系MAX232芯片是Maxim公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動器的RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片,適用于各種232通信接口。MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器,可以把輸入的+5V電源電壓變換成RS-232C輸出電平所需的±10V電壓。所以,采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5V電源就可以了。對于沒有±12V電源的場合,其適用性更強(qiáng)。加之其價(jià)格適中,硬件接口簡單,所以被廣泛采用。8.1.3MAX232芯片工作原理湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

圖8.2中上半部分電容C1、C2、C3、C4及V、V是電源變換部分。在實(shí)際應(yīng)用中,器件對電源噪聲很敏感。因此,VCzC需要對地加去耦電容C5,其值為0.1F。電容C1、C2、C3、C4都選用鉭電解電容,電容值為1.0F(耐壓值高于16V),可以提高抗干擾能力。連接時(shí)電容必須盡量靠近器件,注意極性。8.1.3MAX232芯片工作原理湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

下半部分為發(fā)送和接收部分。實(shí)際應(yīng)用中,T1IN、T2IN和R1OUT、R2OUT可分別連接TTL/CMOS電平的51單片機(jī)的串行發(fā)送端TXD和接收端RXD;T1OUT、T2OUT和R1IN、R2IN分別連接至RS-232電平的PC串行接收端和發(fā)送端。從計(jì)算機(jī)串行口輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)MAX232C電平轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)STC89C52,8.1.3MAX232芯片工作原理湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系9.1系統(tǒng)整體電路圖9.1智能尋跡小車原理圖湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

智能循跡機(jī)器人采用現(xiàn)在較為流行的8位單片機(jī)——STC89C52作為系統(tǒng)大腦。40腳的DIP封裝使它擁有32個(gè)完全I(xiàn)O(GPIO-通用輸入輸出)端口,通過對這些端口加以信號輸入電路,控制電路,執(zhí)行電路共同完成循跡機(jī)器人。P0.0,P0.1,P0.2,P0.3分別通過L293D電機(jī)驅(qū)動來驅(qū)動電機(jī)1和電機(jī)2。由電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來完成機(jī)器人的前進(jìn),后退,左轉(zhuǎn),右轉(zhuǎn),遇障礙物繞行,避懸崖等基本動作。10.1系統(tǒng)整體電路原理介紹湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

在機(jī)器人前進(jìn)時(shí)如果前方有障礙物,由紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外信號被反射給紅外接收管,紅外接管將此信號經(jīng)過P3.7傳送入STC89C52中,主芯片通過內(nèi)部的代碼進(jìn)行機(jī)器人的繞障礙物操作,同時(shí)主芯片將P3.7的信號狀態(tài)通過P2.5的LED指示燈顯示出來。機(jī)器人行走時(shí)會通過P3.5與P3.6的紅外接收探頭來進(jìn)行檢測。當(dāng)走到懸崖處時(shí),P3.5或P3.6將收到一個(gè)電平信號,此電平信號將通過相應(yīng)端口傳送入主芯片中,主芯片通過內(nèi)部代碼完成機(jī)器人的避懸崖操作。10.1系統(tǒng)整體電路原理介紹湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

同時(shí)P3.5與P3.6的信號狀態(tài)將通過P2.6/P2.7顯示出來。在機(jī)器人的左轉(zhuǎn),右轉(zhuǎn),后退的過程,可以通過觀看以P2.0/P0.7為指示燈的運(yùn)行狀態(tài)。P0.4為機(jī)器人的聲控檢測端口,在運(yùn)行為前進(jìn)狀態(tài)時(shí),可以通過聲控(如拍手聲)來控制它的運(yùn)行與停止。P0.6為機(jī)器人的聲音輸出端。在機(jī)器人遇到障礙物時(shí)。進(jìn)行繞障礙物與避懸崖時(shí)可以通過此端口控制蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。當(dāng)為白天或黑夜時(shí)可以通過P0.5端口中的光敏電阻來進(jìn)行判斷,以方便完成機(jī)器人夜間自動照明功能。10.1系統(tǒng)整體電路原理介紹湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系

兩個(gè)按鍵以查詢/中斷兩種不同方式來展現(xiàn)按鍵操作。你可以按下S1鍵來進(jìn)行機(jī)器的停止。再按下S2鍵來進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)行。這個(gè)按鍵信息分別被P3.2,P3.4接收到。IR1為紅外遙控接收器,這就為機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控創(chuàng)造了可能。這個(gè)紅外遙控接收頭接收到紅外信號時(shí)將信號進(jìn)過P3.3送入到主芯片,主芯片對其進(jìn)行解密后以不同的方式對機(jī)器人進(jìn)行控制。同時(shí)將用戶的按鍵信息通過P2端口上的LED數(shù)碼管顯示出來。10.1系統(tǒng)整體電路原理介紹湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系P3.0、P3.1中COM端口的加入,讓你完全可以用電腦對其進(jìn)行控制。你可以通過對串口發(fā)送數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)會被顯示到LED數(shù)碼管中,并讓機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)的功能。電腦的串口軟件要求波特率為9600.8位數(shù)據(jù)位,這時(shí)你就可以快樂的用電腦來對它進(jìn)行你的完全控制了。10.1系統(tǒng)整體電路原理介紹湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系從“教學(xué)在線”下載七個(gè)壓縮包,解壓到任意文件夾內(nèi)雙擊ISIS

7啟動軟件。11.1Proteus軟件使用介紹

軟件安裝與啟動軟件界面預(yù)覽原理圖編輯區(qū)工具類別區(qū)對象列表區(qū)選擇元件Proteus提供很多元件。要使用元件,必須先把元件選取到對象選擇區(qū)。單擊Component

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