電路仿真與工具軟件應(yīng)用學(xué)習(xí)第八章演示文稿

電路仿真與工具軟件應(yīng)用學(xué)習(xí)第八章演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有41頁\編輯于星期日優(yōu)選電路仿真與工具軟件應(yīng)用學(xué)習(xí)第八章現(xiàn)在是2頁\一共有41頁\編輯于星期日現(xiàn)在是3頁\一共有41頁\編輯于星期日8.1.2Proteus特色一：微處理器系統(tǒng)仿真Proteus軟件的ISIS原理圖設(shè)計(jì)界面支持電路仿真模式VSM(虛擬仿真模式)。當(dāng)電路元件在調(diào)用時(shí)，我們選用具有動(dòng)畫演示功能的器件或具有仿真模型的器件，當(dāng)電路連接完成無誤后，直接運(yùn)行仿真按鈕，即可實(shí)現(xiàn)聲、光、動(dòng)等逼真的效果，以檢驗(yàn)電路硬件及軟件設(shè)計(jì)的對(duì)錯(cuò)，非常直觀。單片機(jī)系統(tǒng)的仿真是ProteusVSM的主要特色。用戶可在Proteus中直接編輯、編譯、調(diào)試代碼，并直觀地看到仿真結(jié)果。CPU模型有ARM7(LPC21xx)、PIC、AtmelAVR、MotorolaHCXX以及8051/8052系列。同時(shí)模型庫中包含了LED/LCD顯示、鍵盤、按鈕、開關(guān)、常用電機(jī)等通用外圍設(shè)備。VSM甚至能仿真多個(gè)CPU，它能便利處理含兩個(gè)或兩個(gè)以上微控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。現(xiàn)在是4頁\一共有41頁\編輯于星期日微處理器交互仿真實(shí)例現(xiàn)在是5頁\一共有41頁\編輯于星期日虛擬仿真電路與外部實(shí)際電路的雙向通信現(xiàn)在是6頁\一共有41頁\編輯于星期日Proteus與Keil的聯(lián)調(diào)現(xiàn)在是7頁\一共有41頁\編輯于星期日8.1.3Proteus特色二：ProteusARES的PCB預(yù)覽功能現(xiàn)在是8頁\一共有41頁\編輯于星期日8.2Proteus快速入門

8.2.1一階動(dòng)態(tài)電路的設(shè)計(jì)與仿真本例所用到的元件清單如表：現(xiàn)在是9頁\一共有41頁\編輯于星期日（1）元件的拾取用鼠標(biāo)左鍵單擊界面左側(cè)預(yù)覽窗口下面的“P”按鈕，彈出“PickDevices”(元件拾取)對(duì)話框ISIS7Professional的元件拾取就是把元件從元件拾取對(duì)話框中拾取到圖形編輯界面的對(duì)象選擇器中。元件拾取共有兩種辦法：(1)按類別查找和拾取元件拾取元件對(duì)話框共分四部分，左側(cè)從上到下分別為直接查找時(shí)的名稱輸入、分類查找時(shí)的大類列表、子類列表和生產(chǎn)廠家列表。中間為查到的元件列表。右側(cè)自上而下分別為元件圖形和元件封裝，(2)直接查找和拾取元件把元件名的全稱或部分輸入到PickDevices(元件拾取)對(duì)話框中的“Keywords”欄，在中間的查找結(jié)果“Results”中顯示所有電容元件列表，用鼠標(biāo)拖動(dòng)右邊的滾動(dòng)條，出現(xiàn)灰色標(biāo)示的元件即為找到的匹配元件?，F(xiàn)在是10頁\一共有41頁\編輯于星期日現(xiàn)在是11頁\一共有41頁\編輯于星期日按照電容的拾取方法，依次把五個(gè)元件拾取到編輯界面的對(duì)象選擇器中，然后關(guān)閉元件拾取對(duì)話框?，F(xiàn)在是12頁\一共有41頁\編輯于星期日下面把元件從對(duì)象選擇器中放置到圖形編輯區(qū)中。用鼠標(biāo)單擊對(duì)象選擇區(qū)中的某一元件名，把鼠標(biāo)指針移動(dòng)到圖形編輯區(qū)，雙擊鼠標(biāo)左鍵，元件即被放置到編輯區(qū)中。電阻要放置兩次，因?yàn)楸纠杏玫絻蓚€(gè)電阻。現(xiàn)在是13頁\一共有41頁\編輯于星期日（2）編輯窗口視野控制編輯窗口的視野平移可用以下方法：a.在原理圖編輯區(qū)的藍(lán)色方框內(nèi)，把鼠標(biāo)指針放置在一個(gè)地方后，按下“F5”，則以鼠標(biāo)指針為中心顯示圖形。b.當(dāng)圖形不能全部顯示出來時(shí)，按住“Shift”鍵，移動(dòng)鼠標(biāo)指針到上、下、左、右邊界，則圖形自動(dòng)平移。c.快速顯示想要顯示的圖形部分時(shí)，把鼠標(biāo)指向左上預(yù)覽窗口中某處，并單擊鼠標(biāo)左鍵，則編輯窗口內(nèi)圖形自動(dòng)移動(dòng)到指定位置。編輯窗口的視野縮放用以下方法：a.先把鼠標(biāo)指針放置到原理圖編輯區(qū)內(nèi)的藍(lán)色框內(nèi)，上下滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪即可縮放視野。b.放置鼠標(biāo)指針到編輯窗口內(nèi)想要放大或縮小的地方，按“F6”(放大)或“F7”(縮小)放大或縮小圖形，按“F8”顯示整個(gè)圖形?，F(xiàn)在是14頁\一共有41頁\編輯于星期日(3)元件位置的調(diào)整和參數(shù)的修改在編輯區(qū)的元件上單擊鼠標(biāo)左鍵選中元件(為紅色)，在選中的元件上再次單擊鼠標(biāo)右鍵則刪除該元件，而在元件以外的區(qū)域內(nèi)單擊右鍵則取消選擇。單個(gè)元件選中后，單擊鼠標(biāo)左鍵不松可以拖動(dòng)該元件。群選使用鼠標(biāo)左鍵拖出一個(gè)選擇區(qū)域，使用圖標(biāo)來整體移動(dòng)。使用圖標(biāo)可整體復(fù)制，圖標(biāo)用來刷新圖面。按下圖所示元件位置布置好元件。使用界面左下方的四個(gè)圖標(biāo)、、、可改變元件的方向及對(duì)稱性。把兩位開關(guān)調(diào)整成圖示的方位?，F(xiàn)在是15頁\一共有41頁\編輯于星期日先存一下盤。建立一個(gè)名為Proteus的目錄，選主菜單File→SaveDesignAs，在打開的對(duì)話框中把文件保存為Proteus目錄下的“Cap1.DSN”，只用輸入“Cap1”，擴(kuò)展名系統(tǒng)自動(dòng)添加。下面改變元件參數(shù)：左鍵雙擊原理圖編輯區(qū)中的電阻R1，彈出“EditComponent”(元件屬性設(shè)置)對(duì)話框，把R1的Resistance(阻值)由10kΩ改為1kΩ，把R2的阻值由10kΩ改為100Ω(缺省單位為Ω)。EditComponent(元件屬性設(shè)置)對(duì)話框下圖所示。現(xiàn)在是16頁\一共有41頁\編輯于星期日注意到每個(gè)元件的旁邊顯示灰色的“<TEXT>”，為了使電路圖清晰，可以取消此文字顯示。雙擊此文字，打開一個(gè)對(duì)話框，如下圖所示。在該對(duì)話框中選擇“Style”，先取消選擇“Visible”右邊的“FollowGlobal”選項(xiàng)，再取消選擇“Visible”選項(xiàng)，單擊“OK”即可?，F(xiàn)在是17頁\一共有41頁\編輯于星期日也可在元件調(diào)用前，直接選擇主菜單中的【Template】→【SetDesignDefaults…】打開畫圖模板設(shè)置選項(xiàng)，如下圖所示?，F(xiàn)在是18頁\一共有41頁\編輯于星期日接著出現(xiàn)EditDesignDefaults(編輯模板設(shè)計(jì))對(duì)話框，如下圖所示。在“Showhiddentext”選項(xiàng)中把對(duì)勾去掉，然后單擊“OK”即可。每個(gè)元件的旁邊不再顯示灰色的“<TEXT>”?，F(xiàn)在是19頁\一共有41頁\編輯于星期日（4）電路連線電路連線采用按格點(diǎn)捕捉和自動(dòng)連線的形式，所以首先確定編輯窗口上方的自動(dòng)連線圖標(biāo)為按下狀態(tài)。Proteus的連線是非常智能的，它會(huì)判斷你下一步的操作是否想連線從而自動(dòng)連線，而不需要選擇連線的操作，只需用鼠標(biāo)左鍵單擊編輯區(qū)元件的一個(gè)端點(diǎn)拖動(dòng)到要連接的另外一個(gè)元件的端點(diǎn)，先松開左鍵后再單擊鼠標(biāo)左鍵，即完成一根連線。連線完成后如下左圖所示。連線完成后，如果再想回到拾取元件狀態(tài)，按下左側(cè)工具欄中的“元件拾取”圖標(biāo)即可，如下右圖所示。現(xiàn)在是20頁\一共有41頁\編輯于星期日（5）電路的動(dòng)態(tài)仿真前面我們已經(jīng)完成了電路原理圖的設(shè)計(jì)和連接，下面來看看電路的仿真效果。首先在主菜單“System”→“SetAnimationOptions”中設(shè)置仿真時(shí)電壓及電流的顏色及方向，如下圖所示。在打開的對(duì)話框中，選擇“ShowWireVoltagebyColour”和“ShowWireCurrentwithArrows”兩項(xiàng)，即選擇導(dǎo)線以紅、藍(lán)兩色來表示電壓的高低，以箭頭標(biāo)示來表示電流的流向?，F(xiàn)在是21頁\一共有41頁\編輯于星期日單擊ProteusISIS環(huán)境中左下方的仿真控制按鈕 中的運(yùn)行按鈕，開始仿真。仿真開始后，用鼠標(biāo)單擊圖中的開關(guān)，使其先把電容與電源接通，如下圖所示。能清楚地看到電容充電的效果?，F(xiàn)在是22頁\一共有41頁\編輯于星期日接著單擊開關(guān)，使其把電容與燈連通。看到燈閃了一下，如下圖所示。由于充電時(shí)間常數(shù)為1秒，放電時(shí)間常數(shù)小一些，瞬間放電，所以燈亮的時(shí)間很短。如果放電時(shí)間常數(shù)再大，則不易觀察到燈亮的效果。在運(yùn)行時(shí)，可以來回?fù)軇?dòng)開關(guān)，反復(fù)觀察充放電過程。單擊仿真控制按鈕中的停止按鈕，仿真結(jié)束?，F(xiàn)在是23頁\一共有41頁\編輯于星期日（6）文件的保存在設(shè)計(jì)過程中要養(yǎng)成不斷存盤的好習(xí)慣，以免突發(fā)事件而造成事倍功半的效果，影響學(xué)習(xí)情緒。最好先建立一個(gè)存放“*.DSN”文件的專用文件夾，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在這個(gè)文件夾中，除了剛剛設(shè)計(jì)完成的“Cap1.DSN”文件外，還有很多其他擴(kuò)展名的文件，可以統(tǒng)統(tǒng)刪除。下次打開時(shí)，可直接雙擊“Cap1.DSN”文件，或先運(yùn)行Proteus，再打開“Cap1.DSN”文件?，F(xiàn)在是24頁\一共有41頁\編輯于星期日（7）變式演練下面來嘗試自己動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)電容充放電電路，如下圖所示。與剛才的電路不同的是，這個(gè)電路選用了兩個(gè)一位開關(guān)代替原來的一個(gè)兩位開關(guān)；在充放電回路中分別串入了直流數(shù)字電流表，在電容兩端并接了一個(gè)電壓表，用于觀察充放電過程中的電流及電壓的變化；另外，放電回路中取消了放電電阻，充電電阻值和電容值也都有變化?，F(xiàn)在是25頁\一共有41頁\編輯于星期日所用元件名稱及所屬的庫文件如下表所示，可采取直接查詢法來拾取表中元件?，F(xiàn)在是26頁\一共有41頁\編輯于星期日選取虛擬儀器圖標(biāo) 來獲取直流電壓表和電流表，如下圖所示。由上而下的儀器分別為示波器(OSCILLOSCOPE)、邏輯分析儀(LOGICANALYSER)、計(jì)數(shù)定時(shí)器(COUNTERTIMER)、虛擬終端(VIRTUALTERMINAL)、信號(hào)發(fā)生器(SIGNALGENERATOR)、模式發(fā)生器(PATTERNGENERATOR)、直流電壓表(DCVOLTMETER)、直流電流表(DCAMMETER)、交流電壓表(ACVOLTMETER)和交流電流表(ACAMMETER)?，F(xiàn)在是27頁\一共有41頁\編輯于星期日兩個(gè)電流表設(shè)置為毫安表，分別取名為AM1和AM2；電壓表取名為VM1。雙擊電流表，出現(xiàn)如下圖所示的EditComponent(屬性設(shè)置)對(duì)話框，照?qǐng)D完成設(shè)置。把此文件保存為“CAP2.DSN”。在仿真時(shí)，注意觀察電流表和電壓表數(shù)值的變化?，F(xiàn)在是28頁\一共有41頁\編輯于星期日8.2.2異步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)及仿真如果已經(jīng)具備了數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)，就會(huì)知道，這是一個(gè)異步時(shí)序邏輯電路，由四個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，這里選用JK觸發(fā)器，把它們的JK端全接高電平，前一級(jí)的輸出作為后一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。觀察四個(gè)觸發(fā)器輸出端所組成的二進(jìn)制數(shù)的變化是否為0-F(即0000-1111)。（1）元件的拾取如果不知道所用元件的確切名字及所在的庫，可以用查詢的方法在所有庫里海選。選擇主菜單“Library”→“PickDevice/Symbol”，或直接單擊左側(cè)工具箱中的圖標(biāo)后再單擊“P”按鈕，打開如下圖所示的對(duì)話框。采用部分查找法，在所查找的元件名關(guān)鍵詞中填寫“JK”，所有“JK”觸發(fā)器元件都被找出，列在圖中的中間部分查詢結(jié)果中。選中“JKFF(ACTIVE)”，即選中仿真庫中的元件，單擊“OK”，元件拾取到對(duì)象選擇器中?，F(xiàn)在是29頁\一共有41頁\編輯于星期日現(xiàn)在是30頁\一共有41頁\編輯于星期日按下表所示，采用直接查詢法，把所有元件都拾取到編輯區(qū)的元件列表中?，F(xiàn)在是31頁\一共有41頁\編輯于星期日（2）元件連線先放置一個(gè)JK觸發(fā)器。選中左側(cè)電源和接地圖標(biāo)，單擊“POWER”，一個(gè)箭頭形狀的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字直流電源(即高電平)出現(xiàn)在元件預(yù)覽區(qū)，拖出后與觸發(fā)器的JK端接上，如下圖所示。因?yàn)樗膫€(gè)觸發(fā)器的JK端接法都一樣，故采取復(fù)制法畫其他三個(gè)觸發(fā)器。用左鍵選中剛才所畫的圖形，選取上方的復(fù)制按鈕，

連續(xù)單擊鼠標(biāo)三次，得到如下圖所示的圖形?，F(xiàn)在是32頁\一共有41頁\編輯于星期日接下來，把前一個(gè)觸發(fā)器的輸出端連接到下一個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘CLK端上。再把時(shí)鐘“CLOCK”拖出，連在第一個(gè)觸發(fā)器的CLK輸入端上，如下圖所示。如果是下降沿觸發(fā)的觸發(fā)器，則把前一個(gè)觸發(fā)器的Q端連到下一個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘CLK端上。把該電路保存為“Counter.DSN”?，F(xiàn)在是33頁\一共有41頁\編輯于星期日（3）電路的動(dòng)態(tài)仿真為了觀察計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的動(dòng)態(tài)過程，我們在每個(gè)觸發(fā)器的輸出端Q連接一個(gè)邏輯電平探測器，能夠顯示0和1。把LOGICPROBE(BIG)元件拖到圖形編輯區(qū)內(nèi)，連續(xù)雙擊鼠標(biāo)三次，得到四個(gè)邏輯探測器。分別接到每個(gè)JK觸發(fā)器的輸出端Q上。最后一個(gè)觸發(fā)器為最高位(MSB)。同時(shí)，把七段數(shù)碼顯示拖入編輯區(qū)。數(shù)碼管的最左端是高位，分別和各觸發(fā)器的輸出端Q相連，如下圖所示?，F(xiàn)在是34頁\一共有41頁\編輯于星期日按下仿真運(yùn)行按鈕，四個(gè)邏輯探測器組成的四位二進(jìn)制數(shù)從0000-1111變化，而七段數(shù)碼管則顯示0-F。另外我們還觀察到每個(gè)器件的連線端都有紅藍(lán)兩色小方塊來顯示該端的電平變化，紅色為高電平，藍(lán)色為低電平。如下圖所示，十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)到14，顯示“E”。現(xiàn)在是35頁\一共有41頁\編輯于星期日（4）電路波形的生成有時(shí)為了方便分析，我們還會(huì)在已繪制好的圖中加上波形圖。在一個(gè)波形圖中，可以插入多個(gè)觀測點(diǎn)的波形，它們既可以是數(shù)字波形，也可以是模擬波形或是其他形式的波形?，F(xiàn)在我們想把上圖中四個(gè)觸發(fā)器的輸出端Q的波形分別顯示出來。首先要把一個(gè)電壓探針接在被測點(diǎn)，左側(cè)圖標(biāo)和分別為電壓和電流探針。四個(gè)電壓探針分別命名為Q1、Q2、Q3和Q4。單擊左側(cè)圖標(biāo)，選擇插入波形的種類。如下圖所示，選擇數(shù)字波形(DIGITAL)或數(shù)字模擬混合波形(MIXED)。現(xiàn)在是36頁\一共有41頁\編輯于星期日接下來放置波形。選擇主菜單【Graph】→【EditGraph】，在圖形編輯區(qū)的下方單擊鼠標(biāo)左鍵拖出一個(gè)長方形波形區(qū)域，再次單擊左鍵確定。選擇【Graph】→【AddTrace】，添加軌跡，在彈出的對(duì)話框中，選擇右側(cè)的數(shù)字(Digital)波形，選中ProbeP1中的Q1(電壓探針加上后，所有探針的名稱自動(dòng)出現(xiàn)在這里)，單擊“OK”(如左圖所示)，Q1的坐標(biāo)出現(xiàn)在波形圖中。繼續(xù)選擇【Graph】→【AddTrace】，選中Q2，重復(fù)上一步驟，直到四點(diǎn)波形坐標(biāo)都加到圖形中為止。選擇主菜單【Graph】→【EditGraph】，把波形標(biāo)題更改為“DIGITALANALYSIS”(數(shù)字波形分析)，把停止時(shí)間改為16，如右圖所示?，F(xiàn)在是37頁\一共有41頁\編輯于星期日選擇“Graph”→“Simul