單片機(jī)仿真軟件使用入門

單片機(jī)仿真軟件使用入門第1頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一Proteus介紹

Proteus軟件是由英國LabcenterElectronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，已有近20年的歷史，在全球得到了廣泛應(yīng)用。Proteus軟件的功能強(qiáng)大，它集電路設(shè)計(jì)、制版及仿真等多種功能于一身，不僅能夠?qū)﹄姽?、電子技術(shù)學(xué)科涉及的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，還能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，并且功能齊全，界面多彩，是近年來備受電子設(shè)計(jì)愛好者青睞的一款新型電子線路設(shè)計(jì)與仿真軟件。第2頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一Proteus整體功能預(yù)覽

Proteus軟件和我們手頭的其他電路設(shè)計(jì)仿真軟件最大的不同即它的功能不是單一的。它的強(qiáng)大的元件庫可以和任何電路設(shè)計(jì)軟件相媲美；它的電路仿真功能可以和Multisim相媲美，且獨(dú)特的單片機(jī)仿真功能是Multisim及其他任何仿真軟件都不具備的；它的PCB電路制版功能可以和Protel相媲美。它的功能不但強(qiáng)大，而且每種功能都毫不遜于Protel，是廣大電子設(shè)計(jì)愛好者難得的一個(gè)工具軟件。第3頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一ISIS——智能原理圖輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的基本平臺(tái)。ARES——高級(jí)PCB布線編輯軟件。在Proteus中，從原理圖設(shè)計(jì)、單片機(jī)編程、系統(tǒng)仿真到PCB設(shè)計(jì)一氣呵成，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。Proteus從原理圖設(shè)計(jì)到PCB設(shè)計(jì)，再到電路板完成的流程如圖1-2所示。第4頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一圖1-2Proteus設(shè)計(jì)流程第5頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

最下面的圖為根據(jù)設(shè)計(jì)的PCB加工而成的電路板和安裝焊接完成后的實(shí)際電路?？梢姡麄€(gè)電路從設(shè)計(jì)到實(shí)際電路制作完成，通過Proteus一個(gè)軟件即可完美實(shí)現(xiàn)。并且，它的仿真結(jié)果與實(shí)際誤差很小，非常適合電子設(shè)計(jì)愛好者和高校學(xué)生自學(xué)使用，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了生產(chǎn)成本，提高了設(shè)計(jì)成功率。第6頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一主菜單通用工具菜單Proteus的主界面簡介專用工具菜單PCB電路電路編輯窗口坐標(biāo)原點(diǎn)瀏覽窗口器件工具列表窗口仿真按鍵第7頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一Proteus的主菜單簡介點(diǎn)擊主菜單第8頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一主菜單編輯工具←點(diǎn)擊鼠標(biāo):點(diǎn)擊此鍵可取消左鍵的放置功能,但可編輯對(duì)象.←選擇元器件:在元件表選中器件,在編輯窗中移動(dòng)鼠標(biāo),點(diǎn)擊左鍵放置器件.←標(biāo)注聯(lián)接點(diǎn):當(dāng)兩條連線交叉時(shí),放個(gè)接點(diǎn)表示連通.←標(biāo)志網(wǎng)絡(luò)線標(biāo)號(hào):電路聯(lián)線可用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)代替,相同標(biāo)號(hào)的線是相同的.←放置文本說明:是對(duì)電路的說明,與電路仿真無關(guān)!←放置總線:當(dāng)多線并行簡化聯(lián)線,用總線標(biāo)示.←放置子電路:可將部分電路以子電路形式畫在另一圖紙上.←放置器件引腳:有普通.反相.正時(shí)鐘.反時(shí)鐘.短引腳.總線←放置圖紙內(nèi)部終端:有普通.輸入.輸出.雙向.電源.接地.總線.調(diào)試工具←放置分析圖:有模擬.數(shù)字.混合.頻率特性.傳輸特性.噪聲分析等.←放置錄音機(jī):可錄/放聲音文件.←放置電源.信號(hào)源:有直流電源,正弦信號(hào)源,脈沖信號(hào)源等.←放置電壓探針:顯示網(wǎng)絡(luò)線上的電壓.←放置電流探針:串聯(lián)在指定的網(wǎng)絡(luò)線上,顯示電流值.←放置虛擬儀器:有示波器.計(jì)數(shù)器.RS232終端.SPI調(diào)試器.I2C調(diào)試器.信號(hào)發(fā)生器.圖形發(fā)生器.直流電壓表.直流電流表,交流電壓表.交流電流表.圖形工具←放置各種線:有器件.引腳.端口.圖形線.總線等←放置矩形框:移動(dòng)鼠標(biāo)到框的一角,按下左鍵拖動(dòng),釋放后完成.←放置圓形框:移動(dòng)鼠標(biāo)到圓心,按下左鍵拖動(dòng),釋放后完成.←放置圓弧線:鼠標(biāo)移到起點(diǎn),按下左鍵拖動(dòng),釋放后調(diào)整弧長,點(diǎn)擊鼠標(biāo)完成.←畫閉合多邊形:鼠標(biāo)移到起點(diǎn),點(diǎn)擊產(chǎn)生折點(diǎn),閉合后完成.←放置文字標(biāo)簽:在編輯框放置說明文本標(biāo)簽.←放置特殊圖形:可在庫中選擇各種圖形←放置特殊節(jié)點(diǎn):可有原點(diǎn).節(jié)點(diǎn).標(biāo)簽引腳名.引腳號(hào).Proteus選擇圖標(biāo)簡介第9頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一Proteus元件庫簡介搜索關(guān)鍵詞元件分類子分類廠商連接器.插頭插座庫→數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換ADC.DAC→調(diào)試工具庫→可編程邏輯器件→電阻→簡單模擬器件→揚(yáng)聲器.音響器件→555←模擬集成電路庫←電容庫←CMOS4000庫←二極管庫←ECL1000庫←電機(jī)庫←電感庫←拉普拉斯變換庫←存儲(chǔ)器庫←微處理器庫←混合類型庫←簡單模式庫←運(yùn)算放大庫←光電器件庫←開關(guān)和繼電器←開關(guān)器件庫←熱電子器件庫←晶體管庫←晶體管庫←TTL74系列庫←TTL74LS系列庫型號(hào)類型特性元件圖形符號(hào)預(yù)覽元件PCB封裝預(yù)覽確認(rèn)鍵555第10頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一ProteusVSM仿真與分析

Proteus軟件的ISIS原理圖設(shè)計(jì)界面同時(shí)還支持電路仿真模式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。第11頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一ProteusVSM有兩種不同的仿真方式：交互式仿真和基于圖表的仿真。交互式仿真——

實(shí)時(shí)直觀地反映電路設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果；基于圖表的仿真(ASF)——

用來精確分析電路的各種性能，如頻率特性、噪聲特性等。第12頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一ProteusVSM中的整個(gè)電路分析是在ISIS原理圖設(shè)計(jì)模塊下延續(xù)下來的，原理圖中可以包含以下仿真工具：探針——

直接布置在線路上，用于采集和測(cè)量電壓/電流信號(hào)；電路激勵(lì)——

系統(tǒng)的多種激勵(lì)信號(hào)源；虛擬儀器——

用于觀測(cè)電路的運(yùn)行狀況；曲線圖表——

用于分析電路的參數(shù)指標(biāo)。第13頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一1.仿真工具——

激勵(lì)源DC：直流電壓源。Sine：正弦波發(fā)生器。Pulse：脈沖發(fā)生器。Exp：指數(shù)脈沖發(fā)生器。SFFM：單頻率調(diào)頻波信號(hào)發(fā)生器。Pwlin：任意分段線性脈沖信號(hào)發(fā)生器。File：File信號(hào)發(fā)生器，數(shù)據(jù)來源于ASCII文件。第14頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一Audio：音頻信號(hào)發(fā)生器，數(shù)據(jù)來源于wav文件。DState：單穩(wěn)態(tài)邏輯電平發(fā)生器。DEdge：單邊沿信號(hào)發(fā)生器。DPulse：單周期數(shù)字脈沖發(fā)生器。DClock：數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器。DPattern：模式信號(hào)發(fā)生器。Proteus激勵(lì)源的可編輯格式示例如圖1-3所示。第15頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一圖1-3Proteus激勵(lì)源的可編輯格式示例第16頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一2.仿真工具——虛擬儀器虛擬示波器(OSCILLOSCOPE)。邏輯分析儀(LOGICANALYSER)。計(jì)數(shù)器、定時(shí)器(COUNTERTIMER)。虛擬終端(VIRUALTERMINAL)。信號(hào)發(fā)生器(SIGNALGENERATOR)。模式發(fā)生器(PATTERNGENERATOR)。第17頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一交直流電壓表和電流表(AC/DCvoltmeters/ammeters)。SPI調(diào)試器(SPIDEBUGGER)。I2C調(diào)試器(I2CDEBUGGER)。Proteus的部分虛擬儀器(虛擬終端顯示器、四通道示波器和SPI、I2C調(diào)試器)第18頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一Proteus激勵(lì)源的可編輯格式示例如圖1-3所示。圖1-3Proteus激勵(lì)源的可編輯格式示例第19頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一3.交互式仿真實(shí)例(741放大電路)高級(jí)仿真(ASF)實(shí)例(741放大電路分析)如圖1-5所示。圖1-5741放大電路分析第20頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

噪聲分析：顯示隨頻率變化的輸出噪聲和等效輸入噪聲電壓，并列出電路各部分所產(chǎn)生的噪聲電壓清單。741放大電路的噪聲分析如圖1-6所示。失真分析：用于確定由測(cè)試電路所引起的電平失真的程度，失真分析圖表用于顯示隨頻率變化的二次和三次諧波失真電平。741放大電路的失真分析如圖1-7所示。第21頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

圖1-6741放大電路的噪聲分析

圖1-7741放大電路的失真分析第22頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一4.Proteus微處理器系統(tǒng)仿真

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)。下面看一個(gè)微處理器系統(tǒng)仿真與分析實(shí)例——交互式仿真顯示系統(tǒng)輸出結(jié)果，如圖1-8所示。第23頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一圖1-8微處理器交互仿真實(shí)例第24頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

原理圖中的P1為虛擬串口，通過適當(dāng)設(shè)置和引用，可以直接實(shí)現(xiàn)模擬與實(shí)際電路一樣的串行通信效果，避免了涉及外圍及與PC之間的通信無法實(shí)現(xiàn)的情況。在Proteus中，虛擬元件及虛擬儀器的種類很多，我們不必?fù)?dān)心單片機(jī)與上位機(jī)之間的通信如何來仿真的問題。第25頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一圖1-9虛擬仿真電路與外部實(shí)際電路的雙向通信第26頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

5.Proteus與Keil聯(lián)調(diào)Proteus與匯編程序調(diào)試軟件Keil可實(shí)現(xiàn)聯(lián)調(diào)，在微處理器運(yùn)行中，如果發(fā)現(xiàn)程序有問題，可直接在Proteus的菜單中打開Keil對(duì)程序進(jìn)行修改，如圖1-10所示。第27頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一圖1-10Proteus與Keil的聯(lián)調(diào)第28頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一圖1-13為ISIS7Professional運(yùn)行時(shí)的界面。圖1-13ISIS7Professional運(yùn)行時(shí)的界面第29頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一1.元件的拾取ISISProfessional的編輯界面如圖1-14所示。圖1-14ISISProfessional的編輯界面第30頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

用鼠標(biāo)左鍵單擊界面左側(cè)預(yù)覽窗口下面的“P”按鈕，如圖1-14所示，彈出“PickDevices”(元件拾取)對(duì)話框，如圖1-15所示。圖1-15元件拾取對(duì)話框第31頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

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元件通常以其英文名稱或器件代號(hào)在庫中存放。我們?cè)谌∫粋€(gè)元件時(shí)，首先要清楚它屬于哪一大類，然后還要知道它歸屬哪一子類，這樣就縮小了查找范圍，然后在子類所列出的元件中逐個(gè)查找，根據(jù)顯示的元件第32頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

符號(hào)、參數(shù)來判斷是否找到了所需要的元件。雙擊找到的元件名，該元件便拾取到編輯界面中了。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。第33頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

列表。右側(cè)自上而下分別為元件圖形和元件封裝，圖1-16中的元件沒有顯示封裝。圖1-16分類拾取元件示意圖第34頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一(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，如圖1-17所示。這種方法主要用于對(duì)元件名熟悉之后，為節(jié)約時(shí)間而直接查找。對(duì)于初學(xué)者來說，還是分類查找比較好，一是不用記太多的元件名，二是對(duì)元件的分類有一個(gè)清楚的概念，利于以后對(duì)大量元件的拾取。第35頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一圖1-17直接拾取元件示意圖第36頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

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。元件拾取后的界面如圖1-18所示。圖1-18元件拾取后的界面第37頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

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。放置后的界面如圖1-19所示。圖1-19元件放置后的界面第38頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一2.編輯窗口視野控制

學(xué)會(huì)合理控制編輯區(qū)的視野是元件編輯和電路連接進(jìn)行前的首要工作。編輯窗口的視野平移可用以下方法：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。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。第39頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

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。另外還有兩個(gè)圖標(biāo)，用于顯示整個(gè)圖形，以鼠標(biāo)所選窗口為中心顯示圖形。第40頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

編輯窗口的視野縮放用以下方法：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。如果沒有鼠標(biāo)滾輪，可使用圖標(biāo)和來放大和縮小編輯窗口內(nèi)的圖形。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。按住“Shift”鍵，在編輯窗口內(nèi)單擊鼠標(biāo)左鍵，拖出一個(gè)欲顯示的窗口。第41頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一3.

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。元件誤刪除后可用圖標(biāo)找回。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。第42頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

按圖1-20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?cè)姆较蚣皩?duì)稱性。把兩位開關(guān)調(diào)整成圖示的方位。圖1-20元件布置第43頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

改變?cè)?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)。第44頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

EditComponent(元件屬性設(shè)置)對(duì)話框如圖1-21所示。圖1-21元件屬性設(shè)置對(duì)話框第45頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

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，如圖1-22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。第46頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一圖1-22“TEXT”屬性設(shè)置對(duì)話框第47頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

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)，如圖1-23所示。圖1-23打開模板設(shè)計(jì)對(duì)話框第48頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

接著出現(xiàn)EditDesignDefaults(編輯模板設(shè)計(jì))對(duì)話框，如圖1-24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>”。圖1-24編輯模板設(shè)計(jì)對(duì)話框第49頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一4.

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)和自動(dòng)捕捉圖標(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。如果要?jiǎng)h除一根連線，右鍵雙擊連線即可。按圖標(biāo)取消背景格點(diǎn)顯示，如圖1-25所示。第50頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一

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，如圖1-26所示。記住按一下存盤圖標(biāo)。圖1-25連接好的電路原理圖

圖1-26重新回到元件拾取界面

第51頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一5.

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，如圖1-27所示。第52頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一圖1-27AnimatedCircuitsConfiguration對(duì)話框第53頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一6.

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