《電子設計自動化》課件第1章

第1章Proteus概述1.1Proteus的功能與特點1.2Proteus仿真環(huán)境1.3ProteusISIS工作界面的基本元素1.4創(chuàng)建自己的仿真電路1.5Proteus仿真分析入門本章小結

本章將系統(tǒng)介紹Proteus的仿真環(huán)境和快速入門的有關知識。

文中首先概括了Proteus的功能與特點；然后詳細介紹了Proteus的仿真環(huán)境，包括Proteus的工作界面、菜單、工具欄等基本元素；接著簡單介紹了該軟件快速入門的有關知識，包括仿真電路的創(chuàng)建、仿真分析入門等；最后以流水燈為例，完整介紹了從電路設計、軟件編程與調試、軟硬件聯(lián)調直至PCB版圖生成的整個過程。內容提要

Proteus是一款集單片機仿真與SPICE分析于一身的EDA仿真軟件，1989年由英國Labcenter公司研發(fā)成功，經過20余年的發(fā)展，現(xiàn)已成為EDA市場上性價比高、性能強的一款電子電路與單片機仿真軟件。2005年Proteus由廣州風標公司代理引入中國市場，現(xiàn)已廣泛應用于高校的電子技術與單片機的教學、實驗以及電子公司的產品研發(fā)與生產中。

該軟件將單片機模型、混合電路仿真、高級圖形仿真、虛擬儀器、DLL(動態(tài)器件庫)、外設模型、單片機軟仿真器、第三方的編譯器和調試器等有機結合在一起，真正實現(xiàn)了在計算機上完成從原理圖設計、電路分析與仿真到單片機代碼調試及仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證，再到形成PCB版圖的整個過程。

1.1.1Proteus的功能

ProteusISIS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、分析各種模擬器件和集成電路。該軟件的功能包括：

1.1Proteus的功能與特點

實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。它具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成系統(tǒng)的仿真、RS232接口的動態(tài)仿真、I2C調試器仿真、SPI調試器仿真、鍵盤和LCD仿真等功能；有各種虛擬儀器可供仿真調試使用，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。

支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有68000系列、8051系列、AVR系列、PIC系列、Z80系列、HC11系列、ARM系列以及各種外圍芯片。

提供軟件調試功能。在系統(tǒng)仿真時該軟件具有全速、單步、設置斷點等調試功能，可以觀察各個變量、寄存器、內部RAM的當前狀態(tài)，同時支持第三方的軟件編譯和調試環(huán)境，如KeilC51μVision3軟件。

具有強大的原理圖繪制功能。利用軟件提供的元器件庫可繪制模擬電路、數(shù)字電路、模擬與數(shù)字混合電路、單片機應用電路(在一個仿真電路工作區(qū)可同時放置多個單片機芯片)。

總之，該軟件是一款集單片機仿真和SPICE分析于一身的EDA軟件，功能極其強大。就單片機應用系統(tǒng)的仿真而言，Proteus軟件具有獨一無二的地位。1.1.2Proteus的特點

Proteus的主要特點如下：

支持ARM7、PIC、AVR、HC11以及8051系列的微處理器CPU模型，且更多被支持的模型正在開發(fā)中，更新信息可參見Proteus網(wǎng)頁。

交互外設模型有LCD、RS232終端、通用鍵盤、開關、按鈕、LED等。

強大的調試功能，如訪問寄存器與內存、設置斷點和單步運行模式。

支持如IAR、Keil、MPLAB和Hitech等開發(fā)工具的源碼C和匯編的調試。

一鍵“make”特性，按一個鍵即可完成編譯與仿真操作。

內置超過6000個標準SPICE模型，完全兼容制造商提供的SPICE模型。

基于工業(yè)標準的SPICE3F5混合模型電路仿真器。

14種虛擬儀器：示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、規(guī)程分析儀等。

高級仿真包含強大的基于圖形的分析功能：模擬、數(shù)字和混合瞬時圖形分析、頻率特性分析、噪聲分析、失真分析、傅立葉分析以及音頻分析等。

模擬信號發(fā)生器包括直流信號、正弦信號、脈沖信號、分段線性電壓源、音頻信號、指數(shù)信號、單頻FM等；數(shù)字信號發(fā)生器包括尖脈沖、脈沖、時鐘和碼流等。

集成ProteusPCB設計，形成完整的電子設計系統(tǒng)。

ProteusVSM還能提供擴展的調試功能，包括在匯編或C等高級語言下設置斷點、單步和顯示變量。VSM架構允許用戶附加動態(tài)模型，很多類型的動態(tài)模型無需編程就可創(chuàng)建。開發(fā)者將在一個文件化的界面下編寫自己的模型(類似WindowsDLL)，這些模型既能實現(xiàn)純粹電子特征，又能組合圖形化特征，因此幾乎所有特定外設的應用都能被仿真。

Proteus是一個集成的仿真開發(fā)環(huán)境，集元器件庫和虛擬儀器于一體。用戶可以在Proteus環(huán)境中進行仿真電路的創(chuàng)建、虛擬儀器的添加、仿真參數(shù)的設置、電路的仿真分析，并在最后生成所需要的PCB版圖。用戶在應用ProteusISIS仿真軟件時，其仿真環(huán)境采用默認設置即可，也可根據(jù)需要設置自己的仿真環(huán)境。

1.2Proteus仿真環(huán)境

ProteusISIS的工作界面如圖1-1所示。它的基本元素主要包括菜單欄、工具欄、仿真電路編輯區(qū)等。工作界面中的工具欄、視圖工具欄及其他工具欄均可在菜單中找到。詳細內容見1.3.2節(jié)。圖1-1ProteusISIS的工作界面

1.3.1菜單

1.?File菜單

File菜單如圖1-2所示。它包含了常規(guī)的文件操作命令。

2.?View菜單

View菜單如圖1-3所示。它可以實現(xiàn)仿真電路工作區(qū)柵格、坐標、工具欄的顯示/隱藏以及電路圖的放大/縮小等功能。1.3ProteusISIS工作界面的基本元素圖1-2File菜單圖1-3View菜單

3．Edit菜單

Edit菜單如圖1-4所示。圖1-4Edit菜單

4．Tools菜單

Tools菜單如圖1-5所示。它可以實現(xiàn)仿真電路的連線標注、元器件的整體編號(如仿真電路所有電容的整體按序編號)、電氣規(guī)則檢查，還可將仿真電路的網(wǎng)表文件直接導出至ARES中(生成PCB版圖)。尤其是使用屬性標注工具命令 ，可實現(xiàn)電路連線的自動按序標注(如單片機端口連線的按序標注)、元器件數(shù)值的整體標注功能(如多個相同電阻阻值的整體標注)。圖1-5Tools菜單

5．Design菜單

Design菜單如圖1-6所示。它可以實現(xiàn)設計文件屬性的編輯、設計頁屬性的編輯等功能。

6．Graph菜單

Graph菜單如圖1-7所示。在對電路進行圖表分析時，利用Graph菜單提供的命令可實現(xiàn)編輯圖表分析參數(shù)、添加分析結點、運行圖表仿真等操作。圖1-6Design菜單圖1-7Graph菜單

7．Source菜單

Source菜單如圖1-8所示。Proteus軟件提供了單片機源程序的編輯工具，Source菜單可創(chuàng)建單片機源程序文件，實現(xiàn)單片機源程序的輸入與編輯、源程序編譯等功能。

注：對于簡單的程序，可借用該編輯工具(該編輯工具對源程序中的命令字、編號等未給出特殊標注)，而對較復雜的程序，最好借用第三方軟件(如Keil)完成編輯與編譯工作。圖1-8Source菜單

8．Debug菜單

Debug菜單如圖1-9所示。在單片機控制系統(tǒng)交互仿真時，可使用Debug菜單提供的命令實現(xiàn)單片機控制系統(tǒng)的實時調試，并獲得調試記錄及CPU寄存器的內容。圖1-9Debug菜單

9．Library菜單

Library菜單如圖1-10所示。它可以實現(xiàn)元器件的拾取、制作以及元器件庫的管理等功能。圖1-10Library菜單

10．Template菜單

Template菜單如圖1-11所示。它可以實現(xiàn)編輯設計文件屬性、編輯圖形顏色、編輯圖形樣式等功能。圖1-11Template菜單

11．System菜單

System菜單如圖1-12所示。它可以實現(xiàn)系統(tǒng)環(huán)境和仿真選項的配置功能。圖1-12System菜單1.3.2Proteus工具欄

Proteus工具欄如圖1-13所示。圖1-13Proteus工具欄在ProteusISIS環(huán)境中，通過菜單可定制工具欄，充分利用工具欄可給電路的創(chuàng)建與仿真帶來方便。ProteusISIS常用的工具欄有模式選擇工具欄、仿真設備選擇工具欄、2D圖形繪制工具欄。

圖1-14電源終端圖1-15元器件引腳圖1-16圖表分析圖1-17虛擬儀器

創(chuàng)建電路是仿真分析與設計的基礎，所創(chuàng)建電路的好壞直接關系到仿真與設計的成敗。在ProteusISIS環(huán)境中可以創(chuàng)建模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路以及單片機應用電路，在ProteusARES環(huán)境中可以創(chuàng)建PCB版圖文件。就電路的復雜程度而言，分為簡單電路與復雜電路。復雜電路可采用層次電路和總線方式進行設計。本節(jié)分兩部分介紹仿真電路的創(chuàng)建方法。1.4創(chuàng)建自己的仿真電路1.4.1創(chuàng)建簡單電路

1．選擇元器件

在元器件對象選擇器中，單擊元器件選擇按鈕“P”(PickFromLibrary)，彈出元器件選擇對話框，如圖1-18所示。元器件選擇對話框左邊包括Keywords文本框、Category下拉列表框、Sub-category下拉列表框及Manufacturer下拉列表框，中間為Results下拉列表框，右邊包括RESPreview圖形框和PCBPreview圖形框。圖1-18元器件選擇對話框

Keywords文本框：選擇元器件時，若熟悉元器件名稱，則在該文本框中輸入名稱可直接查找需要的元器件，也可輸入元器件名稱的一部分，從而縮小查找范圍。

Category下拉列表框：列出了所有元器件庫的名稱。

Sub-category下拉列表框：列出了對應元器件庫的所有子類。

Manufacturer下拉列表框：按制造商給出了對應元器件庫的所有系列。

Results下拉列表框：列出了查詢結果。

RESPreview圖形框：列出了對應元器件的圖形符號。

PCBPreview圖形框：列出了對應元器件的封裝圖。

在圖1-18中選擇電阻，單擊“OK”按鈕，則電阻放置在對象選擇器中。按同樣的方法，將二極管、直流電源放置在對象選擇器中。放置元器件后的對象選擇器如圖1-19所示。圖1-19放置元器件后的對象選擇器

2．放置元器件

在對象選擇器中單擊CELL，再在仿真電路工作區(qū)單擊鼠標左鍵，則實現(xiàn)了直流電源的放置，之后依次放置電阻、二極管、地、信號源，并按要求排列。元器件排列圖如圖1-20所示。

圖1-20元器件排列圖

3．連線

在電路工作區(qū)用鼠標單擊元器件的一個端子引出連線并連至其他的端子上，單擊即可完成連線。連線以后的電路(該電路為二極管限幅電路)如圖1-21所示。圖1-21連線以后的電路圖

4．元器件編號

(1)整體按序編號。選擇菜單命令Tools/GlobalAnnotator，彈出Annotator對話框，如圖1-22所示。圖1-22Annotator(標注)對話框按圖1-22所示選擇參數(shù)，單擊“OK”按鈕，完成電路圖元器件的編號。編號以后的電路圖如圖1-23所示。圖1-23編號以后的電路圖

(2)元器件單獨編號。在圖1-21中單擊元器件(如電阻)，彈出元器件屬性對話框，如圖1-24所示，將R？改為R1即可。其他元器件可按同樣方法進行編號。圖1-24元器件屬性對話框

5．電氣規(guī)則檢測

電路仿真時，通過電氣規(guī)則檢測可發(fā)現(xiàn)電路設計存在的問題，便于及時修正。選擇菜單命令Tools/ElectricalRuleCheck即可自動生成電氣規(guī)則檢測報表，如圖1-25所示。其表明仿真電路的電氣規(guī)則檢測結果和生成網(wǎng)絡表均正確。單擊“SaveAs”按鈕可存取為ERC文件。圖1-25電氣規(guī)則檢測對話框

6．生成仿真電路的材料清單

選擇菜單命令Tools/BillsOfMaterials，彈出仿真電路材料清單對話框，如圖1-26所示。材料清單列出了仿真電路元器件的名稱、數(shù)量、參數(shù)值等。圖1-26仿真電路材料清單對話框

7．存盤

選擇菜單命令File/SaveDesign可彈出保存設計文件對話框，如圖1-27所示。輸入文件名稱“二極管限幅電路”，并單擊“保存”按鈕，完成設計文件的存儲。圖1-27保存設計文件對話框1.4.2創(chuàng)建復雜電路(層次電路設計)

在ProteusISIS中，對于復雜電路可設計成層次電路結構，信號線較多時還可采用總線連接。用戶可以將設計的電路劃分為若干單元電路，分別進行設計、封裝，最后連線得到總體電路。經層次設計的電路直觀明了、層次分明。這里以兩級運放構成的放大電路為例，說明層次電路的設計過程。

層次電路設計的總體過程如下：第一步，創(chuàng)建新的設計文件(父頁電路)，并命名保存；第二步，在仿真電路編輯區(qū)放置子電路模塊及模塊引腳，并對引腳進行命名；第三步，進入子頁電路編輯區(qū)放置元器件、連線，添加輸入輸出端子，并對輸入輸出端子進行命名(注：子頁電路的輸入輸出端子與父頁電路模塊上的對應引腳名稱要保持一致)；第四步，返回父頁電路，放置總線、電源、虛擬儀器，完成總體電路設計；第五步，元器件編號(通過整體按序編號，可對父頁電路、所有子頁電路按序編號)；第六步，仿真運行，觀測結果。

1．創(chuàng)建父頁電路(總體電路)

選擇菜單命令File/NewDesign，創(chuàng)建父頁電路，并將設計的文件進行存盤操作，文件名為“兩級運放構成的父頁電路”。圖1-28子電路模塊SUB1

2．放置子電路模塊

(1)繪制子電路模塊矩形框。在模式選擇工具欄中單擊子電路模式按鈕(SubcircuitMode)“ ”，在仿真電路編輯區(qū)繪制子電路模塊SUB1(直接用鼠標繪制出矩形框)，如圖1-28所示，并調整矩形框的大小。

(2)添加子電路模塊引腳。在圖1-29所示的子電路模式對象選擇器中選擇INPUT(輸入引腳)，用鼠標將其放置在子電路模塊矩形框對應的位置上，如圖1-28所示，放置了4個輸入引腳。用戶可按同樣的方法放置OUTPUT(輸出引腳)。圖1-29子電路模式對象選擇器

(3)子電路模塊引腳命名。雙擊模塊引腳，彈出子電路模塊編輯端子對話框，如圖1-30所示，輸入“IN01”，單擊“OK”按鈕，完成引腳的命名。同理，可對其他輸入輸出引腳進行命名。命名以后的子電路模塊SUB1如圖1-28所示。圖1-30子電路模塊編輯端子對話框3．編輯子電路

在父頁電路編輯區(qū)單擊對應的子電路模塊(鼠標不移出該模塊)，按Ctrl+C組合鍵后進入子頁電路編輯區(qū)，選擇元器件、連線，添加輸入輸出端子(單擊終端模式選擇按鈕“ ”，在對象選擇器中選擇輸入輸出端子)，并對輸入輸出端子進行命名。SUB1模塊對應的子電路如圖1-31所示。圖1-31SUB1模塊對應的子電路(第一級放大電路)圖1-31為運放構成的反相求和放大電路。該電路有2個信號輸入端、2個電源輸入端、1個輸出端。輸入輸出端子的名稱與父頁電路SUB1模塊的引腳名稱一致。

依此方法，可編輯SUB2模塊對應的子電路，如圖1-32所示。該電路為電壓跟隨器電路。圖1-32SUB2模塊對應的子電路(第二級放大電路)

4．總體電路設計

(1)返回父頁電路。在子電路編輯區(qū)，返回父頁電路(在子電路編輯區(qū)的空白處右擊，選擇右擊菜單命令ExittoParentSheet，如圖1-33所示，可返回父頁電路)。

(2)放置總線。在模式選擇工具欄中單擊總線模式(BusesMode)按鈕“ ”放置總線，將信號線連接至總線，并對信號線進行標注。

圖1-33子頁電路編輯區(qū)的右擊菜單命令

注：連接至總線上的信號線，只要標注名稱相同，即視為通過總線連接在一起。

(3)放置信號源、電源、測試儀器。在模式選擇工具欄中單擊激勵源模式(GeneratorMode)按鈕“ ”，選擇正弦信號，并設置正弦信號的幅值、頻率、相位等參數(shù)(通過正弦信號屬性對話框進行設置，如圖1-34所示)。在模式選擇工具欄中單擊虛擬儀器模式(VirtualInstrumentMode)按鈕“ ”，選擇示波器。將信號源、電源、示波器連接至總線，得到兩級運放構成的總體電路(父頁電路)，如圖1-35所示。圖1-34正弦信號屬性對話框

圖1-35兩級運放構成的總體電路(父頁電路)

5．元器件編號

選擇菜單命令Tools/GlobalAnnotator，彈出Annotator(標注)對話框，如圖1-36所示，單擊“OK”按鈕，完成電路圖的元器件編號。

注：本處對電路元器件的編號包括父頁電路及所有子頁電路同時按序進行編號。圖1-36Annotator(標注)對話框

6．仿真運行

單擊仿真按鈕，仿真時會自動彈出示波器顯示界面，如圖1-37所示，通過它可觀測仿真結果。圖1-37示波器顯示界面1.4.3創(chuàng)建模擬動畫仿真電路

1．選擇元器件

在元器件庫中選擇元器件，并放置在電路編輯區(qū)。本處以熔斷器過流熔斷電路為例，說明動畫仿真電路的創(chuàng)建與仿真過程。選擇的元器件如表1-1所示。

表1-1熔斷器過流熔斷電路的元器件清單2．放置元器件并連線

在電路編輯區(qū)放置元器件并連線，得到熔斷器過流熔斷電路如圖1-38所示。

圖1-38熔斷器過流熔斷電路

3．存盤

將設計的文件存儲為“熔斷器過流熔斷電路.DSN”。

4．設置動畫選項

選擇菜單命令System/SetAnimationOptions，彈出動畫電路配置對話框，如圖1-39所示。圖1-39動畫電路配置對話框圖1-39中的AnimationOptions復選框有4個選項，勾選不同的選項，可設置不同的動畫項目。

ShowVoltage&CurrentonProbes?：顯示測量探針的電壓或電流(放置測量探針以后

有效)；

ShowLogicStateofPins?：顯示數(shù)字電路引腳的邏輯狀態(tài)(對數(shù)字電路有效)；

ShowWireVoltagebyColour?：用顏色表示導線的電壓；

ShowWireCurrentwithArrows?：用箭頭表示導線的電流。本例將4個動畫選項全部勾選，因電路為模擬電路，故可動畫演示電壓與電流。

5．仿真分析

單擊仿真按鈕，熔斷器過流熔斷電路的動畫顯示結果如圖1-40、1-41所示。

(1)在圖1-40中，單擊開關SW1上的上、下箭頭，可打開或合上開關。在不過流(電流小于1A)的情況下，可顯示導線電流流向(如圖1-40中的箭頭方向)。

(2)在圖1-41中，單擊電位器RV1上的左、右箭頭，可左右移動電位器的滑動端改變回路電阻的大小，進而改變回路電流的大小。當電流大于1A時，可動畫顯示熔斷器熔斷，同時顯示電流的箭頭消失，如圖1-41所示。

圖1-40熔斷器過流熔斷電路的動畫顯示(不過流)

圖1-41熔斷器過流熔斷電路的動畫顯示(過流)1.4.4創(chuàng)建數(shù)字動畫仿真電路

1．選擇元器件

在元器件庫中選擇元器件，并放置在電路編輯區(qū)。本處以JK觸發(fā)器構成的二進制計數(shù)器為例，說明數(shù)字動畫電路的創(chuàng)建與仿真過程。選擇的元器件如表1-2所示。

表1-2JK觸發(fā)器構成的二進制計數(shù)器的元器件清單2．放置元器件、連線并標注

在電路編輯區(qū)放置元器件并連線，得到JK觸發(fā)器構成的二進制計數(shù)器電路，如圖1-42所示。

圖1-42JK觸發(fā)器構成的二進制計數(shù)器電路

3．存盤

將設計的文件存儲為“JKFF構成的二進制計數(shù)器.DSN”。

4．仿真分析

單擊仿真按鈕，JK觸發(fā)器構成的二進制計數(shù)器電路的動畫仿真結果如圖1-43示。

圖1-43JK觸發(fā)器構成的二進制計數(shù)器電路的動畫仿真結果仿真過程中，可進行如下操作：

(1)單擊邏輯狀態(tài)發(fā)生器S1的箭頭，使S1

=

0，則輸出狀態(tài)Q2Q1Q0保持不變，數(shù)碼管顯示的字符不變；

(2)單擊邏輯狀態(tài)發(fā)生器S1的箭頭，使S1

=

1，則輸出狀態(tài)Q2Q1Q0按二進制變化規(guī)律變化，同時數(shù)碼管加1顯示字符。

注：若BCD數(shù)碼管的最高位未被用到，則要將其接地，否則不能顯示字符。

ProteusISIS集原理圖設計、仿真分析于一體。ProteusVSM(虛擬仿真模式)包括交互式仿真和基于圖表仿真兩種方式。交互式仿真可實時反映電路的仿真結果；圖表仿真可精確分析電路的性能，如電路的頻率特性、噪聲特性、傅立葉分析等。1.5Proteus仿真分析入門1.5.1交互式仿真

(1)創(chuàng)建仿真電路。在元器件庫中選擇元器件，創(chuàng)建單管共射放大電路，如圖1-44所示。

注：當將選擇的元器件放置于電路編輯區(qū)時，每個元器件下部都會顯示灰色的“TEXT”，該字母可通過菜單命令隱藏。

選擇菜單命令Template/SetDesignDefaults，可彈出EditDesignDefaults對話框。如圖1-45所示，勾選圖1-45中的“Showhiddentext?”選項，則電路元器件下部的“TEXT”不顯示。

圖1-44單管共射放大電路圖1-45EditDesignDefaults對話框

(2)設置信號源和電源VCC。雙擊信號源圖標，彈出信號源屬性對話框，如圖1-46所示。將信號源名稱設為“Vin”、幅值(Amplitude)設置為10mV、頻率設置為1kHz。圖1-46信號源屬性對話框選擇菜單命令Design/ConfigurePowerRails，彈出PowerRailConfiguration對話框，如圖1-47所示，選擇Name為“VCC/VDD”、Voltage為12，則電源電壓為12V。

注：仿真軟件提供的電源VCC默認值為5V，可通過菜單命令或屬性對話框設置VCC的大小。

(3)放置電壓、電流探針及示波器。放置電壓、電流探針可測試結點電壓和支路電流；通過示波器可測試輸入輸出電壓波形。放置電壓、電流探針及示波器以后的電路如圖1-43所示。圖1-47PowerRailConfiguration對話框

(4)仿真分析。單擊仿真按鈕，右擊示波器圖標，選擇右擊菜單命令DigitalOscilloscope，可以顯示示波器界面，如圖1-48所示。通道A(測試輸入信號)的刻度為10mV/div，通道B(測試輸出信號)的刻度為0.5V/div。從波形可看出，輸入信號的幅值為10mV，輸出信號的幅值約為0.5V，放大倍數(shù)為50，且輸入輸出反相。圖1-48圖1-44所示電路的輸入輸出波形1.5.2基于圖表仿真分析

本處仍以圖1-44為例，選用模擬圖表分析，說明基于圖表仿真分析的過程。

1．放置電壓探針

在電路的輸入端和輸出端分別放置電壓探針，并改名為“Vin”和“Vout”，如圖1-44所示。

2．放置分析圖表

在模式選擇工具欄中單擊圖表分析模式按鈕“

”，則在對象選擇器中列出了圖表分析的種類，如圖1-49所示。選擇ANALOGUE選項，在仿真電路編輯區(qū)用鼠標繪制圖表，如圖1-50所示。圖1-49圖表分析的種類

圖1-50添加模擬分析圖表

3．添加分析結點

選擇菜單命令Graph/AddTrace，彈出AddTransientTrace(添加分析結點)對話框，如圖1-51所示。圖1-51AddTransientTrace(添加分析結點)對話框圖1-52添加Vin和Vout之后的仿真分析圖表

4．編輯分析圖表參數(shù)

選擇菜單命令Graph/EditGraph(或單擊仿真圖表)，彈出EditTransientGraph(編輯仿真圖表參數(shù))對話框，如圖1-53所示。圖1-53EditTransientGraph(編輯仿真圖表參數(shù))對話框在圖1-53中，將Starttime設為0、Stoptime設為1ms，則仿真的起止時間為0～1ms。因為輸入信號為1kHz(周期為1ms)，所以仿真分析時，在分析圖表內顯示一個周期的波形。

注：系統(tǒng)默認的起止時間為0～1s。

5．運行圖表仿真

選擇菜單命令Graph/SimulateGraph，則模擬圖表分析結果如圖1-54所示。圖1-54圖1-44電路的模擬圖表分析結果在圖1-54中，模擬圖表分析給出了輸入輸出信號的波形，但因為輸入信號的幅值太小(10mV)，所以幾乎與橫軸重合。操作時單擊圖1-54上部的藍條，可最大化顯示圖表，如圖1-55所示。圖1-55最大化顯示分析圖表

Proteus整體功能包括電路的仿真分析和PCB版圖設計兩部分。電路的仿真分析在ProteusISIS環(huán)境中進行，PCB版圖設計在ProteusARES環(huán)境中完成。

本處以單片機控制的流水燈為例，說明在Proteus環(huán)境中完成原理圖的創(chuàng)建、控制程序的編輯與編譯、程序的加載、單片機控制系統(tǒng)的仿真分析以及PCB版圖設計的整個過程，使讀者對Proteus軟件有一個概括性的認識。1.6Proteus整體功能預覽1.6.1流水燈硬件電路的設計

在元器件庫中選擇元器件，創(chuàng)建流水燈控制電路，如圖1-57所示。

1．元器件編號

參見1.4.1節(jié)內容。

2．信號線命名

選擇菜單命令Tools/PropertyAssignmentTool，彈出PropertyAssignmentTool(屬性分配工具)對話框，如圖1-56所示。圖1-56PropertyAssignmentTool(屬性分配工具)對話框如圖1-57所示，流水燈由八個發(fā)光二極管構成，接成灌電流形式，由單片機的P1口控制，當P1口引腳輸出低電平時，對應的發(fā)光管發(fā)光。復位電路用來產生復位信號。

如圖1-56所示，設置如下參數(shù)：String：NET=D#；Count：0；Increment：1，表示信號線標記按D0、D1、D2……的順序進行編號。單擊“OK”按鈕，再在電路中對應的信號線上單擊，即可完成信號線的命名(如圖1-57所示的與總線相連的信號線)。

注：利用PropertyAssignmentTool(屬性分配工具)還可完成元器件、子電路、終端、端口及引腳的命名、編號等操作。操作對象見圖1-56的Help對話框。

圖1-57流水燈控制電路

3．存盤

將編輯的電路存儲為“流水燈控制.DSN”。

1.6.2流水燈控制程序設計

流水燈控制程序的編輯調試有兩種方式可供選擇：第一種方式，利用Proteus軟件提供的程序編輯器完成源程序的編輯、編譯操作；第二種方式，可選擇第三方軟件(如Keil)完成源程序的編輯、編譯操作。本處采用第一種方式。

1．添加源程序文件

在Proteus環(huán)境中，選擇菜單命令Source/Add/RemoveSourceCodeFiles，彈出Add/RemoveSourceCodeFiles對話框，如圖1-58所示。圖1-58Add/RemoveSourceCodeFiles對話框圖1-58所示對話框包括TargetProcessor文本框、CodeGenerationTool文本框和SourceCodeFilename文本框。

TargetProcessor文本框：選擇目標處理器。若硬件電路含多個處理器，則需選擇。

CodeGenerationTool文本框：選擇編譯器?？蛇x擇的編譯器有ASEM51(51系列單片機編譯器)、ASM11(Motorola單片機編譯器)、AVRASM2(AtmelAVR系列單片機編譯器)、MPASM(PIC單片機編譯器)、MPASMWIN(PIC單片機編譯器)。本處選擇ASEM51。

SourceCodeFilename文本框：源代碼文件的編輯與刪除。單擊“New”按鈕，彈出NewSourceFile對話框，如圖1-59所示。選擇存儲路徑，輸入文件名“LSD”，單擊“打開”按鈕，則實現(xiàn)了源程序文件(LSD.ASM)的添加，如圖1-58所示。圖1-59NewSourceFile對話框

2．編輯源程序

在Proteus環(huán)境中，選擇菜單命令Source/LSD.ASM，彈出SourceEditor對話框，如圖1-60所示。編輯流水燈控制程序并存盤。圖1-60SourceEditor對話框

3．源程序編譯

選擇菜單命令Source/BuildAll，實現(xiàn)源程序的編譯，并給出BUILDLOG(編譯記錄)，如圖1-61所示。從編譯記錄可看出，源代碼編譯完成后未產生編譯錯誤。經編譯操作后，生成LSD.hex文件。圖1-61BUILDLOG(編譯記錄)1.6.3流水燈控制系統(tǒng)的仿真與調試

1．加載hex文件

在電路編輯區(qū)雙擊單片機U1，彈出EditComponent對話框，如圖1-62所示。單擊按鈕“ ”可加載LSD.hex文件。單擊“OK”按鈕，完成hex文件的加載。圖1-62EditComponent對話框

2．仿真與調試

單擊運行按鈕，可觀測仿真過程。

(1)單擊仿真運行按鈕“ ”后，發(fā)光二極管按D1、D2、D3……的順序依次循環(huán)發(fā)光。同時，器件引腳動畫顯示高低電平信號(高電平顯示紅色，低電平顯示藍色)。流水燈控制電路的仿真結果如圖1-63所示。

圖1-63流水燈控制電路的仿真結果

(2)單擊圖中的BUTTON開關，產生復位信號，則程序從頭(0000H)開始執(zhí)行，發(fā)光二極管從D1開始發(fā)光。

(3)雙擊單片機圖標U1，改變單片機的時鐘頻率(ClockFrequence)，可看到流水燈循環(huán)發(fā)光的速度會改變。當時鐘頻率升高時，流水燈循環(huán)發(fā)光的速度變快；當時鐘頻率降低時，流水燈循環(huán)發(fā)光的速度變慢。

(4)仿真調試。單擊暫停按鈕“ ”，選擇菜單命令Debug/8051CPUSourceCode-U1，彈出流水燈控制源代碼調試窗口，如圖1-64所示。在該調試窗口可進行設置斷點、單步、運行至某一行、全速運行等操作。圖1-64流水燈控制源代碼調試窗口單擊“暫停”按鈕后，選擇菜單命令Debug/8051CPURegisters-U1，彈出8051CPURegisters窗口，如圖1-65所示。該窗口顯示了寄存器的內容，寄存器的內容隨程序的運行而變化。圖1-658051CPURegisters顯示窗口在調試時，還可觀測8051CPUSFRMemory顯示窗口及8051CPUInternalMemory顯示窗口，分別如圖1-66和圖1-67所示。

圖1-668051CPUSFRMemory顯示窗口

圖1-678051CPUInternalMemory顯示窗口1.6.4流水燈控制系統(tǒng)的PCB版圖設計

在完成流水燈控制系統(tǒng)的仿真與調試后，可以利用ProteusARES軟件制作PCB版圖。其具體步驟為：第一步，原理圖元器件的封裝檢查，即對原理圖中未指定封裝的器件要重新指定封裝；第二步，進入ProteusARES設計環(huán)境，導入所有元器件(封裝)；第三步，繪制版框，放置元器件，并調整布局；第四步，自動布線，設置電源層和地層；第五步，PCB版圖的3D預覽；第六步，PCB的輸出。

1．原理圖元器件的封裝檢查

由原理圖到PCB版圖設計時，要求原理圖中每個元器件均有指定的封裝模型。ProteusISIS環(huán)境中提供了對器件的封裝檢查。

1)元器件的封裝檢查

在ProteusISIS環(huán)境中選擇菜單命令Design/DesignExplorer，彈出PhysicalPartlistView顯示窗口，如圖1-68所示。該窗口說明開關(BUTTON)和發(fā)光二極管(D1～D8)未指定封裝(missing)。圖1-68PhysicalPartlistView顯示窗口

2)給開關(BUTTON)指定封裝

在原理圖中右擊開關(BUTTON)圖標，選擇右擊菜單命令PackagingTool，彈出PackageDevice對話框，如圖1-69所示。圖1-69PackageDevice對話框①查找“BUTTON”對應的封裝。在圖1-69中單擊“Add”按鈕，彈出PickPackages對話框，如圖1-70所示。

在圖1-70所示的Keywords文本框輸入“button”，選擇SW-PUSH1選項，單擊“OK”按鈕，則為開關“button”選擇了封裝模型SW-PUSH1，如圖1-71所示。圖1-70PickPackages對話框圖1-71PackageDevice對話框(選擇封裝模型后的對話框)②為封裝模型定義引腳，如圖1-71所示。在圖1-71中單擊“AddPin”按鈕給封裝模型定義引腳1、2，如圖1-71中的圓圈部分。

③保存封裝模型到指定的庫中。單擊“AssignPackage”按鈕，彈出保存封裝模型對話框，如圖1-72所示。單擊“SavePackage(s)”按鈕，可保存封裝模型到指定的庫(USERDVC庫)中。圖1-72保存封裝模型對話框

3)給發(fā)光二極管LED指定封裝

用鼠標拖拽選定發(fā)光二極管D1～D8，選擇菜單命令Tools/PropertyAssignmentTool，彈出PropertyAssignmentTool對話框，如圖1-73所示。在String文本框輸入“package=LED”，單擊“OK”按鈕，則對D1～D8指定了封裝模型。

至此為止，原理圖中所有的元器件均有對應的封裝模型(可選擇菜單命令Design/DesignExplorer進一步進行檢查)。圖1-73PropertyAssignmentTool對話框

2．進入ProteusARES

在ProteusISIS環(huán)境中，選擇菜單命令NetlisttoARES(或單擊工具按鈕“ ”)，則進入ProteusARES工作界面，如圖1-74所示。

因為在原理圖進行仿真分析時，已經生成網(wǎng)表文件，故單擊圖1-74中的模式選擇按鈕“ ”后，原理圖中所有元器件的封裝模型都將顯示在對象選擇器中，即原理圖中的元器件將自動導入至ARES中。圖1-74ProteusARES工作界面

3．繪制版框，放置元器件