Transcript PROTEUS仿真开发软件 江世明 在电子工程实践教学中的应 用

PROTEUS仿真开发软件
在电子工程实践教学中的应
用
邵阳学院 信息工程系电子实践教学中心
江世明
PROTEUS仿真开发软件
在电子工程实践教学中的应用
1.PROTEUS简介
2.PROTEUS ISIS的特点
3.PROTEUS VSM仿真与分析
4.微处理器系统仿真
5.电路设计与仿真实例
6.PROTEUS ARES应用介绍
7.从概念到产品的设计实例
PROTEUS简介
原理图输入
系统ISIS
ASF
高级图形
分析模块
Proteus 是一个基
于ProSPICE混合模型
混合模型
仿真器
仿真器的，完整的嵌
入式系统软、硬件设
计仿真平台。
PROTEUS
处理器
仿真模型
VSM

ISIS——智能原理图
输入系统，系统设计
与仿真的基本平台。

ARES ——高级PCB
布线编辑软件。
动态
器件库
高级
布线/编辑
ARES
PROTEUS简介
在Proteus中, 从原理图
设计、单片机编程、系统仿
真到PCB设计一气呵成。真
正实现了从概念到产品的完
整设计。
ISIS （智能原理图输入系统）的特点

个性化的编辑环境：用户可自定义图形外观，包括线宽、线型、填充类
型、字符等。还可以使用模板;
用户可以自己设置快捷键定义。

快捷选取/放置器件：通过模糊搜索可以快速从器件库中选取器件。

原理图自动连线：ISIS自动连线功能使得连线轻松快捷。

灵活多样的设计输出 ：原理图（可以包括仿真画面）可以bmp格式输
出以便发表与存档；设计完成还可以输出多种格式的网络表。
原理图示例1：PWM电机控制
CPU可加载程序运行
动态器件使仿真直观生动
混合显示仿真图表
原理图示例2：锁相环电路——层次设计
子电路
模块电路
PROTEUS VSM仿真与分析
 PROTEUS VSM有两种不同的仿真方式：交互式仿真和基于图
表的仿真。
 交互式仿真－ 实时直观地反映电路设计的仿真结果；
 基于图表的仿真(ASF)－用来精确分析电路的各种性能，
如频率特性、噪声特性等。
 PROTEUS VSM中的整个电路分析是在ISIS原理图设计模块下
延续下来的，原理图中可以包含以下仿真工具：
 探针－直接布置在线路上，用于采集和测量电压/电流
信号；
 电路激励－系统的多种激励信号源；
 虚拟仪器－用于观测电路的运行状况；
 曲线图表－用于分析电路的参数指标。
直观的仿真结果显示
探针实时显示
电压/电流值
不同颜色电路连线显示相应电压
箭头显示电流方向
仿真暂停时
显示元件引脚信息
仿真工具－探针（Probe）

电压探针（Voltage probes）－即
可在模拟仿真中使用，也可在数字仿真中
使用。在模拟电路中记录真实的电压值，
而在数字电路中，记录逻辑电平及其强度。

电流探针（Current probes） － 仅在模拟电路仿真
中使用，可显示电流方向和电流瞬时值。
探针即可用于基于图表的仿真，也可
用于交互式仿真中 。
仿真工具－激励源













DC：直流电压源；
Sine：正弦波发生器。
Pulse：脉冲发生器。
Exp：指数脉冲发生器。
SFFM：单频率调频波信号发生器。
Pwlin：任意分段线性脉冲信号发生器。
File：File信号发生器。数据来源于
ASCII文件。
Audio：音频信号发生器。数据来源于
wav文件。
DState：稳态逻辑电平发生器。
DEdge：单边沿信号发生器。
DPulse：单周期数字脉冲发生器。
DClock：数字时钟信号发生器。
DPattern：模式信号发生器。
仿真工具－虚拟仪器

虚拟示波器(OSCILLOSCOPE)

逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER)

计数/定时器(COUNTER TIMER)

虚拟终端(VIRUAL TERMINAL)

信号发生器(SIGNAL GENERATOR)

模式发生器(PATTERN GENERATOR)

交直流电压表和电流表（AC/DC
voltmeters/ammeters）

SPI调试器(SPI DEBUGGER)

I2C调试器(I2C DEBUGGER)
I2C总线
调试窗口
仿真工具－曲线图表













模拟图表（ANALOGUE）
数字图表 (DIGITAL)
混合分析图表 (MIXED)
频率分析图表 (FREQUENCY)
转移特性分析图表 (TRANSFER)
噪声分析图表 (NOISE)
失真分析图表 (DISTORTION)
傅立叶分析图表 (FOURIER)
音频分析图表 (AUDIO)
交互分析图表 (INTERACTIVE)
一致性分析图表 (CONFORMANCE)
直流扫描分析图表 (DC SWEEP)
交流扫描分析图表 (AC SWEEP)
交互式仿真实例一（模拟电路）
激励源
电压探针
虚拟示波器
仿真时的示波器窗口
交互式仿真实例二（单片机电路）
CPU运行游戏程序
游戏显示屏（LCD）
引脚逻辑状态显示
游戏手柄
（可映射到PC键盘上）
高级仿真（ASF）实例（放大电路分析）
模拟分析:用于绘制一条或多条电压或电流
随时间变化的曲线。
频率分析：用于分析电路的频率特性
(幅频特性和相频特性)。
高级仿真（ASF）实例（放大电路分析）
噪声分析： 显示随频率变化的输出噪声和
等效输入噪声电压；并列出电路各部分所产
生的噪声电压清单。
失真分析：用于确定由测试电路所引起的
电平失真的程度，失真分析图表用于显示
随频率变化的二次和三次谐波失真电平。
PROTEUS微处理器系统仿真

单片机系统的仿真是PROTEUS VSM的主要特色。用户可在
Proteus中直接编辑、编译、调试代码，并直观地看到仿
真结果。

CPU模型有ARM7（LPC21xx）、PIC、Atmel AVR、Motorola
HCXX以及8051/8052系列。同时模型库中包含了LED/LCD显
示、键盘、按钮、开关、常用电机等通用外围设备。

VSM甚至能仿真多个CPU，它能便利处理含两个或以上微控
制器的系统设计。
微处理器系统仿真与分析——1、原理图输入
微处理器系统仿真与分
析——2、建立源代码
文件
3、源文件命名
1、选择代码生成工具
2、建立新的源代码文件
微处理器系统仿真与分析——
3、源代码文件与单片机的链接
4、源代码编辑
5、源代码编译、链接
6、程序加载到CPU
微处理器系统仿真与分析——4、交互式仿真
实时显示系统输出结果
实时显示元器件
引脚电平
微处理器系统仿真与分析——4、交互式仿真（续）
通过COMPIM模型，
可以实现虚拟仿真电路与
外部实际电路的双向通信
PROTEUS仿真电路
COMPIM模型
实际温度测量板
PC串行口
串行电缆
微处理器系统仿真与分析——完善的调试功能
内部数据存储器窗口
SFR存储器窗口
CPU寄存器窗口
处理器程序计数器的当前位置
观测窗口
程序调试断点
源代码窗口：提供了四种程序执行命令按钮
部分显示单元
ARM处理器的仿真
Proteus
支持PHILIPS
的以下ARM7
芯片的仿真：
LPC2101
~2106
LPC2114
LPC2124
LPC2131
LPC2132
LPC2134
LPC2136
LPC2138
此外还有
ARM7TDMI仿
真模型
第三方工具的应用

第三方代码生成工具(汇编编译器) :
Proteus许多共享汇编软件或编译器可从系统CD上安装到Proteus
的TOOLS目录下，并且会被自动作为Proteus的代码生成工具。

第三方源代码编辑器（文本编辑器） :PROTEUS VSM 提供了一个简
明的源代码文本编辑器SRCEDIT ,用户还可使用第三方源代码编辑器，
如UltraEdit 。

第三方IDE ：用户可使用第三方IDE，如IAR‘s Embedded
Workbench、 Keil 、Microchip‘s MP-LAB和Atmel’s AVR studio
开发源代码，并进行编辑，生成可执行文件（如HEX或COD文件）
在Proteus VSM 中，将可执行文件下载到MCU，然后进行仿真。
PROTEUS与Keil联调
PROTEUS同时
进入运行状态
Keil处于运行状态
PROTEUS下的C源码调试
C
按
单
步
键
，
可
直
接
观
察
、
调
试
代
码
5.电路设计与仿真实例
实例1:单片机双机通信
1)电路设计
2)程序设计






























ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0023H
LJMP INS
ORG 0030H
MAIN:MOV SP,#60H
MOV SCON,#50H
MOV PCON,#00H
MOV TMOD,#20H
MOV TL1,#0E6H
MOV TH1,#0E6H
SETB EA
SETB ES
SETB TR1
MOV P1,#0FFH
LP0:MOV A,P1
MOV SBUF,A
LP:JNB TI,LP
CLR TI
LJMP LP0
INS: CLR EA
JNB TI,LP1
CLR TI
LJMP EXIT
LP1:CLR RI
MOV A,SBUF
MOV P2,A
EXIT:SETB EA
RETI
END
关中断
开始
TI=1？
系统初始化
A=P1
SBUF=A
RI=0
A=SBUF
P2=A
开中断
Y
TI=0？
中断近回
3)仿真效果
实例2:单片机中断应用
1)电路设计
2)程序设计
开始






















ORG 0000H
LJMP START
ORG 0003H
SJMP INT0S
ORG 0013H
SJMP INT1S
ORG 0030H
START：MOV IE，#85H
MOV TCON，#5
MOV A，#0FEH
MOV P3，#0FFH
SETB PX1
MOV DPTR，#TABH
ST0：MOV A，#1
ST1：PUSH ACC
ACALL SEG7
MOV P0，A
ACALL DELAY
POP ACC
INC A
CJNE A，#9，ST1
SJMP ST0
系统初始化
1送A
将A压入堆栈
取显示值送P0
调延时子程序
A出栈加1
A<9 ？
INT0S：PUSH ACC
MOV A，#0

LOOP：INC A

PUSH ACC

ACALL SEG7

MOV P2，A

ACALL DELAY

POP ACC

CJNE A，#8，LOOP

POP ACC

MOV P2，#0FFH

RETI

INT1S：PUSH ACC

MOV A，#0

LOOP1：INC A

PUSH ACC

ACALL SEG7

MOV P1，A

POP ACC

ACALL DELAY

CJNE A，#8，LOOP1

POP ACC

MOV P1，#0FFH

RETI

DELAY：MOV R7，#250

D1：MOV R6，#250

D2：NOP

DJNZ R6，D2

DJNZ R7，D1

RET

ORG TABH

SEG7：MOVC A，@A+DPTR

RET
DB 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h

END


将A压入堆栈
将A压入堆栈
0送A
0送A
A加1压入堆栈
A加1压入堆栈
取显示值送P2
取显示值送P1
调延时
调延时
A出栈
A出栈
A<8 ？
A<8 ？
RETI
RETI
实例3:12864与单片机接口电路设计
1.电路设计
系统仿真
PROTEUS ARES应用简介
一、 ARES (Advanced Routing and Editing
Software)的基本特点:
1.支持16个铜箔层,2个丝印层,4个机械层;
2.自动回注,支持引脚交换和门交换;
3.丰富的器件库(包括SM782标准的SMT封装库);
4.三维PCB和元件预览
5.输出格式适合多数的打印机或绘图仪以及用于制板的
Gerber文件.
PROTEUS ARES应用简介
二、从ISIS到ARES
在ISIS中设计好的原理图，确认器件封装正确后，点击
工具栏的“ARES”命令按钮
就可以直接导出网络表并
自动打开ARES。
三、PCB的布局布线
 用2D工具在Board Edge（板边）层设计PCB外框
 设置布线策略（Set Strategies）
 自动或人工器件布局（Place）
 进行布线（Route）
PROTEUS ARES应用——布线策略
网络选择
导线和过孔定义
安全间距设定
板层设定
PROTEUS ARES应用——布局布线
器件布局（自动＋手工）
自动布线
PROTEUS ARES应用简介
四、规则检查
 DRC（设计规则检查）
 ERC（电气规则检查）
五、设计输出
可分层输出Gerber文
件用以PCB制板。
输出层设置
Gerber格式
PROTEUS ARES应用——预览功能
Proteus7支持PCB板的三维预览，便于观察器件布局和展示
设计结果，用户还可以自建3ds格式的3D显示模型
元件三维预览
PCB三维预览
7.从概念到产品设计实例
直流稳压电源设计
从概念到产品设计设计流程
1)传统的产品开发流程

存在的问题：

没有物理原型就无法对系统进行测试；

没有系统硬件就很难对软件进行调试；

一旦出现问题,又得从重新做板.
2)基于PROTEUS的电子产品开放流程


优点：
只要完成原理图设计就可用于系统的测试了；

Proteus的交互仿真特性使软件的调试和测试在布板之前完成；

硬件设计的改动容易得如软件设计改动一样

稳压电源电路
电路仿真
PCB板设计
稳压电源产品
结语




ProteusVSM的仿真内核ProSPICE是基于
SPICE3F5的混合模型仿真器，可以实现模拟和
数字电路的交互仿真或基于图表的仿真
丰富的处理器及外设模型，结合ProSPICE混合仿
真内核以及各种仿真工具，可实现完整的嵌入式
系统设计与验证
开放的模型设计接口，可以让用户方便地添加个
性化的器件模型
Proteus独特的仿真功能使其特别适合应用在教学
和科研开发等领域。