第6章-PROTEUS仿真开发软件在电子工程仿真实践中的应用课件

PROTEUS仿真开发软件武汉理工大学机电学院机自系

吴彦春在电子工程仿真实践中的应用PROTEUS仿真开发软件

在电子工程仿真实践中的应用1.PROTEUS简介2.PROTEUSISIS的特点3.PROTEUSVSM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.PROTEUSARES应用介绍7.从概念到产品的设计实例PROTEUS简介

Proteus是一个基于ProSPICE混合模型仿真器的，完整的嵌入式系统软、硬件设计仿真平台。

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。ASF高级图形分析模块处理器仿真模型VSM高级布线/编辑ARES动态器件库混合模型仿真器原理图输入系统ISISPROTEUSPROTEUS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电机控制混合显示仿真图表动态器件使仿真直观生动CPU可加载程序运行原理图示例2：锁相环电路——层次设计子电路模块电路PROTEUSVSM仿真与分析PROTEUSVSM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。PROTEUSVSM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不同颜色电路连线显示相应电压箭头显示电流方向探针实时显示电压/电流值仿真暂停时显示元件引脚信息

仿真工具－探针（Probe）电压探针（Voltageprobes）－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（Currentprobes）

－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(LOGICANALYSER)计数/定时器(COUNTERTIMER)虚拟终端(VIRUALTERMINAL)信号发生器(SIGNALGENERATOR)模式发生器(PATTERNGENERATOR)交直流电压表和电流表（AC/DCvoltmeters/ammeters）SPI调试器(SPIDEBUGGER)I2C调试器(I2CDEBUGGER)

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(DCSWEEP)交流扫描分析图表(ACSWEEP)

交互式仿真实例一（模拟电路）仿真时的示波器窗口虚拟示波器激励源电压探针交互式仿真实例二（单片机电路）游戏手柄（可映射到PC键盘上）游戏显示屏（LCD）引脚逻辑状态显示CPU运行游戏程序高级仿真（ASF）实例（放大电路分析）频率分析：用于分析电路的频率特性(幅频特性和相频特性)。

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。高级仿真（ASF）实例（放大电路分析）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。

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。

PROTEUS微处理器系统仿真单片机系统的仿真是PROTEUSVSM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、AtmelAVR、MotorolaHCXX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。

主菜单通用工具菜单1.Proteus的主界面简介专用工具菜单PCB电路电路编辑窗口坐标原点浏览窗口器件工具列表窗口仿真按键2.Proteus的主菜单简介点击主菜单主菜单编辑工具←点击鼠标:点击此键可取消左键的放置功能,但可编辑对象.←选择元器件:在元件表选中器件,在编辑窗中移动鼠标,点击左键放置器件.←标注联接点:当两条连线交叉时,放个接点表示连通.←标志网络线标号:电路联线可用网络标号代替,相同标号的线是相同的.←放置文本说明:是对电路的说明,与电路仿真无关!←放置总线:当多线并行简化联线,用总线标示.←放置子电路:可将部分电路以子电路形式画在另一图纸上.←放置器件引脚:有普通.反相.正时钟.反时钟.短引脚.总线←放置图纸内部终端:有普通.输入.输出.双向.电源.接地.总线.调试工具←放置分析图:有模拟.数字.混合.频率特性.传输特性.噪声分析等.←放置录音机:可录/放声音文件.←放置电源.信号源:有直流电源,正弦信号源,脉冲信号源等.←放置电压探针:显示网络线上的电压.←放置电流探针:串联在指定的网络线上,显示电流值.←放置虚拟仪器:有示波器.计数器.RS232终端.SPI调试器.I2C调试器.信号发生器.

图形发生器.直流电压表.直流电流表,交流电压表.交流电流表.图形工具←放置各种线:有器件.引脚.端口.图形线.总线等←放置矩形框:移动鼠标到框的一角,按下左键拖动,释放后完成.←放置圆形框:移动鼠标到圆心,按下左键拖动,释放后完成.←放置圆弧线:鼠标移到起点,按下左键拖动,释放后调整弧长,点击鼠标完成.←画闭合多边形:鼠标移到起点,点击产生折点,闭合后完成.←放置文字标签:在编辑框放置说明文本标签.←放置特殊图形:可在库中选择各种图形←放置特殊节点:可有原点.节点.标签引脚名.引脚号.3.Proteus选择图标简介4.Proteus元件库简介搜索关键词元件分类子分类厂商连接器.插头插座库→数据转换ADC.DAC→调试工具库→可编程逻辑器件→电阻→简单模拟器件→扬声器.音响器件→555←模拟集成电路库←电容库←CMOS4000库←二极管库←ECL1000库←电机库←电感库←拉普拉斯变换库←存储器库←微处理器库←混合类型库←简单模式库←运算放大库←光电器件库←开关和继电器←开关器件库←热电子器件库←晶体管库←晶体管库←TTL74系列库←TTL74LS系列库型号类型特性元件图形符号预览元件PCB封装预览确认键555微处理器系统仿真与分析——1、原理图输入绘制第一步：选择器件绘制第二步：放置器件绘制第三步：电路连线绘制第四步：修改参数、保存电路微处理器系统仿真与分析——2、建立源代码文件1、选择代码生成工具2、建立新的源代码文件3、源文件命名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电路实时仿真：选择仿真器件电路实时仿真：结果电路非实时仿真：选择图表分析电路非实时仿真：放置探针电路非实时仿真：添加轨迹电路非实时仿真：观察分析结果电路非实时仿真：图表分析结果微处理器系统仿真与分析——4、交互式仿真（续）PC串行口COMPIM模型实际温度测量板PROTEUS仿真电路

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串行电缆内部数据存储器窗口微处理器系统仿真与分析——完善的调试功能源代码窗口：提供了四种程序执行命令按钮

程序调试断点处理器程序计数器的当前位置

SFR存储器窗口CPU寄存器窗口观测窗口部分显示单元ARM处理器的仿真

Proteus支持PHILIPS的以下ARM7芯片的仿真：LPC2101~2106LPC2114LPC2124LPC2131LPC2132LPC2134LPC2136LPC2138

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）

:PROTEUSVSM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‘sEmbeddedWorkbench、Keil、Microchip‘sMP-LAB和Atmel’sAVRstudio开发源代码，并进行编辑，生成可执行文件（如HEX或COD文件）在ProteusVSM中，将可执行文件下载到MCU，然后进行仿真。

PROTEUS与Keil联调Keil处于运行状态PROTEUS同时进入运行状态PROTEUS下的C源码调试按单步键，可直接观察、调试C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

ORG0000HLJMPMAINORG0023HLJMPINSORG0030HMAIN:MOVSP,#60HMOVSCON,#50HMOVPCON,#00HMOVTMOD,#20HMOVTL1,#0E6HMOVTH1,#0E6HSETBEASETBESSETBTR1MOVP1,#0FFHLP0:MOVA,P1MOVSBUF,ALP:JNBTI,LPCLRTILJMPLP0INS:CLREAJNBTI,LP1CLRTILJMPEXITLP1:CLRRIMOVA,SBUFMOVP2,AEXIT:SETBEARETIEND3)仿真效果实例2:单片机中断应用

1)电路设计2)程序设计

ORG0000H LJMPSTART ORG0003H SJMPINT0S ORG0013H SJMPINT1S ORG0030H START：MOVIE，#85H MOVTCON，#5 MOVA，#0FEH MOVP3，#0FFH SETBPX1 MOVDPTR，#TABH ST0：MOVA，#1 ST1：PUSHACC ACALLSEG7MOVP0，AACALLDELAYPOPACCINCACJNEA，#9，ST1SJMPST0

INT0S：PUSHACC MOVA，#0 LOOP：INCA PUSHACC ACALLSEG7 MOVP2，A ACALLDELAY POPACC CJNEA，#8，LOOP POPACC MOVP2，#0FFH RETIINT1S：PUSHACCMOVA，#0LOOP1：INCAPUSHACC ACALLSEG7 MOVP1，A POPACC ACALLDELAY CJNEA，#8，LOOP1 POPACC MOVP1，#0FFH RETI DELAY：MOVR7，#250 D1：MOVR6，#250 D2：NOP DJNZR6，D2 DJNZR7，D1 RET ORGTABH SEG7：MOVCA，@A+DPTR RETDB0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80hEND实例3:

12864与单片机接口电路设计电路设计系统仿真实例4:

流水灯仿真实验元件：编号元件名称说明U1AT89C52单片机R1～R10RES电阻D1～D8LED-RED红色LED灯S1BUTTON按键X1CRYSTAL晶振C1、C2CAP无极性电容C3CAP-POL有极性电容在Keil中输入程序：实例5:

步进电机仿真实验元件：编号元件名称说明U1AT89C52单片机U2ULN2003A大电流输出达林顿管阵列K1～K6BUTTON按钮M1MOTOR-STEPPER步进电机#include<REG52.H>/*片内寄存器定义*/#include<INTRINS.H>unsignedcharucMotorDrvPuls;/*电机运转初始值*/#defineOUTPUTP2/*定义P2口为电机驱动信号口*/#defineINPUTP1/*定义P1口为控制信号输入口*/sbitSTARTUP=P1^7;/*启动/停止开关*/sbitFORREV=P1^6;/*正转/反转开关*/voidtime(unsignedintucMs);/*延时单位：ms*//*void_non_(void);*//*****************电机定位******************************/voidposition(void)/*延时500us*/{OUTPUT=0x11;time(200);OUTPUT=0x22;time(200);OUTPUT=0x44;time(200);OUTPUT=0x88;time(200);ucMotorDrvPuls=0x11;OUTPUT=0x11;}/*****************主程序********************************/voidmain(void){unsignedcharucTimes;intk1=0,k2=1,i;position();/*步进电机定位*/ OUTPUT=0x0;/*步进电机停止*/ P1=0xff;/*P1口输入，首先全置1*/ while(1){ for(i=0;i<=100;i++){ if(STARTUP==0&&k1==0){/*按一次启动/停止开关，启动，再按一次，停止*/ k1=1; k2=1; STARTUP=1; } } for(i=0;i<=100;i++){ if(STARTUP==0&&k1==1){ k1=0; STARTUP=1; } } if(k1==1){ ucTimes=(P1^0x0f)&0x0f;/*读P1口低4位并取反*/ for(i=0;i<=100;i++){ if(FORREV==0&&k2==0){/*按一次正转/反转开关，正转，再按一次，反转*/ k2=1; FORREV=1; OUTPUT=0x0; ucMotorDrvPuls=0x11; } } for(i=0;i<=100;i++){ if(FORREV==0&&k2==1){/*按一次正转/反转开关，正转，再按一次，反转*/ k2=0; FORREV=1; OUTPUT=0x0; ucMotorDrvPuls=0x11; } } if(k2==1){ OUTPUT=ucMotorDrvPuls;/*送正转控制信号*/ ucMotorDrvPuls=_crol_(ucMotorDrvPuls,1); /*正转*/ time(380-ucTimes*16);/*延时*/ } if(k2==0){ OUTPUT=ucMotorDrvPuls;/*送反转控制信号*/ ucMotorDrvPuls=_cror_(ucMotorDrvPuls,1);/*反转*/ time(380-ucTimes*16);/*延时*/ } } }}/******************************************************************************函数说明：延时5us，晶振改变时，只需改变这个函数！

1.对于11.0592MHz晶振而言，需要2个_nop_(); 2.对于22.1184MHz晶振而言，需要4个_nop_();*入口参数：无。*返回参数：无。*创建日期：20010623*作者：张齐。*****************************************************************************/voiddelay_5us(void)/*延时5us，晶振改变时只需改变这个函数！*/{_nop_();_nop_();/*_nop_();_nop_();*/}/*****************************delay_50us*************************************/voiddelay_50us(void)/*延时50us*/{unsignedchari;for(i=0;i<4;i++){delay_5us(); }}PROTEUSARES应用简介一、

ARES(AdvancedRoutingandEditingSoftware)的基本特点: