附录D Proteus软件简介

附录D

Proteus软件简介

主要内容：本章简单介绍Proteus软件的功能、开发环境、系统设置，通过实例介绍Proteus软件平台在单片机系统仿真、调试中的应用。重点：Proteus软件平台的使用方法。难点：利用Proteus软件实现单片机应用系统的调试、仿真，充分利用Proteus软件为单片机应用系统设计服务。Proteus软件简介D.1Proteus仿真软件简介D.2Proteus原理图输入系统（ISIS）环境简介D.3单片机应用系统的虚拟设计与仿真D.4Proteus与KeilµVision4的联调

Proteus是英国Labcenter公司研发的嵌入式系统仿真开发软件。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。D.1Proteus仿真软件简介1.Proteus的特点（1）实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、存储器、AD/DA、总线、显示器、键盘等系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。（2）支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。（3）提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态。（4）同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2等软件。（5）具有强大的原理图绘制、PCB设计等功能。2.Proteus仿真软件架构

Proteus仿真软件包括以下4部分：（1）ProSPICE混合模式仿真器，可实现模拟电路仿真、数字电路仿真。（2）VSM嵌入式仿真器，可实现单片机仿真、8086仿真、ARM仿真、PLD仿真。（3）ISIS设计仿真平台，可实现原理图设计、原理图调试。（4）ARESPCB设计平台，可实现PCB设计、PCB的3D预览，生成光绘文件。3.Proteus的元件库

基于工业标准SPICE3F5，Labcenter公司与相关的第三方软件阵容共同开发了35000多个模拟和数字电路中常用的SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis，集成电路模拟程序）模型以及各种动态元件。基本元件：电阻、电容、二极管、三极管、MOS管、555定时器、晶振等；晶闸管与晶体管、模拟器件、TTL、CMOS、ECL等库。CPU及外围器件：CPU、存储器、总线器件、A/D转换器、D/A转换器、各种发光器件与显示器件、按键与开关、继电器等。存储芯片：各种常用的ROM,RAM，EEPROM。特点：原理布图时只要进行相应的调用和连线，通过对每个元件的属性设置完成绘图，然后即可进行仿真和虚拟测量。3.Proteus的元件库

（1）库元件分类说明3.Proteus的元件库

（2）部分常用元件对应搜索关键字

1.ProteusISIS简介

Proteus智能原理图输入系统（ISIS）是原理图设计和电路仿真的基本平台，它包含在PROTEUSVSM或者PCBDESIGN产品包中。ProteusISIS绘图简单快捷，功能较强，可实现原理图与PCB的交叉检查。ISIS特点：个性化的编辑环境，完整的元件库，快捷选取/放置器件，原理图自动连线，层次化设计，完善的电路仿真功能及仿真日志，元件属性采用文本格式，可视化设计浏览器，灵活多样的设计输出。

D.2Proteus原理图输入系统（ISIS）环境简介

2.ISIS主界面与各种窗口

ProteusISIS的工作界面包括图形编辑窗口、预览窗口、对象选择器窗口、标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮等。如图所示。2.ISIS主界面与各种窗口（1）图形编辑窗口：用于电路原理图的设计、编辑和绘制。（2）预览窗口：用于显示整个电路图的缩略图或元件的预览图。（3）对象选择器窗口：用于从元件库中选择对象，供绘图时使用。（4）对象选择按钮：“P”→元件选择，“L”→库管理。可以采用关键字查找法选取元件，或采用分类查找法选取元件，也可以两种方法综合使用。2.ISIS主界面与各种窗口（5）主菜单主菜单分原理图界面主菜单与源代码界面主菜单两组，原理图界面主菜单如下。“文件”（File）菜单：包括新建、打开、导入、保存、关闭工程，打印、编辑、输出等功能。“编辑”（Edit）菜单：包括对象的查找、编辑、剪贴，以及操作的撤销/恢复等功能。“视图”（View）菜单：包括网格的调整、图形编辑窗口的定位，图形的缩放、查看等功能。“工具”（Tools）菜单：包括自动连线、搜素、属性赋值、电气检查、编译网络表等工具。“设计”（Design）菜单：包括编辑设计与图纸属性、删除图纸、图纸之间的切等功能。“图表”（Graph）菜单：包括编辑图表、仿真图表与日志、输出与清除图表、检验等功能。“调试”（Debug）菜单：包括仿真、单步运行、断点设置、启动远程编译监视器等功能。“库”（Library）菜单：包括选择元件及符号、制作元件及符号、封装工具、分解、编译到库、自动放置库文件、检验封装和库管理等功能。“模板”（Template）菜单：包括模板的各种设置，如：图形、连线、文本、颜色、字体等。“系统”（System）菜单：包括系统设置、文本观察器，设置显示选项、属性定义、纸张大小、文本编辑器、动画选项、仿真选项，恢复出厂设置等功能。“帮助”（Help）菜单：用于阅读帮助文档，原理图捕获帮助、仿真帮助、元器件帮助等。2.ISIS主界面与各种窗口（5）主菜单主菜单分原理图界面主菜单与源代码界面主菜单两组，源代码界面中主菜单包括文件、源码、构建、编辑、调试、系统、帮助等七个菜单。其中文件、调试、帮助与原理图中主菜单类似。其他主菜单如下。“源码”（Source）菜单：包括新建、删除工程，添加新文件、文件，移除、打开、关闭文件，打印文档等。“构建”（Build）菜单：包括构建、重新构建工程，停止构建、清除、上传、工程设置等。“编辑”（Edit）菜单：包括撤销、重做、剪切、复制、粘贴、查找、替换、跳转等功能。“系统”（System）菜单：包括系统设置、编译器选择、编译器配置等。2.ISIS主界面与各种窗口（6）工具栏

⑤绘图工具栏（模型选择工具栏）：各按钮的功能说明如下。主要模型（MainModes）：（1）选择模式（2）选择元器件（3）放置连接点（4）放置文本（5）放置标签（网络标签、器件遇导线标签）（6）用于绘制总线（7）用于放置子电路⑤绘图工具栏（模型选择工具栏）主要模型（MainModes）配件（Gadgets）：（1）终端接口（terminals）：有VCC、地、输出、输入等接口（2）器件引脚：用于绘制各种引脚（3）仿真图表（graph）：用于各种分析，如NoiseAnalysis（4）录音机（5）信号发生器（generators）（6）电压探针与电流探针：使用仿真图表时要用到（7）虚拟仪表：有示波器等

⑤绘图工具栏（模型选择工具栏）

2D图形（2DGraphics）：（1）画各种直线（2）画各种方框（3）画各种圆（4）画各种圆弧（5）画各种多边形（6）画各种文本（7）画符号（8）画原点等

2.ISIS主界面与各种窗口（6）工具栏⑥方向工具栏（预览对象方位控制按钮）：各按钮的功能说明见表。使用方法：先右击元件，再单击相应的旋转按钮。

⑦仿真工具栏（仿真进程控制按钮）：

功能分别为：运行仿真、单步运行、暂停仿真、停止仿真。（7）状态栏状态栏位于窗口下方，用于显示图形的坐标值。3.ProteusISIS的仿真工具

ProteusISIS提供了大量的虚拟仪器、曲线图表、激励源和探针等仿真工具，包括电压探针与电流探针、14种激励信号源、13种虚拟仪器（如示波器）、13种曲线图表等。

（1）电压探针（VoltageProbes）与电流探针（CurrentProbes）

直接布置在线路上，用于实时采集和测量电压/电流信号。（2）14种激励信号源

（3）13种虚拟仪器（4）13种图表4.与图形编辑窗口相关的几个操作

（1）坐标系统：基本单位是10nm，识别单位被限制在1th（毫英寸，1th=25.4×10−3mm

）。坐标原点默认在图形编辑区的中间，图形的坐标值显示在屏幕右下角的状态栏中。（2）点状网格：方便元件定位，可以通过菜单命令“查看”→“网格”（Grid）显示或隐藏网格，也可使用视图工具栏中的网格显示开关来控制。（3）捕捉到网络：捕捉能够使元件与网格对齐。可通过选择菜单命令“查看”设置。（4）实时捕捉：实时捕捉，可以方便地实现导线和引脚的连接。选择菜单命令“工具”→“实时捕捉”设置。（5）视图的缩放与移动：视图的缩放与移动可以通过以下方式：单击预览窗口中的目标位置；用鼠标的滚轮；在图形编辑窗口内移动鼠标指针，同时按下Shift键。

通过一个设计实例“基于单片机的流水灯系统设计”，介绍利用Proteus实现单片机应用系统的虚拟设计与仿真。1.虚拟设计与仿真的步骤（1）利用ProteusISIS实现电路设计电路原理图设计流程包括新建设计文档、设置工作环境、放置元件、对原理图进行布线、原理图的电气规则检查、调整、保存和输出报表等步骤。（2）源程序的设计与生成目标代码利用KeilµVision4平台进行源程序的输入、编译与调试，并生成可执行文件.hex。对于汇编语言，可以用记事本输入源程序，存储为.asm文件，在ProteusISIS编辑环境中，利用“源代码”菜单命令直接进行编译与调试。（3）调试与仿真将可执行文件.hex加载到单片机中，对系统进行虚拟仿真。在调试时也可使用ProteusISIS与KeilµVision4联合仿真调试。D.3单片机应用系统的虚拟设计与仿真

下面以基于单片机的流水灯设计仿真为例，详细说明具体操作。所有的操作可以通过菜单栏或工具栏按钮实现。2.创建、打开、保存一个设计文件（1）进入ProteusISIS编辑环境：

双击Proteus快捷图标→进入Proteus界面→点击菜单栏中的ISIS按钮

，进入原理图设计界面，如下图所示。（2）

建立新工程文件：选择菜单命令“文件”（File）→“新建工程”（NewProject）→设置工程名，修改保存文件路径→下一步（Next）→设置图纸大小→下一步→选择单片机类型、编译器（创建固件项目）→下一步→完成（Finish）→出现编辑界面。界面包括原理图和源代码两个界面，可通过窗口标签切换。建立新工程文件过程各界面如下图所示。（a）新建工程界面

（b）设置工程名，保存文件界面（c）设置图纸大小界面

（d）选择单片机类型、编译器界面

（e）完成界面（f）源代码编辑界面（e）完成界面

（f）源代码编辑界面（3）打开已保存的文件：选择菜单命令“文件”→“打开工程”，或直接单击系统工具栏中的

按钮即可。（4）保存文件：选择菜单命令“文件”→“另存为”，将新建的工程文件保存在预先设计的路径下（如：E:\example），保存文件（如：文件名为“lsd”）。（5）添加源代码：如果新建（或打开）的工程中没有源代码界面，可通过鼠标右键单击CPU→单击“编辑源代码”（EditSourceCode）→把已设计好的汇编语言源程序粘贴到源代码界面→保存工程，进行添加源代码。也可通过单击原理图命令菜单中的

按钮→进入“源代码”界面→单击命令菜单中的“源码”（Source）→单击新建工程（CreateProject）→把已设计好的汇编语言源程序粘贴到源代码界面→保存工程，进行添加源代码。如下图所示。（a）鼠标右键单击CPU“编辑源代码”界面

（b）源代码界面及保存工程按钮

（e）完成界面（f）源代码编辑界面（c）原理图命令菜单中的

按钮界面

（d）“源码”新建工程界面3.编辑环境与系统设置ProteusISIS编辑环境与系统的设置主要包括以下几项。（1）选择模板在ProteusISIS主界面中，“模板”（Template）菜单如图，其中：设置设计默认值（SetDesignColours）：编辑全局各部分颜色，隐藏文字设置。设置图表和曲线的颜色（SetGraph﹠TraceColours）：编辑图表和曲线的颜色。设置图形样式（SetGraphicStyles）：编辑导线及填充的大小、颜色。设置2D图形默认值（Set2DGraphicsDefaults）：编辑字体，字体的大小及方位。设置节点样式（SetJunctionDotStyle）：编辑连接节点的大小、形状。应用默认模板（ApplyStylesFromTemplate）：选择系统模板。将设计保存为模板（SaveDesignasTemplate）：将设计保存为模板。编辑环境与系统设置（2）设置图纸

在ProteusISIS主界面中，选择菜单命令“系统”（System）→“设置图纸尺寸”（SetSheetSizes），弹出如图所示的对话框，在该对话框中可以选择或自定义图纸的大小。在流水灯系统设计中，将图纸大小设置为A4。编辑环境与系统设置（3）隐藏系统自带灰色文字

在ProteusISIS主界面中，选择菜单命令“模板”（Template）→设置设计默认值（SetDesing

Colours）→去掉“是否隐藏文字？”（ShowHiddenText）后面的

，隐藏。如图所示。（a）“模板”命令菜单中的设置设计默认界面

（b）“是否隐藏文字？”界面编辑环境与系统设置（4）设置网格点通过“查看”菜单中的命令，可以设置网格点，如图下左所示。（5）设置文本编辑器在ProteusISIS主界面中，选择菜单命令“系统”→“设置文本编辑器”（SetTextEditor），弹出如下右图所示“字体”对话框。在该对话框中可以设置文本的字体、字形、大小、效果和颜色等。编辑环境与系统设置（6）系统设置在ProteusISIS主界面中，选择菜单命令“系统”→“系统设置”（SystemSettings），弹出“系统设置”对话框，如图所示。可以设置工程初始目录、模板目录、库目录、数据手册目录、最大撤销次数、自动保存时间，仿真模型与结果存储目录，PCB设置、上传报告等。4.选择需要的元件到对象选择器窗口在设计电路之前，将设计“流水灯”电路中需要的元件列出，如下表。

在对象选择器窗口中单击对象选择按钮，打开元件选择对话框，将“流水灯”电路设计所需的元件全部添加到对象选择器窗口中，如图所示。5.在原理图中放置元件（1）放置元件单击选中对象选择器窗口中的元件→将鼠标指针移至图形编辑窗口中→在鼠标指针处会出现该元件的模型→移动至合适的位置→单击放置该元件。例如，放置AT89C51单片机到图形编辑窗口中，其步骤如图所示。在已放置的元件上右击，使用快捷菜单命令，可对元件进行编辑属性、旋转确定方位、删除等操作。可以通过标准工具栏中的“撤销”按钮进行恢复。5.在原理图中放置元件（2）放置终端终端：包括电源、地等终端。选择终端：单击绘图工具栏中的终端按钮→在对象选择器窗口中将显示各种终端列表→单击终端列表中的某项→上方的预览窗口中会显示该终端的符号，如图所示。放置方法：同元件放置。按住鼠标左键不放，可对其进行拖动操作。单击绘图工具栏中的元件按钮，可切换到用户选择的元件列表。5.在原理图中放置元件（2）放置终端将“流水灯”电路所需的元件及终端放置到图形编辑窗口中。终端列表说明见表。

5.在原理图中放置元件（2）放置终端

编辑终端：将鼠标指针移至需要标注或编辑的终端上→在终端的外围出现红色虚线框→双击→弹出如图所示的编辑终端对话框（EditTerminalLabel）→进行终端的编辑、标注及标注位置的调整。使用属性编辑方法也可编辑终端。5.在原理图中放置元件（3）编辑元器件改变元件的位置：单击需要调整位置的元件→元件变为红颜色→按住鼠标左键移动到合适的位置→释放左键→可改变元件在原理图中的位置。调整元件的方向：右击需要调整角度的元件→弹出快捷菜单，如图所示。操作其中的命令，即可实现元件的旋转和翻转。删除与恢复元器件：鼠标左键单击选中元件，按Delete键删除已放置的元件；也可通过鼠标右键单击元件→编辑属性，实现删除元件。对于误删除操作，可以通过标准工具栏中的“撤销”按钮

进行恢复。

5.在原理图中放置元件（4）替换元件把新类型元件添加到对象选择器中→在图形编辑窗口空白处单击→移动鼠标指针使新元件至少有一个引脚的末端与旧元件的某个引脚重合→单击→弹出询问是否替换元件对话框→单击“确定”按钮→替换过程完成。注意：ProteusISIS在替换元件、改变元件的位置、调整元件角度的同时保留了连线。在替换过程中，先匹配位置，然后匹配引脚名称。5.在原理图中放置元件（5）元件参数设置

双击需要设置参数的元件→弹出“编辑元件”对话框，如图所示。元件参考：编号U1。元件值：名称。ProgramFile：单击其浏览按钮→从弹出的对话框中选择并添加可执行文件.hex。ClockFrequency：设置晶振频率。

6.电路元件的连接（1）两个元件间绘制连接导线在绘图工具栏中的元件按钮与标准工具栏中的自动布线按钮都处于按下状态时，两个元件导线的连接方法：单击第一个元件的连接点→移动鼠标指针→会在连接点引出一根导线→单击另一个连接点→系统自动给出直线路径。如果设计者希望自己决定走线路径，则需要在拐点处单击。注意：拐点处的走线只能是直角。如果未按下自动布线按钮，则导线可按任意角度走线，拐点处导线的走向只取决于鼠标指针的移动方向。6.电路元件的连接（2）放置导线交叉处的连接点单击绘图工具栏中的连接点按钮→在两根导线的交叉处放置一个圆点→表示它们是连接的。自动放置连接点：当从已存在的导线上引出另一根线时，系统将自动放置连接点。自动删除连接点：当一根导线或多根导线被删除时，系统会自动删除连接点。（3）导线位置的调整单击该导线→在导线两端出现小黑方块表示选中→右击导线→弹出如图所示的快捷菜单→选择“拖曳对象”命令→可拖动导线到指定位置→单击→完成导线位置的调整。也可单击导线→在按住鼠标左键的同时直接拖动导线到需要的位置。6.电路元件的连接（4）绘制总线与总线分支总线的绘制：单击绘图工具栏中的总线按钮→移动鼠标指针到要绘制总线的起始位置→单击→可绘制出一根总线→在总线的终点处双击，结束总线的绘制。总线分支绘制：通常把总线分支画成与总线成45°角的相互平行线，如图8.所示。注意：此时不要按下自动布线按钮，总线分支的走向只取决于鼠标指针的拖动方向。总线分支的绘制过程：在AT89C51的P1口左侧画一根总线→画总线分支→按下绘图工具栏中的元件按钮，但不要按下标准工具栏中的自动布线按钮，导线可按任意角度走线→单击第一个元件的连接点（P1.0）→移动鼠标指针→在希望拐点处单击→向下移动鼠标指针→在与总线成45°角相交时单击确认→完成了一根总线分支的绘制→其他总线分支的绘制只需要在起始点处双击，不断复制即可。在绘制多根平行线时也可以采用这种方法。6.电路元件的连接（5）放置总线标签与总线相连的导线必须放置总线标签，这样具有相同总线标签的导线才能真正连接到通。如上页图中的DL0～DL7。放置总线标签：单击绘图工具栏中的连接标签按钮→将鼠标指针移至需要放置标签的导线上→鼠标指针处出现一个“×”号→单击→弹出如图所示的“EditWireLabel”放置导线标签对话框→在“标号”（Label）栏中填入线标（如DL0）→单击“确定”按钮→完成总线标签放置。6.电路元件的连接（5）放置总线标签在放置相邻的第二个总线标签时，系统不会自动按序给出标号，因此需要逐个设置。可以单击“标号”栏的下拉按钮，从下拉列表中选择需要的导线标签（如DL1等），如图所示。6.电路元件的连接（5）放置总线标签也可将鼠标指针移至需要放置标签的导线上右击，如图所示的快捷菜单，选择“放置网络标号”命令，打开“EditWireLabel”对话框。6.电路元件的连接（5）放置总线标签导线标签位置的调整：在“EditWireLabel”对话框中，还可以实现导线标签位置的调整。总线标签的更改与删除：如果像删除元件一样直接双击右键来删除标签，则会使它所连接的导线一起被删除。要更改或删除总线标签，则右击该总线标签，出现如图所示的快捷菜单，从中选择“编辑标号”（EditLabel）或“删除标号”（DeleteLabel）命令即可。总线标签的移动：将鼠标指针移至需要移动的总线标签上，在总线标签的外围出现红色虚线框后，单击并按住鼠标左键拖动至合适的位置即可。7.文本编辑

方法一：放置和编辑脚本方法。单击绘图工具栏中的文本脚本（TextScript）按钮→在图形编辑窗口中单击→弹出“编辑脚本”（EditScriptBlock）对话框→单击“Script”（脚本）选项卡→在“文本”（Text）框中输入文本→完成。如图所示。方法二：在“Style”（风格）选项卡中，还可以调整脚本的属性。单击“确定”按钮，完成文字脚本的放置与编辑。7.文本编辑

方法三：单击绘图工具栏中的文本按钮→在图形编辑窗口中单击→弹出如图所示的“编辑2D图形文本”对话框→在“字符串”框中输入文本→设置字符的“位置”、“字体属性”等→单击“确定”按钮→在电路原理图中将出现相应的文字。原理图：最终完成“流水灯”电路原理图，如图所示。

8.二维绘图工具的使用简介

ProteusISIS支持以下类型的2D图形对象：直线、框体、图形、弧线、闭合路径、文本、符号、标记。这些图形对象可直接用于画图。（1）绘制直线（2）绘制矩形框体（3）绘制圆形（4）绘制圆弧（5）绘制闭合线（6）放置文字（7）绘制图形符号（8）绘制图形标记9.加载目标代码文件与编译（1）汇编语言源程序的添加与编译如果新建的工程中有源代码界面，直接在源代码界面编写汇编语言源程序。如果新建的工程中没有源代码界面，可通过鼠标右键单击CPU→编辑源代码→粘贴汇编语言源程序粘贴到源代码界面→保存工程，实现。在Proteus源代码界面中，选择菜单命令“构建”→“构建工程”（SetTextEditor），进行编译，如图所示。也可通过菜单命令按钮

实现编译。9.加载目标代码文件与编译（1）汇编语言源程序的添加与编译编译结果将在下面的“VSMStudio输出”窗口中给出，如图所示。如果有错误，单击错误行，到源代码界面的汇编语言源程序处修改，重新构建工程，直至编译成功为止。9.加载目标代码文件与编译（1）汇编语言源程序的添加与编译在Proteus源代码界面的“工程”窗口中，右键单击CPU的Source文件下的汇编语言源程序名（如lsd.asm），出现下左图所示的快捷菜单，单击工程设置，出现下右图所示的工程选项对话框，进行工程选项设置。9.加载目标代码文件与编译（1）汇编语言源程序的添加与编译

在上右图中，“嵌入式文件”后面的“

”表示编译后生成的.hex可执行文件在C盘的临时文件夹Debug中，如图下左所示；如果去掉“嵌入式文件”后面的“

”，则表示编译后生成的.hex可执行文件在工程的CPU（如AT89C51）的文件夹Debug中，如图下右所示。9.加载目标代码文件与编译（2）C语言源程序的添加与编译

利用KeilµVision平台进行源程序的输入、编译与调试，并生成可执行文件.hex。在ProteusISIS中双击电路原理图中的单片机（如AT89C51），弹出如图所示的“编辑元件”对话框。在ProgramFile框中输入代码文件名及其完整的路径，如lsd.hex（如果.hex与Proteus工程文件在同一目录下，可以直接输入文件名lsd.hex，省略路径）。也可以单击其后的浏览按钮

，从弹出的对话框中选择添加.hex文件。在ClockFrequency框中设置单片机的晶振频率为12MHz。最后单击“确定”按钮，回到电路原理图进行仿真。注意，此时的代码生成工具应为<NONE>。9.加载目标代码文件、设置时钟频率及仿真运行（2）仿真运行

单击仿真工具栏中的运行仿真按钮，开始仿真，调试界面如图所示。处理器程序计数器的当前位置

程序调试断点源代码窗口：提供了四种程序执行命令按钮

CPU寄存器窗口SFR存储器窗口内部数据存储器窗口9.加载目标代码文件、设置时钟频率及仿真运行（2）仿真运行

单击仿真工具栏中的运行仿