基于PROTEUS的硬件仿真课件.ppt

1、基于基于PROTEUS的的电路与系统仿真技术电路与系统仿真技术主讲人：廖一鹏主讲人：廖一鹏 单单 位：福州大学物理与信息工程学院位：福州大学物理与信息工程学院内容提要内容提要第一章第一章 PROTEUSPROTEUS基本操作基本操作第二章第二章 PROTEUSPROTEUS原理图设计与仿真原理图设计与仿真第三章第三章 单片机系统的单片机系统的PROTEUSPROTEUS设计与仿真设计与仿真第四章第四章 PROTEUSPROTEUS综合应用综合应用1.1 1.1 概述概述 Proteus 是英国Labcenter公司开发的EDA工具软件。它不仅是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台

2、,更是目前世界上最先进、最完整的多种型号微控制器(P4)系统的设计与仿真平台,具有丰富的元器件模型库、激励源、虚拟仪器和图表仿真。 从1989年问世至今，经过了近20年的发展和完善，功能和性能越来越好，已得到广泛应用。 Proteus 结构体系 Proteus 是一个完整是一个完整的嵌入式系统软、硬的嵌入式系统软、硬件设计仿真平台。件设计仿真平台。 主要功能：主要功能： （1）电路与微处理器）电路与微处理器系统设计与仿真。系统设计与仿真。（2）PCB设计系统。设计系统。布线布线/编辑编辑ARES处理器处理器仿真模型仿真模型VSM高级图形高级图形分析模块分析模块动态动态器件库器件库混合模型混合模

3、型仿真器仿真器原理图输入原理图输入系统系统ISISPROTEUS1.2 1.2 Proteus ISIS Proteus VSM所包含的内容都已整合到ISIS中,ISIS实际是Proteus VSM的设计与仿真平台。 该软件的特点是：具有强大的原理图绘制功能。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；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 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。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具

4、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，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。1.2.1 1.2.1 ISIS窗口1.2.2 1.2.2 ISIS窗口功能预览窗口（TheOverviewWindow）：它具有两个功能：1、当你在元件列表中选择一个元件时，它会显 示该元件的预览图；2、当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，你可用鼠标改变绿色的方框的位置，从而改变原理

5、图的可视范围。 1.2.2 1.2.2 ISIS窗口功能 原理图编辑窗口（The Editing Window）： 顾名思义，它是用来绘制原理图的。蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。注意，这个窗口是没有滚动条的，你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。 1.2.2 1.2.2 ISIS窗口功能模型选择工具栏（Mode Selector Toolbar）： 主要模型（Main Modes）： n1* 选择元件（components）（默认选择的） n2* 放置连接点 n3* 放置标签（用总线时会用到） n4* 放置文本 n5* 用于绘制总线 n6* 用于放置子电路 n7* 用于即时编辑元件参

6、数 （先单击该图标再单 击要修改的元件） 1.2.2 1.2.2 ISIS窗口功能配件（Gadgets）：n1* 终端接口（terminals）：有VCC、地、输出、输入等接口 n2* 器件引脚：用于绘制各种引脚 n3* 仿真图表（graph）：用于各种分析，如Noise Analysis n4* 录音机 n5* 信号发生器（generators） n6* 电压探针：使用仿真图表时要用到 n7* 电流探针：使用仿真图表时要用到 n8* 虚拟仪表：有示波器等 1.2.2 1.2.2 ISIS窗口功能2D图形（2D Graphics）： n1* 画各种直线 n2* 画各种方框 n3* 画各种圆 n

7、4* 画各种圆弧 n5* 画各种多边形 n6* 画各种文本 n7* 画符号 n8* 画原点等 1.2.2 1.2.2 ISIS窗口功能元件列表（The Object Selector）： 用于挑选元件、 终端接口、 信号发生器、 仿真图表等。 举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元件后（单击了“OK”后），该元件会在元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可。 1.2.2 1.2.2 ISIS窗口功能方向工具栏（Orientation Toolbar）： 旋转： 旋转角度只能是90的整数倍。 翻转： 完成水平翻转和垂直

8、翻转。 使用方法：先右键单击元件，再点击（左击）相应的旋转图标。 1.2.2 1.2.2 ISIS窗口功能仿真工具栏 仿真控制按钮 n1* 运行 n2* 单步运行 n3* 暂停 n4* 停止1.2.2 1.2.2 ISIS窗口功能1.2.2 1.2.2 ISIS窗口功能1.2.2 1.2.2 ISIS窗口功能1.2.3 1.2.3 ISIS文件操作1) 开始一个新的设计（StartingaNewDesign） 启动ISIS或在ISIS中执行命令新建-NewDesign将出现一张空的A4纸。新设计的缺省名字为UNTITLED.DSN(设计文件扩展名为DSN)。2) 加载一个现有的设计（LoadD

9、esign） 在ISIS中执行命令加载-LoadDesign将出现对话框，选择设计文件所在的路径后双击设计文件即可加载该设计到编辑窗口。Proteus在其安装目录下的Samples文件夹下提供了大量设计范例，供我们学习参考。1.2.3 1.2.3 ISIS文件操作3) 保存设计（SavingtheDesign） 保存-SaveDesign 命令保存文件，在保存对话框中选择保存路径和文件名（建议保 存在自己文件夹中，并按设计内容取名保存以便以后查阅，比如这里可保存为D:MCUAT89C51.DSN）。若原先已保存过，原先的旧文件就会在名字前加了前缀Backupof。也可以用另存为-Saveas命

10、令把设计保存到另一个文件中。探针探针n电压探针（电压探针（Voltage probes） -即可在模拟仿真中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，记录逻辑电平及真实的电压值，而在数字电路中，记录逻辑电平及其强度。其强度。 n电流探针（电流探针（Current probes） - 仅可在模拟电路中仅可在模拟电路中使用，并可显示电流方向。使用，并可显示电流方向。 n探针既可用于基于图表的仿真，也可用于交互式仿探针既可用于基于图表的仿真，也可用于交互式仿真中真中 激励源激励源nDCDC：直流电压源；nSi

11、neSine：幅值、频率、相位可控的正弦波发生器。nPulsePulse：幅值、周期和上升/下降沿时间可控的模拟脉冲发生器。nExpExp：指数脉冲发生器。nSFFMSFFM：单频率调频波信号发生器。nPwlinPwlin：任意分段线性脉冲、信号发生器。nFileFile：File信号发生器。数据来源于ASCII文件。nAudioAudio：音频信号发生器。nDStateDState：稳态逻辑电平发生器。nDEdgeDEdge：单边沿信号发生器。nDPulseDPulse：单周期数字脉冲发生器。nDClockDClock：数字时钟信号发生器。nDPatternDPattern：模式信号发生器。

12、模拟脉冲激励源模拟脉冲激励源 n用于为仿真分析产生各种周期用于为仿真分析产生各种周期输入信号，包括方波、锯齿波、输入信号，包括方波、锯齿波、三角波及单周期短脉冲。三角波及单周期短脉冲。 模拟脉冲模拟脉冲信号输出信号输出指数脉冲激励源指数脉冲激励源 n产生与产生与RC充电充电/放电电路相同放电电路相同的脉冲波。的脉冲波。 指数指数信号输出信号输出单频率调频波激励源单频率调频波激励源 调频波调频波信号输出信号输出Pwlin信号激励源信号激励源 n任意分段线性脉冲、任意分段线性脉冲、信号发生器信号发生器。Pwlin信号输出信号输出File信号激励源信号激励源 n发生器的数据来源于发生器的数据来源于A

13、SCII文件。文件。 .BAK文件文件信号输出信号输出音频信号激励源音频信号激励源 n使用使用Windows WAV 文件作为输入文件。结合音频分析图表，文件作为输入文件。结合音频分析图表，可以听到电路对音频信号处理后的声音。可以听到电路对音频信号处理后的声音。 音频信号音频信号输出输出单周期数字单周期数字脉冲激励源脉冲激励源 数字脉冲数字脉冲信号输出信号输出数字时钟数字时钟信号激励源信号激励源 数字时钟数字时钟信号输出信号输出数字模式信号激励源数字模式信号激励源 数字模式数字模式信号输出信号输出虚拟仪器虚拟仪器n虚拟示波器虚拟示波器(OSCILLOSCOPE)(OSCILLOSCOPE)n逻

14、辑分析仪逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER)(LOGIC ANALYSER)n定定时计数器时计数器(COUNTER TIMER)(COUNTER TIMER)n虚拟终端虚拟终端(VIRUAL TERMINAL)(VIRUAL TERMINAL)nSPISPI调试器调试器(SPI DEBUGGER)(SPI DEBUGGER)nI2CI2C调试器调试器(I2C DEBUGGER)(I2C DEBUGGER)n信号发生器信号发生器(SIGNAL GENERATOR)(SIGNAL GENERATOR)n模式发生器模式发生器(PATTERN GENERATOR)(PATTERN GENERAT

15、OR)n电压表和电流表（电压表和电流表（AC/DC voltmeters/ammetersAC/DC voltmeters/ammeters） 模式发生器模式发生器 模式发生器模式发生器编码信号编码信号调试端口输出调试端口输出模式信号模式信号虚拟终端虚拟终端模式发生器模式发生器编码信号编码信号虚拟终端输出模式信号虚拟终端输出模式信号信号发生器（调幅）信号发生器（调幅）信号源名称补偿电压(V)幅值(V)频率(Hz)时延() （A）011K0正弦信号正弦信号参数参数调幅信号调幅信号输出输出信号发生器信号发生器参数设置参数设置曲线图表曲线图表n模拟图表（ANALOGUE）n数字图表 (DIGITAL

16、)n混合分析图表 (MIXED)n频率分析图表 (FREQUENCY)n转移特性分析图表 (TRANSFER)n噪声分析图表 (NOISE)n失真分析图表 (DISTORTION)n傅立叶分析图表 (FOURIER)n音频分析图表 (AUDIO)n交互分析图表 (INTERACTIVE)n一致性分析图表 (CONFORMANCE)n直流扫描分析图表 (DC SWEEP)n交流扫描分析图表 (AC SWEEP) n基于转移特性分析图基于转移特性分析图表的电路分析表的电路分析 n数字分析图表数字分析图表:用于绘用于绘制逻辑电平值随时间制逻辑电平值随时间变化的曲线，图表中变化的曲线，图表中的波形代表

17、单一数据的波形代表单一数据位或总线的二进制电位或总线的二进制电平值平值 .n混合分析图混合分析图表表:可以在同可以在同一图表中同一图表中同时显示模拟时显示模拟和数字信号和数字信号的波形的波形. n直流扫描分析直流扫描分析:可以观察电路可以观察电路元件参数值在用户定义范围内元件参数值在用户定义范围内发生变化时，对电路工作状态发生变化时，对电路工作状态（电压或电流）的影响（如观（电压或电流）的影响（如观察电阻值、晶体管放大倍数、察电阻值、晶体管放大倍数、电路工作温度等参数变化对电电路工作温度等参数变化对电路工作状态的影响）。路工作状态的影响）。n也可以通过扫描激励元件参数也可以通过扫描激励元件参数

18、值实现直流传输特性的测量。值实现直流传输特性的测量。 n交流扫描分析可以建立一组反交流扫描分析可以建立一组反映元件在参数值发生线性变化映元件在参数值发生线性变化时的频率特性曲线。主要用来时的频率特性曲线。主要用来观测相关元件参数值发生变化观测相关元件参数值发生变化时对电路频率特性的影响。时对电路频率特性的影响。 交互式仿真（交互式仿真（741放大电路）放大电路）n交互式电路仿真是电路分析的一个最重要的交互式电路仿真是电路分析的一个最重要的部分。输入原理图后，通过在期望的观测点部分。输入原理图后，通过在期望的观测点放置电流放置电流/电压探针，或虚拟仪器，点击运行电压探针，或虚拟仪器，点击运行按钮

19、，即可观测到电路的实时输出。按钮，即可观测到电路的实时输出。基于图表的电路仿真与分析（基于图表的电路仿真与分析（741放大电路）放大电路）频率分析：用于绘制小信号电压增益或电频率分析：用于绘制小信号电压增益或电流增益随频率变化的曲线，即绘制波特图。流增益随频率变化的曲线，即绘制波特图。可描绘电路的幅频特性和相频特性。可描绘电路的幅频特性和相频特性。 模拟分析模拟分析:用于绘制一条或多条电压或电流用于绘制一条或多条电压或电流随时间变化的曲线。随时间变化的曲线。基于图表的电路仿真与分析（基于图表的电路仿真与分析（741放大电路）放大电路）失真分析用于确定由测试电路所引起的电平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。变化的二次和三次谐波失真电平。 噪声分析：显示随时间变化的输入、输出噪噪声分析：显示随时间变化的输入、输出噪声电压；可产生单个元件的噪声电压清单。声电压；可产生单个元件的噪声电压清单。