创建Proteus原理图仿真模型的制作技术.doc

Proteus是英国Labcenter electronics公司研发的EDA工具软件。Proteus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；更是目前世界上最先进的多种型号微控制器(单片机)应用系统的设计与仿真平台。Proteus提供了众多的信号源，使用者还可构建信号；提供了数字示波器、逻辑分析仪、I2C调试器、SPI调试器等十几种虚拟仪器；提供了可作精确测量与分析(例傅里叶分析、噪声分析等)的Proteus高级图表仿真(ASF)。所以，Proteus也是检测、测试与分析的平台。正因如此，Proteus在电类教学、单片机应用产品研发、科研及测试技术中都获得了愈来愈广泛的应用。Proteus在全世界拥有越来越多的使用者。例如：Motorola、Philips、Sony等企业；Cambridge University(剑桥大学)、Stanford University(斯坦福大学)、香港理工大学、中山大学等高等院校。Proteus元器件仿真模型库是应用Proteus设计与实现实时、交互、动态仿真的基础。Proteus有6 000多个各种类型的仿真模型。一般可将他们分为4类：原型模型(Primitive Models)；原理图模型(Schematic Models)；VSM模型(VSM Models)；SPICE模型(SPICE Models)。虽然Proteus仿真模型库相当丰富，但仍有不能满足应用的情况。这就需要自己创建模型来丰富Proteus库。本文以创建6位DA转换器和TTL7458原理图模型实例论述创建原理图仿真模型方法，存库与调用方法。如图1所示。1 Proteus创建模型流程创建原理图模型同创建其他模型大致相同，其流程也大致一样。如图1所示。在创建模型中，若无需设计元器件封装，则可跳过与设计封装有关的步骤；若无需设计模型内电路，则可跳过与内电路有关的步骤。2 创建6位数模转换器(本文命名DA6，原Proteus库中无此模型)2.1 绘制原理图符号在Proteus ISIS中选择2D工具绘制DA6的原理图符号，如图2所示。并进行引脚编辑，引脚属性设置，如表1所示。图3表示了编辑引脚对话框。2.2 DA6器件制作(Make Device)选中整个DA6原理图符号，启动Make Device命令，弹出如图4所示的对话框，按该图所示设置相应属性。器件名称为DA6、前缀也为DA6。按NEXT键直到出现元器件属性及定义(Component Properties & Definitions)对话框。新建VHI属性，按图5所示设置各相关项。再按NEXT键，直到出现对话框“Indexing and Library Selec-tion”，选择元器件分类及存放库，单击OK键完成MakeDevice。此时新的元器件模型原理图符号就存入指定的库并出现在对象列表框中。2.3 DA6仿真模型内电路设计经以上步骤创建的模型只是个模型外壳，还没有仿真功能。其仿真功能主要由内电路完成。将新建的模型DA6放入ISIS编辑区，打开其属性编辑框，选中“Attachhierarchy model”，如图6所示。按OK键后再按键盘Pgdn键，则自动创建并进入内电路设计页。接着在内电路页设计内电路。从Proteus库中选取，他是Analogue Primitive，设计好如图7所示的内电路。并设置内电路中所有DAC原型的属性VHI=。2.4 生成模型文件，并设置Modfile属性在内电路页操作菜单，ToolsModel Compiler，创建模型文件。选择路径并取名(本例为DA6_in.mdf)存盘。详细情况见参考文献。返回主页，选中新建元器件DA6，再次启动Make Device命令，进入“Component Properties&Definitions”。如图8所示。按照图8，进行设置Modfile属性操作。再按NEXT键直到出现“Indexing and Library Selection”菜单。如图9所示。设置分类和所在的库。本例分类为DataConverters，存到USERDVC库中。单击OK则结束原理图模型的创建。若在ISIS中单击按扭P，在Keywords栏中填入模型名DA6，则创建的模型被挑选出来。如图10所示。从图10中右上角可看到模型DA6为原理图模型。图中间标明他所在的库是USERDVC(用户库)。2.5 验证模型DA6验证模型DA6分4步。(1)设计验证电路：在Proteus ISIS中设计如图11上左方所示的电路，其中有创建的仿真模型DA6和单片机AT89C2051。并将DA6的输出口Vout接上Proteus提供的虚拟示波器通道A上。(2)设计DA转换控制程序：在Proteus ISIS中设计如图11右上方所示的程序，并进行汇编调试生成目标代码文件。该程序是经DA转换后形成锯齿波的程序。(3)将目标代码文件加载到单片机AT89C2051中。(4)启动仿真。则在虚拟示波器上看到由创建模型DA6转换的模拟锯齿波(图11的下方)。证明创建模型正确，并成为用户库中的一员。从图11还可看出：Proteus统一完成了单片机应用系统的电路设计、程序设计和仿真。3 创建7458仿真模型(原库中无此模型)7458是2输入和3输入与或门。现创建此原理图模型。创建此模型的思路和步骤基本与创建DA6相同。也经过绘制原理图符号、器件制作、仿真模型内电路设计、生成模型文件、验证电路和模型仿真测试等过程。这里只将结果展示。图12为7458仿真模型的内电路。图13为从用户库中调用创建的7458仿真模型。图14为验证电路和仿真片段。其中使用了Proteus提供的逻辑状态输入开关和逻辑状态输出探头。前者可通过鼠标点击开关来实现逻辑状态(0，1)的选择。仿真结果证实所创建模型的逻辑功能与实际7458的功能表(见表2)一致。最后特别指出：原理图仿真模型是由仿真原型(primi-tives)搭建的仿真模型。4 结 语在实践中创建了原库中没有的DA6和TTL7458原理图模型，并将模型存入用户库中。在Proteus ISIS环境下用户可从用户库中将他们调入验证电路中进行电路设计与仿真。仿真结果证明：所建原理图仿真模型和建模方法都是正确的。基于Proteus和ADS的ARM虚拟实验室建设kingmacth 发表于 单片机 分类，标签: Proteus 08 七月 2008 0 引 言ARM技术是一门实践性很强的技术，其实验是电子类教学中十分重要的实践教学环节，是培养学生实验技能、创新思维的重要课程。掌握ARM技术已是电子类学生就业的一个基本条件。目前各个高校相继开设了ARM课程，并逐步开始建立ARM实验室。这些实验室基本都是采用相应的硬件仿真设备来构建的，但由于ARM的种类繁多再加上资金的限制，不可能在一个实验室包括所有种类的ARM仿真设备。虚拟实验作为传统实验的重要补充，克服了诸多条件的限制，丰富了实践性教学的手段，有利于现代实验教学观念的更新。1 ARM实验教学存在的问题目前，ARM教学中存在如下问题：ARM课堂教学多以理论教学为主，教学中需要很多硬件设备，一般理论课堂难以辅助硬件进行教学，即便演示，效果也不好。ARM实验作为实验中心的基础实验，学生除了上课外，平时难得有机会实践；而采用的ARM实验设备大多是成品，学生很难参与其中的细节设计，因此学生动手能力也很难得到提高。配套的实验设备多采用硬件仿真器配目标实验板。这种配置方式直接导致该课程的实验项目有限，实验时间过长，设备维护工作量大等现实问题。针对上述问题，提出利用Proteus和ADS整合构建ARM虚拟实验室的方案。所谓“虚拟实验室”，就是将计算机上的各种虚拟仪器，按实验要求和设计原理，虚拟出一个与现实相同的实验系统，进而在这个系统上完成整个实验。与传统实验模式相比，虚拟实验具有比较明显的优势。例如，涉及的实验内容全面，硬件投入少，学生可自行实验，实验过程中损耗小，与工程实践最为接近等。2 ARM虚拟实验室的构建2.1 ARM虚拟实验室的软件支持本方案主要是以Proteus软件和ADS软件来构建该虚拟实验室。Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：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仿真，RS232动态仿真，I2C调试器，SPI调试器、键盘和LCD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。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。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。ADS(ARM Developer Suite)是ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具。CodeWarrior for ARM是一套完整的集成开发工具，充分发挥了ARM RISC的优势，使产品开发人员能够很好地应用尖端的片上系统技术。该工具是专为基于ARM RISC的处理器而设计的。它可加速并简化嵌入式开发过程中的每一个环节，使得开发人员只需通过一个集成软件开发环境就能研制出ARM产品；在整个开发周期中，开发人员无需离开CodeWarrior开发环境，节省了在操作工具上花的时间，而有更多的精力投入到代码编写上来。CodeWarrior集成开发环境(IDE)为管理和开发项目提供了简单、多样化的图形用户界面。用户可以使用ADS的CodeWarrior IDE为ARM和Thumb处理器开发用C、C+或ARM汇编语言编写的程序代码，还可以生成程序代码的十六进制文件。2.2 ARM虚拟实验室的实验内容和实验过程结合Proteus和ADS构建的虚拟实验室能够进行ARM涉及的所有实验内容，其中包括中断、流水灯、串口通信、SPI通信、脉宽调制器、看门狗、AD转换器、定时，以及基于COS的实验。基于ARM虚拟实验室的教学采用局域网多媒体教学，教师可以通过多媒体演示电路图并讲解其原理，学生根据相关实验原理在ADS和Proteus中完成整个实验。过程如下：在ADS中编写C语言源程序；编译、调试源程序，最终生成后缀为.hex的文件；在Proteus中设计完整的原理图；将生成的.hex文件导入相应的ARM芯片。完成以上步骤后，在Proteus中运行即可；观察仿真结果，并检验是否与设计要求一致。基于Proteus和ADS构建的ARM虚拟实验平台提供了大量的虚拟元件供学生使用，这样就可以在虚拟实验教学过程中培养学生的兴趣，激发学生的创造性，增强互动性，提高教学效果。3 ARM虚拟实验教学实例分析下面以用LPC2131设计一个流水灯的实验为例，介绍如何通过Proteus与ADS的整合实现对ARM外围电路的仿真。3.1 软件的实现在ADS中编写C语言程序添加到user组中。程序如下：将该程序进行编译，编译通过后，就生成后缀为.hex的文件。3.2 硬件电路的实现在Proteus中设计的流水灯原理电路，如图1所示。其中用LPC2131的P125：18控制LED8LED1，低电平点亮。将后缀为.hex的文件添加到LPC2131中