第2章-PROTEUS-ISIS电路仿真.ppt

第2章ProteusISIS电路仿真,ProteusVSM存在两种电路分析与仿真方式，即交互式电路分析与仿真和基于图表的电路分析与仿真。交互式电路分析与仿真：检验用户所设计的电路是否能正常工作。基于图表的电路分析与仿真：研究电路的工作状态以及进行细节的测量。其中：探针直接布置在线路上，用于采集和测量电压/电流信号；电路激励是系统的多种激励信号源；虚拟仪表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。,2.1交互式仿真,交互式电路仿真通过在编辑好的电路原理图中添加相应的电流/电压探针，或放置虚拟仪器，单击控制面板的“运行”按钮，来观测电路的实时输出。,2.1.1ProteusISIS交互式仿真控制面板,例1：以图2-7所示电路为例说明ProteusISIS交互式仿真的过程。,图2-7交互式仿真电路,电路所需元器件为：,电路原理图的设计流程,(1)新建设计文档。在进入原理图设计之前，首先要构思好原理图，即必须知道所设计的项目需要哪些电路来完成，用何种模板；然后在ProteusISIS编辑环境中画出电路原理图。(2)设置工作环境。根据实际电路的复杂程度来设置图纸的大小等。在电路图设计的整个过程中，图纸的大小可以不断地调整。设置合适的图纸大小是完成原理图设计的第一步。(3)放置元器件。首先从添加元器件对话框中选取需要添加的元器件，将其布置到图纸的合适位置，并对元器件的名称、标注进行设定；再根据元器件之间的走线等联系对元器件在工作平面上的位置进行调整和修改，使得原理图美观、易懂。(4)对原理图进行布线。根据实际电路的需要，利用ProteusISIS编辑环境所提供的各种工具、命令进行布线，将工作平面上的元器件用导线连接起来，构成一幅完整的电路原理图。,(5)建立网络表。在完成上述步骤之后，即可看到一张完整的电路图，但要完成印制版电路的设计，还需要生成一个网络表文件。网络表是印制版电路与电路原理图之间的纽带(6)原理图的电气规则检查。当完成原理图布线后，利用ProteusISIS编辑环境所提供的电气规则检查命令对设计进行检查，并根据系统提示的错误检查报告修改原理图(7)调整。如果原理图已通过电气规则检查，那么原理图的设计就完成了，但是对于一般电路设计而言，尤其是较大的项目，通常需要对电路进行多次修改才能通过电气规则检查。(8)存盘和输出报表。ProteusISIS提供了多种报表输出格式，同时可以对设计好的原理图和报表进行存盘和输出打印。,电路原理图的设计方法和步骤,下面以图2-7所示的简单电路为例，直观地介绍电路原理图的设计方法和步骤,图2-7一个简单的电路实例,1.创建一个新的设计文件,首先进入ProteusISIS编辑环境选择【File】【NewDesign】菜单项，在弹出的模板对话框中选择DEFAULT模板，并将新建的设计保存在文件夹内，保存文件名为“图2-7”,2.设置工作环境,打开【Template】菜单，对工作环境进行设置。在本例中，仅对图纸进行设置，其他项目使用系统默认的设置。选择【System】【SetSheetSizes】菜单项，在出现的对话框中选择A4复选框，单击“OK”按钮确认，即可完成页面设置,3.拾取元器件,选择【Library】【PickDevice/Symbol】菜单项，出现元件拾取对话框,4.在原理图中放置元器件,在当前设计文档的对象选择器中添加元器件后，就要在原理图中放置元器件。下面以放置FUSE为例说明具体步骤。(1)选择对象选择器中的FUSE元器件，在ProteusISIS编辑环境主界面的预览窗口将出现FUSE的图标。(2)在编辑窗口双击鼠标左键，元器件LAMP被放置到原理图中。(3)按照上述步骤，分别将BATTERY、POT-LIN、SWITCH元器件放置到原理图中。(4)将光标指向编辑窗口的元器件，并单击该对象使其高亮显示。(5)拖动该对象到合适的位置。(6)调整好所有元器件后，选择【View】【Redraw】菜单项，刷新屏幕，此时图纸上有了全部元器件。,5.编辑元器件,放置好元器件后，双击相应的元器件，即可打开该元器件的编辑对话框。下面以FUSE的编辑对话框为例，详细介绍元器件的编辑方式。FUSE元器件的编辑步骤如下:(1)单击FUSE元器件，FUSE将高亮显示(2)再次单击FUSE元器件，弹出如图2-33所示对话框，编辑该元器件,ComponentReference：元器件在原理图中的参考号Hidden：选择元器件参考号是否出现在原理图中Resistance：FUSE阻抗,(3)单击“OK”按钮，结束元器件的编辑,6.绘制原理图,ProteusISIS具有智能化特点，在想要画线的时候能进行自动检测。在两个元器件间进行连线的步骤如下：(1)单击第一个对象连接点。(2)如果想让ProteusISIS自动定出走线路径，只需单击另一个连接点；如果想自己决定走线路径，只需在希望的拐点处单击。,在此过程的任一阶段，都可以按“Esc”键放弃画线。按照上述步骤，分别将FUSE、BATTERY、POT-LIN以及SWITCH连线。连接后的原理图如图2-22所示。,图2-22连接后的原理图,7.对原理图进行电气规则检测,选择【Tools】【ElectricalRuleCheck】菜单项，出现电气规则检测报告单，如图所示。,8.存盘及输出报表,将设计好的原理图文件存盘。同时，可使用【Tools】【BillofMaterials】菜单项输出BOM文档,9.观测仿真运行,单击左下角的“运行”按钮，控制开关及可调电阻阻值，观察仿真运行结果。,完成图2-7所示电路的连接；进行电气规则检查；闭合开关，减小电路中的电阻，观察熔丝由正常工作到开始变红到熔断的过程。熔丝熔断后，增大电路中的电阻，观察电路仿真结果。,实践操作,2.2交互式仿真中的电路测量,在交互式仿真中，系统提供了多种人性化测量方法：仿真动态实时显示；电路参数实时显示；电压、电流探针；虚拟仪器；,2.2.1仿真动态实时显示,在引脚上显示逻辑状态在颜色上显示电压高低使用箭头表示电流方向,单击“模板”“设置默认规则”,设置动画选项：,单击“系统”“设置动画选项”,1、仿真中实时显示元件引脚逻辑状态,在ProteusISIS仿真中，系统可使用连接到数字或混合网络的元件引脚显示一个有色的小方块，以表示元件引脚逻辑状态。例2：图2-30所示电路,电路所需元器件清单：,图2-30,完成图2-30所示电路的连接；进行电气规则检查；改变A、B输出端的逻辑值，观察电路输出状态的显示，验证异或门逻辑功能。,实践操作,2仿真中以不同颜色实时显示电路电压,在ProteusISIS仿真中，系统使用不同颜色的线表示电路中各支路的电压。例3：图2-47所示电路,电路所需元器件清单：,图2-47,完成图2-47所示电路的连接；进行电气规则检查；利用“单步”仿真功能，观察电路支路颜色变化状况。,实践操作,3、仿真中以箭头显示电流方向,在ProteusISIS仿真中，系统使用箭头标注电路中电流的流向。例3：图2-70所示电路,电路所需元器件清单：,图2-70,完成图2-70所示电路的连接；进行电气规则检查；利用“单步”仿真功能，观察日光灯的变化情况及电路中电流的流向。日光灯点亮后，按动按钮，观察日光灯的变化情况及电路中电流的流向。,实践操作,2.2.2电路参数实时显示,ProteusISIS中交互式仿真时，暂停仿真后可查看元件参数信息，如节点电压、引脚逻辑状态，有些元件也可显示相对电压和耗散功率。例4：图2-90所示电路。,新器件：,元器件参数设置参照图2-97、图2-99及图2-100。,图2-90,完成图2-90所示电路的连接；进行电气规则检查；单击“运行”按钮，记录L1与L2的状态；选择虚拟仪器模式（）,单击“单步”按钮后，利用鼠标左键分别单击L1、L2及OPAMP，将相应数据实训报告中。上调RV1的值，同时单击“单步”按钮，直至L1熄灭，L2仍点亮为止。利用鼠标左键分别单击L1、L2及OPAMP，将相应数据实训报告中。上调RV2的值，同时单击“单步”按钮，直至L2熄灭，L1仍点亮为止。利用鼠标左键分别单击L1、L2及OPAMP，将相应数据实训报告中。,实践操作,2.2.3电压探针与电流探针,探针用于记录所连接网络的状态。ISIS系统提供了两种探针：电压探针和电流探针。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)：仅可以模拟电路中使用，并可显示电流方向。,1、电压探针与电流探针的功能及使用方法,例5：图2-115所示电路。,新器件：,图2-115,完成图2-115所示电路的连接；进行电气规则检查；单击“单步”按钮，观察电容器C1与日光灯L1的变化状况。,实践操作,2、在电路中放置电压探针,电压探针模式与电流探针模式,例6：图2-124，放置电压探针与电流探针。,图2-124,完成图2-124所示电路的连接；进行电气规则检查；单击“单步”按钮，观察探针所记录的值的变化。,实践操作,2.2.4虚拟仪器,ProteusISIS提供了一系列虚拟仪器用于电路的交互式仿真。例7：图2-128所示电路。,新器件：,图2-128,完成图2-128所示电路的连接；进行电气规则检查。,实践操作,虚拟仪器表,ProteusISIS为用户提供了多种虚拟仪器，单击工具箱中的按钮，列出所有的虚拟仪器名称，如图所示。,1、虚拟示波器,示波器的操作区共分为以下六部分。ChannelA：A通道。ChannelB：B通道。ChannelC：C通道。ChannelD：D通道。Trigger：触发。Horizontal：水平。,四个通道区：每个区的操作功能都一样。主要有两个旋钮。“Position”用来调整波形的垂直位移；下面的旋钮用来调整波形的Y轴增益，白色区域的刻度表示图形区每格对应的电压值。内旋钮是微调，外旋钮是粗调。在图形区读波形的电压时，会把内旋钮顺时针调到最右端。,触发区：“Level”用来调节水平坐标，水平坐标只在调节时才显示。“Auto”按钮一般为红色选中状态。“Cursors”光标按钮选中后，可以在图标区标注横坐标和纵坐标，从而读波形的电压和周期。,水平区：“Position”用来调整波形的左右位移；下面的旋钮调整扫描频率。当读周期时，应把内环的微调旋钮顺时针旋转到底。,2、计数器/定时器“COUNTERTIMER”,该仪器有如下三个输入端。CLK：计数和测频状态时，数字波的输入端。CE：计数使能端(CounterEnable)，可通过计数器/定时器的属性设置对话框设为高电平或低电平有效，当此信号无效时，计数暂停，保持目前的计数值不变，一旦CE有效，计数继续进行。RST：复位端(RESET)，可设为上升沿(Low-High)或下降沿(High-Low)有效。当有效沿到来时，计时或计数复位到0，然后立即从0开始计时或计数。,该仪器有四种工作方式，可通过属性设置对话框中的“OperatingMode”来选择。,Default：缺省方式，系统设置为计数方式。Time(secs)：定时方式，相当于一个秒表，最多计100秒，精确到1微秒。CLK端无需外加输入信号，内部自动计时。由CE和RST端来控制暂停或重新从零开始计时。,Time(hms)：定时方式，相当于一个具有小时、分、秒的时钟，最多计10小时，精确到1毫秒。CLK端无需外加输入信号，内部自动计时。由CE和RST端来控制暂停或重新从零开始计时。Frequency：测频方式，在CE有效和RST没有复位的情况下，能稳定显示CLK端外加的数字波的频率。Count：计数方式，能够计外加时钟信号CLK的周期数，最多计满八位，即99999999。,虚拟定时/计数器窗口,完成图2-135所示添加示波器；进行电气规则检查；单击“运行”按钮，调节示波器相应功能旋钮得到如图2-138所示的波形；利用“Cursors”按钮功能，按图2-139测量相应数据；计算高低电平各持续的时间。将相应数据记录在实训报告中。,实践操作,图2-135连接虚拟示波器,图2-138,图2-139,在图2-135的基础上添加定时/计数器，如图2-137所示；进行电气规则检查；设置计数器的计数模式为Frequency，高电平使能，下降沿复位;单击“运行”按钮，记录所测得的输出波形频率。将RV1的值上移，利用“Cursors”按钮功能，按图2-139测量相应数据及此时的输出波形频率；计算高低电平各持续的时间。将相应数据记录在实训报告中。,实践操作,2.3基于图表的仿真,图表分析可以得到整个电路分析结果，并且可以直观地对仿真结果进行分析。同时，图表分析能够在仿真过程中放大一些特别的部分，进行一些细节上的分析。另外，图表分析也是唯一一种能够实现对实时中难以做出分析的变量进行分析的方法，比如交流小信号分析、噪声分析和参数扫描。图表在仿真中是一个最重要的部分。它不仅是结果的显示媒体并且定义了仿真类型。通过放置一个或若干个图表，用户可以观测到各种数据（数字逻辑输出、电压、阻抗等），即通过放置不同的图表来显示电路在各方面的特性。,2.3.1电路输入,例8：图2-146所示电路。,新器件：,图2-146,2.3.2放置信号发生器,1、激励源激励源为电路提供输入信号。ProteusISIS为用户提供了如下表所示的各种类型的激励源，允许对其参数进行设置。,2、添加信号发生器本例中使用的是正弦信号发生器。在“激励源模式”中选择“SINE”，按图2-152所示添加正弦波发生器。双击正弦波发生器，进行相应的属性设置。,图2-152,2.3.3放置仿真探针,按图2-159所示添加探针，并进行相应属性设置。,图2-159,2.3.4放置仿真图表,ProteusVSM的虚拟仪器为用户提供交互动态仿真功能，但这些仪器的仿真结果和状态随着仿真结束也消失了，不能满足打印及长时间的分析要求。所以ProteusISIS还提供一种静态的图表仿真功能，无须运行仿真，随着电路参数的修改，电路中的各点波形将重新生成，并以图表的形式留在电路图中，供以后分析或打印。图表仿真涉及一系列按钮和菜单的选择。主要目的是把电路中某点对地的电压或某条支路的电流相对时间轴的波形自动绘制出来。,图表仿真功能的实现包含以下步骤：在电路中被测点加电压探针，或在被测支路加电流探针。选择放置波形的类别，并在原理图中拖出用于