基于Protues仿真软件平台实现的滤波器的研究

1、 本 科 毕 业 设 计 第 36 页 共 37 页 目 录1 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 国内外滤波器的发展状况11.3 课题研究的主要内容22. 滤波器综述22.1 滤波器基本概念22.2 滤波器分类22.3 滤波器的幅频特性42.4 无源滤波电路42.5 有源滤波电路73 proteus简介83.1 proteus软件概述83.2 proteus软件的使用简介94 在proteus上实现滤波器仿真194.1 无源低通滤波器电路介绍、仿真过程及结果分析194.2 有源一阶低通滤波器电路介绍、仿真过程及结果分析27结论32致 谢33参 考 文 献341 绪论在近代电信设备和各

2、类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究历来为各国所重视。1.1 课题研究的目的和意义随着电子工业的发展，对滤波器的性能要求越来越高，功能也越来越多，并且要求它们向集成方向发展。我国滤波器研制和生产与上述要求相差甚远，为缩短这个差距，电子工程和科技人员负有重大的历史责任。我国现有滤波器的种类和所覆盖的频率已基本上满足现有各种电信设备。从整体而言，我国有源滤波器发展比无源滤波器缓慢，尚未大量生产和应用。从下面的生产应用比例可以看出我国各类滤波器的应用情况：lc滤波器占50%；晶体滤波器占20%

3、；机械滤波器占15%；陶瓷和声表面滤波器各占1%；其余各类滤波器共占13%。从这些应用比例来看，我国电子产品要想实现大规模集成，滤波器的研究仍然是个重要课题。本项目研究的意义在于：用proteus仿真软件研究模拟滤波器，为丰富滤波器理论提供实验数据上的支持。此研究成果为滤波器的研究提供了一种有力的仪器工具。如果该方法加以推广则可为滤波器研究领域提供一种新的方法，它也是今后滤波器研究中发展趋势。1.2 国内外滤波器的发展状况1917年美国和德国科学家分别发明了lc滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发

4、展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致rc有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。 我国广泛使用滤波器是50年代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方

5、面已纳入国际发展步伐，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。 1.3 课题研究的主要内容课题的任务是通过使用protues仿真软件来模拟各种滤波器，并提供信号源，对滤波器的输出进行记录，得出分析结果。由于课题是在protues仿真软件平台上对滤波器的研究，所以需要熟悉proteus软件的绘制原理图和仿真的方法。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。课题的核心是用protues仿真软件绘制各种模拟滤波

6、器的原理图，并提供信号源，进行仿真，最后记录并分析结果。2. 滤波器综述2.1 滤波器基本概念2.1.1 滤波器定义滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的交流电。广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。2.1.2 滤波器功能滤波器的功能是使特定频率范围内的信号通过，而阻值其他频率信号通过。2.2 滤波器分类2.2.1 根据

7、所处理的信号分类按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。 数字滤波器与模拟滤波器相对应，在离散系统中广泛应用数字滤波器。它的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形或频率进行加工处理。或者说，把输入信号变成一定的输出信号，从而达到改变信号频谱的目的。数字滤波器一般可以用两种方法来实现：一种方法是用数字硬件装配成一台专门的设备，这种设备称为数字信号处理机；另一种方法就是直接利用通用计算机，将所需要的运算编成程序让通用计算机来完成，即利用计算机软件来实现。 模拟滤波器模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置。例如：带通滤波器用作频谱分析仪中的选频装置；低通滤波器用作数字信号

8、分析系统中的抗频混滤波；高通滤波器被用于声发射检测仪中剔除低频干扰噪声；带阻滤波器用作电涡流测振仪中的陷波器。2.2.2 根据滤波器选频作用分类 低通滤波器（lpf）-low pass filter设截止频率为fp，频率低于fp的信号能够通过，高于fp的信号被衰减的滤波电路称为低通滤波器。低通滤波器可以作为直流电源整流后的滤波电路，以便得到平滑的直流电压。 高通滤波器（hpf）-high pass filter与低通滤波相反，频率高于fp的信号能够通过，而频率低于fp的信号被衰减的滤波电路称为高通滤波器。高通滤波器可以作为交流放大电路的耦合电路，隔离直流成分，只放大频率高于fp的信号。 带通滤

9、波器（bpf）-band pass filter设低频段的截止频率为fp1，高频段的截止频率为fp2，频率为fp1到fp2之间的信号能够通过，低于fp1和高于fp2的信号被衰减的滤波电路称为带通滤波器。带通滤波器常用于载波通讯或弱信号提取等场合，以提高信噪比。 带阻滤波器（bef ）-band elimination filter与带通滤波相反，频率低于fp1和高于fp2的信号能够通过，而频率为fp1到fp2之间的信号被衰减的滤波电路称为带阻滤波器。带阻滤波器用于在已知干扰或噪声频率的情况下，阻止其通过。 全通滤波器（apf）-all pass filter全通滤波器对于频率从零到无穷大的信号

10、具有同样的比例系数，但对于不同频率的信号将产生不同的相移。2.2.3 根据采用的元器件分类根据所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。 无源滤波器仅由无源元件(r、l 和c)组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感l较大时滤波器的体积和重量都比较大，在低频域不适用。 有源滤波器由无源元件(一般用r和c)和有源器件(如集成运算放大器）组成。这类滤波器的优点是：通带内的信号不仅没有能量损耗，而且还可以放大，负载效应

11、不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽(由于不使用电感元件）；缺点是：通带范围受有源器件(如集成运算放大器）的带宽限制，需要直流电源供电，可靠性不如无源滤波器高，在高压、高频、大功率的场合不适用。2.3 滤波器的幅频特性2.3.1 理想滤波电路的幅频特性理想滤波电路的幅频特性如图2.3.1所示。允许通过的频段称为通带，将信号衰减到零的频段称为阻带。图 2.3.1 理想滤波器的幅频特性2.3.2 实际滤波电路的幅频特性实际上，任何滤波器均不具备图2.3.1所示的幅频特性，在通带和阻带之间存在着过渡带，如图2.3.2所示。称

12、通带中输出电压与输入电压之比aup为通带放大倍数。图2.3.2所示低通滤波器的实际幅频特性，aup是频率等于零时输出电压与输入电压之比，使|au|=0.707|aup|的频率为通带截止频率fp，从fp到|au|接近零的频段称为过渡带，使|au|趋近于零的频段称为阻带。过渡带越窄，电路的选择性越好，滤波特性越理想。用幅频特性描述滤波特性，要研究 aup、 au 、fp。2.4 无源滤波电路无源滤波电路由无源元件（电阻、电容、电感）组成。图2.4.1（a）所示为rc低通滤波器，当信号频率趋于零时，电容的容抗趋于无穷大，故通带放大倍数为图 2.3.2 实际低通滤波器的幅频特性 图 2.4.1 rc低

13、通滤波电路及其幅频特性 式(2.4.1)频率从零到无穷大时的电压放大倍数式(2.4.2)令，则式（2.4.2）变为 式(2.4.3)其模为 式(2.4.4)当f=fp时，有 式(2.4.5)当ffp时，频率每升高10倍，|au|下降10倍，即过渡带的斜率为-20db/十倍频。电路的幅频特性如（b）中的实线所示。当(a)所示电路带上负载后（如图2.4.1（a）中虚线所示），通带放大倍数变为 式(2.4.6) 电压放大倍数 式(2.4.7) 式(2.4.8) 式(2.4.9)上式表明，带负载后，通带放大倍数的数值减小，通带截止频率升高。可见，无源滤波电路的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，这

14、一缺点常常不符合信号处理的要求，因而产生有源滤波电路。2.5 有源滤波电路有源滤波电路是含有有源元件（集成运放、晶体管等）的滤波电路一般由rc网络和集成运放共同构成。为了使负载不影响滤波特性，常在无源滤波电路和负载之间加上高输入电阻低输出电阻的隔离电路，如加一个由集成运放构成的电压跟随器，这样就构成了有源滤波电路。如图2.5.1所示。图 2.5.1 有源滤波电路有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，如uo仅与up有关，与负载无关。但电路不能输出高电压大电流驱动负载，只适用于信号的处理。2.5.1 有源滤波电路的传递函数在分析有源滤波电路时，一般都通过“拉氏变换”，将电压与电流变换成“象函数”u(

15、s)和i(s)，因而电阻的r(s)=r,电容的zcs=1/sc，电感的zl（s）=sl，输出量与输入量之比称为传递函数，即 式(2.5.1)将s换成jw，便可得到放大倍数。传递函数分母中s的最高指数称为滤波器的阶数。根据滤波器的幅频特性的基本知识可知，电路中rc环节越多，阶数越高，过渡带将越窄。2.5.2 一阶有源滤波电路 （a） (b)图 2.5.2 一阶有源滤波电路及其幅频特性图2.5.2（a）所示为一阶低通滤波电路，其传递函数为 式(2.5.2)用jw取代s，且令 式(2.5.3)得出电压放大倍数 式(2.5.4)当f=f0时，au=aup/,故通带截止频率fp=f0。幅频特性如图2.5

16、.2（b）所示，当f f0时，曲线按-20db/十倍频下降。3 proteus简介3.1 proteus软件概述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的仿真、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

17、、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。3.2 proteus软件的使用简介3.2.1 proteus软件的基本操作proteus isis的工作界面是一种标准的windows界面，如图

18、3.2.1所示。包括：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、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。u 图形编辑窗口在图形编辑窗口内完成电路原理图的编辑和绘制。为了方便作图坐标系统（co-ordinate system）isis中坐标系统的基本单位是10nm，主要是为了和proteus ares保持一致。但坐标系统的识别（read-out）单位被限制在1th。坐标原点默认在图形编辑区的中间，图形的坐标值能够显示在屏幕的右下角的状态栏中。点状栅格（the dot grid）与捕捉到栅格（snapping to a grid）编辑窗口

19、内有点状的栅格，可以通过view菜单的grid命令在打开和关闭间切换。点与点之间的间距由当前捕捉的设置决定。捕捉的尺度可以由view菜单的snap命令设置，或者直接使用快捷键f4、f3、f2和ctrl+f1。如图3.2.2所示。若键入f3或者通过view菜单的选中snap 100th，你会注意到鼠标在图形编辑窗口内移动时，坐标值是以固定的步长100th变化，这称为捕捉。 如果你想要确切地看到捕捉位置，可以使用view菜单的x-cursor命令，选中后将会在捕捉点显示一个小的或大的交叉十字。实时捕捉（real time snap）当鼠标指针指向管脚末端或者导线时，鼠标指针将会被捕捉到这些物体，这

20、种功能被称为实时捕捉，该功能可以使你方便的实现导线和管脚的连接。可以通过tools菜单的real time snap 命令或者是ctrl+s切换该功能。可以通过view菜单的redraw命令来刷新显示内容，同时预览窗口中的内容也将被刷新。当执行其它命令导致显示错乱时可以使用该特性恢复显示。 图 3.2.1 proteus isis的工作界面图 3.2.2 view菜单视图的缩放与移动可以通过如下几种方式：a) 用鼠标左键点击预览窗口中想要显示的位置，这将使编辑窗口显示以鼠标点击处为中心的内容。b) 在编辑窗口内移动鼠标，按下shift键，用鼠标“撞击”边框，这会使显示平移。我们把这称为shif

21、t-pan。c) 用鼠标指向编辑窗口并按缩放键或者操作鼠标的滚动键，会以鼠标指针位置为中心重新显示。u 预览窗口（the overview window）该窗口通常显示整个电路图的缩略图。在预览窗口上点击鼠标左键，将会有一个矩形蓝绿框标示出在编辑窗口的中显示的区域。 其他情况下，预览窗口显示将要放置的对象的预览。这种place preview特性在下列情况下被激活：a) 当一个对象在选择器中被选中b) 当使用旋转或镜像按钮时c) 当为一个可以设定朝向的对象选择类型图标时（例如：component icon, device pin icon等等）d) 当放置对象或者执行其他非以上操作时，plac

22、e preview会自动消除e) 对象选择器（object selector）根据由图标决定的当前状态显示不同的内容。显示对象的类型包括：设备，终端，管脚，图形符号，标注和图形。f) 在某些状态下，对象选择器有一个pick切换按钮，点击该按钮可以弹出库元件选取窗体。通过该窗体可以选择元件并置入对象选择器，在今后绘图时使用。u 对象选择器窗口通过对象选择按钮，从元件库中选择对象，并置入对象选择器窗口，供今后绘图时使用。显示对象的类型包括：设备，终端，管脚，图形符号，标注和图形。u 图形编辑的基本操作对象放置（object placement）放置对象的步骤如下（to place an objec

23、t:）a) 根据对象的类别在工具箱选择相应模式的图标（mode icon）。b) 根据对象的具体类型选择子模式图标（sub-mode icon）。c) 如果对象类型是元件、端点、管脚、图形、符号或标记，从选择器里（selector）选择你想要的对象的名字。对于元件、端点、管脚和符号，可能首先需要从库中调出。d) 如果对象是有方向的，将会在预览窗口显示出来，你可以通过预览对象方位按钮对对象进行调整。e) 最后，指向编辑窗口并点击鼠标左键放置对象。选中对象（tagging an object）用鼠标指向对象并点击右键可以选中该对象。该操作选中对象并使其高亮显示，然后可以进行编辑。选中对象时该对象上

24、的所有连线同时被选中。要选中一组对象，可以通过依次在每个对象右击选中每个对象的方式。也可以通过右键拖出一个选择框的方式，但只有完全位于选择框内的对象才可以被选中。在空白处点击鼠标右键可以取消所有对象的选择。删除对象（deleting an object）用鼠标指向选中的对象并点击右键可以删除该对象，同时删除该对象的所有连线。拖动对象（dragging an object）用鼠标指向选中的对象并用左键拖曳可以拖动该对象。该方式不仅对整个对象有效，而且对对象中单独的labels也有效。如果wire auto router功能被使能的话，被拖动对象上所有的连线将会重新排布。这将花费一定的时间（10秒

25、左右），尤其在对象有很多连线的情况下，这时鼠标指针将显示为一个沙漏。如果你误拖动一个对象，所有的连线都变成了一团糟，你可以使用undo命令撤消操作恢复原来的状态。拖动对象标签（dragging an object label）许多类型的对象有一个或多个属性标签附着。例如，每个元件有一个“reference”标签和一个“value”标签。可以很容易地移动这些标签使你的电路图看起来更美观。移动标签的步骤如下（to move a label）a) 选中对象。b) 用鼠标指向标签，按下鼠标左键。c) 拖动标签到你需要的位置。如果想要定位的更精确的话，可以在拖动是改变捕捉的精度（使用f4、f3、f2、c

26、trl+f1键）。d) 释放鼠标。调整对象大小（resizing an object）子电路（sub-circuits）、图表、线、框和圆可以调整大小。当你选中这些对象时，对象周围会出现黑色小方块叫做“手柄”，可以通过拖动这些“手柄”来调整对象的大小。调整对象大小的步骤如下（to resize an object）a) 选中对象。b) 如果对象可以调整大小，对象周围会出现黑色小方块，叫做“手柄”。c) 用鼠标左键拖动这些“手柄”到新的位置，可以改变对象的大小。在拖动的过程中手柄会消失以便不和对象的显示混叠。调整对象的朝向（reorienting an object）许多类型的对象可以调整朝向为

27、0, 90, 270，360或通过x轴y轴镜象。当该类型对象被选中后，“rotation and mirror”图标会从蓝色变为红色，然后就可以来改变对象的朝向。调整对象朝向的步骤如下（to reorient an object）a) 选中对象。b) 用鼠标左键点击rotation图标可以使对象逆时针旋转，用鼠标右键点击rotation图标可以使对象顺时针旋转。c) 用鼠标左键点击mirror图标可以使对象按x轴镜象，用鼠标右键点击mirror图标可以使对象按y轴镜象。毫无疑问当rotation and mirror图标是红色时，操作他们将会改变某个对象，即便你当前没有看到它，实际上，这中颜色

28、的指示在你想对将要放置的新对象操作时是格外有用的。当图标是红色时，首先取消对象的选择，此时图标会变成蓝色，说明现在可以“安全”调整新对象了。编辑对象（editing an object）许多对象具有图形或文本属性，这些属性可以通过一个对话框进行编辑，这是一种很常见的操作，有多种实现方式。编辑单个对象的步骤是（to edit a single object using the mouse）：a) 选中对象。b) 用鼠标左键点击对象。连续编辑多个对象的步骤是（to edit a succession of objects using the mouse）a) 选择main mode图标，再选择in

29、stant edit图标。b) 依次用鼠标左键点击各个对象。以特定的编辑模式编辑对象的步骤是（to edit an object and access special edit modes:）a) 指向对象。b) 使用键盘ctrl+e。通过元件的名称编辑元件的步骤如下（to edit a component by name:）a) 键入e。b) 在弹出的对话框中输入元件的名称（part id）。确定后将会弹出该项目中任何元件的编辑对话框，并非只限于当前sheet的元件。编辑完后，画面将会以该元件为中心重新显示。你可以通过该方式来定位一个元件，即便你并不想对其进行编辑。编辑对象标签（editin

30、g an object label）元件、端点、线和总线标签都可以像元件一样编辑。编辑单个对象标签的步骤是（to edit a single object label using the mouse:）a) 选中对象标签。b) 用鼠标左键点击对象。连续编辑多个对象标签的步骤是（to edit a succession of object labels using the mouse:）a) 选择main mode图标，再选择instant edit图标。b) 依次用鼠标左键点击各个标签。任何一种方式，都将弹出一个带有label and style栏的对话框窗体。拷贝所有选中的对象（copyin

31、g all tagged objects）拷贝一整块电路的方式（to copy a section of circuitry:）a) 选中需要的对象。b) 用鼠标左键点击copy图标。c) 把拷贝的轮廓拖到需要的位置，点击鼠标左键放置拷贝。d) 重复步骤3放置多个拷贝。e) 点击鼠标右键结束。当一组元件被拷贝后，他们的标注自动重置为随机态，用来为下一步的自动标注做准备，防止出现重复的元件标注。移动所有选中的对象（moving all tagged objects）移动一组对象的步骤是（to move a set of objects:）a) 选中需要的对象。b) 把轮廓拖到需要的位置，点击鼠标

32、左键放置。你可以使用块移动的方式来移动一组导线，而不移动任何对象。删除所有选中的对象（deleting all tagged objects）删除一组对象的步骤是（to delete a group of objects:）a) 选中需要的对象。b) 用鼠标左键点击delete图标。如果错误删除了对象，可以使用undo命令来恢复原状。画线（wiring up）画线（wire placement）你一定发现没有画线的图标按钮。这是因为isis的智能化足以在你想要画线的时候进行自动检测。这就省去了选择画线模式的麻烦。在两个对象间连线（to connect a wire between two ob

33、jects）a) 左击第一个对象连接点。b) 如果你想让isis自动定出走线路径，只需左击另一个连接点。另一方面，如果你想自己决定走线路径，只需在想要拐点处点击鼠标左键。一个连接点可以精确的连到一根线。在元件和终端的管脚末端都有连接点。一个圆点从中心出发有四个连接点，可以连四根线。由于一般都希望能连接到现有的线上，isis也将线视作连续的连接点。此外，一个连接点意味着3根线汇于一点，isis提供了一个圆点，避免由于错漏点而引起的混乱。在此过程的任何一个阶段，你都可以按esc来放弃画线。线路自动路径器（wire auto-router）线路自动路径器(war)为你省去了必须标明每根线具体路径的麻

34、烦。该功能默认是打开的，但可通过两种途径方式略过该功能。如果你只是在两个连接点左击，war将选择一个合适的线径。但如果你点了一个连接点，然后点一个或几个非连接点的位置，isis将认为你在手工定线的路径，将会让你点击线的路径的每个角。路径是是通过左击另一个连接点来完成的。war可通过使用工具菜单里的war命令来关闭。这功能在你想在两个连接点间直接定出对角线时是很有用的。重复布线（wire repeat）假设你要连接一个8字节rom数据总线到电路图主要数据总线，你已将rom，总线和总线插入点如图 3.2.3放置。 图 3.2.3 rom，总线和总线插入点首先左击a，然后左击b，在ab间画一根水平线

35、。双击c，重复布线功能会被激活，自动在cd间布线。双击e、f，以下类同。重复布线完全复制了上一根线的路径。如果上一根线已经是自动重复布线将仍旧自动复制该路径。另一方面，如果上一根线为手工布线，那么将精确复制用于新的线。拖线（dragging wires）尽管线一般使用连接和拖的方法，但也有一些特殊方法可以使用。a) 如果你拖动线的一个角，那该角就随着鼠标指针移动。b) 如果你鼠标指向一个线段的中间或两端，就会出现一个角，然后可以拖动。注意：为了使后者能够工作，线所连的对象不能有标示，否则isis会认为你想拖该对象。c) 也可使用块移动命令来移动线段或线段组。移动线段或线段组（to move a

36、 wire segment or a group of segments）a) 在你想移动的线段周围拖出一个选择框。若该“框”为一个线段旁的一条线也是可以的。b) 左击“移动”图标（在工具箱里）。c) 如图标所示的相反方向垂直于线段移动“选择框”（tag-box）。d) 左击结束。如果操作错误，可使undo命令返回。 图 3.2.4 移动“选择框”（tag-box）由于对象被移动后节点可能仍留在对象原来位置周围，isis提供一项技术来快速删除线中不需要的节点。从线中移走节点（to remove a kink from a wire）a) 选中（tag）要处理的线。b) 用鼠标指向节点一角，按下

37、左健。c) 拖动该角和自身重合。d) 松开鼠标左键。isis将从线中移走该节点。主窗口是一个标准windows窗口，除具有选择执行各种命令的顶部菜单和显示当前状态的底部状态条外，菜单下方有两个工具条，包含与菜单命令一一对应的快捷按钮，窗口左部还有一个工具箱，包含添加所有电路元件的快捷按钮。工具条、状态条和工具箱均可隐藏。这里的两个图分别是中文和英文主窗口。u 编辑区域的缩放proteus的缩放操作多种多样，极大地方便了我们的设计。常见的几种方式有：完全显示(或者按“f8”)、放大按钮(或者按“f6”)和缩小按钮(或者按“f7”)，拖放、取景、找中心 (或者按“f5”)。u 点状栅格和刷新编辑区

38、域的点状栅格，是为了方便元器件定位用的。鼠标指针在编辑区域移动时，移动的步长就是栅格的尺度，称为“snap(捕捉)”。这个功能可使元件依据栅格对齐。a) 显示和隐藏点状栅格点状栅格的显示和隐藏可以通过工具栏的按钮或者按快捷键的“g”来实现。鼠标移动的过程中，在编辑区的下面将出现栅格的坐标值，即坐标指示器，它显示横向的坐标值。因为坐标的原点在编辑区的中间，有的地方的坐标值比较大，不利于我们进行比较。此时可通过点击菜单命令“view”下的“origin”命令，也可以点击工具栏的按钮或者按快捷键“o”来自己定位新的坐标原点。b) 刷新编辑窗口显示正在编辑的电路原理图，可以通过执行菜单命令“view”

39、下的“redraw”命令来刷新显示内容，也可以点击工具栏的刷新命令按钮回或者快捷键“r”，与此同时预览窗口中的内容也将被刷新。它的用途是当执行一些命令导致显示错乱时，可以使用该命令恢复正常显示。 3.2.2 proteus软件的绘制原理图的方法 对象的添加和放置点击工具箱的元器件按钮，使其选中，再点击isis对象选择器左边中间的置p按钮，出现“pick devices” 对话框。在这个对话框里我们可以选择元器件和一些虚拟仪器。笔者以添加单片机pic16f877为例来说明怎么把元器件添加到编辑窗口的。在“gategory(器件种类)”下面，我们找到“micoprocessoric”选项，鼠标左键

40、点击一下，在对话框的右侧，我们会发现这里有大量常见的各种型号的单片机。找到单片机pic16f877，双击“pic16f877”。这样在左边的对象选择器就有了pic16f877这个元件了。点击一下这个元件，然后把鼠标指针移到右边的原理图编辑区的适当位置，点击鼠标的左键，就把pic16f877放到了原理图区。 放置电源及接地符号我们会发现许多器件没有vcc 和gnd引脚，其实他们隐藏了，在使用的时候可以不用加电源。如果需要加电源可以点击工具箱的接线端按钮，这时对象选择器将出现一些接线端。在器件选择器里点击ground，鼠标移到原理图编辑区，左键点击一下即可放置接地符号；同理也可以把电源符号powe

41、r放到原理图编辑区。 对象的编辑调整对象的位置和放置方向以及改变元器件的属性等，有选中、删除、拖动等基本操作，方法很简单，不再详细说明。其他操作还有：(a) 拖动标签：许多类型的对象有一个或多个属性标签附着。可以很容易地移动这些标签使电路图看起来更美观。移动标签的步骤如下：首先点击右键选中对象，然后用鼠标指向标签，按下鼠标左键。一直按着左键就可以拖动标签到你需要的位置，释放鼠标即可。(b) 对象的旋转：许多类型的对象可以调整旋转为0、90、270、360。或通过x轴y轴镜象旋转。当该类型对象被选中后，“旋转工具按钮”图标会从蓝色变为红色，然后就可以改变对象的放置方向。旋转的具体方法是：首先点击

42、右键选中对象，然后根据你的要求用鼠标左键点击旋转工具的4个按钮。(c) 编辑对象的属性：对象一般都具有文本属性，这些属性可以通过一个对话框进行编辑。编辑单个对象的具体方法是：先用鼠标右键点击选中对象，然后用鼠标左键点击对象，此时出现属性编辑对话框。也可以点击工具箱的按钮，再点击对象，也会出现编辑对话框。3.2.3 proteus软件仿真的方法单击仿真运行开始按钮，我们能清楚地观察到：电压探针的值在周期性的变化。单击仿真运行结束按钮，仿真结束。图 3.2.5 进行仿真的电路图单击仿真运行开始按钮，我们能清楚地观察到，弹出虚拟示波器，如图3.2.6。图 3.2.6 弹出虚拟示波器4 在proteu

43、s上实现滤波器仿真4.1 无源低通滤波器电路介绍、仿真过程及结果分析4.1.1 无源低通滤波器电路图4.1.1（a）为无源低通滤波电路，（b）为其幅频特性图。 图 4.1.1 无源低通滤波电路及其幅频特性4.1.2 在proteus上实现滤波器仿真的过程 将所需元器件加入到对象选择器窗口。单击对象选择器按钮，如图4.1.2所示。图 4.1.2 对象选择器弹出“pick devices”页面，在“keywords”输入pot-hg，系统在对象库中进行搜索查找，并将搜索结果显示在“results”中，如图4.1.3所示。在“results”栏中的列表项中，双击“pot-hg”，则可将“pot-hg

44、”添加至对象选择器窗口。接着在“keywords”栏中重新输入cap，如图4.1.4所示。双击搜索结果，则可将“cap”添加至对象选择器窗口。接着在“keywords”栏中重新输入switch。双击搜索结果，则可将“switch”添加至对象选择器窗口。经过以上操作，在对象选择器窗口中，已有了pot-hg、cap、switch三个元器件对象，若单击pot-hg，在预览窗口中，见到pot-hg的实物图；若单击cap，在预览窗口中，见到res的实物图；若单击switch，在预览窗口中，见到switch的实物图，如图4.1.5所示。此时，我们已注意到在绘图工具栏中的元器件按钮处于选中状态。 放置元器件

45、至图形编辑窗口在对象选择器窗口中，选中cap，将鼠标置于图形编辑窗口该对象的欲放位置，单击鼠标左键，该对象被完成放置。同理，将pot-hg和switch放置到图形编辑窗口中。如图4.1.6所示。图 4.1.3 “pick devices”页面 若对象位置需要移动，将鼠标移到该对象上，单击鼠标右键，此时我们已经注意到，该对象的颜色已变至红色，表明该对象已被选中，按下鼠标左键，拖动鼠标，将对象移至新位置后，松开鼠标，完成移动操作。 添加正弦波信号发生器、电压探针和接地引脚单击绘图工具栏中的信号发生器按钮，在对象选择器窗口，选中对象sine，如图4.1.7(a)所示。将其放置到图形编辑窗口。单击绘图

46、工具栏中的电压探针按钮，在图形编辑窗口，完成电压探针的添加，如图4.1.7(b)所示。单击绘图工具栏中的inter-sheet terminal按钮，在对象选择器窗口，选中对象ground，如图4.1.7(c)所示。将其放置到图形编辑窗口。 添加虚拟示波器单击绘图工具栏中的虚拟仪器按钮，在对象选择器窗口，选中对象logic analyser，如图4.1.8(a)所示；将其放置到图形编辑窗口,如图4.1.8（b）所示。 元器件之间的连线在图形编辑窗口，完成各对象的连线，如图4.1.9所示。图 4.1.4 “pick devices”页面图 4.1.5 对象选择器窗口图 4.1.6 放置元器件后的

47、图形编辑窗口 （a） (b) (c)图 4.1.7 对象选择器窗口 设置各元器件的属性在图形编辑窗口内，将鼠标置于正弦信号发生器上，单击鼠标右键，选中该对象，单击鼠标左键，进入对象属性编辑页面，如图4.1.10所示。在“frequencyhz”栏中输入2k，在“amplitude”栏中输入1单击“ok”按钮，结束设置。此番操作意味着，正弦信号发生器提供频率为2khz，幅度为1v的正弦信号。用同样的方法设置电容值为1nf，两个可调电阻的阻值均为20k，如图4.1.11和图4.1.12所示。 调试运行单击仿真运行开始按钮，我们能清楚地观察到，弹出虚拟示波器，如图4.1.13所示。若单击仿真结束按钮

48、，则结束仿真。 (a) (b)图 4.1.8 添加虚拟示波器图 4.1.9 对象的连线图 4.1.10 编辑正弦信号发生器图 4.1.11 电容的编辑图 4.1.12 可调电阻的编辑图 4.1.13 输入输出波形4.1.3 结果分析由前面对无源低通滤波器的参数的分析可知：（1）带负载后，通带放大倍数的数值减小，通带截止频率升高。（2）r值为10k，rl值为10k时，截止频率fp为32khz，通带放大倍数为0.5倍。故当输入信号频率为2khz，幅值为1v时，输出信号的频率为2khz，幅值为0.5v。仿真结果如图4.1.14所示；当输入信号频率为50khz，幅值为1v时，输出信号的频率为50khz

49、，幅值为0.27v，仿真结果如图4.1.15所示。由此可见，仿真结果和理论分析是一致的。图 4.1.14 输入信号频率为2khz时的输入输出波形图 4.1.15 输入信号频率为50khz时的输入输出波形 （3）当r值发生改变，或rl值发生改变，或两者都发生改变时，截止频率fp和通带放大倍数都会随之发生变化。例如，当r值为5k，rl值为10k时，截止频率fp为47.77khz，通带放大倍数为2/3倍。而电压放大倍数则随输入信号频率的改变而改变。例如输入信号频率为2khz时的仿真结果如图4.1.16所示。当r值为10k，rl值为5k时，截止频率fp为47.77khz，通带放大倍数为1/3倍，例如输

50、入信号频率为2khz时的仿真结果如图4.1.17所示。由此可见，仿真结果和理论分析是一致的。4.2 有源一阶低通滤波器电路介绍、仿真过程及结果分析4.2.1 一阶有源低通滤波器电路图4.2.1为有源一阶低通滤波电路和其幅频特性图。图 4.2.1 一阶有源低通滤波电路及其幅频特性图 4.1.16 当r值为5k，rl值为10k时的输入输出波形图 4.1.17 当r值为10k，rl值为5k时的输入输出波形4.2.2 在proteus上实现滤波器仿真的过程 电路图的绘制绘制电路图的方法可参考4.1.2，这里直接给出在proteus编辑窗口中绘制好的有源一阶低通滤波电路图，其中所有可调电阻的阻值均为20

51、khz，电容值为1nf，如图4.2.2所示。图 4.2.2 在proteus编辑窗口中绘制好的有源一阶低通滤波电路图 调试运行单击仿真运行开始按钮，我们能清楚地观察到，弹出虚拟示波器，如图4.2.3所示。若单击仿真结束按钮，则结束仿真。图 4.2.3 输入信号的频率为2khz时仿真输出波形4.2.3 结果分析由前面分析可得： ， ， ， 由此可知道截止频率fp只与r和c的值有关，即截止频率fp的值随着r和c的值变化而变化；通带放大倍数只与r1和r2的值有关。（1） 当可调电阻r的值为10k时，截止频率fp的值为16khz，当r1和r2的值均为10k时，通带放大倍数为2。电压放大倍数随着信号输入

52、频率的变化而变化。例如输入信号的频率为2khz时，通带放大倍数为2，仿真结果如图4.2.3所示；输入信号的频率为50khz时，电压放大倍数为0.6，仿真结果如图4.2.4所示。由此可见，仿真结果和理论分析是一致的。图 4.2.4 输入信号的频率为50khz时仿真输出波形（2） 当可调电阻的值为5k时，截止频率fp的值为32khz，当r1和r2的值均为10k时，通带放大倍数为2，电压放大倍数随着信号输入频率的变化而变化。例如输入信号的频率为2khz时，通带放大倍数为2，仿真结果如图4.2.5所示。由此可见，仿真结果和理论分析是一致的。图 4.2.5 输入信号的频率为2khz时的仿真输出波形输入信

53、号的频率为50khz时，电压放大倍数为1.1，仿真结果如图4.2.6所示。由此可见，仿真结果和理论分析是一致的。 图 4.2.6 输入信号的频率为50khz时的仿真输出波形结论经过长达三个月之久的设计和制作，本设计已经达到了预期的要求。本设计以proteus仿真软件为仿真平台对模拟滤波器进行研究。实现了在proteus仿真软件上绘制无源和有源滤波电路，提供虚拟示波器和信号源进行仿真，记录输出波形的变化，最后分析仿真结果的功能。本设计的优点是采用软件来仿真滤波器的输出，该方法使用灵活、效率高、极大地减轻了工作量，给教学及工程上对滤波器的研究提供了有力支持。本设计的不足之处是由于篇幅和本人水平的限

54、制只能着重记录了用proteus仿真软件绘制的几种简单模拟滤波器的电路图和提供信号源进行仿真的过程，忽略了较复杂的滤波电路的研究。致 谢在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师孟志永的热情关怀和悉心指导。在我撰写论文的过程中，孟老师倾注了大量的心血和汗水，孟老师平时工作非常繁忙，但是在这样劳累的情况下，老师依然对我们进行一丝不苟的悉心指导，对于我不太理解的软件部分，孟老师都曾给过非常大的帮助，耐心的讲解。孟老师特别为我们开课，讲解了软件的使用方法以及一些学习的方法，这些都让我收获很多。无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了孟老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，他们在软件