单片机仿真软件PROTEUS使用入门

1、Proteus介绍Proteus 软件是由英国 Labcenter Electronics 公司开发的EDA工具软件，已有近20年的历史，在全球得到了广泛应用。Proteus 软件的功能强大，它集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身，不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真，并且功能齐全，界面多彩，是近年来备受电子设计爱好者青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件。Proteus整体功能预览整体功能预览 Proteus软件和我们手头的其他电路设计仿真软件最大的不同即它的功能不是单一的。它的强大的元件库可以和任何电路设计软件相媲美；它的电路仿真功能可以和M

2、ultisim相媲美，且独特的单片机仿真功能是Multisim及其他任何仿真软件都不具备的；它的PCB电路制版功能可以和Protel相媲美。它的功能不但强大，而且每种功能都毫不逊于Protel，是广大电子设计爱好者难得的一个工具软件。ISIS智能原理图输入系统，系统设计与仿真的基 本平台。ARES 高级PCB布线编辑软件。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。Proteus 从原理图设计到PCB设计，再到电路板完成的流程如图1-2所示。 图1-2 Proteus 设计流程 最下面的图为根据设计的PCB加工而成的电路板和安装

3、焊接完成后的实际电路。可见，整个电路从设计到实际电路制作完成，通过Proteus一个软件即可完美实现。并且，它的仿真结果与实际误差很小，非常适合电子设计爱好者和高校学生自学使用，缩短了设计周期，降低了生产成本，提高了设计成功率。主菜单主菜单通用工具通用工具菜单菜单 Proteus的主界面简介的主界面简介专用专用工具工具菜单菜单PCB电路电路电路编辑窗口电路编辑窗口坐坐标标原原点点浏览浏览窗口窗口器件器件工具工具列表列表窗口窗口仿真按键仿真按键 Proteus的主菜单简介的主菜单简介 点击主菜单点击主菜单主菜单主菜单编编辑辑工工具具点击鼠标点击鼠标: 点击此键可取消左键的放置功能点击此键可取消左

4、键的放置功能,但可编辑对象但可编辑对象.选择元器件选择元器件: 在元件表选中器件在元件表选中器件,在编辑窗中移动鼠标在编辑窗中移动鼠标,点击左键放置器件点击左键放置器件.标注联接点标注联接点: 当两条连线交叉时当两条连线交叉时,放个接点表示连通放个接点表示连通.标志网络线标号标志网络线标号:电路联线可用网络标号代替电路联线可用网络标号代替,相同标号的线是相同的相同标号的线是相同的.放置文本说明放置文本说明: 是对电路的说明是对电路的说明,与电路仿真无关与电路仿真无关! 放置总线放置总线: 当多线并行简化联线当多线并行简化联线,用总线标示用总线标示.放置子电路放置子电路: 可将部分电路以子电路形

5、式画在另一图纸上可将部分电路以子电路形式画在另一图纸上.放置器件引脚放置器件引脚: 有普通有普通.反相反相.正时钟正时钟.反时钟反时钟.短引脚短引脚.总线总线放置图纸内部终端放置图纸内部终端: 有普通有普通.输入输入.输出输出.双向双向.电源电源.接地接地.总线总线.调调试试工工具具放置分析图放置分析图 : 有模拟有模拟.数字数字.混合混合.频率特性频率特性.传输特性传输特性.噪声分析等噪声分析等.放置录音机放置录音机: 可录可录/放声音文件放声音文件.放置电源放置电源.信号源信号源: 有直流电源有直流电源,正弦信号源正弦信号源,脉冲信号源等脉冲信号源等.放置电压探针放置电压探针: 显示网络线

6、上的电压显示网络线上的电压.放置电流探针放置电流探针: 串联在指定的网络线上串联在指定的网络线上,显示电流值显示电流值.放置虚拟仪器放置虚拟仪器: 有示波器有示波器.计数器计数器.RS232终端终端.SPI调试器调试器.I2C调试器调试器.信号发生器信号发生器. 图形发生器图形发生器.直流电压表直流电压表.直流电流表直流电流表,交流电压表交流电压表.交流电流表交流电流表.图图形形工工具具放置各种线放置各种线: 有器件有器件.引脚引脚.端口端口.图形线图形线.总线等总线等放置矩形框放置矩形框: 移动鼠标到框的一角移动鼠标到框的一角,按下左键拖动按下左键拖动,释放后完成释放后完成.放置圆形框放置圆

7、形框: 移动鼠标到圆心移动鼠标到圆心,按下左键拖动按下左键拖动,释放后完成释放后完成.放置圆弧线放置圆弧线: 鼠标移到起点鼠标移到起点,按下左键拖动按下左键拖动,释放后调整弧长释放后调整弧长,点击鼠标完成点击鼠标完成.画闭合多边形画闭合多边形: 鼠标移到起点鼠标移到起点,点击产生折点点击产生折点,闭合后完成闭合后完成.放置文字标签放置文字标签: 在编辑框放置说明文本标签在编辑框放置说明文本标签.放置特殊图形放置特殊图形: 可在库中选择各种图形可在库中选择各种图形放置特殊节点放置特殊节点: 可有原点可有原点.节点节点.标签引脚名标签引脚名.引脚号引脚号.Proteus选择图标简介选择图标简介Pr

8、oteus元件库简介元件库简介搜索关键词搜索关键词元件分类元件分类子分类子分类厂商厂商连接器连接器.插头插座库插头插座库 数据转换数据转换ADC.DAC 调试工具库调试工具库 可编程逻辑器件可编程逻辑器件 电电 阻阻 简单模拟器件简单模拟器件 扬声器扬声器.音响器件音响器件555模拟集成电路库模拟集成电路库电容库电容库CMOS4000库库二极管库二极管库ECL1000库库电机库电机库电感库电感库拉普拉斯变换库拉普拉斯变换库存储器库存储器库微处理器库微处理器库混合类型库混合类型库简单模式库简单模式库运算放大库运算放大库光电器件库光电器件库开关和继电器开关和继电器开关器件库开关器件库热电子器件库热

9、电子器件库晶体管库晶体管库晶体管库晶体管库TTL74系列库系列库TTL74LS系列库系列库型号型号类型类型特性特性元件图形元件图形符号预览符号预览元件元件PCB封装预览封装预览确认键确认键555Proteus VSM仿真与分析仿真与分析Proteus 软件的ISIS原理图设计界面同时还支持电路仿真模式VSM(虚拟仿真模式)。当电路元件在调用时，我们选用具有动画演示功能的器件或具有仿真模型的器件，当电路连接完成无误后，直接运行仿真按钮，即可实现声、光、动等逼真的效果，以检验电路硬件及软件设计的对错，非常直观。Proteus VSM有两种不同的仿真方式：交互式仿真和基于图表的仿真。交互式仿真 实时

10、直观地反映电路设计的仿真结果；基于图表的仿真(ASF) 用来精确分析电路的各种性能，如频率特性、噪声特性等。Proteus VSM中的整个电路分析是在ISIS原理图设计模块下延续下来的，原理图中可以包含以下仿真工具：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 系统的多种激励信号源；虚拟仪器 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。1. 仿真工具 激励源DC：直流电压源。Sine：正弦波发生器。Pulse：脉冲发生器。Exp：指数脉冲发生器。SFFM：单频率调频波信号发生器。Pwlin：任意分段线性脉冲信号发生器。File：File信号发生器，数据来源于AS

11、CII文件。Audio：音频信号发生器，数据来源于wav文件。DState：单稳态逻辑电平发生器。DEdge：单边沿信号发生器。DPulse：单周期数字脉冲发生器。DClock：数字时钟信号发生器。DPattern：模式信号发生器。Proteus 激励源的可编辑格式示例如图1-3所示。 图1-3 Proteus 激励源的可编辑格式示例2. 仿真工具 虚拟仪器虚拟示波器(OSCILLOSCOPE)。逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER)。计数器、定时器(COUNTER TIMER)。虚拟终端(VIRUAL TERMINAL)。信号发生器(SIGNAL GENERATOR)。模式发生器(PAT

12、TERN GENERATOR)。交直流电压表和电流表(AC/DC voltmeters/ammeters)。SPI调试器(SPI DEBUGGER)。I2C调试器(I2C DEBUGGER)。Proteus 的部分虚拟仪器(虚拟终端显示器、四通道示波器和SPI、I2C调试器) Proteus 激励源的可编辑格式示例如图1-3所示。 图1-3 Proteus 激励源的可编辑格式示例3. 交互式仿真实例(741放大电路) 高级仿真(ASF)实例(741放大电路分析)如图1-5所示。 激励源激励源 电压探针电压探针 虚拟仪器虚拟仪器 v图1-5 741放大电路分析 噪声分析：显示随频率变化的输出噪声

13、和等效输入噪声电压，并列出电路各部分所产生的噪声电压清单。741放大电路的噪声分析如图1-6所示。 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变化的二次和三次谐波失真电平。741放大电路的失真分析如图1-7所示。 图1-6 741放大电路的噪声分析图1-7 741放大电路的失真分析 4. Proteus微处理器系统仿真 单片机系统的仿真是Proteus VSM的主要特色。用户可在Proteus中直接编辑、编译、调试代码，并直观地看到仿真结果。 CPU模型有ARM7(LPC21xx)、PIC、Atmel AVR、Motorola HCXX以及8051/8052

14、系列。同时模型库中包含了LED/LCD显示、键盘、按钮、开关、常用电机等通用外围设备。VSM甚至能仿真多个CPU，它能便利处理含两个或两个以上微控制器的系统设计。 下面看一个微处理器系统仿真与分析实例 交互式仿真显示系统输出结果，如图1-8所示。图1-8 微处理器交互仿真实例 实实时时显显示示系系统统输输出出结结果果 实实时时显显示示元元器器件件 引引脚脚电电平平 原理图中的P1为虚拟串口，通过适当设置和引用，可以直接实现模拟与实际电路一样的串行通信效果，避免了涉及外围及与PC之间的通信无法实现的情况。 在Proteus中，虚拟元件及虚拟仪器的种类很多，我们不必担心单片机与上位机之间的通信如何

15、来仿真的问题。图1-9 虚拟仿真电路与外部实际电路的双向通信 实实际际温温度度测测量量板板 PC串串行行口口 串串行行电电缆缆 5. Proteus与Keil联调 Proteus与汇编程序调试软件Keil可实现联调，在微处理器运行中，如果发现程序有问题，可直接在Proteus 的菜单中打开Keil对程序进行修改，如图1-10所示。图1-10 Proteus与Keil的联调 Keil处于运行状态处于运行状态 图1-13为ISIS 7 Professional 运行时的界面。图1-13 ISIS 7 Professional 运行时的界面 1. 元件的拾取ISIS Professional的编辑界

16、面如图1-14所示。图1-14 ISIS Professional的编辑界面 用鼠标左键单击界面左侧预览窗口下面的“P”按钮，如图1-14所示，弹出“Pick Devices”(元件拾取)对话框，如图1-15所示。图1-15 元件拾取对话框 ISIS 7 Professional的元件拾取就是把元件从元件拾取对话框中拾取到图形编辑界面的对象选择器中。元件拾取共有两种办法。 (1) 按类别查找和拾取元件 元件通常以其英文名称或器件代号在库中存放。我们在取一个元件时，首先要清楚它属于哪一大类，然后还要知道它归属哪一子类，这样就缩小了查找范围，然后在子类所列出的元件中逐个查找，根据显示的元件 符号、

17、参数来判断是否找到了所需要的元件。双击找到的元件名，该元件便拾取到编辑界面中了。 拾取元件对话框共分四部分，左侧从上到下分别为直接查找时的名称输入、分类查找时的大类列表、子类列表和生产厂家列表。中间为查到的元件。 列表。右侧自上而下分别为元件图形和元件封装，图1-16中的元件没有显示封装。图1-16 分类拾取元件示意图(2) 直接查找和拾取元件 把元件名的全称或部分输入到Pick Devices(元件拾取)对话框中的“Keywords”栏，在中间的查找结果“Results”中显示所有电容元件列表，用鼠标拖动右边的滚动条，出现灰色标示的元件即为找到的匹配元件，如图1-17所示。 这种方法主要用于

18、对元件名熟悉之后，为节约时间而直接查找。对于初学者来说，还是分类查找比较好，一是不用记太多的元件名，二是对元件的分类有一个清楚的概念，利于以后对大量元件的拾取。图1-17 直接拾取元件示意图 按照电容的拾取方法，依次把五个元件拾取到编辑界面的对象选择器中，然后关闭元件拾取对话框。元件拾取后的界面如图1-18所示。图1-18 元件拾取后的界面 下面把元件从对象选择器中放置到图形编辑区中。用鼠标单击对象选择区中的某一元件名，把鼠标指针移动到图形编辑区，双击鼠标左键，元件即被放置到编辑区中。电阻要放置两次，因为本例中用到两个电阻。放置后的界面如图1-19所示。图1-19 元件放置后的界面2. 编辑窗

19、口视野控制 学会合理控制编辑区的视野是元件编辑和电路连接进行前的首要工作。 编辑窗口的视野平移可用以下方法： 在原理图编辑区的蓝色方框内，把鼠标指针放置在一个地方后，按下“F5”，则以鼠标指针为中心显示图形。 当图形不能全部显示出来时，按住“Shift”键，移动鼠标指针到上、下、左、右边界，则图形自动平移。 快速显示想要显示的图形部分时，把鼠标指向左上预览窗口中某处，并单击鼠标左键，则编辑窗口内图形自动移动到指定位置。 另外还有两个图标，用于显示整个图形，以鼠标所选窗口为中心显示图形。 编辑窗口的视野缩放用以下方法： 先把鼠标指针放置到原理图编辑区内的蓝色框内，上下滚动鼠标滚轮即可缩放视野。如

20、果没有鼠标滚轮，可使用图标 和 来放大和缩小编辑窗口内的图形。 放置鼠标指针到编辑窗口内想要放大或缩小的地方，按“F6”(放大)或“F7”(缩小)放大或缩小图形，按“F8”显示整个图形。 按住“Shift”键，在编辑窗口内单击鼠标左键，拖出一个欲显示的窗口。3. 元件位置的调整和参数的修改 在编辑区的元件上单击鼠标左键选中元件(为红色)，在选中的元件上再次单击鼠标右键则删除该元件，而在元件以外的区域内单击右键则取消选择。元件误删除后可用图标 找回。单个元件选中后，单击鼠标左键不松可以拖动该元件。群选使用鼠标左键拖出一个选择区域，使用图标 来整体移动。使用图标 可整体复制，图标 用来刷新图面。

21、按图1-20所示元件位置布置好元件。使用界面左下方的四个图标 、 、 、 可改变元件的方向及对称性。把两位开关调整成图示的方位。图1-20 元件布置 改变元件参数： 左键双击原理图编辑区中的电阻R1，弹出“Edit Component”(元件属性设置)对话框，把R1的Resistance(阻值)由10k改为1k，把R2的阻值由10k改为100(缺省单位为)。 Edit Component(元件属性设置)对话框如图1-21所示。图1-21 元件属性设置对话框 注意到每个元件的旁边显示灰色的“”，为了使电路图清晰，可以取消此文字显示。双击此文字，打开一个对话框，如图1-22所示。在该对话框中选择“

22、Style”，先取消选择“Visible”右边的“Follow Global”选项，再取消选择“Visible”选项，单击“OK”即可。图1-22 “TEXT”属性设置对话框 也可在元件调用前，直接选择主菜单中的【Template】【Set Design Defaults】打开画图模板设置选项，如图1-23所示。图1-23 打开模板设计对话框 接着出现Edit Design Defaults(编辑模板设计)对话框，如图1-24所示。在“Show hidden text”选项中把对勾去掉，然后单击“OK”即可。每个元件的旁边不再显示灰色的“”。图1-24 编辑模板设计对话框4. 电路连线 电路连

23、线采用按格点捕捉和自动连线的形式，所以首先确定编辑窗口上方的自动连线图标 和自动捕捉图标 为按下状态。Proteus的连线是非常智能的，它会判断你下一步的操作是否想连线从而自动连线，而不需要选择连线的操作，只需用鼠标左键单击编辑区元件的一个端点拖动到要连接的另外一个元件的端点，先松开左键后再单击鼠标左键，即完成一根连线。如果要删除一根连线，右键双击连线即可。按图标 取消背景格点显示，如图1-25所示。 连线完成后，如果再想回到拾取元件状态，按下左侧工具栏中的“元件拾取”图标 即可，如图1-26所 示。记住按一下存盘图标。图1-25 连接好的电路原理图 图1-26 重新回到元件拾取界面 5. 电路的动态仿真 前面我们已经完成了电路原理图的设计和连接，下面来看看电路的仿真效果。 首先在主菜单“System”“Set Animation Options”中设置仿真时电压及电流的颜色及方向，如图1-27所示。图1-27 Animated Circuits Configuration对话框 6. 文件的保存 在设计过程中要养成不断存盘的好习惯，以免突发事件而造成事倍功半的效果，影响学习情绪。最好先建立一个存放“*