第1章 Proteus快速入门课件

1.1Proteus整体功能预览 1.1.1集成化的电路虚拟仿真软件——Proteus 1.1.2ProteusVSM仿真与分析 1.1.3ProteusARES的应用预览功能 1.2Proteus跟我做 1.2.1Proteus软件的安装与运行 1.2.2一阶动态电路的设计与仿真 1.2.3异步四位二进制计数器的设计及仿真 1.2.489C51与8255接口电路的调试及仿真

第1章Proteus快速入门

Proteus软件是由英国

LabcenterElectronics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。第1章Proteus快速入门1.1Proteus整体功能预览

1.1.1集成化的电路虚拟仿真软件——Proteus

Proteus是一个基于ProSPICE混合模型仿真器的、完整的嵌入式系统软硬件设计仿真平台。它包含ISIS和ARES应用软件，具体功能分布如图所示。第1章Proteus快速入门(1)ISIS——

智能原理图输入系统，系统设计与仿真的基本平台。

(2)

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所示。第1章Proteus快速入门第1章Proteus快速入门1.1.2ProteusVSM仿真与分析第1章Proteus快速入门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)。ProteusVSM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。ProteusVSM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。第1章Proteus快速入门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ASCII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。第1章Proteus快速入门Proteus激励源的可编辑格式示例如图所示：第1章Proteus快速入门2.仿真工具——

虚拟仪器虚拟示波器(OSCILLOSCOPE)。逻辑分析仪(LOGICANALYSER)。计数器、定时器(COUNTERTIMER)。虚拟终端(VIRUALTERMINAL)。信号发生器(SIGNALGENERATOR)。模式发生器(PATTERNGENERATOR)。交直流电压表和电流表(AC/DCvoltmeters/ammeters)。SPI调试器(SPIDEBUGGER)。I2C调试器(I2CDEBUGGER)。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)如下图所示。第1章Proteus快速入门第1章Proteus快速入门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)如图所示。第1章Proteus快速入门噪声分析：显示随频率变化的输出噪声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1-6741放大电路的噪声分析

图1-7741放大电路的失真分析第1章Proteus快速入门4.Proteus微处理器系统仿真单片机系统的仿真是ProteusVSM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、AtmelAVR、MotorolaHCXX以及8051/8052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，如图所示。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。第1章Proteus快速入门图1-8微处理器交互仿真实例第1章Proteus快速入门第1章Proteus快速入门

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。第1章Proteus快速入门1.1.3ProteusARES的应用预览功能Proteus的ARES软件具有PCB(印刷电路板)设计的强大功能。Proteus支持PCB板的三维预览，便于观察器件布局和展示设计结果，如图1-11所示。第1章Proteus快速入门1.2Proteus跟我做1.2.1Proteus软件的安装与运行

先按要求把Proteus软件安装到计算机上，安装结束后，在桌面的“开始”程序菜单中，单击运行原理图(ISIS7Professional)或PCB(ARE7Professional)设计界面。ISIS7Professional在程序中的位置如图所示。

第1章Proteus快速入门图1-13为ISIS7Professional运行时的界面。第1章Proteus快速入门1.2.2一阶动态电路的设计与仿真

学习软件的最大困惑是，想一下子能够上手，但看到层层叠叠的英文菜单和详细的教程却望而生畏，最后会因没有足够的耐心而失去兴趣，半途而废。其实，对于初学者，我们不必了解软件的全部功能，只要能够把握它的核心和宗旨的东西，拿来就能用，能快速玩转，是最开心不过的了。至于内部的详细功能，等有了兴趣和信心之后，再具体学习即可。先从最简单的电路入手，来设计一个电容充放电电路，并通过电路仿真观察其电流流向和灯的亮灭。大家跟我做，一步一步来，一会儿你会找到一种成就感。第1章Proteus快速入门1.元件的拾取在桌面上选择【开始】→【程序】→“Proteus7Professional”，单击蓝色图标“ISIS7Professional”打开应用程序。ISISProfessional的编辑界面如图1-14所示。在弹出的对话框中选择“No”，选中“以后不再显示此对话框”复选框，关闭弹出提示。第1章Proteus快速入门本例所用到的元件清单如表1-1所示。表1-1元件清单第1章Proteus快速入门单击界面左侧预览窗口下面的“P”按钮，如图1-14所示，弹出“PickDevices”(元件拾取)对话框，如图1-15所示。ISIS7Professional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。第1章Proteus快速入门(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。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，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、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。按照表1-1中的顺序来依次拾取元件。首先是充电电容CAPACITOR，在图1-15中打开的元件拾取对话框中，在“Category”类中选中“Capacitors”电容类，在下方的“Sub-category”(子类)中选中“Animated”(可动画演示)，查询结果元件列表中只有一个元件，即要找的CAPACITOR，如图1-15所示。双击元件名，元件即被选入编辑界面的元件区中了，如图1-16所示。如图选择一个元件后单击右下角的“OK”按钮，元件拾取后对话框关闭。连续取元件时不要单击“OK”按钮，直接双击元件名可继续。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和分类查找时的大类列表、子类列表、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。第1章Proteus快速入门第1章Proteus快速入门(2)直接查找和拾取元件把元件名的全称或部分输入到PickDevices(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。第1章Proteus快速入门这种方法主要用于对元件名熟悉之后，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。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。第1章Proteus快速入门下面把元件从对象选择器中放置到图形编辑区中。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。第1章Proteus快速入门2.编辑窗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”键，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。第1章Proteus快速入门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)键放大或缩小图形，按“F8”键显示整个图形。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。第1章Proteus快速入门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。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。

第1章Proteus快速入门先存一下盘。建立一个名为Proteus的目录，选主菜单File→SaveDesignAs，在打开的对话框中把文件保存为Proteus目录下的“Cap1.DSN”，只用输入“Cap1”，扩展名系统自动添加。下面改变元件参数。双击原理图编辑区中的电阻R1，弹出“EditComponent”(元件属性设置)对话框，把R1的Resistance(阻值)由10kΩ改为1kΩ，把R2的阻值由10kΩ改为100Ω(默认单位为Ω)。EditComponent对话框如图1-21所示。第1章Proteus快速入门注意到每个元件的旁边显示灰色的“<TEXT>”，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“Style”，先取消选择“Visible”右边的“FollowGlobal”选项，再取消选择“Visible”选项，单击“OK”按钮即可。第1章Proteus快速入门也可在元件调用前，直接选择主菜单中的【Template】→【SetDesignDefaults…】打开画图模板设置选项，如图1-23所示。第1章Proteus快速入门接着出现EditDesignDefaults(编辑模板设置)对话框，如图1-24所示。在“Showhiddentext”选项中把对勾去掉，然后单击“OK”按钮即可。每个元件的旁边不再显示灰色的“<TEXT>”。第1章Proteus快速入门

4.电路连线电路连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，单击左侧工具栏中的“元件拾取”图标

即可，如图1-26所示。记住单击一下存盘图标。第1章Proteus快速入门图1-25连接好的电路原理图

图1-26重新回到元件拾取界面第1章Proteus快速入门

5.电路的动态仿真前面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”→“SetAnimationOptions”中设置仿真时电压及电流的颜色及方向，如图1-27所示。第1章Proteus快速入门在随后打开的对话框中，选择“ShowWireVoltagebyColour”和“ShowWireCurrentwithArrows”两项，即选择导线以红、蓝两色来表示电压的高低，以箭头标示来表示电流的流向。单击ProteusISIS环境中左下方的仿真控制按钮

中的运行按钮，开始仿真。仿真开始后，单击图中的开关，使其先把电容与电源接通，如图1-28所示。能清楚地看到电容充电的效果。接着单击开关，使其把电容与灯连通。看到灯闪了一下，如图1-29所示。由于充电时间常数为1秒，放电时间常数小一些，瞬间放电，所以灯亮的时间很短。如果放电时间常数再大，则不易观察到灯亮的效果。在运行时，可以来回拨动开关，反复观察充放电过程。单击仿真控制按钮中的停止按钮，仿真结束。第1章Proteus快速入门图1-28电容充电过程的仿真图1-29电容放电过程的仿真第1章Proteus快速入门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“*.DSN”文件的专用文件夹，你会发现在这个文件夹中，除了刚刚设计完成的“Cap1.DSN”文件外，还有很多其他扩展名的文件，可以统统删除。下次打开时，可直接双击“Cap1.DSN”文件，或先运行Proteus，再打开“Cap1.DSN”文件。第1章Proteus快速入门

7.变式演练下面来尝试自己动手设计一个电容充放电电路，如图1-30所示。与刚才的电路不同的是，这个电路选用了两个一位开关代替原来的一个两位开关；在充放电回路中分别串入了直流数字电流表，在电容两端并接了一个电压表，用于观察充放电过程中的电流及电压的变化；另外，放电回路中取消了放电电阻，充电电阻值和电容值也都有变化。第1章Proteus快速入门图1-30变式演练电路图第1章Proteus快速入门所用元件名称及所属的库文件如表1-2所示，可采取直接查询法来拾取表中元件。表1-2变式演练的元件清单第1章Proteus快速入门选取虚拟仪器图标

来获取直流电压表和电流表，如图1-31所示。由上而下的仪器分别为示波器(OSCILLOSCOPE)、逻辑分析仪(LOGICANALYSER)、计数定时器(COUNTERTIMER)、虚拟终端(VIRTUALTERMINAL)、信号发生器(SIGNALGENERATOR)、模式发生器(PATTERNGENERATOR)、直流电压表(DCVOLTMETER)、直流电流表(DCAMMETER)、交流电压表(ACVOLTMETER)和交流电流表(ACAMMETER)。两个电流表设置为毫安表，分别取名为AM1和AM2；电压表取名为VM1。双击电流表，出现如图1-32所示的EditComponent(属性设置)对话框，照图完成设置。第1章Proteus快速入门把此文件保存为“CAP2.DSN”。

在仿真时，注意观察电流表和电压表数值的变化。图1-31虚拟仪器菜单

图1-32毫安表的设置第1章Proteus快速入门

1.2.3异步四位二进制计数器的设计及仿真从上一节一阶动态电路的例子，我们已经对Proteus的基本功能有了初步的认识和了解。但是，还有一些疑问和不解没有解决。比如，怎么能知道哪些元件存放在哪些库里，怎么能知道所用元件的名称等。通过下面这个数字电路的设计实例，大家会有进一步的体会。如果已经具备了数字电子技术的知识，就会知道，这是一个异步时序逻辑电路，由四个触发器构成，这里选用JK触发器，把它们的JK端全接高电平，前一级的输出作为后一级的时钟信号。观察四个触发器输出端所组成的二进制数的变化是否为0～F(即0000～1111)。第1章Proteus快速入门

1.元件的拾取如果不知道所用元件的确切名字及所在的库，可以用查询的方法在所有库里海选。选择主菜单“Library”→“PickDevices”，或直接单击左侧工具箱中的图标

后再单击“P”按钮，打开如图1-33所示的对话框。第1章Proteus快速入门采用部分查找法，在所查找的元件名关键词中填写“JK”，所有“JK”触发器元件都被找出，列在图1-33的中间部分查询结果中。选中“JKFF(ACTIVE)”，即选中仿真库中的元件，单击“OK”按钮，元件拾取到对象选择器中。按表1-3所示，采用直接查询法，把所有元件都拾取到编辑区的元件列表中。表1-3元件清单列表第1章Proteus快速入门

2.元件连线先放置一个JK触发器。选中左侧电源和接地图标

，单击“POWER”，一个箭头形状的标准数字直流电源(即高电平)出现在元件预览区，拖出后与触发器的JK端接上，如图1-34所示。第1章Proteus快速入门因为四个触发器的JK端接法都一样，故采取复制法画其他三个触发器。用左键选中刚才所画的图形，选取上方的复制按钮

，连续单击鼠标3次，得到如图1-35所示的图形。第1章Proteus快速入门接下来，把前一个触发器的输出端

连接到下一个触发器的时钟CLK端上。再把时钟“CLOCK”拖出，连在第一个触发器的CLK输入端上，如图1-36所示。如果是下降沿触发的触发器，则把前一个触发器的Q端连到下一个触发器的时钟CLK端上。把该电路保存为“Counter.DSN”。第1章Proteus快速入门

3.电路的动态仿真为了观察计数器计数的动态过程，我们在每个触发器的输出端Q连接一个逻辑电平探测器，能够显示0和1。把LOGICPROBE(BIG)元件拖到图形编辑区内，连续双击鼠标3次，得到四个逻辑探测器。分别接到每个JK触发器的输出端Q上。最后一个触发器为最高位(MSB)。同时，把七段数码显示拖入编辑区。数码管的最左端是高位，分别和各触发器的输出端Q相连，如图1-37所示。第1章Proteus快速入门图1-37加上逻辑电平探测器和七段数码管后的电路第1章Proteus快速入门按下仿真运行按钮，四个逻辑探测器组成的四位二进制数从0000～1111变化，而七段数码管则显示0～F。另外，还观察到每个器件的连线端都有红蓝两色小方块来显示该端的电平变化，红色为高电平，蓝色为低电平。

如图1-38所示，十六进制计数器计到14，显示“E”。第1章Proteus快速入门

4.电路波形的生成有时为了方便分析，还会在已绘制好的图中加上波形图。在一个波形图中，可以插入多个观测点的波形，它们既可以是数字波形，又可以是模拟波形或是其他形式的波形。现在我们想把上图中四个触发器的输出端Q的波形分别显示出来。首先要把一个电压探针接在被测点，左侧图标

和

分别为电压和电流探针。四个电压探针分别命名为Q1、Q2、Q3和Q4。单击左侧图标

，选择插入波形的种类。如图1-39所示，选择数字波形(DIGITAL)或数字模拟混合波形(MIXED)。第1章Proteus快速入门接下来放置波形。选择主菜单【Graph】→【EditGraph】，在图形编辑区的下方单击鼠标左键拖出一个长方形波形区域，再次单击左键确定。选择【Graph】→【AddTrace】，添加轨迹，在弹出的对话框中，选择右侧的数字(Digital)波形，选中ProbeP1中的Q1(电压探针加上后，所有探针的名称自动出现在这里)，单击“OK”按钮(如图1-40所示)，Q1的坐标出现在波形图中。继续选择【Graph】→【AddTrace】，选中Q2，重复上一步骤，直到四点波形坐标都加到图形中为止。选择主菜单【Graph】→【EditGraph】，把波形标题更改为“DIGITALANALYSIS”(数字波形分析)，把停止时间改为16，如图1-41所示。第1章Proteus快速入门图1-40加入Q1的轨迹

图1-41修改波形标题横坐标单位第1章Proteus快速入门选择“Graph”→“SimulateGraph”或按空格键，生成波形。不需要运行仿真，只要执行此命令，四个探测点的波形就自动生成了，如图1-42所示。这种波形不同于示波器显示的波形，它能够静态地保留在原理图中，供读者分析或随图形一起输出打印。当按下空格键后，它可以再次刷新生成。左击波形图的绿色标题栏部分，可全屏显示波形，并可根据全屏显示的菜单更改波形及背景的颜色，拉动竖线，在左侧查看各时刻各观测点电平的高低等。第1章Proteus快速入门

5.变式演练设计一个555多谐