基于PROTEUS的应用课件

基于PROTEUS的应用课件第1页/共60页第七章：基于PROTEUS的应用目标:本章旨在向学员介绍PROTEUS仿真软件的安装运行及应用，通过本章的学习，学员应该掌握如下知识：

PROTEUS的功能特点ISIS的运用PROTEUSVSM仿真工具介绍

PROTEUS软件中的仿真调试方法学时：12.0学时教学方法：讲授ppt＋上机练习＋点评＋案例分析第2页/共60页7.1PROTEUS概述 Proteus软件是由英国Labcenter公司开发，作为一个从设计到完成的完整电子设计与仿真平台，由于其能实现电路仿真与处理器仿真的有机结合，为电子学的教学与实验提供了革命性的手段，现在已经被越来越多大学采用为电路、单片机与嵌入式系统实验室平台及创新平台。第3页/共60页7.1.1PROTEUS功能特点Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真（4）仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM等常用主流微处理器。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。

第4页/共60页7.1.2PROTEUS所提供的资源（1）Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。（2）Proteus可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。

（3）除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。

（4）Proteus可提供的调试手段

Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。

第5页/共60页7.1.3用PROTEUS实现软件仿真1）支持多种主流单片机系统的仿真

2）提供软件调试功能支持当前主流的第三方编译器，如KeiluVision2、KeiluVision3、IAREWARM、ADS1.2等。

3）提供丰富的外围接口器件及其仿真RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。这样很接近实际。在实际练习时，可以选择不同的方案。4）

提供丰富的虚拟仪器利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养实际硬件的调试能力。第6页/共60页7.1.4PROTEUS体系结构第7页/共60页7.1.5PROTEUSVSM的处理器模型第8页/共60页7.1.6PROTEUS元件库说明Device.lib包括电阻、电容、二极管、三极管和PCB的连接器符号ACTIVE.LIB包括虚拟仪器和有源器件DIODE.LIB包括二极管和整流桥DISPLAY.LIB包括LCD、LEDBIPOLAR.LIB包括三极管FET.LIB包括场效应管ASIMMDLS.LIB包括模拟元器件VALVES.LIB包括电子管ANALOG.LIB包括电源调节器、运放和数据采样ICCAPACITORS.LIB包括电容COMS.LIB包括4000系列ECL.LIB包括ECL10000系列MICRO.LIB包括通用微处理器OPAMP.LIB包括运算放大器RESISTORS.LIB包括电阻FAIRCHLD.LIB包括FAIRCHLD半导体公司的分立器件LINTEC.LIB包括LINTEC公司的运算放大器NATDAC.LIB包括国家半导体公司的数字采样器件NATOA.LIB包括国家半导体公司的运算放大器ZETEX.LIB包括ZETEX比较器TECOOR.LIB包括TECOOR公司的SCR和TRIACTEXOAC.LIB包括德州仪器公司的运算放大器和公司的分立器件第9页/共60页7.2PROTEUS7.1的安装PROTEUS的安装同大多数WINDOWS应用程序的安装类似。运行..\Proteus7.12\SETUP71.EXE文件，点击[NEXT]按钮：第10页/共60页7.2PROTEUS7.1的安装（续）出现PROTEUSPROFESSIONALLICENCEAGREEMENT画面，点击[YES]：第11页/共60页7.2PROTEUS7.1的安装（续）选择UsealocallyinstalledLicenceKey后,点击[NEXT]按钮:第12页/共60页7.2PROTEUS7.1的安装（续）提示查找Licence文件:第13页/共60页7.2PROTEUS7.1的安装（续）点击[BrowseForKeyFile]按钮，选择../crack/MAXIM_LICENCE.lxk文件:第14页/共60页7.2PROTEUS7.1的安装（续）点击[打开]按钮后，选中左边栏MAXIM，点击[install]按钮：第15页/共60页7.2PROTEUS7.1的安装（续）安装所有的Key文件，点击[是]按钮后，点击[close]按钮：第16页/共60页7.2PROTEUS7.1的安装（续）接下来默认点击[NEXT]按钮，来到选择安装路径画面:第17页/共60页7.2PROTEUS7.1的安装（续）选择安装组件，本章内容只需选择ProteusVSMSimulation:第18页/共60页7.2PROTEUS7.1的安装（续）单击[NEXT]按钮，开始安装:第19页/共60页7.2PROTEUS7.1的安装（续）安装完毕，点击[Finish]按钮退出:第20页/共60页7.2PROTEUS7.1的安装（续）安装完成后将../crack/BIN中的文件复制到安装目录的..\BIN下替换原有的文件。至此，安装PROTEUS7.1全部结束:第21页/共60页7.3ProteusVSMProteusVSM包括原理图输入系统ISIS、带扩展的ProSpice混合模型仿真器、动态器件库、高级图形分析模块、处理器虚拟系统仿真模型VSM。ISIS是Proteus系统的中心，是具有控制原理图画图的超强的设计环境。ProSpice

是ProteusVSM的核心，包含大量的虚拟仪器，是一个组合了SPICE3F5模拟仿真器核和基于快速事件驱动的数字仿真器的混合仿真系统。ProteusVSM最重要的特点是，它能把微处理器软件作用在处理器上，并和该处理器的任何模拟和数字器件协同仿真，仿真执行目标代码就象在真正的单片机系统上运行。第22页/共60页7.3.1启动ISIS启动ISIS的方法非常，只要运行ProteusISIS的执行程序即可。第23页/共60页7.3.2ISIS编辑界面简介菜单栏标题栏命令工具栏原理图编辑窗口预览窗口对象选择窗口状态栏仿真控制按钮旋转、镜像控制按钮模式选择工具栏对象选择器第24页/共60页7.3.3系统原理设计新建设计文件：运行ISIS会自动打开一个空白文件，也可以执行菜单命令“File->NewDesign”，或者选择工具栏中的按钮。文件默认名是“UNTITLED.DSN”，其图纸样式都是基于系统的默认设置，用户可以从SYSTEM菜单进行相应的设置。第25页/共60页7.3.3系统原理设计（续）放置元器件选择元器件：放置元器件之前，需要从元器件库中选择需要的元器件添加到对象选择器中，选择工具栏中的图标，并选择对象选择器中的P按钮。从元器件对话框中选择元器件，也可直接在Keywords下输入元件名称查找。元件库元件列表元件预览Keywords编辑框第26页/共60页7.3.3系统原理设计（续）放置元器件放置元器件：在对象选择器中双击元器件添加到对象选择窗口后，就要在原理图中放置元器件。单击选中的元器件，同时在预览窗口中显示，在编辑窗口中单击，即可放置元器件。双击元器件第27页/共60页7.3.3系统原理设计（续）放置元器件编辑元器件属性：在编辑窗口中单击元器件，打开元器件的编辑对话框即可编辑。第28页/共60页7.3.3系统原理设计（续）对原理图布线：只需要直接单击两个元器件的连接点，即可自动定出走线路径并完成两连接点的连线操作。第29页/共60页7.3.3系统原理设计（续）对原理图进行电气规则检查：选择“Tools->ElectricalRuleCheck”菜单项，对原理图进行电气规则检查，生成报告单。第30页/共60页7.4Proteus仿真调试方法在仿真调试之前，需要安装第三方编译器驱动，并且需要配置第三方编译器及PROTEUS环境。本章所示例程皆针对第三方编译器KeiluVision2，驱动文件为..\Proteus7.12\Keil驱动目录下的vdmagdi.exe。亦可在Proteus官方网站http://www.labcenter.co.uk下载安装程序。第31页/共60页7.4.1驱动程序的安装安装vdmagdi.exe，其条件是在之前已安装KeiluV2或者uV3。第32页/共60页7.4.2Keil和Proteus配置首先启动proteus，打开要仿真的工程文件，然后配置proteus软件。选择“Debug->UseRemoteDebugMonitor”，即本地回环地址，当第一次选择是windows会提示是否解除阻止，一定选中解除阻止，否则网络无法建立连接。第33页/共60页7.4.2Keil和Proteus配置（续）调出编辑CPU属性的对话框，将其程序文件设置为空。程序文件为空，因为我们要直接利用Keil去控制Proteus第34页/共60页7.4.2Keil和Proteus配置（续）KeiluV2的设定，首先启动Proteus仿真项目对应的Keil中的工程，在工程工作区中选中“Target1”，并右击，选择“OptionforTarget1”。第35页/共60页7.4.2Keil和Proteus配置（续）选择“Device”选项卡，正确选择MCU类型，然后选择“Debug”选项卡，按图中所示进行设定。第36页/共60页7.4.2源代码级调试-汇编语言方式目前Proteus只支持调用汇编语言源程序。选择“Source->Add/RemoteSourceFiles”菜单项，添加汇编语言源程序。第37页/共60页7.4.2源代码级调试-汇编语言方式（续）单击“New”按钮增加源文件，扩展名为.asm。确认创建新文件。第38页/共60页7.4.2源代码级调试-汇编语言方式（续）单击“是”按钮后，返回到“Add/RemoteSourceFiles”对话框，设置代码产生工具，比如若是51系统，选择ASEM51工具。第39页/共60页7.4.2源代码级调试-汇编语言方式（续）需要通过“Source”菜单编辑其源程序，启动源程序编辑器，将源程序文件录入。（可以替换系统自带的编辑器。）第40页/共60页7.4.2源代码级调试-汇编语言方式（续）选择“Source->BuildAll”编译代码，如果出现命令行错误，选择“Source->DefineCodeGenerationTools”,按图所示修改。这样修改第41页/共60页7.4.2源代码级调试-汇编语言方式（续）编译成功后，生成.hex文件后，即可加载。调出CPU属性对话框，设定其程序文件。添加可执行文件第42页/共60页7.4.2源代码级调试-汇编语言方式（续）在设定好CPU程序文件后，就可以开始仿真。仿真所对应的所有功能菜单为“Debug”菜单。第43页/共60页7.4.3源代码级调试-C51语言方式在程序文件对话框中，所支持的文件类型有：InterHexFiles、OMF51Files、UBROFFiles三种类型。我们通常使用的HEX格式文件，没有包含足够信息，所以不允许单步调试。OMF51及UBROF格式文件包含所有指令和调试信息，允许全速、单步、设置断点、观察变量等调试功能。其中OMF51是Keil所支持的文件格式，UBROF是IAR编译器所支持的文件格式。第44页/共60页7.4.3源代码级调试-C51语言方式（续）在Keil中打开相应的工程项目，选中“Target1”，右击打开“OptionsforTarget’Target1’”，继续选择“Output”选项卡，完成如图设置。不输出HEX格式文件输出OMF格式文件第45页/共60页7.4.3源代码级调试-C51语言方式（续）在Proteus中打开仿真文件，将程序文件设置成OMF格式，然后就可以调试了。添加可执行文件第46页/共60页实例1：[基于中断的十进制计数器]实例目的：进一步学习单片机实现中断的原理，并完成应用程序的编制，对不同工作模式及中断系统的优先级深入理解。实例内容：学习使用Proteus、Keil软件，掌握绘制原理及编译程序。编制外部中断程序，以及在电平触发和下降沿触发不同模式下的程序实例步骤：在Proteus中绘制原理图。在Proteus中输入程序，并编译通过。加载程序，观察各寄存器的变化及仿真结果。7.5项目实例第47页/共60页7.5.1实例1原理图及器件清单库文件数量标识名称MicroprocessorICs1U1AT89C51AnalogICs1U4ULN2003AResistors14R1~R14100RTTL74series1U27447Optoelectronics2---7SEG-COM-AN-GRNSpeakers&Sounders1BUZ1BUZZERSwitches&Relays2BUTTON1、BUTTON2BUTTON第48页/共60页实例2：[串行单工通信]实例目的：学习单片机串口通信原理，完成串行单工收发数据程序的编制。实例内容：学习使用Proteus、Keil软件，掌握绘制原理及编译程序。理解UART工作在模式1方式，完成串行发送和接收程序的编写。实例步骤：在Proteus中绘制原理图。在Proteus中输入程序，并编译通过。加载程序，观察各寄存器的变化及仿真结果。第49页/共60页7.5.2实例2原理图及器件清单库文件数量标识名称MicroprocessorICs2U1、U2AT89C51Resistors14R1~R14100RTTL74series2U3、U47447Optoelectronics2---7SEG-COM-AN-GRNSwitches&Relays8SWITCH1~SWITCH8SWITCHVirtualInstruments1虚拟终端第50页/共60页7.5.3练习练习：将实例2改为全双工串行通信,并且以查询和中断两种方式实现。如下图：第51页/共60页实例3：[字符型液晶显示]实例目的：通过字符型液晶显示器接口的设计与编程，掌握字符型液晶显示器的原理。实例内容：学习使用Proteus、Keil软件，掌握绘制原理及编译程序。理解字符型液晶的工作模式，完成与单片机系统的接口，完成对其读写的编程。实例步骤：在Proteus中绘制原理图。在Keil中输入程序，并编译通过。加载程序，观察各寄存器的变化及仿真结果。第52页/共60页7.5.4实例3原理图及器件清单库文件数量标识名称MicroprocessorICs1U1AT89C51TTL74series1U274LS373TTL74series1U374LS00Switches&Relays8SWITCH1