Proteus仿真实验.ppt

1、1,Proteus仿真实验,第三章 电路仿真实验,电子电路设计仿真测试课件 一,2,概述1,仿真就是利用电子器件的数学模型通过计算和分析来表现电路工作状态的一种手段。具有成本低，设计调试周期短，避免器件浪费等特点。特别适合于实验教学，可以在较短的时间内让学生掌握更多的概念。 仿真的真实程度取决于器件模型的逼真程度，一个较好的仿真系统虽不能百分之白替代实际器件的实验，但对实际电路的设计调试是有很多帮助的。,3,概述2,仿真分为实时仿真和非实时仿真。实时仿真是利用虚拟仪器（如信号发生器、示波器、电压表、电流表等）实时跟踪电路状态变化的仿真模式，在这种模式下必须不停地进行分析和计算工作。和实际实验很

2、相似，比较真实，计算工作量大对计算速度有较高的要求，或者说在同样的机器速度下被仿真的电路频率比较低。,4,概述3,非实时仿真是将分析计算过程与观察过程分开的仿真模式。根据设置的电路条件，首先对电路进行分析计算，将计算结果保持下来绘制成图表显示在屏幕上，在观察分析过程中不再进行计算工作。这种方式可以在较慢的机器上仿真较高的频率特性，因为分析计算的时间可以被拉长,5,概述4,数字电路的仿真和模拟电路的仿真有很大的不同，数字逻辑电路仿真只在时钟变化时捕捉电路的状态，对信号过冲、信号变形可能忽略而不考虑，计算工作量大大减小，模拟电路在每个信号周期内都要进行很多次的计算和分析，所以计算工作量很大，每个周

3、期的计算点数时可以设置的，不要设置的太高。,6,准备工作,放置信号源，放置虚拟仪器、选择测试点，连接测量仪表的输入端到被测点上，注意信号源要接地，示波器没有接地线，测量结果是相对GND的波形，电压表测量的是两线之间电位差，电流表则串接在电路中。 电压、电流探针可以作为实时工具，在仿真执行时电压探针显示的是所指的线相对于地线GND的值，电流探针显示的是所指连线的电流，相当于串联在电路中。 在Design菜单下，选择Configure Power Rails 弹出对话框，可以选择网络标号所对应的电压(如设置GND VCC的电压值等)，这样可以给调试带来很大的方便。,7,设置动画选项,在System

4、菜单下，选择Set Animation Options 弹出对话框，在Animation栏有四个项 在探针上显示电压和电流。 显示引脚逻辑状态，被选中后在仿真时数字电路引脚上会出现一个小方块，表示当前的逻辑状态，蓝色表示低电平“0”，红色表示高电平“1”。 用颜色显示电压值，被选中后仿真时用线颜色表示出电压的高低，浅绿色表示低电压，深红色表示高电压。 用尖头显示电流方向，被选中后仿真时，线上出现一个尖头表示出电流的方向。,8,仿真按钮,启动 单步 暂停 停止,在窗体下边,9,信号源有,直流电压源、正弦信号源、脉冲信号源、积分波形信号、频率调制信号。 手工勾画任意波形，数据文件波形，声音文件波形

5、等。,10,虚拟仪表,有示波器、计数器、RS232终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、图形发生器、直流电压表、直流电流表、交流电压表、交流电流表。 还有电压探针和电流探针。,11,实时仿真工具,在仿真执行过程中可以改变状态或参数的工具,12,状态检测工具与断点工具,小逻辑状态测试工具，逻辑1红色，逻辑0蓝色。 大逻辑状态测试工具，逻辑1红色，逻辑0蓝色。 在调试工具（Debugging tools）库中 断点工具，当被检测的线与设置值系统时，仿真暂停。 在调试工具（Debugging tools）库中 断点工具，当被检测的线与设置值系统时，仿真暂停。 在调试工具（Debugging

6、tools）库中 电压断点发生器，当被测线对地电压达到设定值时暂停 在调试工具（Debugging tools）库中 差动电压发生器，当被测线之间电压达到设定值时暂停 在调试工具（Debugging tools）库中,13,阵列式键盘,14,非实时仿真,模拟波形分析、数字波形分析、混合波形分析是在时域内对信号进行波形显示和分析。X轴显示时间，Y轴显示被选择信号的幅度。操作步骤如下： 在电路的被测试点上添加电压探针或电流探针。 在编辑窗添加时域分析图形。 点击图形上边的色条，打开图形界面，快捷键下图所示。 点击图标1修改图形坐标属性。 点击图标2选择显示波形的测试点。 点击图标3执行模拟功能，显

7、示采集的波形。,15,模拟信号分析图,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,16,点击图标4 波形左移，点击图标5 波形右移，点击图标6波形放大，点击图标7波形缩小，点击图形8 整图显示，点击图形9显示选中的区域，点击图标10显示模拟进程。 点击图形窗口显示读数标尺线，按下鼠标左键标尺线随鼠标移动，同时在下边窗口显示标出线对应的波形数据值。这样可以准确读出波形的参数。 数字波形分析和模拟波形分析在形式上是一样的，只是在计算过程中数字分析有更快的计算速度，因为不需要考虑波形的过渡状态,17,频率特性分析,频率特性分析时用来测量电路的频率响应，图形的X坐标是增益（单位是dB），Y坐标是频率。如

8、图是单管放大器从基极输入信号的频率响应曲线。,18,频率特性分析图,19,传输特性分析,传输特性分析是用来分析半导体器件如三极管的传输特性的工具。如图所示是三极管的传输特性曲线IB的变化间隔是20uA，电压6伏时，IC变化2mA电流放大倍数是100，曲线非常平直，饱和压降0.4伏，可见是一个比较理想管子。,20,三极管传输特性图,21,微处理器的仿真,能够对微处理器进行仿真是PROTEUS系统的最突出的特点。在这个系统中可以通过仿真方式在计算机上执行各种微处理器的指令，与所连接的接口电路同时仿真实现对电路的快速调试。对微处理器程序的处理分以下几个步骤：,22,1 添加程序,打开主菜单的Sour

9、ce 其中有添加删除程序、选择代码生成工具、设置外部文本编辑器、建立所有文件的四个选项，其中前三项都弹出一个对话框。 主菜单 添加/删除源文件 选择代码生成工具 选择外部源文件编辑器 建立所有文件 选择的源文件名,23,添加源文件窗口,24,添加删除程序,选择与被调试电路对应的程序文本文件（.ASM）。 设置外部文本编辑器：是为了选择汇编语言的编辑工具，系统隐含的是PROTEUS系统自带的一个工具（SRCEDIT.EXE）。如果不喜欢可以修改，通过浏览按钮找到自己喜欢使用的文本编辑器工具。,25,选择代码生成工具窗口,26,定义代码编译工具,根据微处理器的语言类型不同选择合适的编译系统，当按下

10、建立所有的选项时利用这个工具将汇编语言文本文件翻译成机器代码（.HEX）文件。 如果不使用改系统提供的编译、编辑工具可以在定义代码编译工具的对话窗口中将左下角的选项选中，取消自动建立规则。,27,2、编译程序,如果使用系统提供的编辑、编译工具，当添加文件后在Source菜单下就会出现所选择的文件名，点击文件名就会打开编辑器，提供文件修改功能，完成修改后，选择建立所以的选项，如果文件无错误就产生了.HEX文件。如果设置成不使用系统提供的工具后Source下的所有功能将不需要。,28,添加和执行程序,鼠标移动到要选中器件上点击鼠标左键，器件变成红色表示被选中，再点击鼠标左键弹出如下对话框。在程序文

11、件下选择微处理器所需要的程序文件（.HEX），选择合适的工作频率即可确认。点击编辑窗下边的仿真按钮程序便可执行了。或者选择调试菜单Debug下的执行功能即可执行。,29,单片机添加程序窗口,30,数字钟程序执行结果,31,观察MCU内部状态,在程序执行后，点击暂停按钮，打开Debug菜单，下边出现几个窗口选项。在对应项前点击鼠标左键即可弹出此窗口，方便程序的调试。 在调试菜单下的指定执行时间，可以弹出窗口设置每次单步执行的时间。 弹出的监视窗口的字体比较小，如果不喜欢，在弹出窗口点击鼠标右键再弹出选择项，可以修改显示字符的大小和颜色,32,CPU特殊功能寄存器状态,33,片内数据存储器状态,3

12、4,电子电路设计仿真测试课件 二,音响放大器设计,35,教学目的,1、了解音响放大器的基本组成和工作原理，熟悉电路的设计过程。 2、掌握功率放大器的主要指标和设计与测试方法， 3、掌握电路设计和仿真软件的使用。 4、学习印刷电路板（PCB板）的设计。,36,1 音响放大器的组成,音响放大器的组成如图所示，包括：音频信号放大器，音调混响控制器，功率放大三个组成部分。,声电 转换,音频 放大器,音调 混响 控制器,功率 放大器,电声 转换,37,工作原理,声音是20Hz20KHz的振动波，要将声音信号放大必须先将声音转换成电信号，声音到电信号的转换通常用磁电式话筒或驻极体话筒来完成，输出的信号只有

13、几毫伏到几十毫伏。 音频信号放大器将话筒输出的电信号放大到几伏到十几伏。必须对20Hz20KHz的电信号都能够均匀放大，不产生幅度失真和频率失真。 音调控制电路的作用是对音频信号进行高音和低音提升和压低，达到不同的听觉效果。高低音分别控制，可以达到高音、低音同时提升和压低的效果。复杂的系统将音频范围设分为若干个频段由多个电位器对各个频段分别控制。 混响是用电子技术制造回声效果的电路，原理是将输出信号或输入信号取样、延迟、和后序声音叠加，从而产生回声效果，本设计中不考虑 。,38,2 设计任务与要求,用运算放大器和三级管设计一个音响放大器，要求： 1、输入灵敏度小于100mV，频率响应20Hz2

14、0KHz之间。 2、具有音调控制功能，高音和低音分别控制，提升和压缩大于20dB，提升时1KHz的信号增益保持基本不变。 3、输出功率大于1W。,39,音频放大电路设计,采用运算放大器完成音频放大电路的设计，设输入信号幅度100mV，输出信号幅度5伏，则放大倍数应该大于50倍，工作电源选择单12V供电。 为了增加输入阻抗采用同相放大，仿真结果表明单级运算放大器当增益达到50倍后由于反馈深度不够，高频通频带达不到要求，所以采用两级放大电路，RF1取10K、 RF2取20K，1R2、1R5取2K实际增益为61166倍,40,3.1 音频放大电路,41,音频放大电路频率特性,42,输入电阻的测量方法

15、,输入阻抗是反映电路输入特性的重要参数，可以通过在信号源和电路输入端串入电阻Rs来测量。 保持输入信号幅度不变，频率在通频带内（如1KHz），测量Rs上的电压Vs和输入电压Vi计算出输入电阻Ri。 Ri=（Vi/Vs）Rs,43,输入阻抗测量,ViVs/2 Vs5格20=100mV Rs10K 输入阻抗10K,44,3.2 音调控制电路要求,采用双电位器控制， 高音电位器中间，低音电位器中间，0dB 高音电位器置左端，高音提升20dB 高音电位器置右端，高音压低20dB 低音电位器置左端，低音提升20dB 低音电位器置右端，低音压低20dB 1KHz保持0dB基本不变。,45,音调控制电路,4

16、6,设计分析,采用双电位器音调控制电路，一个电位器控制高音，一个控制低音，要求提升和压低大于20dB，转折点在1KHz左右。 2R1 RV1 2R2 2C4 2C5的值决定低频 2C2、2C3、RV2的值决定高频特性； 低频端2R1决定高增益，2R2决定低增益 高频端2C2决定高增益、2C3决定低增益 2R3、2R4决定高频和低频的比例,47,频率特性测试,平坦通频带特性测试 高音提升与压低测试 低音提升与压低测试 高音、低音压低测试 高音、低音提升测试 高音压低、低音提升测试 高音提升、低音压低测试,48,高音低音中间时的特性,49,低音保持高音压低特性,50,低音提升高音压低,51,高音提

17、升低音提升,52,低音压低高音提升,53,高音压低低音压低,54,3.3 功率放大器设计,功率放大器的组成有以下三种形式 变压器耦合输出电路 无变压器耦合输出电路OTL 无电容耦合输出电路OCL,55,功率放大器的主要指标,输入输出阻抗 放大倍数（增益） 频率响应 输出功率和效率,56,功率放大器电路,57,频率响应的测量,改变输入信号频率，保持幅度不变，测量有负载输出信号幅度。绘制出输出幅度与输入信号频率之间的关系曲线（幅频特性曲线），当频率降低输出幅度降低到最大值的0.707倍时所对应的频率即时fL，当频率升高输出幅度降低到最大值的0.707倍时所对应的频率即时fH，fL到fH之间称为通频

18、带。 采用Proteus仿真有专门测量工具。包括以下步骤：a添加测试探针，b添加频率特性测试图，c设置测试参数，d运行测量，e结果分析,58,输出电阻的测量,可以通过接入不同的负载电阻测量输出电压来计算，也可以通过有负载和无负载的增益来计算。 保持输入信号幅度不变，频率在通频带内（如1KHz），不失真，测量无负载的输出幅度和有负载的输出幅度计算输出电阻。 Ro=(Vo-VoL)RL/VoL Vo 是空载输出电压，VoL是有负载输出电压，RL是负载电阻。 Ro (Av-AvL)RL/AvL Av无负载的放大倍数，AvL有负载放大倍数。,59,输出阻抗,输入信号2伏 无负载输出幅度9伏 有负载输出

19、7伏 负载电阻10欧姆 输出电阻（97）/710 =2.85欧姆,60,频率特性测量,去掉电流电压表 添加频率特性图 选择参考源和频率范围 选择测量点 运行结果如下14Hz-1.21MHz 通频带增益5.45dB（1.87倍）,61,频率特性测量,62,输出功率的测量,保持输入信号幅度不变，频率在通频带内，测量有负载时的最大输出电压幅度，利用输出幅度和负载电阻计算输出功率。 PRL=VO2/RL VO输出电压有效值（=VOP-P/2.828）,63,效率的计算,保持输入信号幅度不变，频率在通频带内，测量有负载时的最大输出电压，测量最大输出电压下的电源电流，计算电源输出功率，利用电源输出功率和负

20、载功率计算效率。 PE=VE*IE PE电源提供的功率，VE电源电压，IE电源输出电流 PRL/PE,64,输出功率测量和效率,有负载最大输出幅度9伏 电源电流230mA 电压电压12伏 PE=2.76W PRL=（99）/(108）1 1/2.76=36%,65,提高效率的措施,提高效率必需降低电路的静态电流，提高不失真输出电压幅度，减小内阻。 为了减小静态电流采用互补推挽电路（或准互补推挽电路），使三极管工作在乙类状态(静态电流等于零) 为了减小交越失真通常使三极管工作在甲乙类状态。三极管的放大区到截止区的过渡范围越小静态电流就可以设置的越小。 为了减小输出内阻，通常采用高电流放大倍数（高

21、）的管子（或采用复合管），减小推动级的集电极电阻，增加负反馈等措施。 为了提高最大不失真输出幅度要选择包和区小的三极管和采取自举措施。,66,电路板的设计,1、将仿真好的原理图统一编号，将没有封装的器件添加封装形式，封装不合适的器件修改封装。 2、产生网络表文件。 3、打开ARES系统。 4、确定电路板的面积大小。 5、加载网络表文件，添器件到电路板上。 6、放置器件到合适的位置。 7、执行自动连线。 8、修改不合适的连线，电源、地线加粗等。 9、添加填充铜片，设计完成。,67,68,设计报告要求,1、设计目的与设计要求； 2、设计方案与工作原理； 3、电路设计与参数计算和选择； 4、电路指标

22、与测试记录表格； 5、疑难问题的解决方法与讨论，性能指标的提高； a什么是输入灵敏度，如何改变输入灵敏度？ b高音、中音、低音在听觉上有什么特点？ c你设计的功率放大器最大效率是多少？ d影响效率的主要因素是什么？ e在设计过程中你采取了什么措施。,69,内容与学时分配,1、音响放大电路设计与测试 （频率响应，输入等效阻抗） 2学时 2、音调控制电路设计与测试 （频率响应） 2学时 3、功放电路设计与测试（频率响应、输出电阻、输出功率、效率） 2学时 4、电路板设计（OCL电路） 2学时 5、实际电路组装与测试 4学时,70,电子电路设计仿真测试课件 三,十进制数的动态显示电路设计,71,十进

23、制数的动态显示电路设计,学习目标： 熟悉常用MSI组合逻辑器件的功能和应用，掌握时序逻辑电路的一般设计方法；学会利用EDA软件（Proteus）对十进制数的动态显示电路进行仿真；掌握动态显示电路的安装及调试方法。,一、任务与要求,设计由JK触发器、数据选择器、译码器和LED数码管构成的动态显示电路，研究十进制数的动态显示方法，学会MSI器件的应用设计 ； 用Proteus软件仿真； 实验测试逻辑功能。,72,具体要求如下：,（1）用一个显示译码器驱动4个LED数码管，轮流显示4位十进制数。,（2）每位十进制数以8421BCD码形式输入。,（3）写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图。,（4）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求。,（5）安装并测试电路的逻辑功能。,73,二、课题分析及设计思路 （1）动态显示电路的设计思路,74,（2）控制电路的设计思路,2位二进制计数器的输出状态依次为00、01、10、11，作为“数据选择电路”的控制信号；同时也作为2位二进制译码器的输入信号，使其四个输出端