Proteus电路仿真快速入门GDL.ppt

1、PROTEUS电路仿真快速入门,郭东亮 ,1.PROTEUS简介 2.PROTEUS ISIS的特点 3.PROTEUS电路仿真方法 4.常用元件介绍 元件库、符号库管理* 5.仿真实例 实例一：RC桥式振荡器 实例二：数字电路彩灯 实例三：单管共射放大器 实例四：差动放大器 实例五：直流稳压电源,Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司研发的EDA软件，Proteus软件不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。 Proteus从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 Pr

2、oteus是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。,PROTEUS简介,PROTEUS简介,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简介,Proteus 是一个基于ProSPICE混合模型仿

3、真器的，完整的嵌入式系统软、硬件设计仿真平台。 ISISIntelligent Schematic Input System：智能原理图输入系统，系统设计与仿真的基本平台。 ARES Advanced Routing and Editing Software：高级PCB布线编辑软件。,ISIS 界面,对象选择器,原理图编辑窗口,三个窗口，七组按钮。,对象预览窗口,仿真按钮,操作模 式 按 钮,转向按钮,设计操作按钮,编辑操作按钮,显示查看按钮,条形标签,库管理按钮,选取元件按钮,文件操作按钮,1原理图编辑窗口（The Editing Window）：用于绘制编辑原理图。蓝色方框内为可编辑区，元

4、件要放到它里面。注意，这个窗口是没有滚动条的，你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。同时，它的操作是不同于常用的WINDOWS应用程序的，正确的操作是：中键放缩原理图；左键放置元件；右键选择元件；双击右键删除元件；先右键后左键编辑元件属性；先右键后左键拖动元件；连线用左键，删除用右键。,2预览窗口（The Overview Window）：它可显示两个内容，一个是，当你在对象选择器中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是，当你的鼠标落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色方框，绿色方框里面的内容就

5、是当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在它上面点击来改变绿色方框的位置，从而改变原理图的可视范围。,三个窗口,3对象选择器（The Object Selector）： 用于挑选元件（components）、终端接口（terminals）、 信号发生器（generators）、仿真图表（graph）等。 举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打开选择元件对话框，选择了一个元件后（单击了“OK”后），该元件会在对象选择器（元件列表）中显示，以后要用到该元件时，只需在对象选择器中选择即可。,以下介绍Proteus电路编辑和仿真用到的工具栏。,主要模式（Main Mo

6、des）：,1* 选择元件（components）（默认选择的） 2* 放置连接点 3* 放置标签（用总线时会用到） 4* 放置文本 5* 用于绘制总线 6* 用于放置子电路 7* 用于即时编辑元件参数（先单击该图标再单击要修改的元件）,工具（Gadgets）：,1* 终端接口（terminals）：有VCC、地、输出、输入等接口 2* 器件引脚：用于绘制各种引脚 3* 仿真图表（graph）：用于各种分析，如Noise Analysis 4* 录音机 5* 信号发生器（generators） 6* 电压探针：使用仿真图表时要用到 7* 电流探针：使用仿真图表时要用到 8* 虚拟仪表：有示波器

7、等,2D图形（2D Graphics）：,1* 画各种直线 2* 画各种方框 3* 画各种圆 4* 画各种圆弧 5* 画各种多边形 6* 画各种文本 7* 画符号 8* 画原点等,方向工具栏（Orientation Toolbar）：,旋转角度只能是90的整数倍。,完成水平翻转和垂直翻转。,1* 运行 2* 单步运行 3* 暂停 4* 停止,旋转：,翻转：,仿真工具栏,使用方法：先右键单击元件，再点击（左击）相应的旋转图标。,仿真控制按钮,ISIS （智能原理图输入系统）的特点,个性化的编辑环境：用户可自定义图形外观，包括线宽、线型、填充类型、字符等。还可以使用模板; 用户可以自己设置快捷键定

8、义。 快捷选取/放置器件：通过模糊搜索可以快速从器件库中选取器件。 原理图自动连线：ISIS自动连线功能使得连线轻松快捷。 灵活多样的设计输出 ：原理图（可以包括仿真画面）可以bmp格式输出以便发表与存档；设计完成还可以输出多种格式的网络表。,PROTEUS ISIS的特点,直观的仿真结果显示,不同颜色电路连线显示相应电压 箭头显示电流方向,探针实时显示 电压/电流值,仿真暂停时 显示元件引脚信息,仿真工具探针（Probe）,电压探针（Voltage probes）即 可在模拟仿真中使用，也可在数字仿真中 使用。在模拟电路中记录真实的电压值， 而在数字电路中，记录逻辑电平及其强度。 电流探针（

9、Current probes） 仅在模拟电路仿真 中使用，可显示电流方向和电流瞬时值。 探针即可用于基于图表的仿真，也可 用于交互式仿真中 。,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：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。 DPatte

10、rn：模式信号发生器。,仿真工具虚拟仪器,虚拟示波器(OSCILLOSCOPE) 逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER) 计数/定时器(COUNTER TIMER) 虚拟终端(VIRUAL TERMINAL) 信号发生器(SIGNAL GENERATOR) 模式发生器(PATTERN 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),I2C总线 调试窗口,仿真工具曲线图表,模拟图表（ANALOGUE） 数字图表 (DIGITAL) 混合分析图表 (MIXED)

11、 频率分析图表 (FREQUENCY) 转移特性分析图表 (TRANSFER) 噪声分析图表 (NOISE) 失真分析图表 (DISTORTION) 傅立叶分析图表 (FOURIER) 音频分析图表 (AUDIO) 交互分析图表 (INTERACTIVE) 一致性分析图表 (CONFORMANCE) 直流扫描分析图表 (DC SWEEP) 交流扫描分析图表 (AC SWEEP),交互式仿真实例一（模拟电路）,仿真时的示波器窗口,虚拟示波器,激励源,电压探针,交互式仿真实例二（单片机电路）,游戏手柄 （可映射到PC键盘上）,游戏显示屏（LCD）,引脚逻辑状态显示,CPU运行游戏程序,高级仿真（A

12、SF）实例（放大电路分析）,频率分析：用于分析电路的频率特性 (幅频特性和相频特性)。,模拟分析:用于绘制一条或多条电压或电流 随时间变化的曲线。,高级仿真（ASF）实例（放大电路分析）,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。,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。,PROTEUS电路仿真方法,基本设置,纸张大小设置：System/set sheet sizes/，默认为A4； 显示栅格设置：View/grid，可切换、取消显示栅格点； 背景颜色设置：Templ

13、ate/ Set Design Defaults/ Colours/ Paper Colours,放置元件和连线,放置元器件：选择元件按钮P-拾取元器件窗口-Category(类别)-Sub-category (子类)-找到器件双击； 元件位置调整：右击，选择相应命令 元件参数修改：右击，Edit Component，如修改电阻阻值，修改Resistance（阻值），默认单位是； 智能连线：捕捉格点、躲避障碍，自动连线。,隐藏,：双击元件下方的 可为元件添加名称、序号等注释，软件默认显示 ； 若要隐藏 ：Template/Set Design Defaults，弹出“Edit Design D

14、efaults”对话框，取消Show hidden text?复选框； 另一方法：双击 ，打开对话框，在对话框中选择“Style”，先取消选择“Visible”右边的“Follow Global”选项，再取消显示选项，单击“OK”即可。,“TEXT”属性设置对话框,编辑窗口的视野控制方法有： 方法1：使用按钮，放大、缩小、显示整个图形、以鼠标为中心显示图形； 方法2：点击对象预览窗口，移动鼠标则绿色方框改变位置，窗口中的编辑区也随之变化； 方法3：移动整个电路图：按下鼠标中键或鼠标滚轮，出现十字箭头，即可整体移动电路图。,视野控制,使用仿真按钮 仿真时，红点-高电平；蓝点-低电平；灰点-不确定

15、,仿真,端子,Proteus中的端子：,终端模 式,默认 输入 输出 双向 电源 地 总线,电源终端 默认为+5V，可设置String为需要的电压值。,可通过网络标号将需要连接的端子连接，两端子都加相同的网络标号，在左边的工具条点“LBL”，之后当鼠标移到导线上时就会出现高亮显示，点击鼠标后可以输入字母（或字母数字组合）了，输入的字母或字母数字叫网络标号，相同的标号等同用导线连接。,网络标号,常用元件介绍,1.模拟电路常用元件,模拟电路中常用的器件主要有三极管、二极管、电阻、电容、 电感、变压器、直流电源、信号源、集成运放等。,(1)三极管 打开Proteus的元件拾取对话框，在类别“Cate

16、gory”中的 “Transistors”子类就是三极管。,(2)二极管 二极管的种类很多，包括整流桥、整流二极管、肖特基 二极管、开关二极管、变容二极管和稳压二极管。打开Proteus的元件拾取对话框，选中“Category”中的“Diodes”，一般来说选取子类“Sub-category”中的“Generic”通用器件即可。,(3)电阻 电阻的分类为“Resistors”，子类有0.6W和2W的金属膜电阻、3W、7W和10W绕线电阻、通用电阻、热敏电阻(NTC)、排阻(Resistors Packs)、可变电阻(Variables)及家用高压系列加热电阻丝。常用电阻可直接输入通用电阻“RE

17、S”即可，然后再修改参数。 这里我们主要介绍较常用的可变电阻。直接输入“POT”或POT-”可找到四个或三个相关元件。,“POT”为一般的滑动变阻器，触头不能拉动，须选中后打开元件属性对话框，修改“STATE”来改变触头的位置，“STATE”的初始值为5，触头位于中间，改为10后，出头位于最上，如图所示。由于调整不方便，一般不使用此元件，而使用下面的几个滑动变阻器。,滑动变阻器元件属性对话框,“POT-HG”滑动变阻器的好处是可以直接用鼠标来改变触头位置，精确度和调整的最小单位为阻值的1%，比如一个1K的电阻，精确到10欧，而一个100K的电阻只能精确到1K，所以，当电阻较大时，考虑把它分成两

18、部分串联，一部分为较大阻值的固定电阻，另一部分为较小阻值的滑动电阻，这样较科学。,“POT-LIN”和“POT-LOG”滑动变阻器和“POT-HG”一样可以通过鼠标来改变触头位置，但精确度和调整的最小单位均为阻值的10%。,(4)电容 模拟电路中常用的电容为极性电容，即电解电容。实际上 无极性电容和电解电容在使用时没什么区别，只不过当电容值 较大时，一般在1uF以上时，要做成电解电容。放大电路中的 耦合电容一般为10-100uF，为电解电容，但必须注意的是电解 电容的正极性端的直流电位一定要高于负极性端才能正常工作， 否则会出现意外的现象。 常用的无极性电容的名称为“CAP”，极性电容“CAP

19、-ELEC”， 还有一个可动画演示充放电电荷的电容为“CAPACITOR”。,(5)电感和变压器 电感和变压器同属电感“Inductor”这一分类，只不过在子类中， 又分为通用电感、表面安装技术(SMT)电感和变压器。一般来说， 使用电感时直接选择“INDUCTOR”元件，使用变压器时，要看原、副边的抽头数而定。,打开元件拾取对话框，选取“Inductors”大类下的子类 “Transformers”，如图所示，即可显示出所有可选变压器元件。 常用的是前面四种，名称前缀为“TRAN-”。下面以变压器 “TRAN-1P2S”为例来说明它的含义。“TRAN”是变压器的英文缩写，“P”是原边“PRI

20、MARY”的意思，“S”是副边“SECONDORY”的意思。而后面三个变压器都是饱和变压器，意思是具有副边和偏置线圈的饱和电压。,变压器的选取对话框,原、副边绕组的位置就颠倒了，使用时要注意，尤其是原边和副边绕组数目相同的变压器，这涉及到原、副边的匝比是升压或降压的问题。,即原、副边电压比值等于原边电感与副边电感值的开方。 改变原、副边的电感值分别为100H和1H(也可以为1H和0.01H)，即原副边电压比为10:1，为降压变压器。,变压器的匝比是通过改变原、副边的电感值来实现的。打开“TRAN-2P2S”变压器的元件属性对话框，如图所示，原边和副边的电感值都是1H，即变比n为1:1。 如果想

21、使它成为n=10:1的降压变压器，可以改变原边电感，也可以改变副边电感，还可以两者同时改变，但要保证,变压器属性对话框,修改变压器之比,变压器变比设定后，在原边加一个交流源“ALTERNATOR”，使它为幅值100v，频率为50Hz，同时在原边加一个交流电压表，在副边也加一个交流电压表，运行仿真，如图所示。可观察知，显示原边电压有效值为70.7V，副边电压有效值为7.07V，变压比为10：1。,变压器变比仿真,(6)交、直流电源 直流电源通常有单电池“CELL”和电池组“BATTERY”两种，可任意改变其值。单相交流电源为“ALTERNATOR”，可改变其幅值(半波峰值)和频率。 (7)集成运

22、放 打开元件拾取对话框，选择“Operational Amplifier”分类，显示子类有“Dual”、“Deal”、“Octal”、“Quad”、“Single”、“Triple”，分别为双运放（即一个集成芯片内包含两个相同运放）、理想运放、八运放、四运放、单运放和三运放。我们一般常用的是通用的理想运算放大器，可直接选择子类“Deal”中的“OPIP”。如果知道集成运放的名称，也可直接查询。,2.数字电路常用器件,(1)CMOS 4000系列 打开拾取元件对话框，在类别中位于第三的是 CMOS 4000 series，即CMOS 4000系列元件，如图所示，它是一种早期生产的COMS期间，在

23、国外已限用，但由于这类器件比较便宜，目前我们国家使用的还比较多。,CMOS 4000系列元件,4000系列是COMS工艺的数字集成电路，74系列是双极型晶体管工艺集成电路。 4000系列输入阻抗很高，兆欧级（因为由MOS管组成），带载能力较强，静态功耗低，但工作频率较低，只能达到几兆赫兹；74系列输入阻抗一般，千欧级（BJT管），带负载能力一般，静态功耗较4000系列高，但速度快，最快的74HC系列可以达到百兆赫兹级。 4000系列只有一种，而74系列还分子系列，比如缀号为LS（ 低功耗）、HC（超高速）系列等，如74LSXX，74HCXX。,4000系列与74系列是对应的，比如4000系列的

24、4511和74系列的7448对应，都是BCD到七段显示译码器，输出高电平有效。4000系列元件的子类划分，如表所示。,(2) TTL74系列 TTL74系列根据制造工艺的不同又分为图所示的几大类，每一类的元件的子类都相似，比如7400和74LS00功能一样。,TTL74系列,由于每一类元件众多，而对于学过数字电子技术的人来说， 对元器件的常用型号已熟悉，可直接在选取的对话框中输入元件 名称，可节省查询时间。,（3）数据转换器 数据转换器在Proteus元件拾取对话框中的“Data Converters” 类中，如图5-3所示。常用数据转换器有并行8位模数转换器 (如ADC0809)、8位数模转

25、换器(如DAC0808)、LFXX采样保持器、 MAXXX串行数模转换器、3位半双斜坡AD转换器、具有I2C接口的小型串行数字温度传感器TC74及具有SPI接口的温度传感器TC72和TC7等.,（4）可编程逻辑器件及现场可编程逻辑阵列 （5）显示器件 数字电路分析与设计中常用的显示器件在Proteus元件拾取对话框中的Optoelectronics类中，如图所示。,显示器件有十类子类，如表所示。,显示器件分类,常用发光二极管LEDs子类中的元件很多。选用时要用ACTIVE库中的元件而不用DEVICE库中的元件，因为ACTIVE库中的元件是动画演示的，而DEVICE是不能的，但像一般电阻就不需要

26、动画演示，可用DEVICE库中的元件。“Bargraph Displays”条状显示子类中只有两个元件，它们主要区别在于颜色不同，这个元件相当于十个LED二极管并排放置在一起，管脚号小的一端接高电平，管脚号大的一端接低电平。在多个发光二极管共同使用时，通常用它比较方便。,*元件库、符号库管理,Proteus库分为元件库、符号库、封装库，每个库又分为系统库和用户库。他们在安装路径下的Library文件夹下。安装后3个用户库是空的，用户自建元件、符号、封装可以存入相应的用户库中。 系统库为只读，不能添加、删除；用户库可读写，能进行添加或删除对象的操作，系统升级时只升级系统库，不会影响用户库。 利用

27、库管理器，可完成自建新库、删除自建库、对自建库中对象进行增、删等操作。 仿真只涉及元件库和符号库。,在元件模式 下，单击对象选择器的按钮“L”,打开元件库管理器。窗口分为源库（左侧）和目标库（右侧）两部分。,源库,目标库,新建库,备份库,解析库信息,库属性,库容量,库排序,（1）元件库管理器,在符号模式 下，单击对象选择器的按钮“L”,打开符号库管理器。窗口分为源库（左侧）和目标库（右侧）两部分。,源库,目标库,新建库,备份库,解析库信息,库属性,库容量,库排序,（2）符号库管理器,打包库,删除库,实例1：RC桥式振荡器,电路组态 基于uA741集成运放的RC桥式振荡器，增加了uA741调零部

28、分。 元器件及封装、元件查找 集成运放：uA741 DIL08 Operational Amplifiers/741 二极管：IN4148 DO35 Diodes/Switching/1N4148 电阻：0.6W金属膜 RES40 Resistors/0.6W Metal film/10k 电容：瓷片电容 CAP10 Capacitors/Generic/CAP 可调电阻：POT-LIN Resistors/Variable/POT-LIN 输出信号二针接插件：SIL-156-02， SIL-156-02 Connectors/Header Blocks/SIL-156-02 正负电源三针接插

29、件：SIL-156-03， SIL-156-03 Connectors/Header Blocks/SIL-156-03 选择电源终端 ，编辑String为+12V和-12V,集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活的实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。,仿真,1,2,3,4,1.单击虚拟仪器模式按钮，对象预览窗口列出Proteus虚拟仪器； 2.从中单击选择OSCILLOSCOPE（四通道示波器）; 3.放置示波器符号； 4.将示波器A通道连接至

30、测试点；,5.单击仿真按钮，在ISIS窗口中出现虚拟示波器； 6.调整时基每格0.2ms、A通道每格电压0.2V，调整波形位置，观察RC振荡器输出波形。,实例2：数字电路彩灯,电路组态 数字电路彩灯每隔0.5s改变4个LED的显示状态。由555定时器、电阻、电容构成时基电路，由74LS161、LED组成显示电路。 元器件及封装 555： 555 DIL8 计数器： 74LS161 DIL16 电容： 瓷片电容 CAP10 蓝发光管：LED-BLUE LED 绿发光管：LED-GREEN LED 红发光管：LED-RED LED 黄发光管：LED-YELLO LED 电阻： 0.6W金属膜 RES40 电源连接器：二针接插件 SIL-156-02,LED的封装,若仅进行仿真，则不设置封装无影响，但若需要设计出PCB，则必须指定封装。 本设计中4个LED尚未指定封装，需要在各自“编辑元件”框的PCB Package中填上或选择指定封装名“LED”。,仿真,使用仿真按钮 红点 - 高电平 蓝点 - 低电平,实例3：单管共射放大电路,实验目的 （1）学习放大电路静态工作点的调试方法，分析静态工