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1、第3章 Proteus的虚拟仿真工具,3.1 激励源 3.1.1 直流信号发生器 3.1.2 正弦波信号发生器 3.1.3 脉冲发生器 3.1.4 指数脉冲发生器 3.1.5 单频率调频波发生器 3.1.6 分段线性激励源 3.1.7 FILE信号发生器 3.1.8 音频信号发生器 3.1.9 数字单稳态逻辑电平发生器 3.1.10 数字单边沿信号发生器 3.1.11 单周期数字脉冲发生器 3.1.12 数字时钟信号发生器 3.1.13 数字模式信号发生器,3.2 虚拟仪器 3.2.1 示波器 3.2.2 逻辑分析仪 3.2.3 计数器/定时器 3.2.4 虚拟终端 3.2.5 SPI调试器
2、3.2.6 I2C调试器 3.2.7 信号发生器 3.2.8 模式发生器 3.2.9 电压表和电流表 3.3 图表仿真,3.2 虚 拟 仪 器,Proteus ISIS为用户提供了多种虚拟仪器，单击工具箱中的按钮，列出所有的虚拟仪器名称，如图3-33所示。其含义如表3-3所示。,图3-33 虚拟仪器列表,3.2.1 示波器,1. 放置虚拟示波器 (1) 在Proteus ISIS环境中单击虚拟仪器模式“Virtual Instrument Mode”按钮图标，出现如图3-33所示的所有虚拟仪器名称列表。 (2) 用鼠标左键单击列表区的“OSCILLOSCOPE”，则在预览窗口出现示波器的符号。
3、 (3) 在编辑窗口单击鼠标左键，出现示波器的拖动图像，拖动鼠标指针到合适位置，再次单击左键，示波器被放置到原理图编辑区中去。虚拟示波器的原理符号如图3-34所示。,2. 虚拟示波器的使用 (1) 示波器的四个接线端A、B、C、D应分别接四路输入信号，信号的另一端应接地。该虚拟示波器能同时观看四路信号的波形。 (2) 照图3-35接线。把1kHz、1V的正弦激励信号加到示波器的A通道。,图3-34 虚拟示波器,图3-35 正弦信号与示波器的接法,(3) 按仿真运行按钮开始仿真，出现如图3-36所示的示波器运行界面。可以看到，左面的图形显示区有四条不同颜色的水平扫描线，其中A通道由于接了正弦信号
4、，已经显示出正弦波形。,图3-36 仿真运行后的示波器界面,(4) 示波器的操作区共分为以下六部分。 Channel A：A通道。 Channel B：B通道。 Channel C：C通道。 Channel D：D通道。 Trigger：触发。 Horizontal：水平。 四个通道区：每个区的操作功能都一样。主要有两个旋钮，“Position”用来调整波形的垂直位移；下面的旋钮用来调整波形的Y轴增益，白色区域的刻度表示图形区每格对应的电压值。内旋钮是微调，外旋钮是粗调。在图形区读波形的电压时，会把内旋钮顺时针调到最右端。 触发区：其中“Level”用来调节水平坐标，水平坐标只在调节时才显示。
5、“Auto”按钮一般为红色选中,状态。“Cursors”光标按钮选中后，可以在图标区标注横坐标和纵坐标，从而读波形的电压和周期，如图3-37所示。单击右键可以出现快捷菜单，选择清除所有的标注坐标、打印及颜色设置。 水平区：“Position”用来调整波形的左右位移，下面的旋钮调整扫描频率。当读周期时，应把内环的微调旋钮顺时针旋转到底。,图3-37 触发区“Cursors”按钮的使用,3.2.2 逻辑分析仪,逻辑分析仪“LOGIC ANALYSER”是通过将连续记录的输入信号存入到大的捕捉缓冲器进行工作的。这是一个采样过程，具有可调的分辨率，用于定义可以记录的最短脉冲。在触发期间，驱动数据捕捉处
6、理暂停，并监测输入数据。触发前后的数据都可显示。因其具有非常大的捕捉缓冲器(可存放10 000个采样数据)，因此支持放大/缩小显示和全局显示。同时，用户还可移动测量标记，对脉冲宽度进行精确定时测量。 逻辑分析仪的原理符号如图3-38所示。其中A0A15为16路数字信号输入，B0B3为总线输,入，每条总线支持16位数据，主要用于接单片机的动态输出信号。运行后，可以显示A0A15、B0B3的数据输入波形。,图3-38 逻辑分析仪,逻辑分析仪的使用方法如下： (1) 把逻辑分析仪放置到原理图编辑区，在A0输入端上接10Hz的方波信号，A1接低电平，A2接高电平。 (2) 单击仿真运行按钮，出现其操作
7、界面，如图3-39所示。 (3) 先调整一个分辨率，类似于示波器的扫描频率，在图3-39中调捕捉分辨率“Capture Resolution”，单击光标按钮“Cursors”使其不显示。按捕捉按钮“Capture”，开始显示波形，该钮先变红，再变绿，稍后显示如图3-39所示的波形。 (4) 调整水平显示范围旋钮“Display Scale”，或在图形区滚动鼠标滚轮，可调节波形，使其左右移动。 (5) 如果希望的波形没有出现，可以再次调整分辨率，然后单击捕捉按钮，就能重新生成波形。,(5) 如果希望的波形没有出现，可以再次调整分辨率，然后单击捕捉按钮，就能重新生成波形。 (6) “Cursors
8、”光标按下后，在图形区单击，可标记横坐标的数置，即可以测出波形的周期、脉宽等。 图3-39中可以观察到，A0通道显示方波，A1通道显示低电平，A2通道显示高电平，这两线紧挨着。其他没有接的输入A3A15一律显示低电平，B0B3由于不是单线而是总线，所以有两条高低电平来显示，如有输入，波形应为我们平时分析存储器读写时序时见到的数据或地址的波形。,图3-39 逻辑分析仪的仿真界面,3.2.3 计数器/定时器,计数器/定时器“COUNTER TIMER”的原理符号及测试电路连线如图3-40所示。CLK为外加的1kHz方波时钟输入。 该仪器有如下三个输入端。 CLK：计数和测频状态时，数字波的输入端。
9、 CE：计数使能端(Counter Enable)，可通过计数器/定时器的属性设置对话框设为高电平或低电平有效，当此信号无效时，计数暂停，保持目前的计数值不变，一旦CE有效，计数继续进行。 RST：复位端(RESET)，可设为上升沿(Low-High)或下降沿(High-Low)有效。当有效沿到来时，计时或计数复位到0，然后立即从0开始计时或计数。,该仪器有四种工作方式，可通过属性设置对话框中的“Operating Mode”来选择，如图3-41所示。 Default：缺省方式，系统设置为计数方式。 Time(secs)：定时方式，相当于一个秒表，最多计100秒，精确到1微秒。CLK端无需外加
10、输入信号，内部自动计时。由CE和RST端来控制暂停或重新从零开始计时。,图3-40 计数器/定时器电路,图3-41 计数器/定时器的工作方式设置,Default：缺省方式，系统设置为计数方式。 Time(secs)：定时方式，相当于一个秒表，最多计100秒，精确到1微秒。CLK端无需外加输入信号，内部自动计时。由CE和RST端来控制暂停或重新从零开始计时。 Time(hms)：定时方式，相当于一个具有小时、分、秒的时钟，最多计10小时，精确到1毫秒。CLK端无需外加输入信号，内部自动计时。由CE和RST端来控制暂停或重新从零开始计时。 Frequency：测频方式，在CE有效和RST没有复位的
11、情况下，能稳定显示CLK端外加的数字波的频率。 Count：计数方式，能够计外加时钟信号CLK的周期数，如图3-40中的计数显示，最多计满八位，即99999999。,下面来看一下计数器/定时器的两个应用示例。 (1) 照图3-42接线(外部时钟输入不接)，双击计数器/定时器元件，打开其属性设置对话框，如图3-43所示。设操作模式为“Time(hms)”，即时钟方式；计时使能端设为“High”高电平有效，即开关合上为低电平时计时暂停；复位端设为“Low-High”，即上升沿有效。,图3-42 计时模式的电路仿真,运行仿真，可显示如图3-42所示的计时方式，合上图中与CE相接的开关，则计时停止，打
12、开开关则继续计时；合上与RST相接的开关再打开，计时清零后从零重新计时。,图3-43 定时器的属性设置,(2) 把计数器/定时器的属性照图3-44修改，设操作方式为“Frequency”测频，其他不变，照图3-45连接，设外接数字时钟的频率为1kHz，图中两个开关位于打开状态，运行仿真，出现如图3-45所示的测频结果。拨动两个开关可以看到使能和清零的效果。,图3-44 频率计的属性设置,图3-45 测频时的电路仿真,3.2.4 虚拟终端,Proteus VSM提供的虚拟终端相当于键盘和屏幕的双重功能，免去了上位机系统的仿真模型，使用户在用到单片机与上位机之间的串行通信时，直接由虚拟终端经RS2
13、32模型与单片机之间异步发送或接收数据。虚拟终端在运行仿真时会弹出一个仿真界面，当由PC机向单片机发送数据时，可以和实际的键盘关联，用户可以从键盘经虚拟终端输入数据；当接收到单片机发送来的数据后，虚拟终端相当于一个显示屏，会显示相应信息。虚拟终端的原理图符号如图3-46所示。 虚拟终端共有四个接线端，其中RXD为数据接收端，TXD为数据发送端，RTS为请求发送信号，CTS为清除传送，是对RTS的响应信号。,在使用虚拟终端时，首先要对其属性参数进行设置。双击元件，出现如图3-47所示的虚拟终端属性设置对话框。,图3-46 虚拟终端的原理图符号,图3-47 虚拟终端属性设置对话框,主要参数有下面几
14、个。 Baud Rate：波特率，范围为30057600b/s。 Data Bits：传输的数据位数，7位或8位。 Parity：奇偶校验位，包括奇校验、偶校验和无校验。 Stop Bits：停止位，具有0、1或2位停止位。 Send XON/XOFF：第9位发送允许/禁止。 选择合适参数后，单击“OK”按钮，关闭对话框。运行仿真，弹出如图3-48所示的虚拟终端的仿真界面。 用户在图3-48所示的界面中可以看到从单片机发送来的数据，并能够通过键盘把数据输入该界面，然后发送给单片机。,虚拟终端的具体应用实例，读者可以参考本书第七章的7.11节。,图3-48 虚拟终端的仿真界面,3.2.5 SPI
15、调试器,SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线系统是Motorola公司提出的一种同步串行外设接口，允许MCU与各种外围设备以同步串行通信方式交换信息。 SPI Protocol Debugger(SPI调试器接口)同时允许用户与SPI接口交互。这一调试器允许用户查看沿SPI总线发送的数据，同时也可向总线发送数据。 图3-49为SPI调试器的原理图符号。 此元件共有五个接线端。分别如下。 DIN：接收数据端。 DOUT：输出数据端。 SCK：连接总线时钟端。,：从模式选择端，从模式时必须为低电平才能使终端响应；主模式时当数据正传输时此端为低电平。 T
16、RIG：输入端，能够把下一个存储序列放到SPI的输出序列中。 双击SPI的原理图符号，可以打开它的属性设置对话框，如图3-50所示。,图3-49 SPI的原理图符号,图3-50 SPI属性设置对话框,对话框主要参数如下。 SPI Mode：有三种工作模式可选择，Monitor为监控模式，Master为主模式，Slave为从模式。 Master clock frequency in Hz：主模式的时钟频率(Hz)。 SCK Idle state is：SCK空闲状态为高或者低，选择一个。 Sampling edge：采样边，指定DIN引脚采样的边沿，选择SCK从空闲到激活状态，或从激活到空闲状态。 Bit order：位顺序，指定一个传输数据的位顺序，可先传送最高位MSB，也可先传送最低位LSB。,1. 使用SPI调试器接收数据 (1) 将SCK和DIN引脚连接到电路的相应端。 (2) 将光标放置在SPI调试器之上，并使用组合键“Ctrl+E”打开属性设置对话框进行参数设置，设SPI为从模式，时钟频
