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1、PROTEUS 单片机单片机仿真简介仿真简介迟正刚迟正刚电子科学系电子科学系主要内容主要内容一、一、PROTEUS简介简介二、二、PROTEUS ISIS基本操作及原理图输入基本操作及原理图输入 三、三、PROTEUS VSM仿仿 真真 （1）高级图表仿真）高级图表仿真 （2）微处理器仿真）微处理器仿真2 第第1章章 PROTEUS简介简介lPROTEUS是英国LABCENTER公司研发的一款EDA软件。l PROTEUS不仅可以做模拟电路、数字电路及数模混合电路的仿真，也可以做51、AVR、PIC、ARM等多种MCU的仿真。l在PROTEUS中，可以实现从原理图设计、单片机编程、系统仿真到P
2、CB的设计的一系列过程。3 Proteus 是一个基是一个基于于ProSPICE混合模型混合模型仿真器的，完整的嵌仿真器的，完整的嵌入式系统软、硬件设入式系统软、硬件设计仿真平台。计仿真平台。 vISIS智能原理图智能原理图输入系统，系统设计输入系统，系统设计与仿真的基本平台。与仿真的基本平台。vARES 高级高级PCB布线编辑软件。布线编辑软件。ASF高级图形高级图形分析模块分析模块处理器处理器仿真模型仿真模型VSM高级高级布线布线/编辑编辑ARES动态动态器件库器件库混合模型混合模型仿真器仿真器原理图输入原理图输入系统系统ISISPROTEUS4从概念到完成从概念到完成 在在Proteus
3、中中, 可以实现可以实现从原理图设计、单片机编程、从原理图设计、单片机编程、系统仿真到系统仿真到PCB设计一系列设计一系列过程。真正实现了从概念到过程。真正实现了从概念到产品的完整设计。产品的完整设计。ISIS原理图设计与仿真原理图设计与仿真ARES线路板设计线路板设计5 第第2章章 ISIS的基本操作及原理图的设计的基本操作及原理图的设计 2.1 ISIS的界面的界面 2.2 ISIS的的菜单菜单 2.3 ISIS的按钮的按钮 2.4 原理图的输入原理图的输入 2.5 原理图的输出原理图的输出62.1 ISIS的界面的界面7 PROTEUS的菜单符合的菜单符合WINDOWS的操作的操作风格。
4、风格。File菜单：包括常用的功能，如打开新的文件、加载设计、菜单：包括常用的功能，如打开新的文件、加载设计、保存设计、导入保存设计、导入/导出文件、打印等。导出文件、打印等。View菜单：包括是否显示网格、设置格点间距、缩放电路菜单：包括是否显示网格、设置格点间距、缩放电路图能显示与隐藏各种工具等。图能显示与隐藏各种工具等。Edit菜单：包括撤消菜单：包括撤消/恢复操作、查找、编辑、剪切、复制、恢复操作、查找、编辑、剪切、复制、粘贴器件等。粘贴器件等。Library菜单：包括添加、创建元器件菜单：包括添加、创建元器件/图标及调用库管理。图标及调用库管理。Tool菜单：包括实时标注、实时捕捉及
5、自动布线等。菜单：包括实时标注、实时捕捉及自动布线等。2.2 ISIS的菜单的菜单8Design菜单：包括编辑设计属性、编辑图纸属性、进行菜单：包括编辑设计属性、编辑图纸属性、进行设计注释等。设计注释等。Graph菜单：包括编辑图形、仿真图形和分析一致性等。菜单：包括编辑图形、仿真图形和分析一致性等。Source菜单：包括添加菜单：包括添加/删除源文件、定义代码生成工具删除源文件、定义代码生成工具调用外部文本编辑器等。调用外部文本编辑器等。Debug菜单：包括启动调试、执行仿真、单步执行和重新菜单：包括启动调试、执行仿真、单步执行和重新排布弹出窗口等。排布弹出窗口等。Template菜单菜单:
6、包括设置图形格式、文本格式、设计颜色、包括设置图形格式、文本格式、设计颜色、线条连接点大小等。线条连接点大小等。System菜单：包括自动设置保存时间间隔、图纸大小和菜单：包括自动设置保存时间间隔、图纸大小和标注字体等。标注字体等。Help菜单：包括版权信息、和示例等。菜单：包括版权信息、和示例等。92.3 ISIS的按钮的按钮 10ISIS的按钮的按钮11 2.4.1器件的搜索方法器件的搜索方法 模糊搜索和通过器件库搜索模糊搜索和通过器件库搜索。 2.4.2器件的操作器件的操作 （1）放置：选择器件，在编辑窗鼠标左键单击放置器件）放置：选择器件，在编辑窗鼠标左键单击放置器件 。 （2）移动：
7、左键选中，按住左键拖动。）移动：左键选中，按住左键拖动。 （3）替换：在旧器件上放置新器件，确认至少有一个引脚）替换：在旧器件上放置新器件，确认至少有一个引脚 重叠重叠 。 （4）删除：双击右键可删除器件及其连线）删除：双击右键可删除器件及其连线 。 （5）块操作：右键选中所需操作的块，就可以用块的相关）块操作：右键选中所需操作的块，就可以用块的相关 命令对它操作。命令对它操作。 （6）属性编辑：双击左键即可进入器件属性的编辑；通过）属性编辑：双击左键即可进入器件属性的编辑；通过 PAT （属性分配工具）编辑。（属性分配工具）编辑。 2.4 原理图的输入原理图的输入 122.4.3 器件的连线
8、器件的连线（1）一般连线：）一般连线：ctrl键的作用是键的作用是 画斜线。画斜线。（2）当要连接的一组线相似时，先连上一条，然后在新的）当要连接的一组线相似时，先连上一条，然后在新的 连接点上双击左键，可复制上一布线线段。连接点上双击左键，可复制上一布线线段。（3）连线的删除：右键双击完成线路的删除。）连线的删除：右键双击完成线路的删除。（4）左键拖曳选中的连线，可以移动连线。）左键拖曳选中的连线，可以移动连线。（5）网络标号：左键点击）网络标号：左键点击LBL按钮，然后左键点击连线，按钮，然后左键点击连线， 可以在连线上放置网络标号，代表线路的物理连接可以在连线上放置网络标号，代表线路的物
9、理连接 132.4.4 层次化设计方法层次化设计方法 (1)对于较为复杂的原理图，可以采用多页设计，对于较为复杂的原理图，可以采用多页设计，线路的电气连接由网络标号决定。线路的电气连接由网络标号决定。 (2)子电路设计是自顶而下的过程：子电路设计是自顶而下的过程：点击子电路按钮，绘制子电路并添加端口点击子电路按钮，绘制子电路并添加端口;点击点击 进入子电路内层设计电路原理图；进入子电路内层设计电路原理图；为内电路加上与上层同名的信号端口；为内电路加上与上层同名的信号端口；点击点击 返回上层。返回上层。142.5 原理图的输出原理图的输出 2.5.1文稿的输出文稿的输出 通过FileExport
10、 Graphics，可以输出多种形式的文稿，例如输出bmp位图用于文档发表。输出时可以一并输出仿真状态。 2.5.2网表输出网表输出 通过ToolsNetlist Compiler，可以输出多种格式的网表，其中包括支持Protel的Tango格式网表。 2.5.3元器件表的输出元器件表的输出 通过Tool-Bill of Materials,可以以多种格式输出元器件清单，便于采够。 15第3章 PROTEUS VSM仿真仿真 仿真工具介绍仿真工具介绍 高级图表仿真高级图表仿真 微处理器系统仿真微处理器系统仿真16 PROTEUS VSMPROTEUS VSM有两种不同的有两种不同的仿真方式仿真
11、方式：交互式：交互式仿真和基于图表的仿真。仿真和基于图表的仿真。交互式仿真交互式仿真 实时直观地反映电路设计的仿真实时直观地反映电路设计的仿真结果；结果；基于图表的仿真基于图表的仿真用来精确分析电路的各种性用来精确分析电路的各种性能，如频率特性、噪声特性等。能，如频率特性、噪声特性等。3.1 3.1 仿真工具介绍仿真工具介绍 PROTEUS VSMPROTEUS VSM中的整个电路分析是中的整个电路分析是在在ISISISIS原理图原理图设计模块下延续下来的，原理图中可以包含以下仿设计模块下延续下来的，原理图中可以包含以下仿真工具：真工具：探针探针直接布置在线路上直接布置在线路上，用于采集用于采
12、集和测量和测量电电压压/ /电流信号；电流信号；电路激励电路激励多种激励信号源；多种激励信号源；虚拟仪器虚拟仪器如数字示波器等；如数字示波器等；曲线图表曲线图表高级分析工具。高级分析工具。173.1.1探针（探针（Probe）v电压探针电压探针（Voltage probes）即即 可在模拟仿真中使用，也可在数字仿真中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，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。而在数字电路中，记录逻辑电平及其强度。 v电流探针电流探针（Current probes） 仅在模拟电路仿真仅在模拟电路仿真 中使用
13、，可显示电流方向和电流瞬时值。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，也可探针即可用于基于图表的仿真，也可 用于交互式仿真中用于交互式仿真中 。183.1.2 激励激励源源vDCDC：直流电压源；直流电压源；vSineSine：正弦波发生器。：正弦波发生器。vPulsePulse：脉冲发生器。：脉冲发生器。vExpExp：指数脉冲发生器。指数脉冲发生器。vSFFMSFFM：单频率调频波信号发生器。单频率调频波信号发生器。vPwlinPwlin：任意分段线性脉冲信号发生器。：任意分段线性脉冲信号发生器。vFileFile：FileFile信号发生器。信号发生器。vAud
14、ioAudio：音频信号发生器。数据来源音频信号发生器。数据来源 于于wavwav文件。文件。vDStateDState：稳态逻辑电平发生器。稳态逻辑电平发生器。vDEdgeDEdge：单边沿信号发生器。单边沿信号发生器。vDPulseDPulse：单周期数字脉冲发生器。单周期数字脉冲发生器。vDClockDClock：数字时钟信号发生器。数字时钟信号发生器。vDPatternDPattern：模式信号发生器。模式信号发生器。vSCRIPTALBE:SCRIPTALBE:可脚本化波形发生器可脚本化波形发生器193.1.3 3.1.3 虚拟仪器虚拟仪器v虚拟示波器虚拟示波器(OSCILLOSCO
15、PE)(OSCILLOSCOPE)v逻辑分析仪逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER)(LOGIC ANALYSER)v计数计数/ /定时器定时器(COUNTER TIMER)(COUNTER TIMER)v虚拟终端虚拟终端(VIRUAL TERMINAL)(VIRUAL TERMINAL)v信号发生器信号发生器(SIGNAL GENERATOR)(SIGNAL GENERATOR)v模式发生器模式发生器(PATTERN GENERATOR)(PATTERN GENERATOR)v交直流电压表和电流表（交直流电压表和电流表（AC/DC AC/DC voltmeters/ammetersvol
16、tmeters/ammeters） vSPISPI调试器调试器(SPI DEBUGGER)(SPI DEBUGGER)vI2CI2C调试器调试器(I2C DEBUGGER)(I2C DEBUGGER) I2C总线总线调试窗口调试窗口203.1.43.1.4曲线图表曲线图表v模拟图表（模拟图表（ANALOGUEANALOGUE）v数字图表数字图表 (DIGITAL)(DIGITAL)v混合分析图表混合分析图表 (MIXED)(MIXED)v频率分析图表频率分析图表 (FREQUENCY)(FREQUENCY)v转移特性分析图表转移特性分析图表 (TRANSFER)(TRANSFER)v噪声分析图
17、表噪声分析图表 (NOISE)(NOISE)v失真分析图表失真分析图表 (DISTORTION)(DISTORTION)v傅立叶分析图表傅立叶分析图表 (FOURIER)(FOURIER)v音频分析图表音频分析图表 (AUDIO)(AUDIO)v交互分析图表交互分析图表 (INTERACTIVE)(INTERACTIVE)v一致性分析图表一致性分析图表 (CONFORMANCE)(CONFORMANCE)v直流扫描分析图表直流扫描分析图表 (DC SWEEP)(DC SWEEP)v交流扫描分析图表交流扫描分析图表 (AC SWEEP)(AC SWEEP) 213.2 高级图表仿真高级图表仿真
18、3.2.1 图表放置与设置图表放置与设置 1.点击图表按钮，选择图表，在编辑窗空 余 处画出图表； 2. 点击图表标题使图表最大化，通过 GraphEdit Graph，设置图表显示区 间、 参考信号等参数。 3.2.2 加入探针信号加入探针信号 选中探针（信号源），左键拖曳入图表。频率 分析图表有两个Y轴，左边表示频率，右为相 位，所以选择电压探针后，要在左右两边都添 加才能同时显示出幅相特性曲线。 223.2.3 运行仿真运行仿真 点击图表中运行按钮 或按空格键，运行仿真。3.2.4 图表分析图表分析 1.标尺线 左键拖出第一条标尺线，按住Ctrl再用左键拖出第二条标尺线 2.图表缩放 使
19、用图表中的工具 ，可进行平移和缩放。233.3 微处理器系统的仿真微处理器系统的仿真 3.3.1 仿真方法仿真方法 1、 在ISIS中设计仿真电路原理图 ， 注意CPU的运行时钟是在属性中设定的，与外接晶振无关。 2、代码编辑与编译、代码编辑与编译 对于汇编语言程序，Proteus提供了51、PIC、AVR、68HC11的汇编编译器，并自带源代码编辑器。因此直接在Proteus环境下完成程序的设计、编译与调试。 a、编译器选择 b、创建源程序 c、编译源程序 243、程序载入、程序载入CPU 设置CPU属性，Program File设置为前面编译出的目标文件（如hex文件）。4、运行仿真、运行
20、仿真 设置动画选项，运行仿真，通过交互器件（按钮、电机、液晶等）可以直观看到系统运行结果。5、程序调试、程序调试 运行时点击单步按钮，可以进入源代码调试状态，调试时可以设置断点，并观察内外存储器状态以及CPU和外设（如LCD）的寄存器内容。 25 Proteus和和MPLAB、Keil、IAR等集成开发环境结合，可以进行联合仿等集成开发环境结合，可以进行联合仿真，仿真前需安装相应的真，仿真前需安装相应的“驱动程序驱动程序”（新版本的（新版本的MPLAB不需要），不需要），如对于如对于Keil，需先运行，需先运行vdmagdi.exe,对于对于IAR，需先运行，需先运行vdmcspy.exe.这
21、些文件可以从安装光盘的这些文件可以从安装光盘的utility目录下得到，也可以从目录下得到，也可以从Labcenter官方官方网站下载。以下以网站下载。以下以Keil为例加以说明。为例加以说明。 1、运行驱动程序、运行驱动程序vdmagdi.exe 2、在、在Proteus中设计电路原理图，并选中中设计电路原理图，并选中Debuguse remote debug monitor； 3、在、在Keil环境下创建项目，编辑源程序（环境下创建项目，编辑源程序（C或或ASM）编译为）编译为hex文件；文件； 4、在、在Keil中，设置中，设置Targettarget option-debug,选用选用
22、Proteus VSM Simulator； 5、在、在Proteus中将中将Keil生成的生成的hex文件加载给文件加载给CPU； 6、在、在Keil中运行、调试程序，同时在中运行、调试程序，同时在Proteus中观察运行结果。中观察运行结果。3.3.2 与第三方与第三方IDE的联合仿真的联合仿真263.3.3 在在Proteus中的中的C源代码调试源代码调试 如果设置编译环境，使其输出含有调试信息的代码文件，如果设置编译环境，使其输出含有调试信息的代码文件，下载到单片机，仿真时就能直接在下载到单片机，仿真时就能直接在Proteus下观察、调试下观察、调试C源代码。源代码。1、PIC单片机单片机使用使用MPLAB、Hitech、CCS，输出，输出.cof文件。使用文件。使用IAR，输出，输出ubrof8文件；文件；2、AVR单片机单片机使用使用cof、ubrof8或或elf/dwarf2格式输出格式输出文件；文件；3、ARM7使用使用elf/dwarf2文件；文件；4、8051系列系列使用使用omf（Keil）或）或ubrof8（IAR）文件；）文件；5、HC11系列系列使用使用ubrof8文件文件。27
