電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)講座.ppt

1、虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建（電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)講座）,主講人：李 進(jìn) 單 位：青島科技大學(xué),前 言,在電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)中，所遇到的最大困難是動(dòng)手能力的培訓(xùn)。 雖然有各種實(shí)驗(yàn)板、實(shí)驗(yàn)箱，但都不能滿足千變?nèi)f化的設(shè)計(jì)要求。而且也不能滿足學(xué)生的要求。 如何能使設(shè)計(jì)的方案盡快、盡量省錢的看到結(jié)果，是我們一直追求的目標(biāo)。 為此，我們構(gòu)建虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，隨時(shí)隨地都可以方便的進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)。,Proteus 軟件介紹,Proteus 嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺(tái)是由英國(guó) Labcenter 公司開發(fā)（授權(quán)我國(guó)風(fēng)標(biāo)公司為中國(guó)大陸的總代理），是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。,PROTEUS可以實(shí)現(xiàn)數(shù)

2、字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設(shè)計(jì)等全部功能。,PROTEUS 軟件包已有近20年的使用歷史，在全球擁有龐大的企業(yè)用戶群，是目前惟一能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真、調(diào)試與測(cè)試的EDA工具，真正實(shí)現(xiàn)了在沒(méi)有目標(biāo)原形時(shí)就可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試與驗(yàn)證。PROTEUS 軟件包大大提高了企業(yè)的開發(fā)效率，降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。,由于 PROTEUS 軟件包逼真、真實(shí)的協(xié)同仿真功能，得到了包括劍橋在內(nèi)的眾多大學(xué)用戶，作為電子學(xué)或嵌入式系統(tǒng)的課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和水平考試平臺(tái)。 Labcenter 公司為支持大學(xué)進(jìn)行電子系統(tǒng)的教學(xué)，特別推出了大學(xué)優(yōu)惠計(jì)劃，充分降

3、低教育機(jī)構(gòu)使用PROTEUS軟件包用于組建實(shí)驗(yàn)室或培訓(xùn)室的門檻。,內(nèi)容提要,PROTEUS 簡(jiǎn)介 PROTEUS ISIS 原理圖輸入 電路仿真與分析 人性化測(cè)量方法 高級(jí)電路設(shè)計(jì)與仿真 微處理器系統(tǒng)仿真 微處理器系統(tǒng)仿真概述 微處理器系統(tǒng)仿真與分析 第三方工具的應(yīng)用 PROTEUS與Keil整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室 PROTEUS綜合應(yīng)用,PROTEUS 構(gòu)成,Proteus 是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)。 ISIS為功能強(qiáng)大的原理布線工具。 ARES PCB設(shè)計(jì)為一PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)。,ISIS 智能原理圖輸入流程,設(shè)置編輯環(huán)境：用戶可自定義 圖形外觀，包括線寬、填充類 型、字符

4、等。 原理圖連線：點(diǎn)擊元件引腳或 者先前連好的線，就能實(shí)現(xiàn)連 線；也可使用自動(dòng)連線工具連 線； 建立網(wǎng)絡(luò)表：網(wǎng)絡(luò)表是電路板 與電路原理圖之間的紐帶。建 立的網(wǎng)表用于PCB制板。 報(bào)表輸出：材料報(bào)表、ERC報(bào) 表等。,741放大器電路,PTOTEUS VS仿真與分析,PROTEUS VSM中的整個(gè)電路分析是在ISIS原理圖設(shè)計(jì)模塊下延續(xù)下來(lái)的，原理圖中包含： 直接布置在線路上的探針； 電路激勵(lì)； 虛擬儀器； 曲線圖表。詳細(xì)內(nèi)容 任何時(shí)候都能通過(guò)按下運(yùn)行按鈕或空格對(duì)電路進(jìn)行仿真。 PROTEUS VSM有兩種截然不同的仿真方式：交互式仿真和基于圖表的仿真。 交互式仿真檢驗(yàn)用戶所設(shè)計(jì)的電路是否能正常

5、工作交互式仿真圖 基于圖表的仿真用來(lái)研究電路的工作狀態(tài)和進(jìn)行細(xì)節(jié)的測(cè)量基于圖表的仿真 PROTEUS VSM中的人性化測(cè)量,探針,電壓探針（Voltage probes） -即可在模擬仿真中使用，也可在數(shù)字仿真中使用。在模擬電路中記錄真實(shí)的電壓值，而在數(shù)字電路中，記錄邏輯電平及其強(qiáng)度。 電流探針（Current probes） - 僅可在模擬電路中使用，并可顯示電流方向。 探針既可用于基于圖表的仿真，也可用于交互式仿真中,激勵(lì)源,DC：直流電壓源； Sine：幅值、頻率、相位可控的正弦波發(fā)生器。 Pulse：幅值、周期和上升/下降沿時(shí)間可控的模擬脈沖發(fā)生器。 Exp：指數(shù)脈沖發(fā)生器。 SFFM

6、：?jiǎn)晤l率調(diào)頻波信號(hào)發(fā)生器。 Pwlin：任意分段線性脈沖、信號(hào)發(fā)生器。 File：File信號(hào)發(fā)生器。數(shù)據(jù)來(lái)源于ASCII文件。 Audio：音頻信號(hào)發(fā)生器。 DState：穩(wěn)態(tài)邏輯電平發(fā)生器。 DEdge：?jiǎn)芜呇匦盘?hào)發(fā)生器。 DPulse：?jiǎn)沃芷跀?shù)字脈沖發(fā)生器。 DClock：數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器。 DPattern：模式信號(hào)發(fā)生器。,模擬脈沖激勵(lì)源,用于為仿真分析產(chǎn)生各種周期輸入信號(hào)，包括方波、鋸齒波、三角波及單周期短脈沖。,模擬脈沖 信號(hào)輸出,指數(shù)脈沖激勵(lì)源,產(chǎn)生與RC充電/放電電路相同的脈沖波。,指數(shù) 信號(hào)輸出,單頻率調(diào)頻波激勵(lì)源,調(diào)頻波 信號(hào)輸出,Pwlin信號(hào)激勵(lì)源,任意分段線性脈沖

7、、信號(hào)發(fā)生器。,Pwlin 信號(hào)輸出,File信號(hào)激勵(lì)源,發(fā)生器的數(shù)據(jù)來(lái)源于ASCII文件。,.BAK文件 信號(hào)輸出,音頻信號(hào)激勵(lì)源,使用Windows WAV 文件作為輸入文件。結(jié)合音頻分析圖表，可以聽到電路對(duì)音頻信號(hào)處理后的聲音。,音頻信號(hào) 輸出,單周期數(shù)字脈沖激勵(lì)源,數(shù)字脈沖 信號(hào)輸出,數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)激勵(lì)源,數(shù)字時(shí)鐘 信號(hào)輸出,數(shù)字模式信號(hào)激勵(lì)源,數(shù)字模式 信號(hào)輸出,虛擬儀器,虛擬示波器(OSCILLOSCOPE) 邏輯分析儀(LOGIC ANALYSER) 定時(shí)計(jì)數(shù)器(COUNTER TIMER) 虛擬終端(VIRUAL TERMINAL) SPI調(diào)試器(SPI DEBUGGER) I2

8、C調(diào)試器(I2C DEBUGGER) 信號(hào)發(fā)生器(SIGNAL GENERATOR) 模式發(fā)生器(PATTERN GENERATOR) 電壓表和電流表（AC/DC voltmeters/ammeters）,模式發(fā)生器,模式發(fā)生器 編碼信號(hào),調(diào)試端口輸出 模式信號(hào),虛擬終端,模式發(fā)生器 編碼信號(hào),虛擬終端輸出模式信號(hào),信號(hào)發(fā)生器（調(diào)幅）,正弦信號(hào) 參數(shù),調(diào)幅信號(hào) 輸出,信號(hào)發(fā)生器 參數(shù)設(shè)置,曲線圖表,模擬圖表（ANALOGUE） 數(shù)字圖表 (DIGITAL) 混合分析圖表 (MIXED) 頻率分析圖表 (FREQUENCY) 轉(zhuǎn)移特性分析圖表 (TRANSFER) 噪聲分析圖表 (NOISE)

9、失真分析圖表 (DISTORTION) 傅立葉分析圖表 (FOURIER) 音頻分析圖表 (AUDIO) 交互分析圖表 (INTERACTIVE) 一致性分析圖表 (CONFORMANCE) 直流掃描分析圖表 (DC SWEEP) 交流掃描分析圖表 (AC SWEEP),基于轉(zhuǎn)移特性分析圖表的電路分析,數(shù)字分析圖表:用于繪制邏輯電平值隨時(shí)間變化的曲線，圖表中的波形代表單一數(shù)據(jù)位或總線的二進(jìn)制電平值 .,混合分析圖表:可以在同一圖表中同時(shí)顯示模擬和數(shù)字信號(hào)的波形.,直流掃描分析:可以觀察電路元件參數(shù)值在用戶定義范圍內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，對(duì)電路工作狀態(tài)（電壓或電流）的影響（如觀察電阻值、晶體管放大倍數(shù)、電

10、路工作溫度等參數(shù)變化對(duì)電路工作狀態(tài)的影響）。 也可以通過(guò)掃描激勵(lì)元件參數(shù)值實(shí)現(xiàn)直流傳輸特性的測(cè)量。,交流掃描分析可以建立一組反映元件在參數(shù)值發(fā)生線性變化時(shí)的頻率特性曲線。主要用來(lái)觀測(cè)相關(guān)元件參數(shù)值發(fā)生變化時(shí)對(duì)電路頻率特性的影響。,交互式仿真（741放大電路）,交互式電路仿真是電路分析的一個(gè)最重要的部分。輸入原理圖后，通過(guò)在期望的觀測(cè)點(diǎn)放置電流/電壓探針，或虛擬儀器，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，即可觀測(cè)到電路的實(shí)時(shí)輸出。,基于圖表的電路仿真與分析（741放大電路）,頻率分析：用于繪制小信號(hào)電壓增益或電 流增益隨頻率變化的曲線，即繪制波特圖。 可描繪電路的幅頻特性和相頻特性。,模擬分析:用于繪制一條或多條電壓或

11、電流 隨時(shí)間變化的曲線。,基于圖表的電路仿真與分析（741放大電路）,失真分析用于確定由測(cè)試電路所引起的電平 失真的程度，失真分析圖表用于顯示隨頻率 變化的二次和三次諧波失真電平。,噪聲分析：顯示隨時(shí)間變化的輸入、輸出噪 聲電壓；可產(chǎn)生單個(gè)元件的噪聲電壓清單。,人性化測(cè)量方法,利用不同顏色電路連線顯示相應(yīng)電壓 利用箭頭顯示電流方向,探針實(shí)時(shí)顯示 電壓/電流值,暫停時(shí)，使用Virtual Instruments 按鈕，可顯示元件參數(shù)信息,高級(jí)電路設(shè)計(jì)子電路及模塊電路,在電路設(shè)計(jì)中，建立子電路，或模塊電路均可實(shí)現(xiàn)電路的層次化。 特殊元件通過(guò)電路圖表表示為模塊。能夠任意設(shè)定層次，將模塊像標(biāo)準(zhǔn)元件或可

12、設(shè)置或切除的界面斷口所在的特殊子電路塊一樣繪制出來(lái)。,子電路,模塊電路,子電路F1電路原理圖,模塊電路VCO1電路原理圖,子電路或模塊電路均通過(guò)端口名稱與主電路連接,PROTEUS微處理器系統(tǒng)仿真,在基于微處理器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，即使沒(méi)有物理原型，Proteus VSM也能夠進(jìn)行軟件開發(fā)。 模型庫(kù)中包含LCD顯示、鍵盤、按鈕、開關(guān)等通用外圍設(shè)備。同時(shí)，提供的CPU模型有ARM7、PIC、Atmel AVR、Motorola HCXX以及8051/8052系列。 單片機(jī)系統(tǒng)的仿真是PROTEUS VSM的一大特色。同時(shí)，本仿真系統(tǒng)將源代碼的編輯和編譯整合到同一設(shè)計(jì)環(huán)境中，這樣使得用戶可以在設(shè)計(jì)中直接

13、編輯代碼，并可容易的查看到用戶對(duì)源程序修改后對(duì)仿真結(jié)果的影響。 VSM甚至能仿真多個(gè)CPU，它能便利處理兩個(gè)或以上微控制器的聯(lián)結(jié)與設(shè)計(jì)。,微處理器系統(tǒng)仿真與分析原理圖輸入,ISIS支持總線結(jié)構(gòu),Proteus VSM能把微處理器和連接該微 處理器的任何模擬和數(shù)字器件協(xié)同仿真,微處理器系統(tǒng)仿真與分析建立源代碼文件,選擇代碼生成工具,建立新的源代碼文件,定義新的源代碼文件名稱,微處理器系統(tǒng)仿真與分析源代碼文件與單片機(jī)的鏈接,源代碼編輯,源代碼編譯、鏈接,使用.HEX文件實(shí)現(xiàn)源 程序與單片機(jī)的鏈接,微處理器系統(tǒng)仿真與分析交互式仿真,實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)輸出結(jié)果,實(shí)時(shí)顯示元器件 引腳電平,微處理器系統(tǒng)仿真與分

14、析彈出式窗口,源代碼窗口：提供了四種程序執(zhí)行命令按鈕,程序調(diào)試斷點(diǎn),處理器程序計(jì)數(shù)器的當(dāng)前位置,內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器窗口,SFR存儲(chǔ)器窗口,CPU寄存器窗口,觀測(cè)窗口,第三方工具的應(yīng)用,第三方代碼生成工具 : Proteus許多共享匯編軟件 或編譯器可從系統(tǒng)CD上安 裝到Proteus TOOLS目錄下， 并且會(huì)被自動(dòng)作為Proteus的 代碼生成工具。 第三方源代碼編輯器 :PROTEUS VSM 提供了一個(gè)簡(jiǎn)明的源代碼文本編輯器SRCEDIT ,用戶還可使用第三方源代碼編輯器，如UltraEdit 。 第三方IDE ：用戶可使用第三方IDE，如IARs Embedded Workbench、 K

15、eils uVision 2、Microchips MP-LAB和Atmels AVR studio開發(fā)源代碼，并進(jìn)行編輯，生成可執(zhí)行文件（如HEX或COD文件）后切換到Proteus VSM ，然后進(jìn)行仿真。,PROTEUS 與 Keil 整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室,PROTEUS特點(diǎn)： Proteus軟件提供了數(shù)千種元器件和多達(dá)30多個(gè)元件庫(kù)。 在Proteus軟件中，理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。 除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還可以以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示線路上變化的信號(hào)。 虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，可減少儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 Proteus提供了比較豐富的測(cè)試

16、信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。,Keil 特點(diǎn)：,全功能的源代碼編輯器； 器件庫(kù)用來(lái)配置開發(fā)工具設(shè)置； 項(xiàng)目管理器用來(lái)創(chuàng)建和維護(hù)用戶的項(xiàng)目； 集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應(yīng)用； 所有開發(fā)工具的設(shè)置都是對(duì)話框形式的； 真正的源代碼級(jí)的對(duì)CPU和外圍器件的調(diào)試器； 高級(jí)GDI（AGDI）接口用來(lái)在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試以及和Monitor-51進(jìn)行通信；,PROTEUS與Keil聯(lián)調(diào),Keil處于運(yùn)行狀態(tài),PROTEUS同時(shí) 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài),PROTEUS綜合應(yīng)用1基于AT89C52的模糊控制算法的溫控儀設(shè)計(jì),采用Pt100溫度傳感器，測(cè)溫范圍0-100； 系統(tǒng)可設(shè)定溫度值； 設(shè)定溫度值與測(cè)量溫度值可實(shí)時(shí)顯示； 控溫精度：0.5。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示：,鉑電阻測(cè)溫調(diào)理電路,A/D接口電路,顯示電路,控制電路,系統(tǒng)總圖,仿真結(jié)果,輸出控制信號(hào)占空比,設(shè)定溫度為55、實(shí)際溫度為54時(shí)，系統(tǒng)輸出的功率信號(hào) 設(shè)定溫度為55、實(shí)際溫度為53時(shí)，系統(tǒng)輸出的功率信號(hào),輸出控制信號(hào)占空比,設(shè)定溫度為55、實(shí)際溫度為40時(shí)，系統(tǒng)輸出的功率信號(hào),PROTEUS綜合應(yīng)用2基于AT90S8515的頻率