基于PROTEUS的單片機系統(tǒng)設計與仿真

1、PROTEUS應用應用專題研討專題研討內容提要內容提要S PROTEUSPROTEUS簡介簡介S PROTEUS ISISPROTEUS ISISS 原理圖輸入原理圖輸入S 電路仿真與分析電路仿真與分析S 人性化測量方法人性化測量方法S 高級電路設計與仿真高級電路設計與仿真S 微處理器系統(tǒng)仿真微處理器系統(tǒng)仿真S 微處理器系統(tǒng)仿真概述微處理器系統(tǒng)仿真概述S 微處理器系統(tǒng)仿真與分析微處理器系統(tǒng)仿真與分析S 第三方工具的應用第三方工具的應用S PROTEUSPROTEUS與與KeilKeil整合構建單片機虛擬實驗室整合構建單片機虛擬實驗室 S PROTEUSPROTEUS綜合應用綜合應用PROTEU

2、S構成構成nProteus 是一個完是一個完整的嵌入式系統(tǒng)軟、整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設計仿真平臺。硬件設計仿真平臺。 nISIS為功能強大的為功能強大的原理布線工具。原理布線工具。nARES PCB設計為設計為一一PCB設計系統(tǒng)。設計系統(tǒng)。布線布線/編輯編輯ARES處理器處理器仿真模型仿真模型VSM高級圖形高級圖形分析模塊分析模塊動態(tài)動態(tài)器件庫器件庫混合模型混合模型仿真器仿真器原理圖輸入原理圖輸入系統(tǒng)系統(tǒng)ISISPROTEUSISIS 智能原理圖輸入流程智能原理圖輸入流程設置編輯環(huán)境：用戶可自定義設置編輯環(huán)境：用戶可自定義 圖形外觀，包括線寬、填充類圖形外觀，包括線寬、填充類 型、字符等。型、

3、字符等。原理圖連線：點擊元件引腳或原理圖連線：點擊元件引腳或 者先前連好的線，就能實現(xiàn)連者先前連好的線，就能實現(xiàn)連 線；也可使用自動連線工具連線；也可使用自動連線工具連 線；線；建立網絡表：網絡表是電路板建立網絡表：網絡表是電路板 與電路原理圖之間的紐帶。建與電路原理圖之間的紐帶。建 立的網表用于立的網表用于PCB制板。制板。報表輸出：材料報表、報表輸出：材料報表、ERC報報 表等。表等。開始開始新建設計文檔新建設計文檔設置編輯環(huán)境設置編輯環(huán)境放置元器件放置元器件原理圖連線原理圖連線建立網絡表建立網絡表電氣規(guī)則檢查電氣規(guī)則檢查存盤、報表輸出存盤、報表輸出結束結束調整調整是否合格是否合格NY74

4、1放大器電路放大器電路PTOTEUS VS仿真與分析仿真與分析R PROTEUS VSMPROTEUS VSM中的整個電路分析是在中的整個電路分析是在ISISISIS原理圖設計模塊下原理圖設計模塊下延續(xù)下來的，原理圖中包含：延續(xù)下來的，原理圖中包含：R 直接布置在線路上的探針；直接布置在線路上的探針；R 電路激勵；電路激勵；R 虛擬儀器；虛擬儀器；R 曲線圖表。曲線圖表。詳細內容詳細內容R 任何時候都能通過按下運行按鈕或空格對電路進行仿真。任何時候都能通過按下運行按鈕或空格對電路進行仿真。R PROTEUS VSMPROTEUS VSM有兩種截然不同的仿真方式：交互式仿真和基有兩種截然不同的仿

5、真方式：交互式仿真和基于圖表的仿真。于圖表的仿真。R 交互式仿真檢驗用戶所設計的電路是否能正常工作交互式仿真檢驗用戶所設計的電路是否能正常工作交互式仿真圖交互式仿真圖R 基于圖表的仿真用來研究電路的工作狀態(tài)和進行細節(jié)的基于圖表的仿真用來研究電路的工作狀態(tài)和進行細節(jié)的測量測量基于圖表的仿真基于圖表的仿真R PROTEUS VSMPROTEUS VSM中的人性化測量中的人性化測量探針探針n電壓探針（電壓探針（Voltage probes） -即可在模擬仿真中即可在模擬仿真中使用，也可在數(shù)字仿真中使用。在模擬電路中記錄使用，也可在數(shù)字仿真中使用。在模擬電路中記錄真實的電壓值，而在數(shù)字電路中，記錄邏輯

6、電平及真實的電壓值，而在數(shù)字電路中，記錄邏輯電平及其強度。其強度。 n電流探針（電流探針（Current probes） - 僅可在模擬電路中僅可在模擬電路中使用，并可顯示電流方向。使用，并可顯示電流方向。 n探針既可用于基于圖表的仿真，也可用于交互式仿探針既可用于基于圖表的仿真，也可用于交互式仿真中真中 激勵源激勵源nDCDC：直流電壓源；nSineSine：幅值、頻率、相位可控的正弦波發(fā)生器。nPulsePulse：幅值、周期和上升/下降沿時間可控的模擬脈沖發(fā)生器。nExpExp：指數(shù)脈沖發(fā)生器。nSFFMSFFM：單頻率調頻波信號發(fā)生器。nPwlinPwlin：任意分段線性脈沖、信號發(fā)生

7、器。nFileFile：File信號發(fā)生器。數(shù)據來源于ASCII文件。nAudioAudio：音頻信號發(fā)生器。nDStateDState：穩(wěn)態(tài)邏輯電平發(fā)生器。nDEdgeDEdge：單邊沿信號發(fā)生器。nDPulseDPulse：單周期數(shù)字脈沖發(fā)生器。nDClockDClock：數(shù)字時鐘信號發(fā)生器。nDPatternDPattern：模式信號發(fā)生器。模擬脈沖激勵源模擬脈沖激勵源 n用于為仿真分析產生各種周期用于為仿真分析產生各種周期輸入信號，包括方波、鋸齒波、輸入信號，包括方波、鋸齒波、三角波及單周期短脈沖。三角波及單周期短脈沖。 模擬脈沖模擬脈沖信號輸出信號輸出指數(shù)脈沖激勵源指數(shù)脈沖激勵源 n

8、產生與產生與RC充電充電/放電電路相同放電電路相同的脈沖波。的脈沖波。 指數(shù)指數(shù)信號輸出信號輸出單頻率調頻波激勵源單頻率調頻波激勵源 調頻波調頻波信號輸出信號輸出Pwlin信號激勵源信號激勵源 n任意分段線性脈沖、任意分段線性脈沖、信號發(fā)生器信號發(fā)生器。Pwlin信號輸出信號輸出File信號激勵源信號激勵源 n發(fā)生器的數(shù)據來源于發(fā)生器的數(shù)據來源于ASCII文件。文件。 .BAK文件文件信號輸出信號輸出音頻信號激勵源音頻信號激勵源 n使用使用Windows WAV 文件作為輸入文件。結合音頻分析圖表，文件作為輸入文件。結合音頻分析圖表，可以聽到電路對音頻信號處理后的聲音。可以聽到電路對音頻信號處

9、理后的聲音。 音頻信號音頻信號輸出輸出單周期數(shù)字單周期數(shù)字脈沖激勵源脈沖激勵源 數(shù)字脈沖數(shù)字脈沖信號輸出信號輸出數(shù)字時鐘數(shù)字時鐘信號激勵源信號激勵源 數(shù)字時鐘數(shù)字時鐘信號輸出信號輸出數(shù)字模式信號激勵源數(shù)字模式信號激勵源 數(shù)字模式數(shù)字模式信號輸出信號輸出虛擬儀器虛擬儀器n虛擬示波器虛擬示波器(OSCILLOSCOPE)(OSCILLOSCOPE)n邏輯分析儀邏輯分析儀(LOGIC ANALYSER)(LOGIC ANALYSER)n定定時計數(shù)器時計數(shù)器(COUNTER TIMER)(COUNTER TIMER)n虛擬終端虛擬終端(VIRUAL TERMINAL)(VIRUAL TERMINAL)

10、nSPISPI調試器調試器(SPI DEBUGGER)(SPI DEBUGGER)nI2CI2C調試器調試器(I2C DEBUGGER)(I2C DEBUGGER)n信號發(fā)生器信號發(fā)生器(SIGNAL GENERATOR)(SIGNAL GENERATOR)n模式發(fā)生器模式發(fā)生器(PATTERN GENERATOR)(PATTERN GENERATOR)n電壓表和電流表（電壓表和電流表（AC/DC voltmeters/ammetersAC/DC voltmeters/ammeters） 模式發(fā)生器模式發(fā)生器 模式發(fā)生器模式發(fā)生器編碼信號編碼信號調試端口輸出調試端口輸出模式信號模式信號虛擬終端

11、虛擬終端模式發(fā)生器模式發(fā)生器編碼信號編碼信號虛擬終端輸出模式信號虛擬終端輸出模式信號信號發(fā)生器（調幅）信號發(fā)生器（調幅）信號源名稱補償電壓(V)幅值(V)頻率(Hz)時延() （A）011K0正弦信號正弦信號參數(shù)參數(shù)調幅信號調幅信號輸出輸出信號發(fā)生器信號發(fā)生器參數(shù)設置參數(shù)設置曲線圖表曲線圖表n模擬圖表（ANALOGUE）n數(shù)字圖表 (DIGITAL)n混合分析圖表 (MIXED)n頻率分析圖表 (FREQUENCY)n轉移特性分析圖表 (TRANSFER)n噪聲分析圖表 (NOISE)n失真分析圖表 (DISTORTION)n傅立葉分析圖表 (FOURIER)n音頻分析圖表 (AUDIO)n交

12、互分析圖表 (INTERACTIVE)n一致性分析圖表 (CONFORMANCE)n直流掃描分析圖表 (DC SWEEP)n交流掃描分析圖表 (AC SWEEP) n基于轉移特性分析圖基于轉移特性分析圖表的電路分析表的電路分析 n數(shù)字分析圖表數(shù)字分析圖表:用于繪用于繪制邏輯電平值隨時間制邏輯電平值隨時間變化的曲線，圖表中變化的曲線，圖表中的波形代表單一數(shù)據的波形代表單一數(shù)據位或總線的二進制電位或總線的二進制電平值平值 .n混合分析圖混合分析圖表表:可以在同可以在同一圖表中同一圖表中同時顯示模擬時顯示模擬和數(shù)字信號和數(shù)字信號的波形的波形. n直流掃描分析直流掃描分析:可以觀察電路可以觀察電路元件

13、參數(shù)值在用戶定義范圍內元件參數(shù)值在用戶定義范圍內發(fā)生變化時，對電路工作狀態(tài)發(fā)生變化時，對電路工作狀態(tài)（電壓或電流）的影響（如觀（電壓或電流）的影響（如觀察電阻值、晶體管放大倍數(shù)、察電阻值、晶體管放大倍數(shù)、電路工作溫度等參數(shù)變化對電電路工作溫度等參數(shù)變化對電路工作狀態(tài)的影響）。路工作狀態(tài)的影響）。n也可以通過掃描激勵元件參數(shù)也可以通過掃描激勵元件參數(shù)值實現(xiàn)直流傳輸特性的測量。值實現(xiàn)直流傳輸特性的測量。 n交流掃描分析可以建立一組反交流掃描分析可以建立一組反映元件在參數(shù)值發(fā)生線性變化映元件在參數(shù)值發(fā)生線性變化時的頻率特性曲線。主要用來時的頻率特性曲線。主要用來觀測相關元件參數(shù)值發(fā)生變化觀測相關元件

14、參數(shù)值發(fā)生變化時對電路頻率特性的影響。時對電路頻率特性的影響。 交互式仿真（交互式仿真（741放大電路）放大電路）n交互式電路仿真是電路分析的一個最重要的交互式電路仿真是電路分析的一個最重要的部分。輸入原理圖后，通過在期望的觀測點部分。輸入原理圖后，通過在期望的觀測點放置電流放置電流/電壓探針，或虛擬儀器，點擊運行電壓探針，或虛擬儀器，點擊運行按鈕，即可觀測到電路的實時輸出。按鈕，即可觀測到電路的實時輸出。基于圖表的電路仿真與分析（基于圖表的電路仿真與分析（741放大電路）放大電路）頻率分析：用于繪制小信號電壓增益或電頻率分析：用于繪制小信號電壓增益或電流增益隨頻率變化的曲線，即繪制波特圖。流

15、增益隨頻率變化的曲線，即繪制波特圖?？擅枥L電路的幅頻特性和相頻特性?？擅枥L電路的幅頻特性和相頻特性。 模擬分析模擬分析:用于繪制一條或多條電壓或電流用于繪制一條或多條電壓或電流隨時間變化的曲線。隨時間變化的曲線?；趫D表的電路仿真與分析（基于圖表的電路仿真與分析（741放大電路）放大電路）失真分析用于確定由測試電路所引起的電平失真分析用于確定由測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。變化的二次和三次諧波失真電平。 噪聲分析：顯示隨時間變化的輸入、輸出噪噪聲分析：顯示隨時間變化的輸入、輸出噪聲電壓；可產生單個元

16、件的噪聲電壓清單。聲電壓；可產生單個元件的噪聲電壓清單。 人性化測量方法人性化測量方法利用不同顏色電路連線顯示相應電壓利用不同顏色電路連線顯示相應電壓利用箭頭顯示電流方向利用箭頭顯示電流方向 探針實時顯示探針實時顯示電壓電壓/電流值電流值暫停時，使用暫停時，使用Virtual Instruments按鈕，可顯示元件參數(shù)信息按鈕，可顯示元件參數(shù)信息 高級電路設計高級電路設計子電路及模塊電路子電路及模塊電路n在電路設計中，建立子電路，或模塊電路均可實現(xiàn)電路的層次化。n特殊元件通過電路圖表表示為模塊。能夠任意設定層次，將模塊像標準元件或可設置或切除的界面斷口所在的特殊子電路塊一樣繪制出來。子電路子電

17、路 模塊電路模塊電路子電路子電路F1電路原理圖電路原理圖模塊電路模塊電路VCO1電路原理圖電路原理圖子電路或模塊電路均通過端口名稱與主電路連接子電路或模塊電路均通過端口名稱與主電路連接PROTEUS微處理器系統(tǒng)仿真微處理器系統(tǒng)仿真n在基于微處理器系統(tǒng)的設計中，即使沒有物理原型，在基于微處理器系統(tǒng)的設計中，即使沒有物理原型，Proteus VSMProteus VSM也能夠進行軟件開發(fā)。也能夠進行軟件開發(fā)。n模型庫中包含模型庫中包含LCDLCD顯示、鍵盤、按鈕、開關等通用外圍設顯示、鍵盤、按鈕、開關等通用外圍設備。同時，提供的備。同時，提供的CPUCPU模型有模型有ARM7ARM7、PICPIC

18、、Atmel AVRAtmel AVR、Motorola HCXXMotorola HCXX以及以及8051/80528051/8052系列。系列。 n單片機系統(tǒng)的仿真是單片機系統(tǒng)的仿真是PROTEUS VSMPROTEUS VSM的一大特色。同時，本的一大特色。同時，本仿真系統(tǒng)將源代碼的編輯和編譯整合到同一設計環(huán)境中，仿真系統(tǒng)將源代碼的編輯和編譯整合到同一設計環(huán)境中，這樣使得用戶可以在設計中直接編輯代碼，并可容易的查這樣使得用戶可以在設計中直接編輯代碼，并可容易的查看到用戶對源程序修改后對仿真結果的影響?？吹接脩魧υ闯绦蛐薷暮髮Ψ抡娼Y果的影響。nVSMVSM甚至能仿真多個甚至能仿真多個CPU

19、CPU，它能便利處理兩個或以上微控制，它能便利處理兩個或以上微控制器的聯(lián)結與設計。器的聯(lián)結與設計。 微處理器系統(tǒng)仿真與分析微處理器系統(tǒng)仿真與分析原理圖輸入原理圖輸入ISIS支持總線結構支持總線結構Proteus VSM能把微處理器和連接該微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)仿真與分微處理器系統(tǒng)仿真與分析析建立源代碼文件建立源代碼文件選擇代碼生成工具選擇代碼生成工具建立新的源代碼文件建立新的源代碼文件定義新的源代碼文件名稱定義新的源代碼文件名稱微處理器系統(tǒng)仿真與分析微處理器系統(tǒng)仿真與分析源代碼文件與單片機的鏈接源代碼文件與單片機

20、的鏈接源代碼編輯源代碼編輯源代碼編譯、鏈接源代碼編譯、鏈接使用使用.HEX文件實現(xiàn)源文件實現(xiàn)源程序與單片機的鏈接程序與單片機的鏈接微處理器系統(tǒng)仿真與分析微處理器系統(tǒng)仿真與分析交互式仿真交互式仿真實時顯示系統(tǒng)輸出結果實時顯示系統(tǒng)輸出結果 實時顯示元器件實時顯示元器件 引腳電平引腳電平微處理器系統(tǒng)仿真與分析微處理器系統(tǒng)仿真與分析彈出式窗口彈出式窗口源代碼窗口：提供了四種程序執(zhí)行命令按鈕源代碼窗口：提供了四種程序執(zhí)行命令按鈕 程序調試斷點程序調試斷點處理器程序計數(shù)器的當前位置處理器程序計數(shù)器的當前位置 內部數(shù)據存儲器窗口內部數(shù)據存儲器窗口SFR存儲器窗口存儲器窗口CPU寄存器窗口寄存器窗口觀測窗口觀

21、測窗口第三方工具的應用第三方工具的應用n第三方代碼生成工具第三方代碼生成工具 : Proteus許多共享匯編軟件許多共享匯編軟件 或編譯器可從系統(tǒng)或編譯器可從系統(tǒng)CD上安上安 裝到裝到Proteus TOOLS目錄下，目錄下， 并且會被自動作為并且會被自動作為Proteus的的 代碼生成工具。代碼生成工具。 n第三方源代碼編輯器第三方源代碼編輯器 :PROTEUS VSM 提供了一個簡明的源代碼文本提供了一個簡明的源代碼文本編輯器編輯器SRCEDIT ,用戶還可使用第三方源代碼編輯器，如用戶還可使用第三方源代碼編輯器，如UltraEdit 。n第三方第三方IDE ：用戶可使用第三方：用戶可使用

22、第三方IDE，如，如IARs Embedded Workbench、 Keils uVision 2、Microchips MP-LAB和和Atmels AVR studio開發(fā)源代碼，并進行編輯，生成可執(zhí)行文件（如開發(fā)源代碼，并進行編輯，生成可執(zhí)行文件（如HEX或或COD文件）后切換到文件）后切換到Proteus VSM ，然后進行仿真，然后進行仿真。 PROTEUSPROTEUS與與KeilKeil整合構建單片機虛擬實驗室整合構建單片機虛擬實驗室PROTEUS特點：特點：RProteus軟件提供了數(shù)千種元器件和多達軟件提供了數(shù)千種元器件和多達30多個元件庫。多個元件庫。R在在Proteus

23、軟件中，理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調用。軟件中，理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調用。R除了現(xiàn)實存在的儀器外，除了現(xiàn)實存在的儀器外，Proteus還可以以圖形的方式實時地顯示線還可以以圖形的方式實時地顯示線路上變化的信號。路上變化的信號。R虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，可減少儀器對測量結果的影響。虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，可減少儀器對測量結果的影響。RProteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。包括模擬信號和數(shù)字信號。KeilKeil特點：特點：R全功能的源代碼編輯器；全

24、功能的源代碼編輯器；R器件庫用來配置開發(fā)工具設置；器件庫用來配置開發(fā)工具設置；R項目管理器用來創(chuàng)建和維護用戶的項目；項目管理器用來創(chuàng)建和維護用戶的項目；R集成的集成的MAKEMAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應用；工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應用；R所有開發(fā)工具的設置都是對話框形式的；所有開發(fā)工具的設置都是對話框形式的；R真正的源代碼級的對真正的源代碼級的對CPUCPU和外圍器件的調試器；和外圍器件的調試器；R高級高級GDIGDI（AGDIAGDI）接口用來在目標硬件上進行軟件調試以及和）接口用來在目標硬件上進行軟件調試以及和Monitor-51Monitor-51進行通信；進行通信；PROTEUS與與Keil聯(lián)調聯(lián)調Keil處于運行狀態(tài)處于運行狀態(tài)PROTEUS同時同時進入運行狀態(tài)進入運行狀態(tài)PROTEUSPROTEUS綜合應用綜合應用11基于基于AT89C52AT89C52的模糊控制算法的溫控儀設計的模糊控制算法的溫控儀設計n采用采用Pt100Pt100溫度傳感器，測溫范圍溫度傳感器，測溫范圍0-1000-100；n系統(tǒng)可設定溫度值；系統(tǒng)可設定溫度值；n設定溫度值與測量溫度值可實時顯示；設定溫度值與測量溫度值可實時顯示；n控溫精度：控溫精度：0.50.5。系統(tǒng)結構圖如圖所示：。系統(tǒng)結構圖如圖