Proteus电路仿真软件在电路设计中的应用
摘要：随着现代计算机技术的迅速发展,使用EDA软件进行的电路设计与仿真已经成为现代电子技术系统设计的必然趋势,在实际电路设计中引入EDA技术能有效提高设计效率,该文介绍了Proteus软件的功能和特点,并结合了具体的例子说明了如何用Proteus实现EDA辅助设计与仿真。
关键词：EDA PROTEUS计算机辅助设计仿真
0引言
测井五公司技术研究室目前承担分公司各项科研工程和技术革新，在实际运行中涉及相关电路设计，电路的真实性需要成品验证，这种传统方法成本高风险大，实验周期长，根据实际需要和适用性，研究室引入了易用的小规模Proteus软件对设计电路进行仿真，提前对所设计电路进行仿真测试和评估，电路成品有很高的符合率，有效降低了设计成本和实验周期，以下简述Proteus电路仿真软件在实际电路设计中的应用，并以实例加以讲解。
1 Proteus简介
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件，是一个电子设计的教案平台、实验平台和创新平台，涵盖了电工电子实验室、电子技术实验室、单片机应用实验室等的全部功能。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：
①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及Phil-lips公司的ARM(LPC系列)等。
③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil、ADS等软件。
④具有原理图绘制功能。能够进行SCH(原理图)和PCB(印刷板)电路的设计。
2 使用Proteus软件进行简单电路的仿真
Proteus软件仿真简单的桥式整流二极管稳压电路，软件提供的虚拟测量仪器，能够简单方便的仿真测量电路各处的波形和电压。
下图是桥式整流二极管稳压电路的仿真图。变压器TR1初级放置两个正弦波信号源，信号幅值设置为110V，相位分别设置为0度和180度，用来模拟220V正弦波交流电。变压器TR1的初次级变比为10:1，次级两端在虚拟示波器的显示窗口可以看到幅值为20V左右的正弦波交流波形。
经过D1-D4组成的桥式整流电路以后，正弦波交流电的负半周被整流桥翻转，变成脉动直流，但是此时的直流分量非常低，直流电压表指示接近0V（理想情况下仿真）。
桥式整流波形图
加入滤波电容后，脉动的直流电在电容两端建立了直流电压，大部分的交流分量被滤波电容滤除。
加入滤波电容后的波形
加入12V稳压二极管后，限流电阻后部的负载两端电压被稳定在12V左右，电压更加
的稳定平直。
加入稳压二极管后的波形
使用Proteus进行简单电路的仿真，能够直观方便的看到电路的运行状态，各点的电压
波形，有助于增强对各类基本电路的理解，为设计复杂电路打好基础。
3 使用Proteus软件进行单片机的仿真
Proteus软件对常用的主流单片机仿真都有很好的支持，把电路调试和单片机仿真结
合在一起，单片机的软件可以直接加载到Proteus电路图中的单片机中运行和仿真。
下面是爬行器工程中主控单片机的通讯仿真。
仿真电路中放置两片A T89C52单片机，一片用来运行爬行器主控程序，另一片用来模拟地面接收和指令发送。测量仪表使用了四路虚拟示波器和虚拟串口窗口。
在四路虚拟示波器中，我们能够监视关键点的波形。虚拟串行窗口中，能够显示线路上传输的串行序列码，以16进制方式分字显示。
在电路图中的单片机器件U1上双击，打开编辑元件窗口，选择需要加载的单片机程序文件（MCU程序.hex），该文件是编译好的十六进制HEX文件；设定单片机的时钟频率（12Mhz）；确定即可。
在单片机U2上双击，打开编辑元件窗口，选择需要加载的单片机程序文件（SENDTEST程序.hex），该文件是编译好的十六进制HEX文件；设定单片机的时钟频率（12Mhz）；确定即可。
点击左下角的运行按钮，电路开始仿真。
仿真情况如下图所示：
单片机的各个端口，用蓝色、红色和灰色三种色块表示当前的端口电平，蓝色代表低电平，红色代表高电平，灰色代表电平不定，一般为高阻或者高频变化。电路仿真中，根据程序的执行情况，端口电平会不断闪动。
示波器窗口中显示了关键点的波形，图中分别显示了收发逻辑、上传编码、模拟速度脉冲、温度电平四个波形。能够通过示波器的刻度，读出300毫秒的发送、200毫秒接收的收发逻辑周期；选择示波器上的时间旋钮，还能够清晰的展开上传数据的每一位，非常直观方便。
串行端口不断闪动的16进制编码，表示数据总线上接收到的串行序列数值，能够直观的判断单片机发送数据的正确性。
4 总结
Proteus电路仿真软件功能非常强大，在电路设计中，能够直观有效的观察电路的运行状态，工作点和电路参数，利用仿真来调整电路参数达到设计目的，有事半功倍的效果，尤其在单片机程序调试过程中，无需搭建实验电路板，能够跟Keil C单片机程序开发软件直接联调，方便快捷的调试单片机的程序，进行单片机系统的设计开发，在测井仪器的开发设计中，能够有效地提高效率，减少实验成本，缩短开发周期。
参考文献：
1、《Poteus 入门实用教程》，周润景、张丽娜、刘映群编著，2007年9月
2、《单片机原理及接口技术》陈连坤编著，2010年1月
