PROTEUS的简介
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1 PROTEUS电子设计软件
本章在介绍电子设计软件PROTEUS结构和资源基础上,详细说明了软件的使用和参数的设置。以典型示例讲述了基于PROTEUS ISIS的电路设计方法、调试方法和基于PROTEUS ARS的PCB板设计方法,以及原理图模型创建和元器件封装的制作方法。
1.1 PROTEUS电子设计软件
1.1.1 PROTEUS简介
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与仿真软件。该软件的特点是:①集原理图设计、仿真和PCB设计于一体,真正实现从概念到产品的完整电子设计工具,②具有模拟电路、数字电路、单片机应用系统、嵌入式系统(不高于ARM7)设计与仿真功能,③具有全速、单步、设置断点等多种形式的调试功能,④具有各种信号源和电路分析所需的虚拟仪表,⑤支持Keil C51 uVision2、MPLAB等第三方的软件编译和调试环境,⑥具有强大的原理图到PCB板设计功能,可以输出多种格式的电路设计报表。拥有PROTEUS电子设计工具,就相当于拥有了一个电子设计和分析平台。
1.1.2 PROTEUS组成
Proteus软件自 1989 年问世至今,经历了近20年的发展历史,功能得到了不断的完善,性能越来越好,全球的用户也越来越多。PROTEUS之所以在全球得到应用,原因是它具有自身的特点和结构。PROTEUS电子设计软件由原理图输入模块(简称ISIS)、混合模型仿真器、动态器件库、高级图形分析模块、处理器仿真模型及PCB板设计编辑(简称ARES)六部分组成,如图1-1所示。
图1.1 PROTEUS基本组成
1.1.3产品传统设计方法与PROTEUS设计比较
1. 传统产品设计流程
传统电子产品开发流程如图1.2所示。
图1.2 传统电子产品开发流程 原理图输入ISIS混合模型仿真器动态器件库高级图形分析模块高级图形分析模块处理器仿真模型布线/编辑ARESPROTEUS
2 传统电子产品开发的缺点:
没有物理原型就无法对系统进行测试。
没有系统硬件就很难对软件进行调试。
重新做板是非非常费钱又费时的。
2.基于Proteus产品设计流程
基于PROTEUS的电子产品开发流程如图1.3所示。
图1.3 基于PROTEUS的电子产品开发流程
基于PROTEUS的电子产品开发优点:
只要完成原理图设计就可用于系统的测试了。
Proteus的交互仿真特性使软件的调试和测试在布板之前完成。
硬件设计的改动容易得如软件设计改动一样。
1.1.4 PROTEUS应用
1.Proteus适合教学
Proteus是一个巨大的教学资源,可以用于:
模拟电路与数字电路的教学与实验。
单片机与嵌入系统软件的教学与实验。
微控制器系统的综合实验。
创新实验与毕业设计。
项目设计与产品开发。
2.Proteus 适合技能考评与电子竞赛
单片机技能考评的必要性与难点;
Proteus能提供考试所需所有资源;
Proteus能直观评估硬件电路的设计正确性;
Proteus能硬件原理图直观调试软件;
Proteus能验证整个设计的功能;
测试可控、易评估、易实施;
有广泛的使用案例。
3.Proteus VSM适合产品开发
3 PROTEUS软件提供了从产品概念到设计完成的完整仿真与开发平台。
具有仿真与分析功能,可将产品开发中存在的问题消灭在萌芽中,从而减少开发风险。
软硬件的交互仿真与测试大大减少后期测试工作量。
便利项目管理与团队开发。
1.1.5 PROTEUS基本资源
1.工具
工具包括标准工具和绘图工具,标准工具的内容与菜单栏的内容一一对应,绘图工具栏有丰富的操作工具,选择不同的按纽会得到不同的工具。
1)操作工具
PROTEUS提供下例操作工具:
Component:选择元器件
Junction dot:在原理图中标注连接点
Wire label:标注网络标号
Text script:在电路中输入说明文本
Bus:绘制总线
Bus-circuit:绘制子电路块
Instant edit mode:选择元器件
Inter-sheet terminal:对象选择器列出输入/输出、电源、地等终端
Device Pin:对象选择器将列出普通引脚、时钟引脚、反电压引脚和短接引脚等
Simulation graph:对象选择器列出各种仿真分析所需的图表
Tape recorder:当对设计电路分割仿真时采用些模式
Generator:对象选择器列出各种激励源
Voltage probe:电压探针,电路进入仿真模式时可显示各探针处的电压值
Current probe:电流探针,电路进入仿真模式时可显示各探针处的电流值
Virtual instrument:对象选择器列出各种虚拟仪器
2)图形绘制工具
2D graphics line:绘制直线(用于创建元器件或表示图表时绘制线)
2D graphics box:绘制方框
2D graphics circle:绘制圆
2D graphics arc:绘制弧
2D graphics path:绘制任意形状图形
2D graphics text:文本编辑,用于插入说明
2D graphics symbol:用于选择各种符号元器件
Makers for component origin etc:用于产生各种标记图标
Set rotation:方向旋转按钮,以90度偏置改变元器件的放置方向
Horizontal reflection:水平镜像旋转按钮
Virtical reflectoin:垂直镜像旋转按钮
2.虚拟仪器
4 1)电路激励源
在PROTEUS中,提供了13种信号源,对于每一种信号源参数又可进行设置。
DC:直流电压源;
Sine:正弦波发生器。
Pulse:脉冲发生器。
Exp:指数脉冲发生器。
SFFM:单频率调频波信号发生器。
Pwlin:任意分段线性脉冲信号发生器。
File:File信号发生器。数据来源于ASCII文件。
Audio:音频信号发生器。数据来源于wav文件。
DState:稳态逻辑电平发生器。
DEdge:单边沿信号发生器。
DPulse:单周期数字脉冲发生器。
DClock:数字时钟信号发生器。
DPattern:模式信号发生器。
2)电路功能分析
在PROTEUS中,提供了9种电路分析工具,在电路设计时,可选用来测试电路的工作状态。
虚拟示波器(OSCILLOSCOPE)
逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER)
计数/定时器(COUNTER TIMER)
虚拟终端(VIRUAL TERMINAL)
信号发生器(SIGNAL GENERATOR)
模式发生器(PATTERN GENERATOR)
交直流电压表和电流表(AC/DC voltmeters/ammeters)
SPI调试器(SPI DEBUGGER)
I2C调试器(I2C DEBUGGER)
3)电路图表分析
在PROTEUS中,提供了13种分析图表,在电路高级仿真时,用来精确分析电路的技术指标。
模拟图表(ANALOGUE)
数字图表 (DIGITAL)
混合分析图表 (MIXED)
频率分析图表 (FREQUENCY)
转移特性分析图表 (TRANSFER)
噪声分析图表 (NOISE)
失真分析图表 (DISTORTION)
傅立叶分析图表 (FOURIER)
音频分析图表 (AUDIO)
交互分析图表 (INTERACTIVE)
一致性分析图表 (CONFORMANCE)
直流扫描分析图表 (DC SWEEP)
交流扫描分析图表 (AC SWEEP)
5 4)测试探针
在PROTEUS中,提供了电流和电压探针。用来测试所放外的电流和电压值,值得注意的是,电流探针的方向一定要与电路的导线平行。
电压探针(Voltage probes)-即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,而在数字电路中,记录逻辑电平及其强度。
电流探针(Current probes) - 仅在模拟电路仿真中使用,可显示电流方向和电流瞬时值
3.元件
PROTEUS提供了大量元器件的原理图符号和PCB封装,在绘制原理图之前必须知道每个元器件对误码的库,在自动布线之前必须知道对应元件的封装,下面是常用的元器件库:
1)元件库
Device.LIB(电阻、电容、二极管、三极管等常用元件库)
Active.LIB(虚拟仪器帮有源元器件库)
Diode.LIB(二极管和整流桥库)
Display.LIB(LED和LCD显示器件库)
Bipolar.LIB(三极管库)
Fet.LIB(场效应管库)
Realtime.LIB
Asimmdls.LIB(常用的模拟器件库)
Dsimmdls.LIB(数字器件库)
Valves.LIB(电子管库)
74STD.LIB(74系列标准TTL元器件)
74AS.LIB
74LS.LIB(74系列LS TTL元器件)
74ALS.LIB(74系列ALS TTL元器件库)
74S.LIB(74系列肖特苦TTL元器件库)
74F.LIB(74系列快速TTL元器件库)
74HC.LIB(74系列和4000系列高速CMOS元器件)
ANALOG.LIB(调节器、运放和数据采样IC)
CAPACITORS.LIB(电容)
CMOS.LIB(4000系列CMOS元器件)
ECL.LIB(ECL 10000系列元器件)
I2CMEM.LIB(I2C存储器)
MEMORY.LIB(存储器)
MICRO.LIB(常用微处理器)
OPAMP.LIB(运算放大器)
RESISTORS.LIB(电阻)
2)封装库
PACKAGE.LIB(二极管、三极管、IC、LED等常用元件封装库)
SMTDISC.LIB(常用元件的表帖封装库)
SMTCHIP.LIB(LCC、PLCC、CLCC等器件封装)
SMTBGA.LIB(常用接插件封装)