第1章 Proteus快速入门
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第1章 Proteus快速入门
1.1 Proteus整体功能预览
1.1.1 集成化的电路虚拟仿真软件—— Proteus 1.1.2 Proteus VSM仿真与分析 1.1.3 Proteus ARES的应用预览功能 1.2 Proteus跟我做 1.2.1 Proteus软件的安装与运行 1.2.2 一阶动态电路的设计与仿真 1.2.3 异步四位二进制计数器的设计及仿真 1.2.4 89C51与8255接口电路的调试及仿真
按照表1-1中的顺序来依次拾取元件。首先是充电电 容CAPACITOR，在图1-15中打开的元件对话框中， 在“Category”类中选中“Capacitors”电容类，在下 方的“Sub-category”(子类)中选中“Animated”(可 动画演示)，查询结果元件列表中只有一个元件，即 我们要找的CAPACITOR，如图1-15所示。双击元 件名，元件即被选入编辑界面的元件区中了，如图 1-16所示。如图单击一个元件后单击右下角的 “OK”，元件拾取后对话框关闭。连续取元件时不 要单击“OK”按钮，直接双击元件名可继续。 拾取元件对话框共分四部分，左侧从上到下分别为 直接查找时的名称输入、分类查找时的大类列表、 子类列表和生产厂家列表。中间为查到的元件
1.1.1 集成化的电路虚拟仿真软件 集成化的电路虚拟仿真软件—— Proteus
Proteus是一个基于ProSPICE混合模型仿真器的、 完整的嵌入式系统软硬件设计仿真平台。它包含 ISIS和ARES应用软件，具体功能分布如图1-1所示。
原理图 输入 ASF高 高 级图形 混合 模型
Proteus 软件
图1-9 虚拟仿真电路与外部实际电路的双向通信
5. Proteus与Keil联调 Proteus与汇编程序调试软件Keil可实现联调，在微 处理器运行中，如果发现程序有问题，可直接在 Proteus 的菜单中打开Keil对程序进行修改，如图110所示。
Keil处于运行状态 处于运行状态
图1-10 Proteus与Keil的联调
1. 元件的拾取 在桌面上选择【开始】→【程序】→“Proteus 7 Professional”，单击蓝色图标“ISIS 7 Professional” 打开应用程序。ISIS Professional的编辑界面如图 1-14所示。
图1-14 ISIS Professional的编辑界面
在弹出的对话框中选择“No”，选中“以后不再显 示此对话框”，关闭弹出提示。 本例所用到的元件清单如表1-1所示。
表1-1 例1的元件清单
用鼠标左键单击界面左侧预览窗口下面的“P”按钮， 如图1-14所示，弹出“Pick Devices”(元件拾取)对 话框，如图1-15所示。
图1-15 元件拾取对话框
ISIS 7 Professional的元件拾取就是把元件从元件拾 取对话框中拾取到图形编辑界面的对象选择器中。 元件拾取共有两种办法。 (1) 按类别查找和拾取元件 元件通常以其英文名称或器件代号在库中存放。我 们在取一个元件时，首先要清楚它属于哪一大类， 然后还要知道它归属哪一子类，这样就缩小了查找 范围，然后在子类所列出的元件中逐个查找，根据 显示的元件符号、参数来判断是否找到了所需要的 元件。双击找到的元件名，该元件便拾取到编辑界 面中了。
原理图中的P1为虚拟串口，通过适当设置和引用， 可以直接实现模拟与实际电路一样的串行通信效果， 避免了涉及外围及与PC之间的通信无法实现的情况。 在Proteus中，虚拟元件及虚拟仪器的种类很多，我 们不必担心单片机与上位机之间的通信如何来仿真 的问题。
实际温度测量板
PC串行口 串行口 串行电缆
CPU仿 仿 真模型 高级布 线/编辑 编辑 图1-1 Proteus 的功来自百度文库分布图 动态 器件库
ISIS——智能原理图输入系统，系统设计与仿真的 基本平台。 ARES ——高级PCB布线编辑软件。 在Proteus中，从原理图设计、单片机编程、系统仿 真到PCB设计一气呵成，真正实现了从概念到产品 的完整设计。Proteus 从原理图设计到PCB设计， 再到电路板完成的流程如图1-2所示。
Proteus VSM中的整个电路分析是在ISIS原理图设 计模块下延续下来的，原理图中可以包含以下仿真 工具： 探针—— 直接布置在线路上，用于采集和测量电压 /电流信号； 电路激励—— 系统的多种激励信号源； 虚拟仪器—— 用于观测电路的运行状况； 曲线图表—— 用于分析电路的参数指标。 1. 仿真工具—— 激励源 DC：直流电压源。 Sine：正弦波发生器。 Pulse：脉冲发生器。
1.1 Proteus整体功能预览 整体功能预览
Proteus软件和我们手头的其他电路设计仿真 软件最大的不同即它的功能不是单一的。它的强大 的元件库可以和任何电路设计软件相媲美；它的电 路仿真功能可以和Multisim相媲美，且独特的单片 机仿真功能是Multisim及其他任何仿真软件都不具 备的；它的PCB电路制版功能可以和Protel相媲美。 它的功能不但强大，而且每种功能都毫不逊于 Protel，是广大电子设计爱好者难得的一个工具软 件。
图1-2 Proteus 设计流程
在图1-2中，最上面是一个基于单片机的应用电路原 理图，显示的画面正处于仿真运行状态。设计者可 以从Proteus原理图库中调用所需库元件，然后通过 合适连线即可。单片机内可通过单击单片机芯片加 入已编译好的十六进制程序文件，然后运行仿真即 可。中间图片是运用Proteus的PCB制版功能设计出 的电路板，可通过原理图生成网络表后设计布局而 成。最下面的图为根据设计的PCB加工而成的电路 板和安装焊接完成后的实际电路。可见，整个电路 从设计到实际电路制作完成，通过Proteus一个软件 即可完美实现。并且，它的仿真结果与实际误差很 小，非常适合电子设计爱好者和高校学生自学使用， 缩短了设计周期，降低了生产成本，提高了设计成 功率。
图1-6 741放大电路的噪声分析
图1-7 741放大电路的失真分析
4. Proteus微处理器系统仿真
单片机系统的仿真是Proteus VSM的主要特色。用 户可在Proteus中直接编辑、编译、调试代码，并直 观地看到仿真结果。 CPU模型有ARM7(LPC21xx)、PIC、Atmel AVR、 Motorola HCXX以及8051/8052系列。同时模型库 中包含了LED/LCD显示、键盘、按钮、开关、常用 电机等通用外围设备。VSM甚至能仿真多个CPU， 它能便利处理含两个或两个以上微控制器的系统设 计。 下面看一个微处理器系统仿真与分析实例—— 交互 式仿真显示系统输出结果，如图1-8所示。
Proteus 激励源的可编辑格式示例如图1-3所示。
图1-3 Proteus 激励源的可编辑格式示例
3. 交互式仿真实例(741放大电路) 高级仿真(ASF)实例(741放大电路分析)如图 1-5所示。
激励源 电压探针
虚拟仪器
图1-5 741放大电路分析
噪声分析：显示随频率变化的输出噪声和等效输入 噪声电压，并列出电路各部分所产生的噪声电压清 单。741放大电路的噪声分析如图1-6所示。 失真分析：用于确定由测试电路所引起的电平失真 的程度，失真分析图表用于显示随频率变化的二次 和三次谐波失真电平。741放大电路的失真分析如 图1-7所示。
图1-12 ISIS 7 Professional 在程序中的位置
图1-13为ISIS 7 Professional 运行时的界面。
图1-13 ISIS 7 Professional 运行时的界面
1.2.2 一阶动态电路的设计与仿真
我们都知道，学习软件的最大困惑是，想一下子能 够上手，但看到层层叠叠的英文菜单和详而又细的 教程却望而生畏，最后会因没有足够的耐心而失去 兴趣，半途而废。其实，对于初学者，我们不必了 解软件的全部功能，只要能够把握它的核心和宗旨 的东西，拿来就能用，能快速玩转，是最开心不过 的了。至于内部的详细功能，在有了兴趣和信心之 后，再具体学习即可。 我们先从最简单的电路入手，来设计一个电容充放 电电路，并通过电路仿真观察其电流流向和灯的亮 灭。大家跟我做，一步一步来，一会儿你会找到一 种成就感。
实时显示系统输出结果
实时显示元器件 引脚电平
图1-8 微处理器交互仿真实例
单片机8051通过锁存器驱动液晶显示屏。单片机的 程序可通过Keil(支持汇编和C格式)编辑、编译成 “*.hex”后，直接用鼠标双击画面上的8051芯片， 把“*.hex”文件加入即可。如果程序无误，而且硬 件电路也连接正确，则单击原理图设计界面左下方 的仿真运行按钮，出现图1-8的仿真结果。其中，每 个芯片引脚还会通过红蓝两色的方点来表示此时的 引脚电平高低。红色表示高电平，蓝色表示低电平。 通过COMPIM串口仿真模型，可以实现虚拟仿真电 路与外部实际电路的双向通信，如图1-9所示。
1.1.3 Proteus ARES的应用预览功能 的应用预览功能
Proteus的ARES软件具有PCB(印刷电路板)设计的 强大功能。新的Proteus 7支持PCB板的三维预览， 便于观察器件布局和展示设计结果，如图1-11所示。
图1-11 Proteus的PCB三维预览
1.2 Proteus跟我做 跟我做
第1章 Proteus快速入门
Proteus 软件是由英国 Labcenter Electronics 公司开发的EDA工具软件，已有近20年的历史，在 全球得到了广泛应用。Proteus 软件的功能强大， 它集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身，不 仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计 与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真，并且 功能齐全，界面多彩，是近年来备受电子设计爱好 者青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件。
图1-3 Proteus 激励源的可编辑格式示例
2. 仿真工具—— 虚拟仪器 虚拟示波器(OSCILLOSCOPE)。 逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER)。 计数器、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)。 Proteus 的部分虚拟仪器(虚拟终端显示器、四通道 示波器和SPI、I2C调试器)
1.2.1 Proteus软件的安装与运行 软件的安装与运行
Proteus软件目前的最新版本为7.2，先按要求把软 件安装到计算机上，安装结束后，在桌面的“开始” 程序菜单中，单击运行原理图(ISIS 7 Professional) 或PCB (ARE 7 Professional)设计界面。ISIS 7 Professional在程序中的位置如图1-12所示。
1.1.2 Proteus VSM仿真与分析 仿真与分析
Proteus 软件的ISIS原理图设计界面同时还支持电 路仿真模式VSM(虚拟仿真模式)。当电路元件在调 用时，我们选用具有动画演示功能的器件或具有仿 真模型的器件，当电路连接完成无误后，直接运行 仿真按钮，即可实现声、光、动等逼真的效果，以 检验电路硬件及软件设计的对错，非常直观。 Proteus VSM有两种不同的仿真方式：交互式仿真 和基于图表的仿真。 交互式仿真—— 实时直观地反映电路设计的仿真结 果； 基于图表的仿真(ASF)—— 用来精确分析电路的各 种性能，如频率特性、噪声特性等。
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：单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。 Proteus 激励源的可编辑格式示例如图1-3所示。
1.1 Proteus整体功能预览
1.1.1 集成化的电路虚拟仿真软件—— Proteus 1.1.2 Proteus VSM仿真与分析 1.1.3 Proteus ARES的应用预览功能 1.2 Proteus跟我做 1.2.1 Proteus软件的安装与运行 1.2.2 一阶动态电路的设计与仿真 1.2.3 异步四位二进制计数器的设计及仿真 1.2.4 89C51与8255接口电路的调试及仿真
按照表1-1中的顺序来依次拾取元件。首先是充电电 容CAPACITOR，在图1-15中打开的元件对话框中， 在“Category”类中选中“Capacitors”电容类，在下 方的“Sub-category”(子类)中选中“Animated”(可 动画演示)，查询结果元件列表中只有一个元件，即 我们要找的CAPACITOR，如图1-15所示。双击元 件名，元件即被选入编辑界面的元件区中了，如图 1-16所示。如图单击一个元件后单击右下角的 “OK”，元件拾取后对话框关闭。连续取元件时不 要单击“OK”按钮，直接双击元件名可继续。 拾取元件对话框共分四部分，左侧从上到下分别为 直接查找时的名称输入、分类查找时的大类列表、 子类列表和生产厂家列表。中间为查到的元件
1.1.1 集成化的电路虚拟仿真软件 集成化的电路虚拟仿真软件—— Proteus
Proteus是一个基于ProSPICE混合模型仿真器的、 完整的嵌入式系统软硬件设计仿真平台。它包含 ISIS和ARES应用软件，具体功能分布如图1-1所示。
原理图 输入 ASF高 高 级图形 混合 模型
Proteus 软件
图1-9 虚拟仿真电路与外部实际电路的双向通信
5. Proteus与Keil联调 Proteus与汇编程序调试软件Keil可实现联调，在微 处理器运行中，如果发现程序有问题，可直接在 Proteus 的菜单中打开Keil对程序进行修改，如图110所示。
Keil处于运行状态 处于运行状态
图1-10 Proteus与Keil的联调
1. 元件的拾取 在桌面上选择【开始】→【程序】→“Proteus 7 Professional”，单击蓝色图标“ISIS 7 Professional” 打开应用程序。ISIS Professional的编辑界面如图 1-14所示。
图1-14 ISIS Professional的编辑界面
在弹出的对话框中选择“No”，选中“以后不再显 示此对话框”，关闭弹出提示。 本例所用到的元件清单如表1-1所示。
表1-1 例1的元件清单
用鼠标左键单击界面左侧预览窗口下面的“P”按钮， 如图1-14所示，弹出“Pick Devices”(元件拾取)对 话框，如图1-15所示。
图1-15 元件拾取对话框
ISIS 7 Professional的元件拾取就是把元件从元件拾 取对话框中拾取到图形编辑界面的对象选择器中。 元件拾取共有两种办法。 (1) 按类别查找和拾取元件 元件通常以其英文名称或器件代号在库中存放。我 们在取一个元件时，首先要清楚它属于哪一大类， 然后还要知道它归属哪一子类，这样就缩小了查找 范围，然后在子类所列出的元件中逐个查找，根据 显示的元件符号、参数来判断是否找到了所需要的 元件。双击找到的元件名，该元件便拾取到编辑界 面中了。
原理图中的P1为虚拟串口，通过适当设置和引用， 可以直接实现模拟与实际电路一样的串行通信效果， 避免了涉及外围及与PC之间的通信无法实现的情况。 在Proteus中，虚拟元件及虚拟仪器的种类很多，我 们不必担心单片机与上位机之间的通信如何来仿真 的问题。
实际温度测量板
PC串行口 串行口 串行电缆
CPU仿 仿 真模型 高级布 线/编辑 编辑 图1-1 Proteus 的功来自百度文库分布图 动态 器件库
ISIS——智能原理图输入系统，系统设计与仿真的 基本平台。 ARES ——高级PCB布线编辑软件。 在Proteus中，从原理图设计、单片机编程、系统仿 真到PCB设计一气呵成，真正实现了从概念到产品 的完整设计。Proteus 从原理图设计到PCB设计， 再到电路板完成的流程如图1-2所示。
Proteus VSM中的整个电路分析是在ISIS原理图设 计模块下延续下来的，原理图中可以包含以下仿真 工具： 探针—— 直接布置在线路上，用于采集和测量电压 /电流信号； 电路激励—— 系统的多种激励信号源； 虚拟仪器—— 用于观测电路的运行状况； 曲线图表—— 用于分析电路的参数指标。 1. 仿真工具—— 激励源 DC：直流电压源。 Sine：正弦波发生器。 Pulse：脉冲发生器。
1.1 Proteus整体功能预览 整体功能预览
Proteus软件和我们手头的其他电路设计仿真 软件最大的不同即它的功能不是单一的。它的强大 的元件库可以和任何电路设计软件相媲美；它的电 路仿真功能可以和Multisim相媲美，且独特的单片 机仿真功能是Multisim及其他任何仿真软件都不具 备的；它的PCB电路制版功能可以和Protel相媲美。 它的功能不但强大，而且每种功能都毫不逊于 Protel，是广大电子设计爱好者难得的一个工具软 件。
图1-2 Proteus 设计流程
在图1-2中，最上面是一个基于单片机的应用电路原 理图，显示的画面正处于仿真运行状态。设计者可 以从Proteus原理图库中调用所需库元件，然后通过 合适连线即可。单片机内可通过单击单片机芯片加 入已编译好的十六进制程序文件，然后运行仿真即 可。中间图片是运用Proteus的PCB制版功能设计出 的电路板，可通过原理图生成网络表后设计布局而 成。最下面的图为根据设计的PCB加工而成的电路 板和安装焊接完成后的实际电路。可见，整个电路 从设计到实际电路制作完成，通过Proteus一个软件 即可完美实现。并且，它的仿真结果与实际误差很 小，非常适合电子设计爱好者和高校学生自学使用， 缩短了设计周期，降低了生产成本，提高了设计成 功率。
图1-6 741放大电路的噪声分析
图1-7 741放大电路的失真分析
4. Proteus微处理器系统仿真
单片机系统的仿真是Proteus VSM的主要特色。用 户可在Proteus中直接编辑、编译、调试代码，并直 观地看到仿真结果。 CPU模型有ARM7(LPC21xx)、PIC、Atmel AVR、 Motorola HCXX以及8051/8052系列。同时模型库 中包含了LED/LCD显示、键盘、按钮、开关、常用 电机等通用外围设备。VSM甚至能仿真多个CPU， 它能便利处理含两个或两个以上微控制器的系统设 计。 下面看一个微处理器系统仿真与分析实例—— 交互 式仿真显示系统输出结果，如图1-8所示。
Proteus 激励源的可编辑格式示例如图1-3所示。
图1-3 Proteus 激励源的可编辑格式示例
3. 交互式仿真实例(741放大电路) 高级仿真(ASF)实例(741放大电路分析)如图 1-5所示。
激励源 电压探针
虚拟仪器
图1-5 741放大电路分析
噪声分析：显示随频率变化的输出噪声和等效输入 噪声电压，并列出电路各部分所产生的噪声电压清 单。741放大电路的噪声分析如图1-6所示。 失真分析：用于确定由测试电路所引起的电平失真 的程度，失真分析图表用于显示随频率变化的二次 和三次谐波失真电平。741放大电路的失真分析如 图1-7所示。
图1-12 ISIS 7 Professional 在程序中的位置
图1-13为ISIS 7 Professional 运行时的界面。
图1-13 ISIS 7 Professional 运行时的界面
1.2.2 一阶动态电路的设计与仿真
我们都知道，学习软件的最大困惑是，想一下子能 够上手，但看到层层叠叠的英文菜单和详而又细的 教程却望而生畏，最后会因没有足够的耐心而失去 兴趣，半途而废。其实，对于初学者，我们不必了 解软件的全部功能，只要能够把握它的核心和宗旨 的东西，拿来就能用，能快速玩转，是最开心不过 的了。至于内部的详细功能，在有了兴趣和信心之 后，再具体学习即可。 我们先从最简单的电路入手，来设计一个电容充放 电电路，并通过电路仿真观察其电流流向和灯的亮 灭。大家跟我做，一步一步来，一会儿你会找到一 种成就感。
实时显示系统输出结果
实时显示元器件 引脚电平
图1-8 微处理器交互仿真实例
单片机8051通过锁存器驱动液晶显示屏。单片机的 程序可通过Keil(支持汇编和C格式)编辑、编译成 “*.hex”后，直接用鼠标双击画面上的8051芯片， 把“*.hex”文件加入即可。如果程序无误，而且硬 件电路也连接正确，则单击原理图设计界面左下方 的仿真运行按钮，出现图1-8的仿真结果。其中，每 个芯片引脚还会通过红蓝两色的方点来表示此时的 引脚电平高低。红色表示高电平，蓝色表示低电平。 通过COMPIM串口仿真模型，可以实现虚拟仿真电 路与外部实际电路的双向通信，如图1-9所示。
1.1.3 Proteus ARES的应用预览功能 的应用预览功能
Proteus的ARES软件具有PCB(印刷电路板)设计的 强大功能。新的Proteus 7支持PCB板的三维预览， 便于观察器件布局和展示设计结果，如图1-11所示。
图1-11 Proteus的PCB三维预览
1.2 Proteus跟我做 跟我做
第1章 Proteus快速入门
Proteus 软件是由英国 Labcenter Electronics 公司开发的EDA工具软件，已有近20年的历史，在 全球得到了广泛应用。Proteus 软件的功能强大， 它集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身，不 仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计 与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真，并且 功能齐全，界面多彩，是近年来备受电子设计爱好 者青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件。
图1-3 Proteus 激励源的可编辑格式示例
2. 仿真工具—— 虚拟仪器 虚拟示波器(OSCILLOSCOPE)。 逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER)。 计数器、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)。 Proteus 的部分虚拟仪器(虚拟终端显示器、四通道 示波器和SPI、I2C调试器)
1.2.1 Proteus软件的安装与运行 软件的安装与运行
Proteus软件目前的最新版本为7.2，先按要求把软 件安装到计算机上，安装结束后，在桌面的“开始” 程序菜单中，单击运行原理图(ISIS 7 Professional) 或PCB (ARE 7 Professional)设计界面。ISIS 7 Professional在程序中的位置如图1-12所示。
1.1.2 Proteus VSM仿真与分析 仿真与分析
Proteus 软件的ISIS原理图设计界面同时还支持电 路仿真模式VSM(虚拟仿真模式)。当电路元件在调 用时，我们选用具有动画演示功能的器件或具有仿 真模型的器件，当电路连接完成无误后，直接运行 仿真按钮，即可实现声、光、动等逼真的效果，以 检验电路硬件及软件设计的对错，非常直观。 Proteus VSM有两种不同的仿真方式：交互式仿真 和基于图表的仿真。 交互式仿真—— 实时直观地反映电路设计的仿真结 果； 基于图表的仿真(ASF)—— 用来精确分析电路的各 种性能，如频率特性、噪声特性等。
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：单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。 Proteus 激励源的可编辑格式示例如图1-3所示。