电子设计开发与仿真平台.
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第十一章 电子设计开发与仿真平台
南京林业大学信息科学技术学院
主要内容
Proteus 概述 Proteus ISIS的特点 Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器 Proteus 虚拟系统模型(VSM) Proteus PCB设计 实例演示
Proteus教学实验系统演示
ISIS原理图设计与仿真
——从概念到完成
Proteus 是英国Labcenter 公司研发的嵌入式系统仿真 开发软件。 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。
ARES线路板设计
实物
Proteus的构成
Proteus是集成了智能原理布图、混合模型电路仿真和PCB设计，构成一个完整的电子设计系统。
仿真工具－探针（Probe）
探针可以直接布置在线路上，用于实时采 集和测量电压/电流信号。 电 电压探针（Voltage probes）－即 压 可在模拟仿真中使用，也可在数字仿真中 探 使用。在模拟电路中记录真实的电压值， 针 而在数字电路中，记录逻辑电平及其强度。
电流探针（Current probes） － 仅
输出层设置 Gerber格式
Proteus PCB设计 支持引脚交换和门交换优化
原始布局，因布线密 度过高导致自动布线 无法完成
经过门交换优化 后，降低了布线密 度，可轻松完成自 动布线
Proteus PCB设计 支持器件和PCB的3D预览
主要内容
Proteus 概述
Proteus ISIS的特点 Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器
在模拟电路仿真中使用，可显示电流方向 和电流瞬时值。
电 流 探 针
探针即可用于基于图表的仿真，也可 用于交互式仿真中 。
仿真工具－激励源(14种)
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 Scriptable：脚本化波形发生器
导线和过孔定义 板层设定 飞线显示
PROTEUS PCB设计
ARES支持手工布与自动布局布线。在布局时可以以任意角度摆放器件，在布线时我们可以选择 4 种布线方式：全局基于形状的自动布线，交互式布线，用户脚本化布线，外部自动布线器布线。
自动布局与布线
器件布局（自动＋手工）
自动布线
PROTEUS PCB设计
ARES包含了一个世界级的集成的基于形状的自动布线器，使用了高级的、被证实了的、基于代 价冲突的优化算法以最大化布通率。
基于形状的布线器
Proteus基于形状的自动布线器在BGA器件引脚周围布线 前 - 后
PROTEUS PCB设计
CAD/CAM输出
ARES在支持RS274D及新 的RS274X格式的GERBER 输出的同时，还增加了对目 前世界上智能水平最高的 CAD/CAM数据交换格式 — ODB＋＋的输出支持。
I2C总线 调试窗口
高级仿真（ASF）
瞬态分析 噪声分析
虚拟示波器 频率分析 失真分析
交互式仿真
探针实时显示 电压/电流值
显示屏（LCD）
CPU运行程序
引脚逻辑状态显示
不同颜色电路连线显示相应电压 箭头显示电流方向
仿真暂停时 显示元件引脚信息
游戏手柄 （可映射到PC键盘上）
主要内容
Proteus 概述 Proteus ISIS的特点 Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器 微处理器系统仿真(VSM) Proteus PCB设计 实例演示
Proteus PCB Design Suite
Proteus VSM Design Suite
8051/52、 PIC10/12 PIC16/18 PIC24/33、 ARM 7、 HC 11、 AVR、 8086、 Basic Stamp ……
VSM 虚拟系统模型
ARES 高级布线编辑
PCB设计
Proteus教学实验系统演示
ISIS （智能原理图输入系统）的 特点
Proteus智能原理图输入系统（ISIS）是原理图设计和 电路仿真的基本平台。ISIS绘图简单快捷，特别是新的7.1版 以后，鼠标功能大大加强，并新增了设计浏览器用于原理图 与PCB的交叉检查。
个性化的编辑环境：用户可自定义原理图外观，包括线宽、线 型、填充类型、字符等。还可以使用风格模板。用户可以自己 设置快捷键定义。 快捷选取/放置器件：通过模糊搜索可快速从器件库中选取器 件。并且可以实况预览和选择器件的PCB封装。 层次化设计：支持多页或子电路设计 仿真日志：用于仿真的监控和故障诊断。
仿真工具－曲线图表(13种)
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)
ENC28J60 模型
电脑＃1 LAN
电脑＃2
主要内容
Proteus 概述
Proteus ISIS的特点 Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器
百度文库
微处理器系统仿真(VSM)
Proteus PCB设计
实例演示
Proteus教学实验系统演示
Proteus PCB设计
ASF 高级图表仿真
ProSPICE ISIS 混合模型 智能原理布图
Proteus
Design
Suite
主要内容
Proteus 概述 Proteus ISIS的特点 Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器 微处理器系统仿真(VSM) Proteus PCB设计 实例演示
与第三方IDE的协同仿真
Proteus中只集成了单片机的汇编编译器。 当使用高级语言（如C语言）进行程序设计时， 需要应用第三方的集成开发环境（IDE），例如： IAR’s Embedded Workbench Keil Microchip’s MP-LAB Atmel’s AVR studio 对于特定的集成开发环境，还可以进行与 Proteus的联调。
Proteus PCB设计
丰富的器件封装
ARES的封装库包括标准的SMT封装、IPC7351封装和双列直插封 装，共四千多个（7.5sp2）。
PROTEUS PCB设计
增强的设计规则管理器
网络选择
用户可以通过设计管理器配置设计规则对特定的层，特定的
网络或一组网络进行管理,还可以创建任意数量的设计规则。
ISIS （智能原理图输入系统）的 特点
原理图自动连线,自动标号：自动连线功能使得连线轻松
快捷。新版本采用非模态（modeless）的选择与连 线，软件操作更加智能化。
灵活多样的设计输出 ：原理图（包括仿真时的画面） 以多种格式图片输出以便发表与存档；设计完成还可 以输出多种格式的网络表。
主要内容
Proteus教学实验系统演示
Proteus微处理器系统仿真(VSM)
单片机系统的仿真是Proteus VSM(虚拟系统模型)的主要 特色。用户可在Proteus中绘制原理图，编辑、编译、调 试代码，并直观地看到仿真结果，完成单片机系统的设计。
Proteus目前的仿真模型达到27000多种， Labcenter公司 还在持续不断的添加。其中CPU模型有ARM7（LPC21xx）、 Atmel AVR 、Motorola HC11 、8051/8052、PIC系列 （PIC10/12/16/18/24/33），在7.5版本中增加了8086， 即将在7.6版将增加MSP430。 同时模型库中包含了 LED/LCD显示、键盘、按钮、开关、常用电机等大量通用 外围设备。
仿真工具－虚拟仪器(13种)
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) USB调试器(USB DEBUGGER)
VSM能仿真多个CPU，它能便利处理含两个或以上微控制器 的系统设计。
在Proteus中程序调试
内部数据存储器窗口
SFR存储器窗口
CPU寄存器窗口
处理器程序计数器的当前位置
观测窗口
程序调试断点
源代码窗口：提供了四种程序执行命令按钮
Proteus下的C源码调试
如果设置编译环境，使其输出含有调试信息的代码文 件，下载到单片机，仿真时就能直接在Proteus下观察、 调试C源代码。 CPU加载OMF文件 C源码调试窗口
Proteus不仅能完成电路的仿真 与分析，它的另一个强大功能是运用 ARES来完成PCB设计。可以说ARES 这个高性能的，集成了真正世界级的 基于形状的布线器的PCB设计工具是 对Proteus ISIS的完美补充。 支持16 个铜箔层、2个丝印层、 4 个机械层加板边、禁止布线区、阻 焊区及锡膏覆盖区 。
Proteus 概述 Proteus ISIS的特点 Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器 微处理器系统仿真(VSM) Proteus PCB设计 实例演示
Proteus教学实验系统演示
Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器
Proteus ProSPICE仿真有两类不同的仿真方式： 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。 Proteus ProSPICE的整个电路分析是ISIS原理图 设计模块的延续，它提供了大量的虚拟仪器、曲 线图表、激励源和探针等仿真工具： 探针－电压探针、电流探针； 电路激励－ 14种激励信号源； 曲线图表－ 13种曲线图表。 虚拟仪器－ 13种虚拟仪器如示波器等；
Proteus与Keil联调
Keil处于运行状态 Proteus同时 进入运行状态
VSM的物理接口模型
物理接口模型（Physical Interface Model） 是虚拟电路与外部建立通信的桥梁。目前最新的 Proteus VSM中有以下物理接口模型：
COMPIM——串口物理接口模型 仿真电路通过本机的RS232接口与外部通信。 EPIM——以太网物理接口模型 仿真电路通过本机的网络接口与外部通信，目前 有RTL8019AS和ENC28J60两种控制器模型。
VSM物理接口模型之一：COMPIM模型
通过串口物理接口 （COMPIM）模型，可以 实现虚拟仿真电路与外部 实际电路的双向串行通信
实际温度测量板 Proteus仿真电路
COMPIM模型
PC串行口 串行电缆
VSM物理接口模型之二：EPIM模型
使用以太网物理接口模型 （EPIM），可以实现虚拟仿真电 路通过本地网卡与局域网内其他计 算机的双向网络通信
微处理器系统仿真(VSM)
Proteus PCB设计
实例演示
Proteus教学实验系统演示
实例演示
模拟电路 动态电路仿真 负反馈电路分析 数字电路 组合逻辑电路仿真 时序逻辑电路仿真 单片机仿真 光电耦合及继电器仿真 单片机协同外围器件仿真 Proteus仿真开发过程演示
南京林业大学信息科学技术学院
主要内容
Proteus 概述 Proteus ISIS的特点 Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器 Proteus 虚拟系统模型(VSM) Proteus PCB设计 实例演示
Proteus教学实验系统演示
ISIS原理图设计与仿真
——从概念到完成
Proteus 是英国Labcenter 公司研发的嵌入式系统仿真 开发软件。 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。
ARES线路板设计
实物
Proteus的构成
Proteus是集成了智能原理布图、混合模型电路仿真和PCB设计，构成一个完整的电子设计系统。
仿真工具－探针（Probe）
探针可以直接布置在线路上，用于实时采 集和测量电压/电流信号。 电 电压探针（Voltage probes）－即 压 可在模拟仿真中使用，也可在数字仿真中 探 使用。在模拟电路中记录真实的电压值， 针 而在数字电路中，记录逻辑电平及其强度。
电流探针（Current probes） － 仅
输出层设置 Gerber格式
Proteus PCB设计 支持引脚交换和门交换优化
原始布局，因布线密 度过高导致自动布线 无法完成
经过门交换优化 后，降低了布线密 度，可轻松完成自 动布线
Proteus PCB设计 支持器件和PCB的3D预览
主要内容
Proteus 概述
Proteus ISIS的特点 Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器
在模拟电路仿真中使用，可显示电流方向 和电流瞬时值。
电 流 探 针
探针即可用于基于图表的仿真，也可 用于交互式仿真中 。
仿真工具－激励源(14种)
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 Scriptable：脚本化波形发生器
导线和过孔定义 板层设定 飞线显示
PROTEUS PCB设计
ARES支持手工布与自动布局布线。在布局时可以以任意角度摆放器件，在布线时我们可以选择 4 种布线方式：全局基于形状的自动布线，交互式布线，用户脚本化布线，外部自动布线器布线。
自动布局与布线
器件布局（自动＋手工）
自动布线
PROTEUS PCB设计
ARES包含了一个世界级的集成的基于形状的自动布线器，使用了高级的、被证实了的、基于代 价冲突的优化算法以最大化布通率。
基于形状的布线器
Proteus基于形状的自动布线器在BGA器件引脚周围布线 前 - 后
PROTEUS PCB设计
CAD/CAM输出
ARES在支持RS274D及新 的RS274X格式的GERBER 输出的同时，还增加了对目 前世界上智能水平最高的 CAD/CAM数据交换格式 — ODB＋＋的输出支持。
I2C总线 调试窗口
高级仿真（ASF）
瞬态分析 噪声分析
虚拟示波器 频率分析 失真分析
交互式仿真
探针实时显示 电压/电流值
显示屏（LCD）
CPU运行程序
引脚逻辑状态显示
不同颜色电路连线显示相应电压 箭头显示电流方向
仿真暂停时 显示元件引脚信息
游戏手柄 （可映射到PC键盘上）
主要内容
Proteus 概述 Proteus ISIS的特点 Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器 微处理器系统仿真(VSM) Proteus PCB设计 实例演示
Proteus PCB Design Suite
Proteus VSM Design Suite
8051/52、 PIC10/12 PIC16/18 PIC24/33、 ARM 7、 HC 11、 AVR、 8086、 Basic Stamp ……
VSM 虚拟系统模型
ARES 高级布线编辑
PCB设计
Proteus教学实验系统演示
ISIS （智能原理图输入系统）的 特点
Proteus智能原理图输入系统（ISIS）是原理图设计和 电路仿真的基本平台。ISIS绘图简单快捷，特别是新的7.1版 以后，鼠标功能大大加强，并新增了设计浏览器用于原理图 与PCB的交叉检查。
个性化的编辑环境：用户可自定义原理图外观，包括线宽、线 型、填充类型、字符等。还可以使用风格模板。用户可以自己 设置快捷键定义。 快捷选取/放置器件：通过模糊搜索可快速从器件库中选取器 件。并且可以实况预览和选择器件的PCB封装。 层次化设计：支持多页或子电路设计 仿真日志：用于仿真的监控和故障诊断。
仿真工具－曲线图表(13种)
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)
ENC28J60 模型
电脑＃1 LAN
电脑＃2
主要内容
Proteus 概述
Proteus ISIS的特点 Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器
百度文库
微处理器系统仿真(VSM)
Proteus PCB设计
实例演示
Proteus教学实验系统演示
Proteus PCB设计
ASF 高级图表仿真
ProSPICE ISIS 混合模型 智能原理布图
Proteus
Design
Suite
主要内容
Proteus 概述 Proteus ISIS的特点 Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器 微处理器系统仿真(VSM) Proteus PCB设计 实例演示
与第三方IDE的协同仿真
Proteus中只集成了单片机的汇编编译器。 当使用高级语言（如C语言）进行程序设计时， 需要应用第三方的集成开发环境（IDE），例如： IAR’s Embedded Workbench Keil Microchip’s MP-LAB Atmel’s AVR studio 对于特定的集成开发环境，还可以进行与 Proteus的联调。
Proteus PCB设计
丰富的器件封装
ARES的封装库包括标准的SMT封装、IPC7351封装和双列直插封 装，共四千多个（7.5sp2）。
PROTEUS PCB设计
增强的设计规则管理器
网络选择
用户可以通过设计管理器配置设计规则对特定的层，特定的
网络或一组网络进行管理,还可以创建任意数量的设计规则。
ISIS （智能原理图输入系统）的 特点
原理图自动连线,自动标号：自动连线功能使得连线轻松
快捷。新版本采用非模态（modeless）的选择与连 线，软件操作更加智能化。
灵活多样的设计输出 ：原理图（包括仿真时的画面） 以多种格式图片输出以便发表与存档；设计完成还可 以输出多种格式的网络表。
主要内容
Proteus教学实验系统演示
Proteus微处理器系统仿真(VSM)
单片机系统的仿真是Proteus VSM(虚拟系统模型)的主要 特色。用户可在Proteus中绘制原理图，编辑、编译、调 试代码，并直观地看到仿真结果，完成单片机系统的设计。
Proteus目前的仿真模型达到27000多种， Labcenter公司 还在持续不断的添加。其中CPU模型有ARM7（LPC21xx）、 Atmel AVR 、Motorola HC11 、8051/8052、PIC系列 （PIC10/12/16/18/24/33），在7.5版本中增加了8086， 即将在7.6版将增加MSP430。 同时模型库中包含了 LED/LCD显示、键盘、按钮、开关、常用电机等大量通用 外围设备。
仿真工具－虚拟仪器(13种)
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) USB调试器(USB DEBUGGER)
VSM能仿真多个CPU，它能便利处理含两个或以上微控制器 的系统设计。
在Proteus中程序调试
内部数据存储器窗口
SFR存储器窗口
CPU寄存器窗口
处理器程序计数器的当前位置
观测窗口
程序调试断点
源代码窗口：提供了四种程序执行命令按钮
Proteus下的C源码调试
如果设置编译环境，使其输出含有调试信息的代码文 件，下载到单片机，仿真时就能直接在Proteus下观察、 调试C源代码。 CPU加载OMF文件 C源码调试窗口
Proteus不仅能完成电路的仿真 与分析，它的另一个强大功能是运用 ARES来完成PCB设计。可以说ARES 这个高性能的，集成了真正世界级的 基于形状的布线器的PCB设计工具是 对Proteus ISIS的完美补充。 支持16 个铜箔层、2个丝印层、 4 个机械层加板边、禁止布线区、阻 焊区及锡膏覆盖区 。
Proteus 概述 Proteus ISIS的特点 Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器 微处理器系统仿真(VSM) Proteus PCB设计 实例演示
Proteus教学实验系统演示
Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器
Proteus ProSPICE仿真有两类不同的仿真方式： 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。 Proteus ProSPICE的整个电路分析是ISIS原理图 设计模块的延续，它提供了大量的虚拟仪器、曲 线图表、激励源和探针等仿真工具： 探针－电压探针、电流探针； 电路激励－ 14种激励信号源； 曲线图表－ 13种曲线图表。 虚拟仪器－ 13种虚拟仪器如示波器等；
Proteus与Keil联调
Keil处于运行状态 Proteus同时 进入运行状态
VSM的物理接口模型
物理接口模型（Physical Interface Model） 是虚拟电路与外部建立通信的桥梁。目前最新的 Proteus VSM中有以下物理接口模型：
COMPIM——串口物理接口模型 仿真电路通过本机的RS232接口与外部通信。 EPIM——以太网物理接口模型 仿真电路通过本机的网络接口与外部通信，目前 有RTL8019AS和ENC28J60两种控制器模型。
VSM物理接口模型之一：COMPIM模型
通过串口物理接口 （COMPIM）模型，可以 实现虚拟仿真电路与外部 实际电路的双向串行通信
实际温度测量板 Proteus仿真电路
COMPIM模型
PC串行口 串行电缆
VSM物理接口模型之二：EPIM模型
使用以太网物理接口模型 （EPIM），可以实现虚拟仿真电 路通过本地网卡与局域网内其他计 算机的双向网络通信
微处理器系统仿真(VSM)
Proteus PCB设计
实例演示
Proteus教学实验系统演示
实例演示
模拟电路 动态电路仿真 负反馈电路分析 数字电路 组合逻辑电路仿真 时序逻辑电路仿真 单片机仿真 光电耦合及继电器仿真 单片机协同外围器件仿真 Proteus仿真开发过程演示