第3章PROTEUS電子仿真軟件與Keil聯(lián)合調(diào)試

本章簡(jiǎn)要介紹Proteus軟件組成和資源，詳細(xì)說明Proteus軟件基本操作、原理圖的設(shè)計(jì)、單片機(jī)仿真的過程、元器件的制作和虛擬仿真工具的使用以及Proteus與Keil軟件聯(lián)調(diào)過程。以典型數(shù)碼管顯示為例講述基于ProteusISIS的電路設(shè)計(jì)、程序調(diào)試和系統(tǒng)仿真過程，及數(shù)碼管顯示的Proteus與Keil軟件聯(lián)合調(diào)試。3.1Proteus軟件介紹

Proteus軟件有二十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的畫原理圖、PCB自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的電路仿真是互動(dòng)的，針對(duì)微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源代碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試，顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果，還配置了虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等。3.1.1Proteus軟件組成和開發(fā)流程

1、Proteus軟件組成Proteus系統(tǒng)包括ISIS.EXE（電路原理圖設(shè)計(jì)、電路原理仿真）、ARES.EXE（印刷電路板設(shè)計(jì)）兩個(gè)主要程序三大基本功能。Proteus組合了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE仿真，PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線功能，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Proteus軟件由以下6部分組成：（1）原理圖輸入系統(tǒng)ISIS； （2）混合模型仿真器；（3）動(dòng)態(tài)器件庫(kù)； （4）高級(jí)圖形分析模塊；（5）處理器仿真模型VSM； （6）PCB設(shè)計(jì)編輯ARES。2、基于Proteus軟件產(chǎn)品開發(fā)流程基于Proteus電子產(chǎn)品開發(fā)流程如圖基于Proteus產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：（1）完成原理圖設(shè)計(jì)之后就可以進(jìn)行電路調(diào)試與仿真；（2）交互式仿真特性使得軟件的調(diào)試與測(cè)試能在設(shè)計(jì)電

路板之前完成；（3）硬件設(shè)計(jì)的改動(dòng)容易的如同軟件設(shè)計(jì)改動(dòng)一樣簡(jiǎn)單。3.1.2Proteus編輯環(huán)境介紹

在電腦中安裝好Proteus軟件后，由“開始菜單”→“所有程序”→“Proteus7Professional”中左擊圖標(biāo)即可啟動(dòng)程序，啟動(dòng)畫面如圖圖3.1.2Proteus啟動(dòng)畫面進(jìn)入啟動(dòng)畫面兩三秒后進(jìn)入編輯操作界面ISISProfessional窗口圖3.1.3ISISProfessional編輯操作界面

1、菜單欄ISIS系統(tǒng)的操作主菜單見表3.1.1所示，共有12項(xiàng)菜單，每項(xiàng)都有下一級(jí)菜單。2、預(yù)覽窗口3、器件選擇按鈕4、工具箱5、方向工具欄6、仿真按鈕7、原理圖編輯窗口主菜單名稱和下一級(jí)菜單內(nèi)容

表3.1.1主菜單名稱和下一級(jí)菜單內(nèi)容2.預(yù)覽窗口

該窗口顯示兩個(gè)內(nèi)容：當(dāng)單擊對(duì)象選擇框中的某個(gè)對(duì)象，它顯示該元件的預(yù)覽圖；當(dāng)單擊工具欄中的按鈕，它顯示整張?jiān)韴D的縮略圖。3.器件選擇按鈕

P為對(duì)象選擇按鈕，L為庫(kù)管理按鈕。選取器件時(shí)，單擊“P”，鍵入器件名（關(guān)鍵字）在匹配結(jié)果中選中器件，單擊確定，器件名即列于對(duì)象選擇器窗口中。4、工具箱5、方向工具欄

旋轉(zhuǎn)or翻轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度是90度的整數(shù)倍6、仿真按鈕

7、原理圖編輯窗口3.2電路原理圖設(shè)計(jì)

電路原理圖是有電子器件符號(hào)和連接導(dǎo)線組成的圖形。在圖中器件有編號(hào)、名稱、參數(shù)等屬性，連接導(dǎo)線有名稱、連接的器件引腳等屬性。電路原理圖的設(shè)計(jì)就是放置器件并把相應(yīng)的器件引腳用導(dǎo)線連接起來，并修改器件和導(dǎo)線的屬性。3.2.1新建設(shè)計(jì)文件

由“開始菜單”→“所有程序”→“Proteus7Professional”中左擊圖標(biāo)即可啟動(dòng)程序，進(jìn)入編輯操作界面，然后單擊“File”菜單中的“NewDesign”，彈出如圖3.2.1所示的圖紙選擇窗口。圖3.2.1圖紙模塊選擇窗口3.2.2設(shè)計(jì)圖紙大小

ProteusISIS為用戶提供了A4~A0四種紙張大小的選擇，如圖3.2.2所示。用戶可以單擊菜單命令“System”→“SetSheetsize”，彈出如圖3.2.2所示的對(duì)話框，根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇圖紙的大小，然后點(diǎn)擊“OK”即可。圖3.2.2紙張大小選擇窗口3.2.3添加元器件

點(diǎn)擊“P”圖3.2.4元器件瀏覽對(duì)話框3.2.4放置、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、刪除對(duì)象

（1）放置元件（2）移動(dòng)元件（3）旋轉(zhuǎn)元件（4）刪除元件3.2.5放置電源、地

（1）放置電源（2）放置地3.2.6布線

在ISIS原理圖編輯窗口中沒有專門的布線按鈕，但系統(tǒng)默認(rèn)自動(dòng)布線按鈕有效，因此可直接畫線。（1）在兩個(gè)對(duì)象之間連線（2）移動(dòng)畫線、更改線型（3）總線及分支線的畫法3.2.7設(shè)置、修改元件屬性

在需要修改的元件上右擊鼠標(biāo)，在彈出的菜單中選擇“EditProperties”或按快捷方式Ctrl+E，將出現(xiàn)“EditComponent”對(duì)話框，在此對(duì)話框中設(shè)置元件屬性。如果需要成組設(shè)置，可以使用屬性分配功能，用鼠標(biāo)左鍵框選所需要設(shè)置的所有的器件，執(zhí)行菜單命令“Tools”→“PropertyAssignmentTool”，或者按快捷方式“A”，彈出如圖3.2.7所示的屬性分配對(duì)話框。3.2.8建立網(wǎng)絡(luò)表

網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)設(shè)計(jì)中有電器連接的電路，執(zhí)行菜單命令“Tools”→“NetlistComplier”，彈出對(duì)話框，在此對(duì)話框中，可設(shè)置網(wǎng)絡(luò)表的輸出形式、模式、范圍、深度和格式等。3.2陰.9俗電器膠檢查在一個(gè)電裕路設(shè)計(jì)中川，畫完電疾路并生成疏網(wǎng)絡(luò)表后綿，可進(jìn)行壓電器檢測(cè)嗎。執(zhí)行菜戰(zhàn)單命令“債Tool遭s”→在“Ele掙ctri恭cal紡Rule銅Che療ck”或校者單擊主胖工具欄中即的圖標(biāo)由，轉(zhuǎn)彈出電器括檢測(cè)窗口樣，此窗口詠中前面的睬是一些文枯本信息，盞接著是電襲氣檢測(cè)結(jié)澡果。若有話錯(cuò)，會(huì)有哈英文提示屋，并附有殿詳細(xì)的說料明。3.2捕.11婦單衰片機(jī)原傲理圖設(shè)菠計(jì)實(shí)例本例以設(shè)臂計(jì)數(shù)碼管聾顯示為例喪子圖3.2渾.9數(shù)碼管顯勁示原理圖1、新建頁(yè)設(shè)計(jì)文件2、圖患紙?jiān)O(shè)定3、添加近元件4、放置拼元件5、放掠置電源孟、地6、連呆線7、設(shè)妙置元件肉屬性8、給滑導(dǎo)線添浴加網(wǎng)絡(luò)帖標(biāo)簽9、電蔑氣檢測(cè)3.3辰單片機(jī)楚的仿真PRO綱TEU覽S系統(tǒng)鉛能夠仿甘真單片丈機(jī)的指艇令執(zhí)行雀過程，嚼能夠在尾連接其駝它接口丹電路之采后實(shí)現(xiàn)次對(duì)電路牲的快速秤仿真調(diào)諒試。對(duì)草單片機(jī)旬進(jìn)行仿躲真分以架下幾個(gè)歸步驟：3.3.矛1添話加程序菜單的門“So踢urc象e”中姥有：添偶加刪除吳程序（河Add漁/Re并mov換eS升our埋ce房誠(chéng)fil妄e）、伸選擇代迎碼生成塞工具（量Def爭(zhēng)ine慶Co銳de攜Gen殿era仰tio樓nT漢ool桌s）、錄設(shè)置外細(xì)部文本懇編輯器鎮(zhèn)（Se醬tup源Ex樓ter景nal凝Te獸xt央Edi起tor駱）、編惠譯所有源文件（覺Bui彼ld取All全）四項(xiàng)殼。單擊采“添加竄刪除程咱序（A滲dd/索Rem肌ove莖So盟urc禮ef掌ile榆）”，巷在彈出鞏的對(duì)話街框中，贈(zèng)在代碼滅生成工塊具欄（掩Cod劃eG啄ene傾rat羽ion哀To講ol）杯中選中更“AS肥EM5狀1”。3.3腐.2遮編譯競(jìng)程序執(zhí)行菜單禾命令“S耳ourc它e”/“恨Buil艦dAl鑰l”，如假果文件無注錯(cuò)誤就產(chǎn)諷生了.H悟EX文件衰。3.3.砌3添浮加和執(zhí)行摸程序雙擊需要戴添加程序棕的單片機(jī)強(qiáng)，在彈出怨的屬性編起輯對(duì)話框精中糖，在火“Pro沒gram惰Fil撇e”項(xiàng)中害單擊圖標(biāo)晉，在彈出搞的“Se臘lect淹Fil漆eNa葵me”（扎選擇文件扔）對(duì)話框架中，選擇慈上一步產(chǎn)膛生.HE妖X文件，膏點(diǎn)擊“打污開”按鈕松，回到單涂片機(jī)屬性繪對(duì)話框，省單擊“O松K”即可蹈。點(diǎn)擊編撕輯窗下邊嚴(yán)的仿真按韻鈕程序便貪可執(zhí)行了廈?；蛘哌x殖擇調(diào)試菜案單Deb蒸ug下的瀉執(zhí)行功能垂即可執(zhí)行義。3.3研.4架觀察金單片機(jī)趙內(nèi)部狀猾態(tài)在程序兄執(zhí)行后蜘，點(diǎn)擊粱暫停按賤鈕，打博開De飼bug安菜單，臉執(zhí)行菜貸單命令渣“De槐bug抖”/“免805工1CP損U”后放，有三痰項(xiàng)命令蟻可以選廈擇：“弟Reg徑ist務(wù)ers茄_U1香”(通柔用寄存測(cè)器)、神“SF鬧RM儲(chǔ)emo擺ry_島U1”翅(特殊擱功能寄共存器)看、“I盞nte贊rna棉lI螺DAT崗AM處emo歌ry_擇U1”險(xiǎn)(片內(nèi)徑數(shù)據(jù)存悲儲(chǔ)器)革，可以痕任意單瘋擊一項(xiàng)較，將其饅調(diào)出來擾查看其韻狀態(tài)，月如圖3勞.3.驚2所終示的片歐內(nèi)數(shù)據(jù)橡存儲(chǔ)器聲的狀態(tài)鐮，同時(shí)季按快捷睛方式“志F10曠”或“仙F11印”單步辜運(yùn)行觀春察其狀慮態(tài)。3.5鞠Pro霧teus購(gòu)虛擬仿鎖真工具Pro藍(lán)teu區(qū)s的仿緊真分為協(xié)交互式幣仿真和貞基于圖香表的仿卡真。其術(shù)中交互即式仿真讓是通過瓣交互器優(yōu)件或工捷具觀察團(tuán)電路的廢運(yùn)行狀嚴(yán)態(tài)，例堂如一系接列激勵(lì)穴源和可譜視化虛點(diǎn)擬儀器牌，借助逗它們可舟進(jìn)行交穴互式仿單真；基初于圖表犯的仿真余是使用棗圖表來懲分析電正路的特贏定指標(biāo)亭（如頻佛率特性墊等）。Prot膀eus提探供了一系貿(mào)列激勵(lì)源銜、視化虛辰擬儀器和冬豐富的圖剝表，借助炒它們可進(jìn)蟻行虛擬仿播真和圖形舊分析。3.5博.1忌Pr熱ote億us甲ISI右S圖鬼表仿真圖表仿詠真是一孝種靜態(tài)猜的圖表出仿真功惑能，無召須運(yùn)行劈燕仿真，章隨著電染路參數(shù)輛的修改抬，電路刮中的各猾點(diǎn)波形覽將重新碰生成，與并以圖若表的形號(hào)式留在彎電路圖照中，供禽以后分趨析或打鞋印等。構(gòu)建圖暴表仿真脈的步驟疫：（1）單終擊“圖表湊”（2）根寨據(jù)實(shí)際波梨形格式，地選擇步驟懷（1）中牧相關(guān)屬性肢的圖表，傭然后拖動(dòng)靈鼠標(biāo)到編尋輯窗口，蚊點(diǎn)左鍵，棟拖畫出一嘴個(gè)矩形框兩，然后再軟單擊一下啟鼠標(biāo)左鍵劇，畫出一輛個(gè)矩形圖洪表仿真框基。（3）現(xiàn)給需要嫁測(cè)的波尿形源連只接好電持路圖，溉并設(shè)置握好屬性意，（4）按紛下鍵盤的債空格鍵即悔可實(shí)現(xiàn)仿悼真。（5）應(yīng)慮用實(shí)例3.5丈.2晝Pr幣ote留us蛾VSM蚊激勵(lì)袖源激勵(lì)源為斑虛擬仿真表提供激勵(lì)千，并允許憤用戶對(duì)其些進(jìn)行參數(shù)快設(shè)置。激勵(lì)源表3.5.艦1激勵(lì)源3.5臨.3鬧激勵(lì)移源的使軋用由于大部棋分的激勵(lì)摩源從字面暴上的意思宮即可理解忠其用法，率所以本節(jié)塑只介紹指星數(shù)脈沖發(fā)聞生器、分季段線性激符勵(lì)源和音嶄頻信號(hào)發(fā)扛生器這三潑種激勵(lì)源周。1、指追數(shù)脈沖盯發(fā)生器指數(shù)脈沖銜發(fā)生器產(chǎn)犧生指數(shù)函棉數(shù)的輸入股信號(hào)，其糟參數(shù)可以何通過屬性騾對(duì)話框來?yè)屧O(shè)置。（1）放輝置指數(shù)脈參沖發(fā)生器（2）編誼輯屬性（3）鵝用仿真效圖標(biāo)觀端測(cè)輸出跡波形2、分段腦線性激勵(lì)柴源（1）放珠置分段線竹性激勵(lì)源（2）編榜輯屬性（3）尋畫線（4）定仿真3、音頻螞發(fā)生器（1）放撫置音頻發(fā)捆生器（2）編猛輯屬性（3）構(gòu)召建仿真圖（4）開少始仿真（5）壟觀察音坐頻波形4、激立勵(lì)源的陶屬性參繞數(shù)解析1直流信嚼號(hào)發(fā)生恨器(DC耐)在原理么圖編輯損區(qū)中，犬用鼠標(biāo)功左鍵雙小擊直流胸信號(hào)發(fā)塵生器符吵號(hào)，出現(xiàn)屬勿性設(shè)置篩對(duì)話框沙。直流信撈號(hào)發(fā)生其器用來毀產(chǎn)生模額擬直流哄電壓或惑電流。默認(rèn)為直過流電壓源階，可以在沈右側(cè)設(shè)置倘電壓源的蒸大小。(3)如果需們要直流嬌電流源夾，則在凍圖中選鄉(xiāng)豐中左側(cè)違下面的養(yǎng)“Curr挪ent苗Sour康ce”，右側(cè)族自動(dòng)出柜現(xiàn)電流膀值的標(biāo)覺記，可勢(shì)根據(jù)需鞭要填寫愿。2正弦波挖信號(hào)發(fā)消生器(SI未NE)正弦波筐信號(hào)發(fā)般生器用滲來產(chǎn)生特固定頻匠率的連憂續(xù)正弦星波。(1)雙擊原理每圖中的正舅弦波信號(hào)規(guī)發(fā)生器符盒號(hào)，出現(xiàn)鋪其屬性對(duì)狗話框(2)“宿Gene悄rato擇rNa勇me”中輸入正籍弦波信號(hào)顧發(fā)生器的曲名稱，比搶如“SINE百SOU長(zhǎng)RCE慢1”，在相嘴應(yīng)的項(xiàng)嗎目中設(shè)施置相應(yīng)雅的值。(3)單擊“OK”即可完成銀屬性設(shè)置桃。圖3-3正弦波信癢號(hào)發(fā)生器德的屬性設(shè)宣置補(bǔ)償電壓丑，即正弦聚波的振蕩油中心電平振幅，箏即半波漏峰值電供壓峰值有效值延時(shí)，愧指正弦扎波的相組位占空比脈沖發(fā)緊生器能飾產(chǎn)生各派種周期宴的輸入宜信號(hào)，裝如方波罩、鋸齒進(jìn)波、三角波及磁單周期短妙脈沖。3脈沖發(fā)生貢器(PUL寇SE)雙擊原烤理圖中網(wǎng)的脈沖良發(fā)生器句符號(hào)，蓬出現(xiàn)脈據(jù)沖發(fā)生倘器的屬執(zhí)性設(shè)置對(duì)話框零。初始(低)電壓初始(高)電壓起始時(shí)刻上升時(shí)編間下降時(shí)屢間脈沖寬廣度脈沖占空洪比脈沖發(fā)短生器的仿電流設(shè)騙置3.6咐P石rot疼eus給VS暮M虛占擬儀器3.7蚊P徹ROT堆EUS罵和KE綢IL聯(lián)近調(diào)仿真稍單片機(jī)3.7碎.1趟安裝因vdm御agd揀i驅(qū)動(dòng)Pro同teu網(wǎng)s7.瓜4比以桃前低級(jí)絞的版本奏功能增糟加了很崗多，最窩大的亮縫點(diǎn)就是府在實(shí)現(xiàn)崇與Ke合il聯(lián)浸調(diào)的方廢法上，盜只需要茅安裝一察個(gè)vd趟mag竄di驅(qū)榴動(dòng)即可田，免去幼了以往忌版本的償復(fù)雜的伴聯(lián)調(diào)設(shè)皂置。在民安裝好薯本書所僵提供的羽Kei朋l軟件沫和Pr冶ote傘us軟魂件后，閑然后安念裝“v圈dma尊gdi正驅(qū)動(dòng)”朽，即方翠便快捷砌的實(shí)現(xiàn)似了Pr法ote訂us和檢Kei涉l的聯(lián)脾調(diào)。將vd渠mag釋di驅(qū)躍動(dòng)安裝扁到Ke依il目占錄下的飄步驟：（1）運(yùn)舌行Pro谷teus村光盤中U詞TILI汁TY下的蒼vdma孩gdi.吃exe文孝件。（2）選郊擇對(duì)應(yīng)的些Keil碧版本（如滲果使用的艦Keil塔為μVi微sion賀2，則選猜?lián)馎GD賺IDr姐iver切sfo顛rμV挪isio偷n2；如嘩果使用的鐮Keil勞為μVi勤sion砍3，則選社擇AGD喜IDr的iver暴sfo灑rμV逐isio雅n3）。3.7港.2毒Pr雨ote姻us與誕Kei季lC思接口（1）打三開Pro淋teus推，畫出相泊應(yīng)電路。叮在“Pr餅oteu緞s”