PDF《PROTEUS仿真开发》

PROTEUS仿真开发 软件应用 广州风标电子技术有限公司 http://www.

windway.cn 内容提要

6 PROTEUS 的构成

6 PROTEUS ISIS的特点

6 PROTEUS VSM仿真与分析

6 微处理器系统仿真

6 PROTEUS ARES应用介绍

6 PROTEUS 仿真模型的创建

6 实例演示 PROTEUS的构成 Proteus 是一个基 于ProSPICE混合模型 仿真器的,是完整的 嵌入式系统软、硬件 设计仿真平台. 主要应用程序有: ? 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. ASF 高级图形 分析模块 处理器 仿真模型 VSM 高级 布线/编辑 ARES 动态 器件库 混合模型 仿真器 原理图输入 系统ISIS PROTEUS ――从概念到完成 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. ISIS原理图设计与仿真 ARES线路板设计 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 ? 快捷选取/放置器件 ? 层次化设计 ? 可视化设计浏览器 ? 原理图自动连线 ? 灵活多样的设计输出 ISIS (智能原理图输入系统)的 特点 ? 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. ISIS (智能原理图输入系统)的 特点 ? 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. 输入关键字 器件列表 器件分类目录 原理图器件 预览 PCB封装 预览 ISIS (智能原理图输入系统)的 特点 ? 层次化设计:支持多页或子电路设计,允许子电路器件值的参 数化表示. 子电路的应用 ISIS (智能原理图输入系统)的 特点 ? 可视化设计浏览器:实现原理图、网络表、PCB的交叉检查. 原理图网络浏览 PCB网络浏览 原理图部件浏览 ISIS (智能原理图输入系统)的 特点 ? 原理图自动连线: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. PROTEUS VSM仿真与分析 ? 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. ? 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-多种激励信号源;

? 虚拟仪器-如数字示波器等;

? 曲线

图表-高级分析工具. 仿真工具-探针(Probe) ? 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. 探针即可用于基于

图表的仿真,也可 用于交互式仿真中 . 电压探针电流探针仿真工具-激励源 ? DC:直流电压源;

? Sine:正弦波发生器. ? Pulse:脉冲发生器. ? 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. 仿真工具-虚拟仪器 ? 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) I2C总线 调试窗口 仿真工具-曲线

图表 ? 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) 直观的仿真结果显示 不同颜色电路连线显示相应电压 箭头显示电流方向 探针实时显示 电压/电流值 仿真暂停时 显示元件引脚信息 ? 交互式仿真实例 分别以模拟电路和数字电路的实例,演 示交互式仿真的特点. ? 高级仿真(ASF)实例 通过振荡电路和放大电路的例子,展示

图表分析的强大功能. 仿真实例 交互式仿真实例一(模拟电路) 仿真时的示波器窗口 虚拟示波器 激励源 电压探针 交互式仿真实例二(单片机电路) 游戏手柄 (可映射到PC键盘上) 显示屏(LCD) 引脚逻辑状态显示 CPU运行程序 高级仿真(ASF)实例(Colpitts振荡器) 高级仿真(ASF)实例(放大电路分析) 频率分析:用于分析电路的频率特性 (幅频特性和相频特性). 模拟分析:用于绘制一条或多条电压或电流 随时间变化的曲线. 高级仿真(ASF)实例(放大电路分析) 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. 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. 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 HC11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以上微控 制器的系统设计. 微处理器系统仿真与分析――

1、原理图输入 微处理器系统仿真与分 析――

2、建立源代码 文件

1、选择代码生成工具

2、建立新的源代码文件

3、源文件命名 微处理器系统仿真与分析――

3、源代码文件与单片机的链接

4、源代码编辑

5、源代码编译、链接

6、程序加载到CPU 内部数据存储器窗口 微处理器系统仿真与分析――

4、程序调试 源代码窗口:提供了四种程序执行命令按钮 程序调试断点 处理器程序计数器的当前位置 SFR存储器窗口 CPU寄存器窗口 观测窗口 微处理器系统仿真与分析――

5、交互式仿真 实时显示系统输出结果 实时显示元器件 引脚电平 ARM处理器的仿真 Proteus 支持PHILIPS 的以下ARM7 芯片的仿真: LPC2101 ~2106 LPC2114 LPC2124 LPC2131 LPC2132 LPC2134 LPC2136 LPC2138 此外模型库 还有 ARM7TDMI仿 真模型 LPC2124教学实验电路 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中有以下三种物理接口模型: ? 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. ? LPTPIM――并行口物理接口模型(3rd Party) 仿真PC机打印口的基本IO功能. VSM物理接口模型之一:COMPIM模型 PC串行口 COMPIM模型 实际温度测量板 PROTEUS仿真电路 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 串行电缆 VSM物理接口模型之二:EPIM模型 RTL8019AS 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 LAN 电脑#1 电脑#2 VSM物理接口模型之三:LPTPIM模型 LPTPIM是一 个第三方开发的 并口物理接口模 型. 由于打印口 为TTL电平,因而LPTPIM的使用 非常方便. 右图是用此 模型将Proteus 例子中的Space Invader设计一个 外接键盘. (实际演示) 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 在IDE中生成的可执行文件(如HEX或COD文件)加 载到Proteus 设计中,然后进行仿真. 对于特定的IDE,还可以进行与Proteus的协同仿真. PROTEUS与Keil联调 Keil处于运行状态 PROTEUS同时 进入运行状态 PROTEUS与MPLAB联调 MPLAB内 嵌的ISIS窗口 源代码窗输出窗口 MPLAB调试界面 PROTEUS下的C源码调试 按单步键嗣可直接观察氲魇C代码使用带调试信息的输出文件嗣可以实现源代码调试PROTEUS下的多处理器实验 PROTEUS下的多处理器实验 多CPU设计的源代码调试 PROTEUS ARES应用简介

一、 ARES (Advanced Routing and Editing Software)的 基本特点: 1.支持16个铜箔层,2个丝印层,4个机械层;

2. 支持引脚交换和门交换优化,有自动回注功能 ;

3.撤销/重试――自动布线优化处理;

4.丰富的器件库(包括SM782标准的SMT封装库);

5.三维PCB和元件预览;

6.输出格式适合多数的打印机或绘图仪,以及适于制板的 Gerber文件. PROTEUS ARES应用简介

二、从ISIS到ARES 在ISIS中设计好的原理图,确认器件封装正确后,点击 工具栏的 ARES 命令按钮 就可以直接导出网络表并 自动打开ARES.

三、PCB的布局布线 ? 设计PCB外框(在Board Edge层) ? 设置布线策略(Set Strategies) ? 自动或手工器件布局(Placement) ? 自动及手工布线(Route) PROTEUS ARES应用――设置布线策略 网络选择 导线和过孔定义 板层设定 安全间距设定 PROTEUS ARES应用――布局布线 器件布局(自动+手工) 自动布线 PROTEUS ARES应用简介

四、规则检查 ? DRC(设计规则检查) ? ERC(电气规则检查)

五、设计输出 可分层输出Gerber文 件用以PCB制板. 输出层设置 Gerber格式 PROTEUS ARES应用――预览功能 Proteus7支持PCB板的三维预览,便于观察器件布局和展示 设计结果,用户还可以自建3ds格式的3D显示模型 PCB三维预览 元件三维预览 PROTEUS仿真模型的创建 Labcenter不断在添加新的器件模型,此外我们也可以 自己设计特定的模型.

一、仿真模型的分类

1、Schematic Models 通过仿真原型(primitives)搭建的器件模型,ProteusISIS里面 既有模拟原型,又有数字原型.

2、SPICE Models 基于器件SPICE参数构建的模型,主要用于模拟器件的创建.

3、VSM Models 使用VSM SDK在C++环境下创建的DLL模型,一般用于设计 MCU和具有复杂电气行为的器件(如点阵LCD驱动芯片等).

4、Active Components 具有动画效果的动态模型(如Lamp、Keypad、Relay等). PROTEUS仿真模型的创建

二、模型的创建示例 a、 原理图模型的创建

1、原理图 部件设计

2、内电路设计

3、仿真验证 PROTEUS仿真模型的创建

4、模型编译 生成MDF文件

5、将MDF文件设置到器件属性中 PROTEUS仿真模型的创建 ISIS模型库中的仿真原型 PROTEUS仿真模型的创建 b、SPICE模型的创建 SPICE文件是一个描 述器件性能指标的文本文 件,一般由器件制造商提 供. Proteus使用兼容工业 标准SPICE3F5的文件. 下面以电压基准芯片KA431为 例介绍创建过程. 假设右边文件保存为 E:MyLibKA431.ckt KA431电压基准电路的SPICE文件 * REFERENCE * | ANODE * | | CATHODE * | | | .SUBCKT KA431

1 2

3 V1

6 7 DC 1.4V I1

2 4 1E-3 R1

1 2 1.2E6 R2

4 2 RMOD 2.495E3 R3

5 7 .2 D1

3 6 DMOD1 D2

2 3 DMOD1 D3

2 7 DMOD2 E1

5 2 POLY(2) (4,2) (1,2)

0 710 -710 .MODEL RMOD RES (TC1=1.4E-5 TC2=-1E-6) .MODEL DMOD1 D (RS=.3) .MODEL DMOD2 D (RS=1E-6) .ENDS * REFERENCE * | ANODE * | | CATHODE * | | | .SUBCKT KA431

1 2

3 V1

6 7 DC 1.4V I1

2 4 1E-3 R1

1 2 1.2E6 R2

4 2 RMOD 2.495E3 R3

5 7 .2 D1

3 6 DMOD1 D2

2 3 DMOD1 D3

2 7 DMOD2 E1

5 2 POLY(2) (4,2) (1,2)

0 710 -710 .MODEL RMOD RES (TC1=1.4E-5 TC2=-1E-6) .MODEL DMOD1 D (RS=.3) .MODEL DMOD2 D (RS=1E-6) .ENDS PROTEUS仿真模型的创建 设计原理图部件 设置器件的SPICE属性 Make Device创建器件, 仿真测试 PROTEUS实例演示

一、ISIS绘图示例

二、乙类功率放大电路仿真 介绍交互仿真与ASF的应用

三、单片机电路仿真

1、汇编设计

2、高级语言设计

四、ARES演示 ? Additional processor variants across all currently supported families. 在现有的处理器大类上增加新的处理器模型. ? Introduction of USB and/or CAN with applicable processor variants. 在可用的处理器变种中增加USB和CAN模型. ? Expansion of our range of supported embedded peripheral devices. 增加嵌入式外设器件. ? Development is customer driven - tell us what you would like to see ! 用户是发展的动力――告诉我们,你们想看到什么! ? Support for co-simulation of HDL (e.g. Verilog or VHDL). 支持硬件描述语言的仿真(如Verilog或VHDL). PROTEUS发展趋势 ................