1、Proteus VSM中的整個電路分析是在ISIS原理圖設計模塊下延續下來的，原理圖中可以包含以下仿真工具：探針 直接布置在線路上，用于采集和測量電壓/電流信號；電路激勵 系統的多種激勵信號源；虛擬儀器 用于觀測電路的運行狀況；曲線圖表 用于分析電路的參數指標。1. 仿真工具 激勵源DC：直流電壓源。Sine：正弦波發生器。Pulse：脈沖發生器。Exp：指數脈沖發生器。SFFM：單頻率調頻波信號發生器。Pwlin：任意分段線性脈沖信號發生器。File：File信號發生器，數據來源于ASCII文件。Audio：音頻信號發生器，數據來源于wav文件。DState：單穩態邏輯電平發生器。DEdge

2、：單邊沿信號發生器。DPulse：單周期數字脈沖發生器。DClock：數字時鐘信號發生器。DPattern：模式信號發生器。Proteus 激勵源的可編輯格式示例如圖1-3所示。 圖1-3 Proteus 激勵源的可編輯格式示例2. 仿真工具 虛擬儀器虛擬示波器(OSCILLOSCOPE)。邏輯分析儀(LOGIC ANALYSER)。計數器、定時器(COUNTER TIMER)。虛擬終端(VIRUAL TERMINAL)。信號發生器(SIGNAL GENERATOR)。模式發生器(PATTERN GENERATOR)。交直流電壓表和電流表(AC/DC voltmeters/ammeters)。

3、SPI調試器(SPI DEBUGGER)。I2C調試器(I2C DEBUGGER)。Proteus 的部分虛擬儀器(虛擬終端顯示器、四通道示波器和SPI、I2C調試器) Proteus 激勵源的可編輯格式示例如圖1-3所示。 圖1-3 Proteus 激勵源的可編輯格式示例3. 交互式仿真實例(741放大電路) 高級仿真(ASF)實例(741放大電路分析)如圖1-5所示。 激勵源激勵源 電壓探針電壓探針 虛擬儀器虛擬儀器 v圖1-5 741放大電路分析 噪聲分析：顯示隨頻率變化的輸出噪聲和等效輸入噪聲電壓，并列出電路各部分所產生的噪聲電壓清單。741放大電路的噪聲分析如圖1-6所示。 失真分析

4、：用于確定由測試電路所引起的電平失真的程度，失真分析圖表用于顯示隨頻率變化的二次和三次諧波失真電平。741放大電路的失真分析如圖1-7所示。 圖1-6 741放大電路的噪聲分析圖1-7 741放大電路的失真分析 4. Proteus微處理器系統仿真 單片機系統的仿真是Proteus VSM的主要特色。用戶可在Proteus中直接編輯、編譯、調試代碼，并直觀地看到仿真結果。 CPU模型有ARM7(LPC21xx)、PIC、Atmel AVR、Motorola HCXX以及8051/8052系列。同時模型庫中包含了LED/LCD顯示、鍵盤、按鈕、開關、常用電機等通用外圍設備。VSM甚至能仿真多個C

5、PU，它能便利處理含兩個或兩個以上微控制器的系統設計。 下面看一個微處理器系統仿真與分析實例 交互式仿真顯示系統輸出結果，如圖1-8所示。圖1-8 微處理器交互仿真實例 實實時時顯顯示示系系統統輸輸出出結結果果 實實時時顯顯示示元元器器件件 引引腳腳電電平平 原理圖中的P1為虛擬串口，通過適當設置和引用，可以直接實現模擬與實際電路一樣的串行通信效果，避免了涉及外圍及與PC之間的通信無法實現的情況。 在Proteus中，虛擬元件及虛擬儀器的種類很多，我們不必擔心單片機與上位機之間的通信如何來仿真的問題。圖1-9 虛擬仿真電路與外部實際電路的雙向通信 實實際際溫溫度度測測量量板板 PC串串行行口口

6、 串串行行電電纜纜 5. Proteus與Keil聯調 Proteus與匯編程序調試軟件Keil可實現聯調，在微處理器運行中，如果發現程序有問題，可直接在Proteus 的菜單中打開Keil對程序進行修改，如圖1-10所示。n圖1-10 Proteus與Keil的聯調 Keil處于運行狀態處于運行狀態 1.1.3 Proteus ARES的應用預覽功能的應用預覽功能 Proteus的ARES軟件具有PCB(印刷電路板)設計的強大功能。新的Proteus 7支持PCB板的三維預覽，便于觀察器件布局和展示設計結果，如圖1-11所示。n圖1-11 Proteus的PCB三維預覽1.2 Proteus

7、跟我做跟我做 1.2.1 Proteus軟件的安裝與運行軟件的安裝與運行 Proteus軟件目前的最新版本為7.2，先按要求把軟件安裝到計算機上，安裝結束后，在桌面的“開始”程序菜單中，單擊運行原理圖(ISIS 7 Professional)或PCB (ARE 7 Professional)設計界面。ISIS 7 Professional在程序中的位置如圖1-12所示。 n圖1-12 ISIS 7 Professional 在程序中的位置圖1-13為ISIS 7 Professional 運行時的界面。圖1-13 ISIS 7 Professional 運行時的界面 我們都知道，學習軟件的最大

8、困惑是，想一下子能夠上手，但看到層層疊疊的英文菜單和詳而又細的教程卻望而生畏，最后會因沒有足夠的耐心而失去興趣，半途而廢。其實，對于初學者，我們不必了解軟件的全部功能，只要能夠把握它的核心和宗旨的東西，拿來就能用，能快速玩轉，是最開心不過的了。至于內部的詳細功能，在有了興趣和信心之后，再具體學習即可。1.2.2 一階動態電路的設計與仿真 我們先從最簡單的電路入手，來設計一個電容充放電電路，并通過電路仿真觀察其電流流向和燈的亮滅。大家跟我做，一步一步來，一會兒你會找到一種成就感。 1. 元件的拾取 在桌面上選擇【開始】【程序】“Proteus 7 Professional”，單擊藍色圖標“ISI

9、S 7 Professional”打開應用程序。ISIS Professional的編輯界面如圖1-14所示。圖1-14 ISIS Professional的編輯界面 在彈出的對話框中選擇“No”，選中“以后不再顯示此對話框”，關閉彈出提示。 本例所用到的元件清單如表1-1所示。表1-1 例1的元件清單 用鼠標左鍵單擊界面左側預覽窗口下面的“P”按鈕，如圖1-14所示，彈出“Pick Devices”(元件拾取)對話框，如圖1-15所示。圖1-15 元件拾取對話框 ISIS 7 Professional的元件拾取就是把元件從元件拾取對話框中拾取到圖形編輯界面的對象選擇器中。元件拾取共有兩種辦法

10、。 (1) 按類別查找和拾取元件 元件通常以其英文名稱或器件代號在庫中存放。我們在取一個元件時，首先要清楚它屬于哪一大類，然后還要知道它歸屬哪一子類，這樣就縮小了查找范圍，然后在子類所列出的元件中逐個查找，根據顯示的元件 符號、參數來判斷是否找到了所需要的元件。雙擊找到的元件名，該元件便拾取到編輯界面中了。 拾取元件對話框共分四部分，左側從上到下分別為直接查找時的名稱輸入、分類查找時的大類列表、子類列表和生產廠家列表。中間為查到的元件。 列表。右側自上而下分別為元件圖形和元件封裝，圖1-16中的元件沒有顯示封裝。圖1-16 分類拾取元件示意圖(2) 直接查找和拾取元件 把元件名的全稱或部分輸入

11、到Pick Devices(元件拾取)對話框中的“Keywords”欄，在中間的查找結果“Results”中顯示所有電容元件列表，用鼠標拖動右邊的滾動條，出現灰色標示的元件即為找到的匹配元件，如圖1-17所示。 這種方法主要用于對元件名熟悉之后，為節約時間而直接查找。對于初學者來說，還是分類查找比較好，一是不用記太多的元件名，二是對元件的分類有一個清楚的概念，利于以后對大量元件的拾取。n圖1-17 直接拾取元件示意圖 按照電容的拾取方法，依次把五個元件拾取到編輯界面的對象選擇器中，然后關閉元件拾取對話框。元件拾取后的界面如圖1-18所示。圖1-18 元件拾取后的界面 下面把元件從對象選擇器中放

12、置到圖形編輯區中。用鼠標單擊對象選擇區中的某一元件名，把鼠標指針移動到圖形編輯區，雙擊鼠標左鍵，元件即被放置到編輯區中。電阻要放置兩次，因為本例中用到兩個電阻。放置后的界面如圖1-19所示。圖1-19 元件放置后的界面2. 編輯窗口視野控制 學會合理控制編輯區的視野是元件編輯和電路連接進行前的首要工作。 編輯窗口的視野平移可用以下方法： 在原理圖編輯區的藍色方框內，把鼠標指針放置在一個地方后，按下“F5”，則以鼠標指針為中心顯示圖形。 當圖形不能全部顯示出來時，按住“Shift”鍵，移動鼠標指針到上、下、左、右邊界，則圖形自動平移。 快速顯示想要顯示的圖形部分時，把鼠標指向左上預覽窗口中某處，

13、并單擊鼠標左鍵，則編輯窗口內圖形自動移動到指定位置。 另外還有兩個圖標，用于顯示整個圖形，以鼠標所選窗口為中心顯示圖形。 編輯窗口的視野縮放用以下方法： 先把鼠標指針放置到原理圖編輯區內的藍色框內，上下滾動鼠標滾輪即可縮放視野。如果沒有鼠標滾輪，可使用圖標 和 來放大和縮小編輯窗口內的圖形。 放置鼠標指針到編輯窗口內想要放大或縮小的地方，按“F6”(放大)或“F7”(縮小)放大或縮小圖形，按“F8”顯示整個圖形。 按住“Shift”鍵，在編輯窗口內單擊鼠標左鍵，拖出一個欲顯示的窗口。3. 元件位置的調整和參數的修改 在編輯區的元件上單擊鼠標左鍵選中元件(為紅色)，在選中的元件上再次單擊鼠標右鍵

14、則刪除該元件，而在元件以外的區域內單擊右鍵則取消選擇。元件誤刪除后可用圖標 找回。單個元件選中后，單擊鼠標左鍵不松可以拖動該元件。群選使用鼠標左鍵拖出一個選擇區域，使用圖標 來整體移動。使用圖標 可整體復制，圖標 用來刷新圖面。 按圖1-20所示元件位置布置好元件。使用界面左下方的四個圖標 、 、 、 可改變元件的方向及對稱性。把兩位開關調整成圖示的方位。圖1-20 元件布置 先存一下盤。建立一個名為Proteus的目錄，選主菜單FileSave Design As，在打開的對話框中把文件保存為Proteus目錄下的“Cap1.DSN”，只用輸入“Cap1”，擴展名系統自動添加。 下面改變元件

15、參數。 左鍵雙擊原理圖編輯區中的電阻R1，彈出“Edit Component”(元件屬性設置)對話框，把R1的Resistance(阻值)由10k改為1k，把R2的阻值由10k改為100(缺省單位為)。 Edit Component(元件屬性設置)對話框如圖1-21所示。圖1-21 元件屬性設置對話框 注意到每個元件的旁邊顯示灰色的“”，為了使電路圖清晰，可以取消此文字顯示。雙擊此文字，打開一個對話框，如圖1-22所示。在該對話框中選擇“Style”，先取消選擇“Visible”右邊的“Follow Global”選項，再取消選擇“Visible”選項，單擊“OK”即可。圖1-22 “TEXT

16、”屬性設置對話框 也可在元件調用前，直接選擇主菜單中的【Template】【Set Design Defaults】打開畫圖模板設置選項，如圖1-23所示。圖1-23 打開模板設計對話框 接著出現Edit Design Defaults(編輯模板設計)對話框，如圖1-24所示。在“Show hidden text”選項中把對勾去掉，然后單擊“OK”即可。每個元件的旁邊不再顯示灰色的“”。圖1-24 編輯模板設計對話框4. 電路連線 電路連線采用按格點捕捉和自動連線的形式，所以首先確定編輯窗口上方的自動連線圖標 和自動捕捉圖標 為按下狀態。Proteus的連線是非常智能的，它會判斷你下一步的操作

17、是否想連線從而自動連線，而不需要選擇連線的操作，只需用鼠標左鍵單擊編輯區元件的一個端點拖動到要連接的另外一個元件的端點，先松開左鍵后再單擊鼠標左鍵，即完成一根連線。如果要刪除一根連線，右鍵雙擊連線即可。按圖標 取消背景格點顯示，如圖1-25所示。 連線完成后，如果再想回到拾取元件狀態，按下左側工具欄中的“元件拾取”圖標 即可，如圖1-26所 示。記住按一下存盤圖標。圖1-25 連接好的電路原理圖 圖1-26 重新回到元件拾取界面 5. 電路的動態仿真 前面我們已經完成了電路原理圖的設計和連接，下面來看看電路的仿真效果。 首先在主菜單“System”“Set Animation Options”

18、中設置仿真時電壓及電流的顏色及方向，如圖1-27所示。圖1-27 Animated Circuits Configuration對話框 在隨后打開的對話框中，選擇“Show Wire Voltage by Colour”和“Show Wire Current with Arrows”兩項，即選擇導線以紅、藍兩色來表示電壓的高低，以箭頭標示來表示電流的流向。 單擊Proteus ISIS環境中左下方的仿真控制按鈕中的運行按鈕，開始仿真。仿真開始后，用鼠標單擊圖中的開關，使其先把電容與電源接通，如圖1- 28所示。 能清楚地看到電容充電的效果。接著單擊開關，使其把電容與燈連通。看到燈閃了一下，如圖

19、1-29所示。由于充電時間常數為1秒，放電時間常數小一些，瞬間放電，所以燈亮的時間很短。如果放電時間常數再大，則不易觀察到燈亮的效果。在運行時，可以來回撥動開關，反復觀察充放電過程。單擊仿真控制按鈕中的停止按鈕，仿真結束。圖1-28 電容充電過程的仿真n圖1-29 電容放電過程的仿真 6. 文件的保存 在設計過程中要養成不斷存盤的好習慣，以免突發事件而造成事倍功半的效果，影響學習情緒。最好先建立一個存放“*.DSN”文件的專用文件夾，你會發現在這個文件夾中，除了剛剛設計完成的“Cap1.DSN”文件外，還有很多其他擴展名的文件，可以統統刪除。下次打開時，可直接雙擊“Cap1.DSN”文件，或先

20、運行Proteus，再打開“Cap1.DSN”文件。7. 變式演練 下面來嘗試自己動手設計一個電容充放電電路，如圖1-30所示。與剛才的電路不同的是，這個電路選用了兩個一位開關代替原來的一個兩位開關；在充放電回路中分別串入了直流數字電流表，在電容兩端并接了一個電壓表，用于觀察充放電過程中的電流及電壓的變化；另外，放電回路中取消了放電電阻，充電電阻值和電容值也都有變化 圖1-30 變式演練電路圖 所用元件名稱及所屬的庫文件如表1-2所示，可采取直接查詢法來拾取表中元件。表1-2 變式演練的元件清單 選取虛擬儀器圖標 來獲取直流電壓表和電流表，如圖1-31所示。由上而下的儀器分別為示波器(OSCI

21、LLOSCOPE)、邏輯分析儀(LOGIC ANALYSER)、計數定時器(COUNTER TIMER)、虛擬終端(VIRTUAL TERMINAL)、信號發生器(SIGNAL GENERATOR)、模式發生器(PATTERN GENERATOR)、直流電壓表(DC VOLTMETER)、直流電流表(DC AMMETER)、交流電壓表(AC VOLTMETER)和交流電流表(AC AMMETER)。圖1-31 虛擬儀器菜單 兩個電流表設置為毫安表，分別取名為AM1和AM2；電壓表取名為VM1。雙擊電流表，出現如圖1-32所示的Edit Component(屬性設置)對話框，照圖完成設置。 圖1

22、-32 毫安表的設置 把此文件保存為“CAP2.DSN”。 在仿真時，注意觀察電流表和電壓表數值的變化。1.2.3 異步四位二進制計數器的設計及異步四位二進制計數器的設計及仿真仿真 從上一節一階動態電路的例子，我們已經對Proteus的基本功能有了初步的認識和了解，但是，還有一些疑問和不解沒有解決。比如，怎么知道哪些元件存放在哪些庫里，怎么知道所用元件的名稱等。通過下面這個數字電路的設計實例，大家會有進一步的體會。 如果已經具備了數字電子技術的知識，就會知道，這是一個異步時序邏輯電路，由四個觸發器構成，這里選用JK觸發器，把它們的JK端全接高電平，前一級的輸出作為后一級的時鐘信號。觀察四個觸發

23、器輸出端所組成的二進制數的變化是否為0F(即00001111)。1. 元件的拾取 如果不知道所用元件的確切名字及所在的庫，可以用查詢的方法在所有庫里海選。選擇主菜單“Library”“Pick Device/Symbol”，或直接單擊左側工具箱中的圖標后再單擊“P”按鈕，打開如圖1-33所示的對話框。 采用部分查找法，在所查找的元件名關鍵詞中填寫“JK”，所有“JK”觸發器元件都被找出，列在圖1-33的中間部分查詢結果中。選中“JKFF(ACTIVE)”，即選中仿真庫中的元件，單擊“OK”，元件拾取到對象選擇器中。圖1-33 元件拾取對話框 按表1-3所示，采用直接查詢法，把所有元件都拾取到編

24、輯區的元件列表中。表1-3 元件清單列表2. 元件連線 先放置一個JK觸發器。選中左側電源和接地圖標 ，單擊“POWER”，一個箭頭形狀的標準數字直流電源(即高電平)出現在元件預覽區，拖出后與觸發器的JK端接上，如圖1-34所示。圖1-34 與觸發器的JK端連接 因為四個觸發器的JK端接法都一樣，故采取復制法畫其他三個觸發器。用左鍵選中剛才所畫的圖形，選取上方的復制按鈕 ，連續單擊鼠標三次，得到如圖1-35所示的圖形。圖1-35 復制后的四個觸發器 接下來，把前一個觸發器的輸出端連接到下一個觸發器的時鐘CLK端上。再把時鐘“CLOCK”拖出，連在第一個觸發器的CLK輸入端上， 如圖1-36所示

25、。如果是下降沿觸發的觸發器，則把前一個觸發器的Q端連到下一個觸發器的時鐘CLK端上。把該電路保存為“Counter.DSN”。圖1-36 連接好的異步四位二進制計數器3. 電路的動態仿真 為了觀察計數器計數的動態過程，我們在每個觸發器的輸出端Q連接一個邏輯電平探測器，能夠顯示0和1。把LOGICPROBE(BIG)元件拖到圖形編輯區內，連續雙擊鼠標三次，得到四個邏輯探測器。分別接到每個JK觸發器的輸出端Q上。最后一個觸發器為最高位(MSB)。 同時，把七段數碼顯示拖入編輯區。數碼管的最左端是高位，分別和各觸發器的輸出端Q相連，如圖1-37所示。 圖1-37 加上邏輯電平探測器和七段數碼管后的電

26、路 按下仿真運行按鈕，四個邏輯探測器組成的四位二進制數從00001111變化，而七段數碼管則顯示0F。另外我們還觀察到每個器件的連線端都有紅藍兩色小方塊來顯示該端的電平變化，紅色為高電平，藍色為低電平。 如圖1-38所示，十六進制計數器計到14，顯示“E”。圖1-38 連接好的異步四位二進制計數器4. 電路波形的生成 有時為了方便分析，我們還會在已繪制好的圖中加上波形圖。在一個波形圖中，可以插入多個觀測點的波形，它們既可以是數字波形，也可以是模擬波形或是其他形式的波形。現在我們想把上圖中四個觸發器的輸出端Q的波形分別顯示出來。首先要把一個電壓探針接在被測點，左側圖標 和 分別為電壓和電流探針。

27、四個電壓探針分別命名為Q1、Q2、Q3和Q4。單擊左側圖標 ，選擇插入波形的種類。如圖1-39所示，選擇數字波形(DIGITAL)或數字模擬混合波形(MIXED)。 圖1-39 加上邏輯探針后的圖形 接下來放置波形。選擇主菜單【Graph】【Edit Graph】，在圖形編輯區的下方單擊鼠標左鍵拖出一個長方形波形區域，再次單擊左鍵確定。選擇【Graph】【Add Trace】，添加軌跡，在彈出的對話框中，選擇右側的數字(Digital)波形，選中Pro be P1 中的Q1(電壓探針加上后，所有探針的名稱自動出現在這里)，單擊“OK”(如圖1-40所示)，Q1的坐標出現在波形圖中。繼續選擇【G

28、raph】【Add Trace】，選中Q2，重復上一步驟，直到四點波形坐標都加到圖形中為止。選擇主菜單【Graph】【Edit Graph】，把波形標題更改為“DIGITAL ANALYSIS”(數字波形分析)，把停止時間改為16，如圖1-41所示。 圖1-40 加入Q1的軌跡 圖1-41 修改波形標題橫坐標單位 選擇“Graph”“Simulate Graph”或按空格鍵，生成波形。不需要運行仿真，只要執行此命令，四個探測點的波形就自動生成了，如圖1-42所示。這種波形不同于示波器顯示的波形，它能夠靜態地保留在原理圖中，供讀者分析或隨圖形一起輸出打印。當按下空格鍵后，它可以再次刷新生成。圖1

29、-42 計數器的波形圖 左擊波形圖的綠色標題欄部分，可全屏顯示波形，并可根據全屏顯示的菜單更改波形及背景的顏色，拉動豎線，在左側查看各時刻各觀測點電平的高低等。5. 變式演練 設計一個555多諧振蕩器，輸出一個10Hz的方波。根據計算公式，取C1為473(0.047F)，設R1與R2相等，則R1=R2=100k。元件清單如表1-4所示。表1-4 多諧振蕩器元件清單 在電容C1一端和555的輸出端3分別放置電壓探針，以生成這兩點的波形。其中Vc選擇為模擬波形(Analog)，Vo為數字波形(Digital)。波形的停止時間不要選得太大，以免生成時間太長，因為周期為10ms，停止時間選為40ms即可。 另外把這兩點的波形接到示波器上觀察。從虛擬儀器中拖出示波器，按圖1-43接好。 單擊仿真運行開始按鈕 ，自動彈出示波器界面。通過選擇和調整相應按鈕和旋鈕，把電容的充放電波形和輸出方波顯示出來，如圖1-44所示。單擊仿真停止按鈕 ，示波器自動關閉，最好不要在示波器界面上關閉示波器，否則下次仿真運行時示波器將不會再出現，需要從主菜單的“Debug”“Digital Oscilloscope”中調出。圖1-43 555多諧振蕩器圖1-44 示波器界面1.2.4 89C51與與8255接口電路的調試及接口電路的調試及仿真仿真 以上兩個例子是基于電工電子技術的電路