3.1 Proteus ISIS仿真软件简介

Proteus软件是1988年由英国Labcenter公司研发的EDA（电子设计自动化）工具软件，它集成了高级原理布图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计及自动布线。它运行于Windows操作系统上，可实现完整的电子电路、嵌入式系统软/硬件设计与仿真。Proteus软件主要分为ISIS和ARES两个功能软件。ISIS是智能原理图输入系统，系统设计与仿真的基本平台；ARES是高级PCB布线编辑软件。

3.1.1 Proteus软件系统组成

1.Proteus结构体系

Proteus系统主要由ISIS原理图输入系统（简称ISIS）、ProSPICE混合模型仿真器、动态器件库、PCB高级布线/编辑（简称ARES）、VSM处理器仿真模型、ASF高级图形分析模块6个部分组成，如图3-1所示。

2.Proteus软件系统特点

①Proteus软件系统是一种功能强大的电子设计自动化软件，是集原理图设计、仿真和PCB设计于一体，真正实现了从概念到产品设计的开发平台。

②Proteus软件除了具有模拟电路仿真、数字电路仿真之外，Proteus VSM的主要特色是单片机系统的仿真，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。目前Proteus软件支持许多通用的微控制器，如68000系列、8051/8052系列、AVR系列、PICl2系列、PICl6系列、PICl8系列、Z80系列、HC11系列及各种外围芯片。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。

③在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51 μVision2等第三方的软件编译和调试环境，是目前唯一能仿真微处理器的电子设计软件。

④Proteus还有众多的虚拟仪器（示波器、逻辑分析仪等）、信号源，以及高级图表仿真ASF，它们为高效、高质、高速地完成电子设计提供了检测、调试、分析的手段，是易学、易懂、易掌握的优秀电子设计自动化系统。

3.1.2 电子产品设计流程

1.传统电子产品设计流程

传统电子产品开发流程如图3-2所示。

传统电子产品设计的缺点：

①缺少高级软件工具进行可视化的开发环境，快速地建立一个最初系统的原型，就无法对系统进行测试。

②没有系统模型仿真器就很难对设计软件进行“试用→评价→修改”的多次反复调试。

③设计系统的可行性、可靠性和完整性等只有通过样机的运行才能得到证实，如果样机运行结果有问题，将增加设计成本和开发的时间周期。

2.基于Proteus产品设计流程

基于Proteus的电子产品开发流程如图3-3所示。

基于Proteus的电子产品设计优点：

①具有启发、揭示、判断、修改和完善的系统原型开发方法。只要完成原理图设计就可用于系统测试；

②Proteus的交互仿真过程使软件的调试和测试在布板之前完成，从而节省后期变更成本，提高项目成功率。

③不仅硬件设计或软件设计的改动十分容易，而且系统功能的扩拓也同样容易添加。

总之，该软件功能极其强大。本章重点介绍Proteus ISIS软件的工作环境和一些基本操作。

Proteus电子产品设计可按“ISIS”↔“仿真”↔“PCB设计”模式进行，这是完整的设计过程。本书将使用目前Proteus最高版本（7.7汉化正版），重点叙述ISIS原理图设计和8051系列单片机的仿真。对PCB的设计，请读者参考其他丛书。

3.1.3 Proteus ISIS操作界面介绍

1.启动Proteus ISIS软件系统

在计算机中安装好Proteus后，双击桌面上的ISIS 7 Professional图标 或者选择屏幕左下方的“开始”→“程序”→“Proteus7 Professional”→“ ISIS7 Professional”命令，启动ISIS，进入ISIS窗口开发环境，出现如图3-4所示的屏幕界面。

2.Proteus工作界面介绍

Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图3-5所示。包括标题栏、主菜单，标准工具栏、绘图工具栏、对象预览窗口、对象选择按钮、对象选择器窗口、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、状态栏和图形编辑窗口。窗口中的图形编辑窗口是电路设计与仿真平台，也是Proteus PCB设计的基础。

（1）主菜单

Proteus ISIS的菜单栏包括文件（File）、查看（View）、编辑（Edit）、工具（Tools）、设计（Design）、绘图（Graph）、源代码（Source）、调试（Debug）、库（Library）、模板（Template）、系统（System）和帮助（Help）等12个菜单，单击任一菜单后都将弹出其菜单项，Proteus ISIS菜单栏完全符合Windows操作风格。

文件菜单：包括常用的文件功能，如打开新的设计、加载设计、保存设计，导入/导出文件也可打印、显示最近使用过的设计文档，以及退出Proteus ISIS系统等。

查看菜单：包括是否显示网格，设置格点间距、缩放电路图及显示与隐藏各种工具栏等。

编辑菜单：包括撤销/恢复操作，查找与编辑、剪切、复制、粘贴元器件，以及设置多个对象的叠层关系等。

工具菜单：包括实时标注、实时捕捉及自动布线等。

设计菜单：包括编辑设计属性、编辑图纸属性、进行设计注释等。

绘图菜单：包括编辑图形，添加Trace、仿真图形和分析一致性等。

源代码菜单：包括添加/删除源文件、定义代码生成工具调用外部文本编辑器等。

调试菜单：包括启动调试、执行仿真、单步执行和重新排布弹出窗口等。

库菜单：包括添加、创建元器件/图标及调用库管理器。

模板菜单：包括设置图形格式、文本格式、设计颜色、线条连接点大小和图形等。

系统菜单：包括设置自动保存时间间隔、图纸大小和标注字体等。

帮助菜单：包括版权信息、Proteus ISIS教程学习和示例等。

（2）工具栏

工具栏中各图标按钮对应的操作如下：工具栏：包括菜单栏下面的标准工具栏和绘图工具栏。

·标准工具栏

·绘图工具拦

·2D图形绘制工具

·状态栏：状态栏用来显示工作状态和系统运行状态。

·预览窗口：该窗口可显示两个内容，一个是当在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是当鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中单击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此，可用鼠标在它上面单击来改变绿色方框的位置，从而改变原理图的可视范围。

·对象选择器窗口：通过对象选择按钮，从元件库中选择对象，并置入对象选择器窗口，供绘图时使用。显示对象的类型包括：元件、终端、引脚、图形符号、标注、图形、激励源和虚拟仪器等。

该选择器上方的条形标签表明了当前操作模式下所列的对象类犁，如当前选择为元件 模式，所以对象选择器上方的条形标签为“DEVICES”（元件） 。该标签左边有两个按钮，其中“P”为从库中查找选取元件按钮，“L”为库管理按钮。这时若单击“P”则可从库中查找选取元件，所选元件名称一一列在对象选择器窗口中。对象预览窗口配合对象选择器预览元件等对象，也可用于查看编辑区的局部或全局。

·原理图编辑窗口：用来绘制原理图。在编辑区中可进行电路设计，仿真、自建元器件模型等。ISIS窗口右下角的蓝色方框口蓝色方框内为可编辑区，为编辑区，电路设计要在此框内完成。

·ProteusVSM仿真：ProteusVSM有交互式仿真和基于图表的仿真两种。

交互式仿真：实时直观地反映电路设计的仿真结果；

基于图表仿真（ASF）：用于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，原理图中可以包含探针、电路激励信号、虚拟仪器、曲线图表等仿真工具，显示仿真结果。

3.1.4 Proteus软件资源

1.测试探针

在Proteus中，提供了电流和电压探针，探针直接布置在线路上，用于采集和测量电压/电流信号。值得注意的是，电流探针的方向一定要与电路的导线平行。

·电压探针（Voltage probes）：既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。

2.激励源

在Proteus中，提供了13种激励信号源，对于每一种信号源参数又可进行设置。

·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。

3.电路功能分析

在Proteus中，提供了9种电路分析工具，在电路设计时，可用来测试电路的工作状态。

·虚拟示波器（Oscilloscope）；

·逻辑分析仪（Logic Analysis）；

·计数/定时器（Counter Timer）；

·虚拟终端（Virtual 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/DCVoltmeters/Ammeters）；

·SPI调试器（SPI Debugger）；

·I ² C调试器（I ² C Debugger）。

4.电路图表分析

·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）；

·傅里叶分析图表（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）。

5.元件

Proteus提供了大量元器件的原理图符号和PCB封装，在绘制原理图之前必须知道每个元器件对应的库，在自动布线之前必须知道对应元器件的封装，下面是常用的元器件库。

（1）元器件库

·Device.LIB（电阻、电容、二极管、三极管等常用元件库）；

·Active.LIB（虚拟仪器、有源元器件库）；

·Diode.LIB（二极管和整流桥库）；

·Display.LIB（LED和LCD显示器件库）；

·Bipolar.LIB（三极管库）；

·Fet.LIB（场效应管库）；

·Asimmdls.LIB（常用的模拟器件库）；

·Dsimmdls.LIB（数字器件库）；

·Valves.LIB（电子管库）；

·74STD.LIB（74系列标准TTL元器件库）；

·74AS.LIB（74系列标准AS元器件库）；

·74LS.LIB（74系列LSTTL元器件库）；

·74ALS.LIB（74系列ALSTTL元器件库）；

·74S.LIB（74系列肖特基TTL元器件库）；

·74F.LIB（74系列快速TTL元器件库）；

·74HC.LIB（74系列和4000系列高速CMOS元器件库）；

·ANALOG.LIB（调节器、运放和数据采样IC库）；

·CAPACITORS.LIB（电容库）；

·CMOS.LIB（4000系列CMOS元器件库）；

·ECL.LIB（ECLl0000系列元器件库）；

·I ² CMEM.LIB（I ² C存储器库）；

·MEMORY.LIB（存储器库）；

·MICRO.LIB（常用微处理器库）；

·OPAMP.LIB（运算放大器库）；

·RESISTORS.LIB（电阻库）。

（2）封装库

·PACKAGE.LIB（二极管、三极管、IC、LED等常用元件封装库）；

·SMTDISC.LIB（常用元件的表贴封装库）；

·SMTCHIP.LIB（LCC、PLCC、CLCC等器件封装库）；

·SMTBGA.LIB（常用接插件封装库）。

3.1.5 Proteus软件在教学与实践中的应用

1.Proteus软件教学资源

Proteus是一个巨大的教学资源，可以用于以下方面：

①模拟电路与数字电路的教学与实验；

②单片机与嵌入系统软件的教学与实验；

③微控制器系统的综合实验；

④创新实验与毕业设计；

⑤项目设计与产品开发。

2.Proteus软件技能考评与电子竞赛平台

①Proteus能提供考试所需的所有资源；

②Proteus能直观评估硬件电路的设计正确性；

③Proteus能通过硬件原理图直观调试软件；

④Proteus能验证整个设计的功能；

⑤测试可控、易评估、易实施；

⑥有广泛的使用案例。

3.Proteus VSM适合产品开发与研究

①Proteus软件提供了从产品概念到设计完成的完整仿真与开发条件；

②具有仿真与分析功能，可将产品开发中存在的问题消灭在萌芽中，从而减少开发风险；

③软、硬件的交互仿真与测试大大减少了后期测试的工作量；

④便于项目管理与团队开发。 hDd4LgviJBfYtN3i9TX4e/wMetylK4rwjBRetz9oYqL7fZj1SD6p+sHDxaYPTiUD