使用Proteus软件进行电路设计与模拟

Proteus具有和其他EDA工具一样的原理图编辑、印刷电路板（PCB）设计及电路仿真功能，最大的特色是其电路仿真的交互化和可视化。通过Proteus软件的VSM（虚拟仿真模式），用户可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路、单片机及外围元器件等电子线路进行系统仿真。

Proteus软件由ISIS和ARES两部分构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统原理设计和仿真平台软件，ARES是一款高级的PCB布线编辑软件。

Proteus ISIS是一种操作简便而又功能强大的原理图编辑工具，它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，该软件的特点有：

（1）实现了单片机仿真和SPICE电路仿真的结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真等功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

（2）支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

（3）提供软件调试功能。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，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision3等软件。

（4）具有强大的原理图绘制功能。

总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的电路设计和仿真软件，功能极其强大。Proteus ISIS版本在不断的升级，本章节中用到的是Proteus 7.0版本，各种版本软件的基本使用方法是一样的，在后面章节的单片机项目中Proteus7.0版本就可以满足仿真要求。

（一）运行Proteus ISIS

在桌面左下角的“开始”程序菜单中，鼠标指向“所有程序→Proteus 7 Professional”→单击运行ISIS 7 Professional。ISIS 7 Professional在程序中的位置如图3-23所示。

图3-23　Proteus软件打开界面

当出现下图的屏幕后，表示进入了ISIS 7 Professional运行时的界面，如图3-24所示。

图3-24　Proteus软件运行界面

（二）Proteus ISIS的原理图设计

1.建立和保存文件

选择“File→New Design”菜单项，则弹出“Greate New Design”（新建设计）对话框，如图3-25所示。对话框中有多种供选择的模板，单击要选的模板图标DEFAULT，再单击“OK”按钮则建立了一个新的空白文件，进入了ISIS编辑环境。

图3-25　新建仿真原理图文件

然后要保存设计文件，选择“File→Save Design”菜单项，弹出如图所的“Save ISIS Design File”（保存ISIS设计文件）对话框。在文件名框中输入文件名后单击“保存”按钮，则完成了设计文件的保存，其后缀名自动为.DSN。若设计文件已命名，只要单击工具保存按钮即可。如图3-26所示。

图3-26　保存并命名仿真图文件

如果要打开已保存文件，选择“File→Load Design”菜单项或单击工具打开文件按钮，弹出“Load ISIS Design File”（打开ISIS设计文件）对话框，如图3-27所示。单击要打开的文件名后，再单击“打开”按钮即可。此处打开的文件为“彩灯.DSN”。

图3-27　打开仿真图文件

2.Proteus原理图设计

原理图的具体设计步骤如下。

（1）放置元器件：首先从添加元器件对话框中选取需要添加的元器件或者电源、地等终端符号，将其布置到图纸的合适位置，并对元器件的名称、标注进行设定；再根据元器件之间的走线等联系对元器件在编辑窗口中的位置进行调整和修改，使得原理图美观、易懂。

（2）对原理图进行布线：根据实际电路的需要，将编辑窗口中的元器件用导线连接起来，构成一幅完整的电路原理图。

（3）原理图的电气规则检查：当完成原理图布线后，利用Proteus提供的电气规则检查命令对设计进行检查，并根据系统提示的错误检查报告修改原理图。

（4）存盘和输出打印。

下面以图3-28所示的一个实例，直观地介绍原理图的设计方法和步骤。

图3-28　绘制示例仿真原理图

（1）将所需元器件加入到对象选择器窗口。

单击对象选择器按钮，如图3-29所示。

图3-29　对象选择器按钮

弹出“Pick Devices”页面，在“Keywords”输入AT89C51，系统在对象库中进行搜索查找，并将搜索结果显示在“Results”中，如图3-30所示。

在“Results”栏中的列表项中，双击“AT89C51”，则可将“AT89C51”添加至对象选择器窗口。

接着在“Keywords”栏中重新输入7SEG，如图3-31所示。双击“7SEG-MPX6-CA-BLUE”，则可将“7SEG-MPX6-CA-BLUE”（6位共阳7段LED显示器）添加至对象选择器窗口。

图3-30　搜索AT89C51元器件结果显示

图3-31　搜索数码管元器件结果显示

最后，在“Keywords”栏中重新输入RES，选中“Match Whole Words”，如图3-32所示。在“Results”栏中获得与RES完全匹配的搜索结果。双击“RES”，则可将“RES”（电阻）添加至对象选择器窗口。单击“OK”按钮，结束对象选择。

经过以上操作，在对象选择器窗口中，已有了7SEG-MPX6-CA-BLUE、AT89C51、RES三个元器件对象，若单击AT89C51，在预览窗口中，见到AT89C51的实物图；若单击RES或7SEG-MPX6-CA-BLUE，在预览窗口中，见到RES和7SEG-MPX6-CA-BLUE的实物图，如图3-33所示。此时，我们已注意到在绘图工具栏中的元器件按钮处于选中状态。

图3-32　搜索电阻元器件结果显示

图3-33　元器件预览窗口显示

提示：利用“Keywords”查找元器件可以节省很大的搜索时间，所以对使用者的英文有一定的要求，特别是要记住一些常用元器件的英文单词。

（2）放置元器件至图形编辑窗口。

在对象选择器窗口中，选中7SEG-MPX6-CA-BLUE，将鼠标置于图形编辑窗口该对象的欲放位置、单击鼠标左键，该对象被完成放置。同理，将AT89C51和RES放置到图形编辑窗口中。如图3-34所示。

若对象位置需要移动，将鼠标移到该对象上，单击鼠标右键，此时我们已经注意到，该对象的颜色已变至红色，表明该对象已被选中，按下鼠标左键，拖动鼠标，将对象移至新位置后，松开鼠标，完成移动操作。

由于电阻R1～R8的型号和电阻值均相同，因此可利用复制功能快速绘制仿真图。将鼠标移到R1，单击鼠标右键，选中R1，在标准工具栏中，单击复制按钮，拖动鼠标，按下鼠标左键，将对象复制到新位置，如此反复，直到按下鼠标右键，结束复制。此时我们已经注意到，电阻名的标识，系统自动加以区分。如图3-35所示。

图3-34　放置元器件至图形编辑窗口

图3-35　移动和复制元器件

如果要修改电阻的阻值，先选中电阻然后单击右键选“Edit Properties”，或者对电阻先右击再左击也可以打开其属性窗口进行修改。如图3-36所示。

图3-36　修改元器件属性(www.xing528.com)

此时会弹出一个属性窗口，如图3-37所示，在这里可设置、修改它的属性。

图3-37　修改元器件属性窗口

提示：要对元器件或者块对象进行移动、编辑、设置和修改属性、旋转、复制、删除等都是先选中元器件（此时会变成红色）然后单击右键，最后单击对应的工具按钮。

（3）放置总线至图形编辑窗口。

单击绘图工具栏中的总线按钮，使之处于选中状态。将鼠标置于图形编辑窗口，单击鼠标左键，确定总线的起始位置；移动鼠标，屏幕出现粉红色细直线，找到总线的终了位置，单击鼠标左键，再单击鼠标右键，以表示确认并结束画总线操作。此后，粉红色细直线被蓝色的粗直线所替代，如图3-38所示。

图3-38　绘制总线

（4）元器件之间的连线。

Proteus的智能化可以在你想要画线的时候进行自动检测。下面，我们来操作将电阻R1的右端连接到LED显示器的A端。当鼠标的指针靠近R1右端的连接点时，跟着鼠标的指针就会出现一个“×”号，表明找到了R1的连接点，单击鼠标左键，移动鼠标（不用拖动鼠标），将鼠标的指针靠近LED显示器的A端的连接点时，跟着鼠标的指针就会出现一个“×”号，表明找到了LED显示器的连接点，同时屏幕上出现了粉红色的连接，单击鼠标左键，粉红色的连接线变成了深绿色，同时，线形由直线自动变成了90° 的折线，这是因为我们选中了线路自动路径功能。

Proteus具有线路自动路径功能，当选中两个连接点后，它将选择一个合适的路径连线。需要自动布线的时候可通过使用标准工具栏里的按钮来关闭或打开，也可以在菜单栏的“Tools”下找到这个图标。

同理，我们可以完成其他连线。在此过程的任何时刻，都可以按ESC键或者单击鼠标的右键来放弃画线。如图3-39所示。

图3-39　元器件与元器件的连线

（5）元器件与总线的连线。

画总线的时候为了和一般的导线区分，我们一般喜欢画斜线来表示分支线。此时我们需要自己决定走线路径，只需在想要拐点处单击鼠标左键即可，如图3-40所示。

（6）给与总线连接的导线贴标签。

单击绘图工具栏中的导线标签按钮，使之处于选中状态。将鼠标置于图形编辑窗口的欲贴标签的导线上，跟着鼠标的指针就会出现一个“×”号，如图3-41所示。这表明找到了可以标注的导线，单击鼠标左键，弹出编辑导线标签窗口，如图3-42所示。

图3-40　元器件与总线的连接

图3-41　给总线贴标签

图3-42　编辑标签窗口

在“string”栏中，输入标签名称（如a），单击“OK”按钮，结束对该导线的标签标定。同理，可以标注其他导线的标签，如图3-43所示。注意，在标定导线标签的过程中，相互接通的导线必须标注相同的标签名。至此，我们便完成了整个仿真原理图的绘制。

图3-43　贴签完成

（7）电气检测。

设计电路原理图完成后，单击电气检查按钮会弹出检查结果窗口，如图3-44所示，当显示“OK”说明原理图正确。

图3-44　电气检测结果

3.常用操作使用方法

（1）放置电源、地（终端）。

单击绘图工具栏中的终端按钮，在对象选择器窗口中单击POWER（电源），如图3-45所示。再在编辑窗口区要放置电源的位置单击完成。放置GROUND（地）的操作方法同上。

（2）手动布线。

Proteus系统默认自动布线有效，当遇到障碍时会自动绕开障碍，如图3-46所示。

可有时候我们不需要这种智能绘图的功能，会使得原理图不美观，故需要单击按钮后，就可以想在哪个元件处拐点就单击左键即可，如图3-47所示。

图3-45　放置电源、地（终端）

图3-46　自动布线效果

图3-47　手动布线效果

（3）重复布线。

假设你要连接一个8字节ROM数据总线到电路图主要数据总线，你已将ROM，总线和总线插入点如图3-48所示进行放置。

首先左击A，然后左击B，在AB间画一根水平线。双击C，重复布线功能会被激活，自动在CD间布线。双击E、F，以下类同。

重复布线完全复制了上一根线的路径。如果上一根线已经是自动重复布线将仍旧自动复制该路径。

图3-48　相同布线可重复

（4）当操作执行完单击右键结束，当错误操作后可点击和按钮，或者使用快捷键Ctrl+Z来恢复上一操作状态。

（5）常用元器件对应的搜索Keywords名称，如表3-3所示。

表3-3　常用元器件名称

（三）加载HEX文件

Proteus原理图设计完成后，要想进行单片机和外围电路的仿真，需要与Keil连接调试，把Keil已经产生的后缀名为HEX的文件加载到Proteus原理图的AT89C51芯片中才能观看到仿真运行效果。

双击AT89C51芯片，会弹出一个对话框，如图3-49所示。在Program File文本框中单击右侧图标，出现文件浏览对话框，如图3-50所示。找到HEX文件后，选中，再点右边的打开，回到上一对话框，就可以看到HEX已经加载进去了，最后再点右上角的“OK”按钮，就回到原理图编辑窗口了。

图3-49　加载HEX文件对话框

图3-50　选择HEX文件对话框

（四）仿真调试

软件左下角有4个仿真调试按钮，从左到右分别是“运行”“单步”“暂停”和“停止”。单击“运行”按钮，就可以观察到电路仿真运行的状况。运行时原理图里的元件引脚上会出现不同颜色的小方块，其中红色的小方块表示高电平，蓝色的小方块表示低电平，而灰色的小方块表示不确定的电平。

在运行过程中不允许对原理图进行操作，必须要先按下停止按钮才能对原理图进行修改。如果是程序进行了改动，需要重新编译，HEX文件也会重新更新。然后再回到Proteus软件中直接点运行，不需要再重新加载HEX文件了。