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1 单片机仿真软件概述 PROTEUS 是英国 Labcenter Electronics 公司开发的多功能 EDA 软件。 PROTEUS 不仅 是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台,也是目前较先进的单片机和 嵌入式系统的设计与仿真平台。它实现了在计算机上完成从原理图与电路设计、电路分析 与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成 PCB 的完整的电子设计、 研发过程。 由于 PROTEUS 丰富的元器件模型、对处理器的支持、多样的虚拟仪器、强大的图表 分析功能和与第三方集成开发环境的无缝集成,已被公认为电类教学与实验的巨大资源, 得到越来越多的高校的认同,并在教学实践中取得了明显效果。 1.1 Proteus 软件仿真系统的构成与功能 1.1.1 Proteus 软件的构成 Proteus 组合了高级原理布图、混合模式 SPICE 仿真、PCB 设计以及自动布线来实现 一个完整的电子设计系统。Proteus 包含了 VSM(Virtural System Modelling 虚拟系统模型) 技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿
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1
单片机仿真软件概述
PROTEUS 是英国 Labcenter Electronics 公司开发的多功能 EDA 软件。PROTEUS 不仅
是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台,也是目前较先进的单片机和
嵌入式系统的设计与仿真平台。它实现了在计算机上完成从原理图与电路设计、电路分析
与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成 PCB 的完整的电子设计、
研发过程。
由于 PROTEUS 丰富的元器件模型、对处理器的支持、多样的虚拟仪器、强大的图表
分析功能和与第三方集成开发环境的无缝集成,已被公认为电类教学与实验的巨大资源,
得到越来越多的高校的认同,并在教学实践中取得了明显效果。
1.1 Proteus 软件仿真系统的构成与功能
1.1.1 Proteus 软件的构成
Proteus 组合了高级原理布图、混合模式 SPICE 仿真、PCB 设计以及自动布线来实现
一个完整的电子设计系统。Proteus 包含了 VSM(Virtural System Modelling 虚拟系统模型)
技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。
Proteus 包括 Proteus VSM(Proteus 虚拟系统模型)和 Proteus PCB Design(Proteus 印
制电路板设计)两大部分。
Proteus VSM 包括智能原理图输入系统 ISIS(Intelligent Schematic Input System)、带扩
展的 ProSPICE(Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis)混合模型仿真器、动态
器件库、高级图表仿真 ASF(Advanced Simulation Feature)和微控制器虚拟系统仿真模型
VSM。
Proteus PCB Design 包括高级布线编辑软件 ARES(Advanced Rounting and Editing
Software)、智能原理图输入系统 ISIS 和高级图表仿真 ASF。
该软件运行于 Windows 操作系统上,主要特点是:
实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。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的仿真、RS232 动态仿真、I
2
C 调试器、SPI 调试器、键
盘和 LCD 系统仿真的功能;有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器
等。
支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有:8051/52 系列、
ARM7(LPC21xx)、AV R 系列、PIC10/12/16/18 系列、HC11 系列以及多种外围芯片。
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。
支持第三方的软件编译和调试环境,如 Keil C51 uVision2、MPLAB、IAR 等软件。
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 分析于一身的仿真软件,功能极其强大。
2
1.1.2 Proteus 软件的功能
本实验指导书主要涉及与单片机课程有关的软件设计与仿真,故只叙述 Proteus VSM
的功能。Proteus VSM 组合了混合模式的 ProSPICE 电路仿真、动画器件和微控制器模型,
实现了完整的基于微控制器设计的协同仿真。使在物理原型出来之前对这类设计的开发和
测试成为可能。Proteus VSM 的各组成部分的功能简介如下:
一、智能原理图输入系统 ISIS
ISIS 是 Proteus 系统的中心,它远不仅是一个图表库。它既是智能原理图设计、绘制和
编辑的环境,又是数字电路、模拟电路和数/模混合电路设计与仿真的环境,更是单片机与外
围设备的设计、仿真和协同仿真的环境。
ISIS 组合有很多易用的功能强大的编辑工具,是单片机系统的设计与仿真的平台。其主
要特点如下:
生成出版质量的原理图。
风格模板允许提供库部件的用户化。
鼠标驱动和内容关联的用户界面。
自动走线,以及接点的布置和切除。
参数表示子电路元件值的层次设计。
包括子电路端口以及总线引脚的总线支持。
挑选元件或建立新库元件可预览PCB 封装。
完全体现多元器件的同性和异性。
包括相应对话框用户化的元件特性的精细管理。
超过8000元件的大型元件库,完全适用于仿真模型。
网表格式:Labcenter SDF、SPICE、Tango、Boardmaker、EEDeginer、Futurenet等。
电气规则检查以及元件报告清单。
可彩色或单色输出到Windows 打印设备。
图形输出格式:WMF、BNP、DXF、EPS、HPGL 。
二、ProSPICE 混合模型仿真器
ProSPICE 是结合 ISIS 原理图设计环境使用的混合型电路仿真器。它基于工业标准
SPICE3F5(美国加州 Berkeley 大学开发)的模拟内核,加上混合型仿真的扩展以及交互电路
动态,提供了开发和测试设计的强大交互式环境。
ProSPICE 使用了 Berkeley 的源代码,包含了最新的整合技术以及原型,保证在数字结果
方面和生产商 SPICE 模型的最好兼容性。
三、微控制器虚拟系统仿真模型 VSM
Proteus 可以仿真 51 系列、AV R 、PIC、ARM 等常用的 MCU 及其外围电路。可仿真的
51 系列单片机模型如下:
通用:80C31、80C32、80C51、80C52、80C54、80C58。
Atmel:AT89 C5 1、AT89 C5 2、AT8 9C 55;AT89C51RB2、AT89C51RC2 、AT89C51RD2 (X2
和SPI 没有模型)
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Philips:P87C51FX、P87C51RX+(如 FA、FB、FC、RA+、RB+、RC+、RD等系列)。
通过51系列单片机模型可完成以下仿真:
全部 8051指令系统。
所有I/O操作。
所有片上外设的各种操作模式。
所有中断模式。
内部产生处理器时钟以优化经济结构性能,I/O和其它事件定时器精确至一个时钟相位。
程序和外部数据存储器能被仿真为内部模型,以提高吞吐量,或仿真为外部模型以验证
硬件设计。
提供内部一致性代码检查功能。
完整集成ISIS的源码级调试和源码管理系统。
支持集成Keil等第三方编译器和调试器。
支持的编译器: Keil C51/μVision 2 、MPLAB和IAR。
四、动态器件库
VSM 包含超过 8000 种元器件模型:
标准电子元件:电阻、电容、二极管、晶体管、晶闸管、光耦合器、运放、555 定时器
等。
74 系列 TTL 和 4000 系列 CMOS 器件。
存储器:ROM、RAM、EEPROM、I
2
C 器件等。
微控制器支持的器件:如 I/O 口、USART 等。
五、高级图表仿真 ASF
Proteus 做为单片机与嵌入式系统仿真与开发平台,支持外围数电/模电与微控制器
的协同仿真,真正实现了虚拟物理原型功能。在目标板还没有投产前,就可以对设计的硬
件系统的功能、合理性和性能指标进行充分调整,并可以在没有物理目标板的情况下,进
行相应软件的开发和调试,进行完全的虚拟开发,明显提高企业的开发效率,降低开发风
险。
无论是 51 系列、AV R 、还是 PIC 系列,他们各有各的特点,学习者也是逐年增加,
但是在学习开发过程中,我们往往在确定方案后做试验的开支比较大,尤其是对于一些学
生或者初学者这就可能成为他们学习的障碍。使用 Proteus 软件可大大节省时间和开发费,
在校学生只要配备一台电脑就可以在宿舍用 Proteus 构建成单片机与嵌入式系统仿真与设
计实验室。
1. 2 Proteus 软件仿真系统的使用方法
单片机的软件设计与仿真主要在智能原理图输入系统 ISIS 中进行,本书只介绍 ISIS 的
使用,并以 Proteus 7.1SP2 Professional(汉化版)版本为平台。双击桌面上的 ISIS 7 Professional
图标或者单击屏幕左下方的“开始”→“程序”→“Proteus 7 Professional” →“ISIS 7
Professional”,进入 Proteus ISIS 集成环境,如图 1-1 所示。
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