基于Proteus的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探究

高 敏 江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院

基于Proteus的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探究

高 敏 江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院

隨著電子電路集成度越來(lái)越高，傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)方法已經(jīng)很難針對(duì)大規(guī)模電子電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，Proteus可以有效的解決這一問(wèn)題，對(duì)Proteus軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，以十字路口交通燈電子電路設(shè)計(jì)為例，使用Proteus軟件完成了電子電路從原理圖設(shè)計(jì)到仿真和PCB板制板的整個(gè)流程。

Proteus；電子電路；設(shè)計(jì)；仿真；制板

引言

電子電路設(shè)計(jì)需要考慮的因素有很多，如電子電路的功能，電子電路各種芯片的選型，組成電子電路芯片的性能、封裝形式、功耗等等，且在設(shè)計(jì)過(guò)程中和完成后均需要大量的實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)需要多種的實(shí)驗(yàn)儀器與多臺(tái)實(shí)驗(yàn)儀器，是一種固定式的儀器，該儀器較為貴重，并且體積較大，操作過(guò)程需要按照嚴(yán)格的說(shuō)明，這種傳統(tǒng)的電子電子路的設(shè)計(jì)方式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)電子電路發(fā)展的速度。集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展為電子電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)的新的方式，徹底變革了傳統(tǒng)的電子電路的設(shè)計(jì)方式。Proteus就是一個(gè)專門用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的和設(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)，該平臺(tái)用戶界面友好，使用方便，用戶不需要太多的編寫代碼的知識(shí)可以通過(guò)拖拽和連線的方式實(shí)現(xiàn)電子電路的設(shè)計(jì)。軟件提供了豐富多樣的測(cè)試信號(hào)用于對(duì)電路的測(cè)試。對(duì)科學(xué)研究與電路系統(tǒng)的教學(xué)以及教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)如實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)大賽等都具有十分重要的意義。能夠?yàn)殡娮与娐吩O(shè)計(jì)提供必要的環(huán)境條件，對(duì)于積極的推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革，培養(yǎng)大批的各層次的電子技術(shù)人才正在發(fā)揮著十分積極又而重要的額作用。

2.Proteus軟件簡(jiǎn)介

該軟件提供了各種各樣的虛擬儀器儀表以及各種信號(hào)源和分析工具等，利用該軟件可以實(shí)現(xiàn)電子電路設(shè)計(jì)的從原理圖到PCB板整個(gè)完整的過(guò)程。因而可以說(shuō)在該軟件是一個(gè)較為完善的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從原理圖的設(shè)計(jì)到仿真到產(chǎn)品的整個(gè)過(guò)程。且該軟件具有良好的人機(jī)交互界面，用戶只需要掌握簡(jiǎn)單的拖拽和連線就能夠?qū)崿F(xiàn)利用該軟件進(jìn)行電子電路的設(shè)計(jì)。在該軟件中基本囊括了絕大多數(shù)的單片機(jī)和所要用到的電子電路的元器件，且具有查找和編輯的功能，使用起來(lái)十分的方便；即通過(guò)所見即所得的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電子電路的設(shè)計(jì)。編輯以及仿真和調(diào)試的環(huán)節(jié)也十分的方便。在仿真的過(guò)程中可以使用虛擬儀器來(lái)對(duì)外圍電路的特性進(jìn)行測(cè)試，可以有效的培養(yǎng)學(xué)生對(duì)硬件的調(diào)試能力。另外該軟件還能夠?qū)崿F(xiàn)PCB板的制板功能。并且該軟件還具有PCB板制板功能，可以實(shí)現(xiàn)從研發(fā)到產(chǎn)品最終成型的整個(gè)過(guò)程。也正是由于該軟件所具有的強(qiáng)大的功能以及較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方式，使得其不論是在教學(xué)與實(shí)際的研發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.基于Proteus的電子電路設(shè)計(jì)

利用該軟件進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中首先使用proteusisis組件畫出電子電路的原理圖，然后對(duì)電子電路進(jìn)行仿真計(jì)算，修改其中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，直到預(yù)期的指標(biāo)和實(shí)際情況相符合，之后確定最終的設(shè)計(jì)方案， 輸出設(shè)計(jì)圖自動(dòng)生成PCB板圖。

4.電子電路設(shè)計(jì)實(shí)例

本文以一個(gè)簡(jiǎn)單的電子電路設(shè)計(jì)的實(shí)例來(lái)說(shuō)明使用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)電子電路設(shè)計(jì)的過(guò)程。本勢(shì)力要求設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈的信號(hào)控制器。所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)如下所示：

①主道和干道交替通行，主干道每次通行的時(shí)間為30秒，干道通行的時(shí)間為20秒。

②使用綠燈表示允許通行，使用紅燈表示禁止通行

③在交通燈由綠變紅的過(guò)程中，黃燈會(huì)亮5秒，且在這個(gè)過(guò)程中另一個(gè)主干道上的紅燈保持該狀態(tài)不變。

④在十字路口設(shè)置數(shù)碼顯示點(diǎn)陣，用來(lái)提示時(shí)間，便于人們對(duì)過(guò)馬路的時(shí)間進(jìn)行把握。主干道和支干道通行和禁止通行的時(shí)間都是以秒為單位來(lái)定時(shí)。將黃燈閃爍的頻率設(shè)置為1khz。

首先系統(tǒng)啟動(dòng)，也就是系統(tǒng)開始，之后主干道綠燈亮允許通行，支干道紅燈亮禁止通行，然后開始計(jì)數(shù)如果30秒時(shí)間未到那么繼續(xù)等待定時(shí)器，定時(shí)器如果時(shí)間到30秒那么主干道黃燈亮然后支干道紅燈閃爍，執(zhí)行5秒的黃燈閃爍時(shí)間在這個(gè)過(guò)程中支干道的紅燈保持不變，5秒時(shí)間到之后，主干道燈變紅，支干道燈變綠，接著進(jìn)行20秒計(jì)時(shí)，20秒計(jì)時(shí)時(shí)間到之后主干道紅燈閃爍，支干道黃燈亮，5秒時(shí)間到之后繼續(xù)從開始重復(fù)整個(gè)過(guò)程。這就是十字路口交通燈工作的整個(gè)流程。

4.1 十字路口交通燈嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的定時(shí)器的基準(zhǔn)信號(hào)是由秒脈沖發(fā)生器提供的，在計(jì)數(shù)器和狀態(tài)譯碼器的計(jì)時(shí)下來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)每一種狀態(tài)的計(jì)時(shí)控制。 計(jì)時(shí)過(guò)程會(huì)通過(guò)LED顯示屏進(jìn)行顯示。當(dāng)秒脈沖發(fā)生器發(fā)出信號(hào)之后為減法計(jì)數(shù)器提供基準(zhǔn)的信號(hào)，然后減法計(jì)數(shù)器進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，采用累積計(jì)數(shù)的方式，計(jì)數(shù)的結(jié)果會(huì)實(shí)時(shí)的通過(guò)BCD碼譯碼器進(jìn)行譯碼并通過(guò)7段數(shù)碼顯示器進(jìn)行顯示，然后根據(jù)計(jì)數(shù)器的結(jié)果來(lái)對(duì)主干道以及支干道中的等的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)道路主干道支干道交通通行的控制。

4.2 電路的仿真與分析調(diào)試

針對(duì)仿真結(jié)果中出現(xiàn)的問(wèn)題遵循以下的步驟來(lái)對(duì)電子電路的原理圖進(jìn)行檢查，來(lái)發(fā)現(xiàn)其中可能存在的問(wèn)題，是否存在漏焊元器件的情況，是否有焊錯(cuò)位置的元器件，在電容焊接的過(guò)程中是否將電容的極性焊反。電源電壓是否能夠滿足整系統(tǒng)的需求，檢查線路是否連接正確。最后測(cè)試秒信號(hào)發(fā)生器。可以采用虛擬儀器來(lái)對(duì)秒信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行輸出信號(hào)的測(cè)試，然后對(duì)電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得脈沖信號(hào)輸出的周圍為1秒。接著講秒信號(hào)發(fā)生器進(jìn)入到控制器的脈沖信號(hào)輸入端，在脈沖信號(hào)的作用下，查看主干道支干道的三色的信號(hào)燈是否都按照既定的要求閃爍，然后查找出現(xiàn)問(wèn)題的原因。接著講秒信號(hào)發(fā)生器與定時(shí)器脈沖信號(hào)的輸入端連接起來(lái)，在脈沖信號(hào)發(fā)出之后，計(jì)數(shù)器完成減法計(jì)數(shù)的整個(gè)過(guò)程， 此時(shí)在LED顯示裝置上應(yīng)該能夠準(zhǔn)確的顯示定時(shí)器的減法計(jì)數(shù)過(guò)程。如果仿真的結(jié)果存在問(wèn)題那么可以按照本段對(duì)仿真結(jié)果出現(xiàn)問(wèn)題的處理過(guò)程進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的所在。

4.3 交通燈控制系統(tǒng)仿真

在該軟件中對(duì)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖進(jìn)行仿真測(cè)試，仿真結(jié)果設(shè)計(jì)符合本案例的要求， 電路也符合系統(tǒng)相應(yīng)的指標(biāo)。接下來(lái)進(jìn)行PCB板的設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果達(dá)到預(yù)期之后，利用proteusisis軟件中的快捷鍵切換到ARES界面進(jìn)行PCB板的設(shè)計(jì)，最終完成整個(gè)PCB板設(shè)計(jì)的流程。

5.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)Proteus使用介紹，結(jié)合十字路口交通燈的設(shè)計(jì)流程實(shí)例較為完整的對(duì)Proteus的使用進(jìn)行闡述，包括使用Proteusisis進(jìn)行原理圖的繪制，使用Proteusisis進(jìn)行整個(gè)交通燈系統(tǒng)電子電路的仿真，使用其中的虛擬儀器對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中所存在的問(wèn)題進(jìn)行檢查排除問(wèn)題，最終完成原理圖的設(shè)計(jì)，并利用ARES進(jìn)行PCB制板。可以為電子電路的設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)和借鑒，對(duì)于電子電路的實(shí)踐教學(xué)也具有一定的可借鑒的意義。

[1] 吳小花,吳先球. Proteus電路設(shè)計(jì)與仿真在教學(xué)中的實(shí)踐[J]. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用. 2010.