Proteus軟件應用于技術類課程的電路設計及仿真

孫萬麟

(昌吉學院 物理系，新疆 昌吉 831100)

0 引言

Proteus軟件是英國 Labcenter Electronics公司開發的一款EDA軟件，近年來，因Proteus軟件具有虛擬儀器豐富、實驗周期短、硬件投入少、實驗過程損耗小、仿真過程直觀形象以及與實際工程項目設計非常相似等優點，我國有好多高校已建立Proteus虛擬仿真實驗室，比如香港理工大學、中山大學、華南理工大學、哈爾濱工程大學等眾多院校，這些高校已將Proteus軟件作為教學輔助工具，不僅用于單片機、模擬電路和數字電路等課程實踐教學，而且也應用于學生課程設計、畢業設計以及各類競賽設計與仿真[1-4]?？傊?，Proteus軟件由于虛擬儀器豐富和仿真過程生動直觀，受到眾多學者的青睞。

眾所周知，技術類課程是我國各大工科院校的專業核心必修課，比如“微機原理與接口技術”“單片機原理及應用”“DSP技術與嵌入式系統”等課程，它們包含很多抽象專業術語和復雜系統構成，學生要完全理解老師在課堂上講授內容很難，因而在實驗、實訓以及課程設計等實踐過程中會碰到很多困惑。鑒于此，本文探究將Proteus仿真軟件應用于“微機原理與接口技術”和“DSP技術與嵌入式系統”課程中，通過電路圖設計及其仿真，幫助學生更好理解有些難點，并提高學生動手設計能力。

1 Proteus軟件

Proteus軟件是由Labcenter UK開發的EDA軟件仿真平臺，擁有豐富的虛擬儀器儀表，是PCB板設計的集合，并兼有電路分析和系統仿真功能。因其優良的兼容性，可連接多種外圍設備和虛擬儀器，并能實現各類控制芯片與其外電路的仿真，工作界面是一個標準的Windows界面，其界面及簡要功能介紹如圖1所示。

圖1 Proteus工作界面

2 Proteus應用于微機原理8255A接口擴展電路

電路設計：以8086作為主控芯片，采用8255A作為數據輸入輸出接口，由8255A數據端口PA采集一組開關S0—S7狀態信息，再將采集狀態信息通過8255A數據端口PB傳送至8只發光二極管D0—D7進行輸出顯示。根據8255A選擇控制字寄存器工作原理，若開關閉合時，與其對應二極管就會導通點亮；若開關斷開時，與其對應二極管不導通熄滅。另外，采用數據端口PC7驅動一只發光二極管作為8255A正常工作狀態檢測提示。

仿真方法：本文采用微機原理常用Emu8086軟件進行電路源程序代碼調試和編譯，本電路軟件設計流程圖[5-6]如圖2所示。

圖2 軟件設計流程圖

利用Emu8086軟件將調試無誤源程序代碼編譯生成.com可執行文件，因8086微機芯片只能加載和關聯.com文件，再利用Proteus軟件設計并繪制電路圖，然后雙擊Proteus電路圖中8086主控芯片，將各參數屬性和大小必須與所設計電路器件設置一致，參數配置如圖3所示。

圖3 參數配置

同時將生成的.com文件加載到8086芯片中。點擊Proteus全速運行按鈕，仿真結果如圖4所示。

圖4 仿真結果圖

圖中，PC7端口所接發光二極管點亮，證明8255A各個接口正常工作；此時是開關從上往下依次是S2、S4、S7閉合，所以對應發光二極管D2、D4、D7點亮。當然，改變開關狀態(閉合和斷開)，相應二極管會出現亮滅狀態改變，實現電路設計功能，證實電路設計正確。

3 Proteus應用于單片機點陣顯示電路

電路設計：采用AT89C51單片機作為主控芯片，行驅動模塊采用74HC573，列驅動模塊采用3-8譯碼器74HC138，將4個8×8LED點陣組合為一個16×16LED點陣屏。在I/O接口方面，使用單片機P1口接點陣屏行驅動，單片機P2口接點陣屏列驅動，這里采用P0口接上拉電阻，以保證信息傳輸穩定性。該設計實驗功能是編程并實現LED點陣屏上循環顯示“昌”“吉”“學”“院”4個漢字。

仿真方法：本文采用單片機常用Keilc51軟件進行電路源程序代碼調試和編譯，本電路軟件設計流程圖[7-16]如圖5所示。

圖5 軟件設計流程圖

并利用Keilc51軟件將調試無誤源程序代碼編譯生成.hex可執行文件，因AT89C51單片機芯片只能加載和關聯.hex文件，再利用Proteus軟件設計并繪制電路圖，然后雙擊Proteus電路圖中AT89C51主控芯片，將各參數屬性和大小必須與所設計電路器件設置一致，參數配置如圖6所示。

圖6 參數配置

同時將生成的.hex文件加載到AT89C51芯片中。點擊Proteus全速運行按鈕，仿真結果如圖7所示。

圖7 仿真結果圖

分別為“昌”“吉”“學”“院”4個漢字循環顯示，符合電路設計要求。

4 Proteus應用于DSP花樣流水燈電路

電路設計：采用DSP常用TMS320F28027PT芯片作為主控芯片，使用I/O口GPIO接16個LED發光二極管，為了使16個LED發光二極管穩定輸出，采用每個發光二極管接一個保護電阻，由X1、X2引腳、石英晶體、電容等構成10MHZ自激振蕩電路，由TRST引腳、彈性按鍵等構成復位電路，設計LED亮滅間隔為0.5秒。該設計實驗要求實現16個LED發光二極管花樣流水顯示，具體花樣是：16個LED發光二極管首先從左至右依次點亮，緊接著從右至左依次點亮，其次從中間向兩端依次點亮，緊接著從兩端向中間點亮，然后再從頭開始，依次循環往復運行下去。

仿真方法：本文采用DSP常用CCS軟件進行電路源程序代碼調試和編譯，本電路軟件設計流程圖[17-23]如圖8所示。

圖8 軟件設計流程圖

并利用CCS軟件將調試無誤源程序代碼編譯生成.cof可執行文件，因TMS320F28027PT芯片只能加載和關聯.cof文件，再利用Proteus軟件設計并繪制花樣流水燈電路圖，然后雙擊Proteus電路圖中TMS320F28027PT主控芯片，將各參數屬性和大小必須與所設計電路器件設置一致，參數配置如圖9所示。

圖9 參數配置

同時將生成的.cof文件加載到TMS320F28027PT芯片中。點擊Proteus全速運行按鈕，16個LED發光二極管按照實驗設計要求花樣流水顯示，其中流水燈從中間向兩端依次點亮的仿真結果如圖10所示。

圖10 仿真結果圖

5 總結

本文探究了將Proteus仿真軟件應用于“微機原理與接口技術”、“單片機原理及應用”和“DSP技術與嵌入式系統”等課程電路設計及仿真中，并給出了具體虛擬仿真方法。研究表明，利用Proteus軟件進行技術類課程電路設計及仿真，不但易于理解電路組成和各個芯片引腳排列、功能等，而且能夠直觀地看到外圍電路運行情況。