Proteus软件应用于技术类课程的电路设计及仿真

孙万麟

(昌吉学院 物理系，新疆 昌吉 831100)

0 引言

Proteus软件是英国 Labcenter Electronics公司开发的一款EDA软件，近年来，因Proteus软件具有虚拟仪器丰富、实验周期短、硬件投入少、实验过程损耗小、仿真过程直观形象以及与实际工程项目设计非常相似等优点，我国有好多高校已建立Proteus虚拟仿真实验室，比如香港理工大学、中山大学、华南理工大学、哈尔滨工程大学等众多院校，这些高校已将Proteus软件作为教学辅助工具，不仅用于单片机、模拟电路和数字电路等课程实践教学，而且也应用于学生课程设计、毕业设计以及各类竞赛设计与仿真[1-4]。总之，Proteus软件由于虚拟仪器丰富和仿真过程生动直观，受到众多学者的青睐。

众所周知，技术类课程是我国各大工科院校的专业核心必修课，比如“微机原理与接口技术”“单片机原理及应用”“DSP技术与嵌入式系统”等课程，它们包含很多抽象专业术语和复杂系统构成，学生要完全理解老师在课堂上讲授内容很难，因而在实验、实训以及课程设计等实践过程中会碰到很多困惑。鉴于此，本文探究将Proteus仿真软件应用于“微机原理与接口技术”和“DSP技术与嵌入式系统”课程中，通过电路图设计及其仿真，帮助学生更好理解有些难点，并提高学生动手设计能力。

1 Proteus软件

Proteus软件是由Labcenter UK开发的EDA软件仿真平台，拥有丰富的虚拟仪器仪表，是PCB板设计的集合，并兼有电路分析和系统仿真功能。因其优良的兼容性，可连接多种外围设备和虚拟仪器，并能实现各类控制芯片与其外电路的仿真，工作界面是一个标准的Windows界面，其界面及简要功能介绍如图1所示。

图1 Proteus工作界面

2 Proteus应用于微机原理8255A接口扩展电路

电路设计：以8086作为主控芯片，采用8255A作为数据输入输出接口，由8255A数据端口PA采集一组开关S0—S7状态信息，再将采集状态信息通过8255A数据端口PB传送至8只发光二极管D0—D7进行输出显示。根据8255A选择控制字寄存器工作原理，若开关闭合时，与其对应二极管就会导通点亮；若开关断开时，与其对应二极管不导通熄灭。另外，采用数据端口PC7驱动一只发光二极管作为8255A正常工作状态检测提示。

仿真方法：本文采用微机原理常用Emu8086软件进行电路源程序代码调试和编译，本电路软件设计流程图[5-6]如图2所示。

图2 软件设计流程图

利用Emu8086软件将调试无误源程序代码编译生成.com可执行文件，因8086微机芯片只能加载和关联.com文件，再利用Proteus软件设计并绘制电路图，然后双击Proteus电路图中8086主控芯片，将各参数属性和大小必须与所设计电路器件设置一致，参数配置如图3所示。

图3 参数配置

同时将生成的.com文件加载到8086芯片中。点击Proteus全速运行按钮，仿真结果如图4所示。

图4 仿真结果图

图中，PC7端口所接发光二极管点亮，证明8255A各个接口正常工作；此时是开关从上往下依次是S2、S4、S7闭合，所以对应发光二极管D2、D4、D7点亮。当然，改变开关状态(闭合和断开)，相应二极管会出现亮灭状态改变，实现电路设计功能，证实电路设计正确。

3 Proteus应用于单片机点阵显示电路

电路设计：采用AT89C51单片机作为主控芯片，行驱动模块采用74HC573，列驱动模块采用3-8译码器74HC138，将4个8×8LED点阵组合为一个16×16LED点阵屏。在I/O接口方面，使用单片机P1口接点阵屏行驱动，单片机P2口接点阵屏列驱动，这里采用P0口接上拉电阻，以保证信息传输稳定性。该设计实验功能是编程并实现LED点阵屏上循环显示“昌”“吉”“学”“院”4个汉字。

仿真方法：本文采用单片机常用Keilc51软件进行电路源程序代码调试和编译，本电路软件设计流程图[7-16]如图5所示。

图5 软件设计流程图

并利用Keilc51软件将调试无误源程序代码编译生成.hex可执行文件，因AT89C51单片机芯片只能加载和关联.hex文件，再利用Proteus软件设计并绘制电路图，然后双击Proteus电路图中AT89C51主控芯片，将各参数属性和大小必须与所设计电路器件设置一致，参数配置如图6所示。

图6 参数配置

同时将生成的.hex文件加载到AT89C51芯片中。点击Proteus全速运行按钮，仿真结果如图7所示。

图7 仿真结果图

分别为“昌”“吉”“学”“院”4个汉字循环显示，符合电路设计要求。

4 Proteus应用于DSP花样流水灯电路

电路设计：采用DSP常用TMS320F28027PT芯片作为主控芯片，使用I/O口GPIO接16个LED发光二极管，为了使16个LED发光二极管稳定输出，采用每个发光二极管接一个保护电阻，由X1、X2引脚、石英晶体、电容等构成10MHZ自激振荡电路，由TRST引脚、弹性按键等构成复位电路，设计LED亮灭间隔为0.5秒。该设计实验要求实现16个LED发光二极管花样流水显示，具体花样是：16个LED发光二极管首先从左至右依次点亮，紧接着从右至左依次点亮，其次从中间向两端依次点亮，紧接着从两端向中间点亮，然后再从头开始，依次循环往复运行下去。

仿真方法：本文采用DSP常用CCS软件进行电路源程序代码调试和编译，本电路软件设计流程图[17-23]如图8所示。

图8 软件设计流程图

并利用CCS软件将调试无误源程序代码编译生成.cof可执行文件，因TMS320F28027PT芯片只能加载和关联.cof文件，再利用Proteus软件设计并绘制花样流水灯电路图，然后双击Proteus电路图中TMS320F28027PT主控芯片，将各参数属性和大小必须与所设计电路器件设置一致，参数配置如图9所示。

图9 参数配置

同时将生成的.cof文件加载到TMS320F28027PT芯片中。点击Proteus全速运行按钮，16个LED发光二极管按照实验设计要求花样流水显示，其中流水灯从中间向两端依次点亮的仿真结果如图10所示。

图10 仿真结果图

5 总结

本文探究了将Proteus仿真软件应用于“微机原理与接口技术”、“单片机原理及应用”和“DSP技术与嵌入式系统”等课程电路设计及仿真中，并给出了具体虚拟仿真方法。研究表明，利用Proteus软件进行技术类课程电路设计及仿真，不但易于理解电路组成和各个芯片引脚排列、功能等，而且能够直观地看到外围电路运行情况。