Proteus单片机仿真器系统.docx
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Proteus单片机仿真器系统
单片机原理与应用实验指导书
附录1Proteus单片机仿真器系统概述
1PROTEUS简介
●PROTEUS是英国LABCENTER公司研发的一款EDA软件。
●PROTEUS不仅可以做模拟电路、数字电路及数模混合电路的仿真,也可以做51、AVR、PIC、ARM等多种MCU的仿真。
●在PROTEUS中,可以实现从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB的设计的一系列过程。
Proteus是一个基于ProSPICE混合模型仿真器的,完整的嵌入式系统软、硬件设计仿真平台。
•ISIS——智能原理图输入系统,系统设计与仿真的基本平台。
•ARES——高级PCB布线编辑软件。
•VSM------处理器仿真模型,提供交互式仿真系统
——从概念到完成
在Proteus中,可以实现从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计一系列过程。
真正实现了从概念到产品的完整设计。
ISIS原理图设计与仿真
ARES线路板设计
产品
2ISIS的基本操作及原理图的设计
2.1ISIS的界面
ProteusISIS的工作界面是一种标准的Windows界面,如图1-2所示。
包括:
标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。
2.2ISIS的菜单
PROTEUS的菜单符合WINDOWS的操作风格。
ØFile菜单:
包括常用的功能,如打开新的文件、加载设计、保存设计、导入/导出文件、打印等。
ØView菜单:
包括是否显示网格、设置格点间距、缩放电路图能显示与隐藏各种工具等。
ØEdit菜单:
包括撤消/恢复操作、查找、编辑、剪切、复制、粘贴器件等。
ØLibrary菜单:
包括添加、创建元器件/图标及调用库管理。
ØTool菜单:
包括实时标注、实时捕捉及自动布线等。
ØDesign菜单:
包括编辑设计属性、编辑图纸属性、进行设计注释等。
ØGraph菜单:
包括编辑图形、仿真图形和分析一致性等。
ØSource菜单:
包括添加/删除源文件、定义代码生成工具调用外部文本编辑器等。
ØDebug菜单:
包括启动调试、执行仿真、单步执行和重新排布弹出窗口等。
ØTemplate菜单:
包括设置图形格式、文本格式、设计颜色、线条连接点大小等。
ØSystem菜单:
包括自动设置保存时间间隔、图纸大小和标注字体等。
ØHelp菜单:
包括版权信息、和示例等。
2.3ISIS的按钮
2.4原理图的输入
2.4.1器件的搜索方法——模糊搜索和通过器件库搜索。
将所需元器件加入到对象选择器窗口。
选中component按钮
弹出“PickDevices”页面,进入了元器件库。
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。
2.4.2器件的操作
(1)放置:
在编辑窗鼠标左键单击放置器件。
在对象选择器窗口中,选中AT89C51,将鼠标置于图形编辑窗口该对象的欲放位置,此时器件呈高亮状态,单击鼠标左键,该对象被完成放置。
(注意到在绘图工具栏中的元器件按钮
处于选中状态)
(2)器件的选中、移动、复制、旋转、删除和替换。
i、选中:
用鼠标指向对象并点击左键可以选中该对象。
该操作选中对象并使其高亮显示,然后可以进行编辑。
选中对象时该对象上的所有连线同时被选中。
要选中一组对象,可以通过依次在每个对象右击选中每个对象的方式。
也可以通过右键拖出一个选择框的方式,但只有完全位于选择框内的对象才可以被选中。
ii、移动:
用鼠标指向选中的对象并用左键拖曳可以拖动该对象。
该方式不仅对整个对象有效,而且对对象中单独的labels也有效。
iii、复制:
用鼠标选中的对象后菜单Edit—copytoclipboard或用鼠标左键点击Copy图标
。
iv、旋转:
许多类型的对象可以调整朝向为0,90,270,360或通过x轴y轴镜象。
当该类型对象被选中后,
“RotationandMirror”图标会从蓝色变为红色,然后就可以来改变对象的朝向;或者使用右键菜单中的旋转命令完成器件旋转。
v、删除:
用鼠标指向选中的对象并点击右键可以删除该对象,同时删除该对象的所有连线。
vi、在旧器件上放置新器件,确认至少有一个引脚重叠。
(3)元器件块操作:
右键选中所需操作的块,就可以用块的相关命令对它操作。
Ⅰ、整体移动:
选中需要的一组对象(参照1.4.i);用鼠标左键点击Move图标
;把轮廓拖到需要的位置,点击鼠标左键放置。
或直接使用鼠标左键拖拽选中一组对象,在左键移动。
Ⅱ、整体复制:
选中需要的一组对象;点击右键,在右键菜单中选择copu图标
;把轮廓拖到需要的位置,点击鼠标左键放置。
Ⅲ、选中需要的一组对象;用鼠标左键点击copu图标
。
(4)属性编辑:
双击左键即可进入器件属性的编辑;通过PAT(属性分配工具)编辑。
2.4.3器件的连线
(1)器件的连线
你一定发现没有画线的图标按钮。
这是因为ISIS的智能化足以在你想要画线的时候进行自动检测。
这就省去了选择画线模式的麻烦。
当鼠标的指针靠近一个对象的连接点时,跟着鼠标的指针就会出现一个“×”号,鼠标左键点击元器件的连接点,移动鼠标(不用一直按着左键)就出现了粉红色的连接线变成了深绿色。
步骤:
vii、左击第一个对象连接点。
viii、如果你想让ISIS自动定出走线路径,只需左击另一个连接点。
另一方面,如果你想自己决定走线路径,只需在想要拐点处点击鼠标左键。
ix、一般连线:
ctrl键的作用是画斜线。
x、当要连接的一组线相似时,先连上一条,然后在新的连接点上双击左键,可复制上一布线线段。
xi、连线的删除:
右键双击完成线路的删除。
xii、左键拖曳选中的连线,可以移动连线。
xiii、网络标号:
左键点击LBL按钮,然后左键点击连线,可以在连线上放置网络标号,代表线路的物理连接
(2)总线的应用
为了简化原理图,我们可以用一条导线代表数条并行的导线,这就是所谓的总线。
点击工具箱的总线按钮
,即可在编辑窗口画总线。
放置总线将各总线分支连接起来,方法是单击放置工具条中图标
,这时工作平面上将出现十字形光标,将十字光标移至要连接的总线分支处单击鼠标左键,系统弹出十字形光标并拖着一条较粗的线,然后将十字光标移至另一个总线分支处,单击鼠标的左键,一条总线就画好了。
2.4.4层次化设计方法
(1)对于较为复杂的原理图,可以采用多页设计,线路的电气连接由网络标号决定。
(2)子电路设计是自顶而下的过程:
–点击子电路按钮,绘制子电路并添加端口;
–点击
进入子电路内层设计电路原理图;
–为内电路加上与上层同名的信号端口;
–点击
返回上层。
2.5原理图的输出
2.5.1文稿的输出
通过File-ExportGraphics,可以输出多种形式的文稿,例如输出bmp位图用于文档发表。
输出时可以一并输出仿真状态。
2.5.2网表输出
通过Tools-NetlistCompiler,可以输出多种格式的网表,其中包括支持Protel的Tango格式网表。
2.5.3元器件表的输出
通过Tool-BillofMaterials,可以以多种格式输出元器件清单,便于采购。
3PROTEUSVSM仿真
PROTEUSVSM有两种不同的仿真方式:
交互式仿真和基于图表的仿真。
Ø交互式仿真-实时直观地反映电路设计的仿真结果;
Ø基于图表的仿真-用来精确分析电路的各种性能,如频率特性、噪声特性等。
也可以结合两种方式进行仿真。
交互仿真用进程控制按钮启动
,定性分析电路。
基于图表的仿真按键盘空格键或菜单
,定量分析电路。
图表仿真方式结合了两种方式进行仿真。
3.1仿真工具的介绍
PROTEUSVSM中的整个电路分析是在ISIS原理图设计模块下延续下来的,原理图中可以包含以下仿真工具:
Ø探针-直接布置在线路上,用于采集和测量电压/电流信号;
Ø电路激励-多种激励信号源;
Ø虚拟仪器-如数字示波器等;
Ø曲线图表-高级分析工具。
3.1.1探针(Probe)
探针:
工具栏中找到
直接布置在线路上,用于采集和测量电压/电流信号;可以结合图表的仿真使用。
•
电压探针(Voltageprobes)-即可在模拟仿真中使用,也可在数字仿真中使用。
在模拟电路中记录真实的电压值,而在数字电路中,记录逻辑电平及其强度。
•电流探针(Currentprobes)-仅在模拟电路仿真中使用,可显示电流方向和电流瞬时值。
探针即可用于基于图表的仿真,也可用于交互式仿真中。
3.1.2激励源
工具栏中找到
包含了数字和模拟两大类励源:
共13种系统的激励信号源,对象选择器显示如下图:
•DC:
直流电压源;
•Sine:
正弦波发生器。
•Pulse:
脉冲发生器。
•Exp:
指数脉冲发生器。
•SFFM:
单频率调频波信号发生器。
•Pwlin:
任意分段线性脉冲信号发生器。
•File:
File信号发生器。
•Audio:
音频信号发生器。
数据来源于wav文件。
•DState:
稳态逻辑电平发生器。
•DEdge:
单边沿信号发生器。
•DPulse:
单周期数字脉冲发生器。
•DClock:
数字时钟信号发生器。
•DPattern:
模式信号发生器。
•
SCRIPTALBE:
可脚本化波形发生器
3.1.3虚拟仪器
工具栏中找到
,用于定性分析电路的运行状况:
共13种系统的虚拟仪器。
对象选择器显示如下图:
•虚拟示波器(OSCILLOSCOPE)
•逻辑分析仪(LOGICANALYSER)
•计数/定时器(COUNTERTIMER)
•虚拟终端(VIRUALTERMINAL)
•信号发生器(SIGNALGENERATOR)
•模式发生器(PATTERNGENERATOR)
•交直流电压表和电流表(AC/DCvoltmeters/ammeters)
•SPI调试器(SPIDEBUGGER)
•
I2C总线
调试窗口
I2C调试器(I2CDEBUGGER)
3.1.4曲线图表
工具栏中找到
,用于定量分析电路的参数指标,共13种图表。
对象选择器显示如下图:
•模拟图表(ANALOGUE)
•数字图表(DIGITAL)
•混合分析图表(MIXED)
•
频率分析图表(FREQUENCY)
•转移特性分析图表(TRANSFER)
•噪声分析图表(NOISE)
•失真分析图表(DISTORTION)
•傅立叶分析图表(FOURIER)
•音频分析图表(AUDIO)
•交互分析图表(INTERACTIVE)
•
一致性分析图表(CONFORMANCE)
•直流扫描分析图表(DCSWEEP)
•交流扫描分析图表(ACSWEEP)
3.1.4接地和5V电源:
工具栏中找到
,在对象选择器有显示如右图:
3.2高级图表仿真
3.2.1图表放置与设置
1.点击图表按钮,选择图表,在编辑窗空余处画出图表;
2.点击图表标题使图表最大化,通过Graph-EditGraph,设置图表显示区间、参考信号等参数。
3.2.2加入探针信号
选中探针(信号源),左键拖曳入图表。
频率分析图表有两个Y轴,左边表示频率,右为相位,所以选择电压探针后,要在左右两边都添加才能同时显示出幅相特性曲线。
3.3运行仿真
点击图表中运行按钮
或按空格键,运行仿真。
3.4图表分析
1.标尺线。
左键拖出第一条标尺线,按住Ctrl再用左键拖出第二条标尺线
2.图表缩放。
使用图表中的工具
,可进行平移和缩放。
4微处理器系统的仿真
该软件有自带编译器,有51的、PIC的、AVR的汇编器等。
在ISIS中设计仿真电路原理图,在自带的编辑器上编写源程序,用自带的编译器编译生成可执行文件并加载到CPU。
根据需要修改CPU相应的属性。
注意CPU的运行时钟是在属性中设定的,与外接晶振无关。
4.1源文件的编辑和编译
步骤如下:
i、点击菜单栏“Source”(源代码),在下拉菜单点击“Add/RemoveSourceFiles(添加或删除源程序)”出现一个对话框。
ii、在“CodeGenerationTool”(代码生成工具)的下面找到“ASEM51”;
iii、点击对话框的“NEW”(新建)按钮,在出现的对话框建立pwm.asm,然后点击“OK”(确定)按钮。
如下图:
iv、在pwm.asm编写源程序并保存。
v、点击菜单栏的“Source”(源代码),在下拉菜单点击“BuildAll”(全部编译)过一会,编译结果的对话框就会出现在我们面前。
如果有错误,对话框会告诉我们是哪一行出现了问题。
4.2加载可执行文件到CPU
选中单片机AT89C51,左键点击AT89C51,在出现的对话框里,如下图:
点击ProgramFile按钮,找到刚才编译得到的pwm.hex文件,然后点击“OK”按钮就完成了CPU的加载。
可以在该对话框修该CPU的属性,例如:
修改该单片机的cloclk为6MHZ.
4.3仿真和调试
点击调试进程控制按钮的运行按钮
进入调试状态。
在调试框架里可以执行单步、跳进、跳出、断点、查看寄存器内容等操作。
调试窗口如下:
参考操作流程:
点击调试进程控制按钮的运行按钮
进入调试状态。
按钮依次为,全速运行;按照帧格式运行;暂停;停止并复位。
在系统复位后,点击暂停按钮,可以在调试下拉菜单中,依次打开上图所示的各个子窗口。
在CPU源程序代码窗口中可以观察当前程序执行的流程,在其它窗口中可以观察CPU内部各个存储器单元的内容,在CPU源程序代码窗口中运用工具栏中的按钮,可以实现单步越过函数(或按F10键);单步跳进函数(或按F11键),单步跳出函数(或按CtrL+F11键)以及断点运行等(在主窗口的调试下拉菜单中也有相应的命令),进行系统调试,合理布局观测窗口的位置,可以同时观察到程序进程,CPU内部寄存器状态以及外部电路的响应,实现软硬件虚拟联合调试。
发现硬件错误时,可以直接修改电路,通过“全部编辑”后,即可以再次运行仿真;发现软件错误在“Source”(源程序),在下拉菜单点中,点击源程序文件名,即可打开源程序编辑窗口,修改源程序后,通过“全部编辑”后,即可以再次运行仿真。
5Keil和Proteus的协同仿真
Proteus可以与第三方IDE联调实现协同仿真。
能实现协同仿真的IDE有Keil2(51系列),Keil3和IAR(ARM系列),Mplab(PIC系列)。
本章以keil2与89C51联调为例。
5.1环境的设置
假若KeilC与Proteus均已正确安装在C:
\ProgramFiles的目录里,运行安装光盘\utility目录下的应用程序vdmagdi.exe
。
(以上仅在初次使用时运行)
5.2在keil中设置选项
进入KeilCμVision2开发集成环境,创建一个新项目(Project),并为该项目选定合适的单片机CPU器件(如:
Atmel公司的AT89C51)并为该项目加入源程序。
单击“Project菜单/OptionsforTarget”选项或者点击工具栏的“optionfortarget”按钮
,弹出窗口,点击“Debug”按钮,出现如图所示页面。
在出现的对话框里在右栏上部的下拉菜单里选中“ProteusVSMMonitor一51Driver”。
并且还要点击一下“Use”前面表明选中的小圆点。
再点击“Setting”按钮,设置通信接口,在“Host”后面添上“127.0.0.1”,如果使用的不是同一台电脑,则需要在这里添上另一台电脑的IP地址(另一台电脑也应安装Proteus)。
在“Port”后面添加“8000”。
设置好的情形如图所示,点击“OK”按钮即可。
最后将工程编译,进入调试状态,并运行。
5.3在Proteus下设置选项
进入Proteus的ISIS,鼠标左键点击菜单“Debug”,选中“useromotedebugermonitor”,如图所示。
此后,便可实现KeilC与Proteus连接调试。
5.4协同仿真
运行Keil,Proteus同时进入仿真状态。
如下图所示。
5.6与第三方IDE的联合仿真
Proteus和MPLAB、Keil、IAR等集成开发环境结合,可以进行联合仿真,仿真前需安装相应的“驱动程序”(新版本的MPLAB不需要),如对于Keil,需先运行vdmagdi.exe,对于IAR,需先运行vdmcspy.exe.这些文件可以从安装光盘的utility目录下得到,也可以从Labcenter官方网站下载。
以下以Keil为例加以说明。
1、运行驱动程序vdmagdi.exe
2、在Proteus中设计电路原理图,并选中Debug-useremotedebugmonitor;
3、在Keil环境下创建项目,编辑源程序(C或ASM)编译为hex文件;
4、在Keil中,设置Target-targetoption-debug,选用ProteusVSMSimulator;
5、在Proteus中将Keil生成的hex文件加载给CPU;
6、在Keil中运行、调试程序,同时在Proteus中观察运行结果。
5.7在Proteus中的C源代码调试
如果设置编译环境,使其输出含有调试信息的代码文件,下载到单片机,仿真时就能直接在Proteus下观察、调试C源代码。
1、PIC单片机——使用MPLAB、Hitech、CCS,输出.cof文件。
使用IAR,输出ubrof8文件;
2、AVR单片机——使用cof、ubrof8或elf/dwarf2格式输出文件;
3、ARM7——使用elf/dwarf2文件;
4、8051系列——使用omf(Keil)或ubrof8(IAR)文件;
5、HC11系列——使用ubrof8文件。
5.8附录:
建立KEIL工程文件并添加源程序
点击“Project->NewProject…”菜单,出现一个对话框,要求给将要建立的工程起一个名字,你可以在编缉框中输入一个名字(设为exam1),不需要扩展名。
点击“保存”按钮,出现第二个对话框,如图2所示,这个对话框要求选择目标CPU(即你所用芯片的型号),Keil支持的CPU很多,我们选择Atmel公司的89C51芯片。
点击ATMEL前面的“+”号,展开该层,点击其中的89C51,然后再点击“确定”按钮,回到主界面,此时,在工程窗口的文件页中,出现了“Target1”,前面有“+”号,点击“+”号展开,可以看到下一层的“SourceGroup1”,这时的工程还是一个空的工程,里面什么文件也没有,需要手动把已经编写好的源程序加入,点击“SourceGroup1”使其反白显示,然后,点击鼠标右键,出现一个下拉菜单,如图3所示。
选中其中的“AddfiletoGroup”SourceGroup1”,出现一个对话框,要求寻找源文件,注意,该对话框下面的“文件类型”默认为Csourcefile(*.c),也就是以C为扩展名的文件,如果所要添加的文件是以asm为扩展名的,则在列表框中找不到,要将文件类型改掉,点击对话框中“文件类型”后的下拉列表,找到并选中“AsmSourceFile(*.a51,*.asm),这样,在列表框中就可以找到所需要的**.asm文件了。
图3加入文件
图2选择目标CPU
双击**.asm文件,将文件加入项目,注意,在文件加入项目后,该对话框并不消失,等待继续加入其它文件,但初学时常会误认为操作没有成功而再次双击同一文件,这时会出现如图4所示的对话框,提示你所选文件已在列表中,此时应点击“确定”,返回前一对话框,然后点击“Close”即可返回主界面,返回后,点击“SourceGroup1”前的加号,会发现exam1.asm文件已在其中。
双击文件名,即打开该源程序。
图4重复加入文件的错误
- 配套讲稿:
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