电子设计开发与仿真平台课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十一章 电子设计开发与仿真平台,南京林业大学信息科学技术学院,Proteus,第十一章 电子设计开发与仿真平台南京林业大学信息科学技术学院,1,主要内容,Proteus 概述,Proteus ISIS的特点,Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器,Proteus 虚拟系统模型(VSM),Proteus PCB设计,实例演示,Proteus教学实验系统演示,主要内容Proteus 概述,2,从概念到完成,Proteus 是英国Labcenter,公司研发的嵌入式系统仿真,开发软件。,在Proteus中, 从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计一气呵成。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,实物,从概念到完成Proteus 是英国LabcenterIS,3,Proteus的构成,Proteus是,集成了智能原理布图、混合模型电路仿真和PCB设计，构成一个完整的电子设计系统。,ProSPICE ISIS,混合模型 智能原理布图,ASF,高级图表仿真,VSM,虚拟系统模型,ARES,高级布线编辑,PCB设计,Proteus Design Suite,8051/52、,PIC10/12,PIC16/18,PIC24/33、,ARM 7、,HC 11、,AVR、,8086、,Basic Stamp,Proteus VSM,Design Suite,Proteus PCB,Design Suite,Proteus的构成Proteus是集成了智能原理布图、混合,4,主要内容,Proteus 概述,Proteus ISIS的特点,Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器,微处理器系统仿真(VSM),Proteus PCB设计,实例演示,Proteus教学实验系统演示,主要内容Proteus 概述,5,ISIS （智能原理图输入系统）的特点,Proteus智能原理图输入系统（ISIS）是原理图设计和,电路仿真的基本平台。ISIS绘图简单快捷，特别是新的7.1版,以后，鼠标功能大大加强，并新增了设计浏览器用于原理图,与PCB的交叉检查。,个性化的编辑环境,：,用户可自定义原理图外观，包括线宽、线型、填充类型、字符等。还可以使用风格模板。用户可以自己设置快捷键定义。,快捷选取/放置器件,：,通过模糊搜索可快速从器件库中选取器件。并且可以实况预览和选择器件的PCB封装。,层次化设计,：,支持多页或子电路设计,仿真日志,：,用于仿真的监控和故障诊断。,ISIS （智能原理图输入系统）的特点,6,ISIS （智能原理图输入系统）的特点,原理图自动连线,自动标号,：,自动连线功能使得连线轻松快捷。新版本采用非模态（modeless）的选择与连线，软件操作更加智能化。,灵活多样的设计输出,：,原理图（包括仿真时的画面）以多种格式图片输出以便发表与存档；设计完成还可以输出多种格式的网络表。,ISIS （智能原理图输入系统）的特点,7,主要内容,Proteus 概述,Proteus ISIS的特点,Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器,微处理器系统仿真(VSM),Proteus PCB设计,实例演示,Proteus教学实验系统演示,主要内容Proteus 概述,8,Proteus ProSPICE,仿真与虚拟仪器,Proteus ProSPICE仿真有两类不同的,仿真方式,：交互式仿真和基于图表的仿真。,交互式仿真,实时直观地反映电路设计的仿真结果；,基于图表的仿真,(ASF),用来精确分析电路的各种性能，如频率特性、噪声特性等。,Proteus ProSPICE的整个电路分析是ISIS原理图设计模块的延续，它,提供了大量的虚拟仪器、曲线图表、激励源和探针等仿真工具,：,探针,电压探针、电流探针；,电路激励,14,种激励信号源；,曲线图表, 13种曲线图表。,虚拟仪器,13,种虚拟仪器如示波器等；,Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器Proteus,9,仿真工具探针（Probe）,探针可以直接布置在线路上，用于实时采,集和测量电压/电流信号。,电压探针,（Voltage probes,）,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,（Current probes）,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,。,电压探针,电流探针,仿真工具探针（Probe） 探针可以直接布置在线路上，,10,仿真工具激励源(14种),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，数据来源于ASCII文件,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,Scriptable,：脚本化波形发生器,仿真工具激励源(14种)DC：直流电压源,11,仿真工具曲线图表(13种),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 (DC SWEEP),交流扫描分析图表 (AC SWEEP),仿真工具曲线图表(13种)模拟图表（ANALOGUE）,12,仿真工具虚拟仪器(13种),虚拟示波器(OSCILLOSCOPE),逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER),计数/定时器(COUNTER TIMER),虚拟终端(VIRUAL TERMINAL),信号发生器(SIGNAL GENERATOR),模式发生器(PATTERN GENERATOR),交直流电压表和电流表（AC/DC voltmeters/ammeters）,SPI调试器(SPI DEBUGGER),I2C调试器(,I2C DEBUGGER,),USB调试器(USB DEBUGGER),I2C总线,调试窗口,仿真工具虚拟仪器(13种)虚拟示波器(OSCILLOSCO,13,高级仿真（ASF）,频率分析,失真分析,噪声分析,瞬态分析,虚拟示波器,高级仿真（ASF）频率分析失真分析噪声分析瞬态分析虚拟示波器,14,交互式仿真,不同颜色电路连线显示相应电压,箭头显示电流方向,探针实时显示,电压/电流值,仿真暂停时,显示元件引脚信息,显示屏（LCD）,引脚逻辑状态显示,游戏手柄,（可映射到PC键盘上）,CPU运行程序,交互式仿真不同颜色电路连线显示相应电压探针实时显示仿真暂停时,15,主要内容,Proteus 概述,Proteus ISIS的特点,Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器,微处理器系统仿真(VSM),Proteus PCB设计,实例演示,Proteus教学实验系统演示,主要内容Proteus 概述,16,Proteus微处理器系统仿真(VSM),单片机系统的仿真是Proteus VSM(虚拟系统模型)的主要特色。用户可在Proteus中绘制原理图，编辑、编译、调试代码，并直观地看到仿真结果，完成单片机系统的设计。,Proteus目前的仿真模型达到27000多种， Labcenter公司还在持续不断的添加。其中CPU模型有,ARM7（LPC21xx）、 Atmel AVR,、Motorola HC11 、,8051/8052,、,PIC系列,（PIC10/12/16/18/24/33），在7.5版本中增加了8086，即将在7.6版将增加MSP430。 同时模型库中包含了LED/LCD显示、键盘、按钮、开关、常用电机等大量通用外围设备。,VSM能仿真多个CPU，它能便利处理含,两个,或以上微控制器的系统设计。,Proteus微处理器系统仿真(VSM),17,内部数据存储器窗口,在Proteus中程序调试,源代码窗口：提供了四种程序执行命令按钮,程序调试断点,处理器程序计数器的当前位置,SFR存储器窗口,CPU寄存器窗口,观测窗口,内部数据存储器窗口在Proteus中程序调试源代码窗口：提供,18,Proteus下的C源码调试,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。,CPU加载OMF文件,C源码调试窗口,Proteus下的C源码调试 如果设置编译环境，,19,与第三方IDE的协同仿真,Proteus中只集成了单片机的汇编编译器。当使用高级语言（如C语言）进行程序设计时，需要应用第三方的集成开发环境（IDE），例如：,IARs Embedded Workbench,Keil,Microchips MP-LAB,Atmels AVR studio,对于特定的集成开发环境，还可以进行与Proteus的联调。,与第三方IDE的协同仿真 Proteus,20,Proteus与Keil联调,Keil处于运行状态,Proteus同时,进入运行状态,Proteus与Keil联调Keil处于运行状态Proteu,21,VSM的物理接口模型,物理接口模型（Physical Interface Model）是虚拟电路与外部建立通信的桥梁。目前最新的Proteus VSM中有以下物理接口模型：,COMPIM串口物理接口模型,仿真电路通过本机的RS232接口与外部通信。,EPIM以太网物理接口模型,仿真电路通过本机的网络接口与外部通信，目前有RTL8019AS和ENC28J60两种控制器模型。,VSM的物理接口模型,22,VSM物理接口模型之一：COMPIM模型,PC串行口,COMPIM模型,实际温度测量板,Proteus仿真电路,通过串口物理接口（COMPIM）模型，可以实现虚拟仿真电路与外部实际电路的双向串行通信,串行电缆,VSM物理接口模型之一：COMPIM模型PC串行口COMPI,23,VSM物理接口模型之二：EPIM模型,使用以太网物理接口模型（EPIM），可以实现虚拟仿真电路通过本地网卡与局域网内其他计算机的双向网络通信,LAN,电脑1,电脑2,ENC28J60,模型,VSM物理接口模型之二：EPIM模型 使用以太网,24,主要内容,Proteus 概述,Proteus ISIS的特点,Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器,微处理器系统仿真(VSM),Proteus PCB设计,实例演示,Proteus教学实验系统演示,主要内容Proteus 概述,25,Proteus PCB设计,Proteus不仅能完成电路的仿真,与分析，它的另一个强大功能是运用,ARES来完成PCB设计。可以说ARES,这个高性能的，集成了真正世界级的,基于形状的布线器的PCB设计工具是,对Proteus ISIS的完美补充。,支持,16,个铜箔层、,2,个丝印层、,4,个机械层加板边、禁止布线区、阻,焊区及锡膏覆盖区 。,Proteus PCB设计 Proteus不仅能,26,ARES的封装库包括标准的SMT封装、IPC7351封装和双列直插封,装，共四千多个（7.5sp2）。,Proteus PCB设计,丰富的器件封装,ARES的封装库包括标准的SMT封装、IPC73,27,PROTEUS PCB设计,增强的设计规则管理器,用户可以通过设计管理器配置设计规则对特定的层，特定的,网络或一组网络进行管理,还可以创建任意数量的设计规则。,网络选择,导线和过孔定义,板层设定,飞线显示,PROTEUS PCB设计增强的设计规则管理器,28,器件布局（自动手工）,自动布线,PROTEUS PCB设计,自动布局与布线,ARES支持手工布与自动布局布线。在布局时可以以任意角度摆放器件，在布线时我们可以选择4,种布线方式：全局基于形状的自动布线，交互式布线，用户脚本化布线，外部自动布线器布线。,器件布局（自动手工）自动布线PROTEUS PCB设计自,29,Proteus,基于形状的自动布线器在,BGA,器件引脚周围布线 前,-,后,PROTEUS PCB设计,基于形状的布线器,ARES,包含了一个世界级的集成的基于形状的自动布线器，使用了高级的、被证实了的、基于代,价冲突的优化算法以最大化布通率。,Proteus基于形状的自动布线器在BGA器件引脚周围布线,30,ARES在支持,RS274D,及新,的,RS274X,格式的GERBER,输出的同时，还增加了对目,前世界上智能水平最高的,CAD/CAM,数据交换格式 ,ODB的输出支持。,输出层设置,Gerber格式,PROTEUS PCB设计,CAD/CAM输出,ARES在支持RS274D及新输出层设置Gerber格式PR,31,原始布局，因布线密,度过高导致自动布线,无法完成,经过门交换优化,后，降低了布线密,度，可轻松完成自,动布线,Proteus PCB设计,支持引脚交换和门交换优化,原始布局，因布线密经过门交换优化Proteus PCB设计,32,Proteus PCB设计,支持器件和PCB的3D预览,Proteus PCB设计支持器件和PCB的3D预览,33,主要内容,Proteus 概述,Proteus ISIS的特点,Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器,微处理器系统仿真(VSM),Proteus PCB设计,实例演示,Proteus教学实验系统演示,主要内容Proteus 概述,34,模拟电路,动态电路仿真,负反馈电路分析,数字电路,组合逻辑电路仿真,时序逻辑电路仿真,单片机仿真,光电耦合及继电器仿,真,单片机协同外围器件仿真,Proteus仿真开发过程演示,实例演示,模拟电路实例演示,35,主要内容,Proteus 概述,Proteus ISIS的特点,Proteus ProSPICE仿真与虚拟仪器,微处理器系统仿真(VSM),Proteus PCB设计,实例演示,Proteus教学实验系统,主要内容Proteus 概述,36,电子设计开发与仿真平台课件,37,电子设计开发与仿真平台课件,38,教学实验系统-单片机：,实验箱功能结构,实验箱供电系统,点阵屏模块,由4个8*8LED点阵屏,一起组成了一个1616,的大点阵屏,8255模块,串口扩充模块,时钟显示模块,数码管模块,键盘显示模块,AD及DA模块,电机模块,8255的PA口和PB口用于扩展,串转并芯片74LS164,8路LED指示灯,并转串芯片74LS165,8路独立式输入按键,字符型液晶屏LCD1602,时钟芯片DS1302,四联体数码管,单个LED段数码管,数字温度传感器DS18B20,EEPROM 24C02,图符型液晶屏LCD12864,44矩阵键盘,数模转换芯片DAC0832,模数转换芯片ADC0809,直流电机,步进电机,MCU模块,IO口引线插座,RS232接口,ISP下载接口,MCS-51-AT89S52,并口下载模块,ICD2下载接口,RS232接口,IO口引线插座,PIC-16F877A,IO口引线插座,RS232接口,ISP下载接口,AVR-,TMEGA16L,教学实验系统-单片机：实验箱功能结构 实验箱供,39,教学实验系统-单片机：,实验箱基本实验,在实验箱上，利用核心模块 和八个外围模块，可完成25个的硬件实验。由于实验箱采用的,是模块化设计，所以还可以完成其它的扩展实验，给学生以充分的发挥空间。,1、I /O口输出实验LED流水灯实验,2、I/O口输入/输出实验模拟开关灯,3、8255I/O扩展实验,4、无译码的七段数码管显示实验,5、BCD码译码的多位数码管扫描显示实验,6、独立式键盘实验,7、计数器实验,8、定时器实验,9、单个外部中断实验,10、多个中断同时存在实验,11、矩阵键盘扫描实验,12、串行端口输出扩充实验,13、串行端口输入扩充实验,14、单片机与PC之间串行通信实验,15、双机通信实验,16、I2C总线AT24Cxx存储器读写,17、温度传感器DS18B20实验,18、实时时钟DS1302实验,19、A/D转换实验,20、D/A转换实验,21、液晶显示的控制1（44780）,22、液晶显示的控制2（KS0108,23、直流电机控制实验,24、步进电机控制实验,25、16X16阵列LED显示实验,教学实验系统-单片机：实验箱基本实验 在实验箱上，利用核心模,40,电子设计开发与仿真平台课件,41,适合于嵌入式系统课程的入门学习,由一块综合实验板和附属外设部件组成,Proteus,设计工程文件和指导书，授课课件,12,个实验可以帮助学生平稳地从单片机过渡到,ARM,结构体系,教学实验系统-ARM,适合于嵌入式系统课程的入门学习由一块综合实验板和附属外设部件,42,实验流程,PROTEUS软件实验,原 理 图 绘 制,程序编写、编译,装载HEX代码调试,得到正确仿真效果,实验系统硬件实验,给MCU模块上电，将,实验HEX代码烧入到,MCU中,断电，拔除下载线，,参考硬件连接表，做,好硬件连接,上电查看实验效果,每一个实验的开展，我们都采用先在POTEUS平台下仿,真，再使用硬件平台验证的方法。,实验流程PROTEUS软件实验原 理 图 绘 制程序编写、编,43,ARM处理器的仿真,Proteus支持PHILIPS的以下ARM7芯片的仿真：,LPC2101,2106,LPC2114,LPC2124,LPC2131,LPC2132,LPC2134,LPC2136,LPC2138,此外模型库还有ARM7TDMI仿真模型,LPC2114教学实验电路,ARM处理器的仿真 Proteus支持PHILI,44,AVR,单片机的仿真,当前在,Protues中有,AT90S8535,ATMEGA32,ATTINY48,等80个AVR处理器模型,AVR单片机的仿真 当前在,45,PIC单片机的仿真,当前在,Protues中有,DISPIC33,PIC10,PIC12, PIC16,PIC18,PIC24等6个系列198个处理器模型,PIC单片机的仿真 当前在,46,51单片机的仿真,当前在,Protues中有,51/52系列单片机的84个处理器模型,51单片机的仿真 当前在,47,虚拟示波器,输入波形,输出波形,测量标尺,控制盘框,虚拟示波器输入波形输出波形测量标尺控制盘框,48,演示完毕，谢谢！,演示完毕，谢谢！,49,