基于PROTEUS的电路设计、仿真与制板.pdf

内 容 简 介 本书基于 PROTEUS 8.0 SP0 版本软件，以软件的实际操作过程为写作的次序，以丰富的实例贯穿全书进行全面的讲解，包括 PROTEUS 软件的操作、模拟和数字电路的分析方法、单片机电路的软硬件调试技术以及 PCB 设计方法等。本书面向实际、图文并茂、内容详细具体、通俗易懂、层次分明、易于掌握，可以为电子产品研发、电路系统教学，以及课程设计、毕业设计和电子设计竞赛等提供很大的帮助。本书既可以作为从事电子设计的工程技术人员自学的参考书，也可以作为高等院校相关专业的教材或职业培训教材。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 基于 PROTEUS 的电路设计、仿真与制板/周润景，刘晓霞编著.北京：电子工业出版社，2013.8（卓越工程师培养计划）ISBN 978-7-121-21090-7 基 周 刘 单片微型计算机系统仿真应用软件 TP368.1 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2013）第 171087 号 策划编辑：张 剑（）责任编辑：刘真平 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871092 1/16 印张：16.5 字数：422.4 千字 印 次：2013 年 8 月第 1 次印刷 印 数：4 000 册 定价：45.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：（010）88258888。前 言 随着电子技术的飞速发展，电子设计的方式也不断进步。PROTEUS 虚拟开发仿真平台是一款可以实现数字电路、模拟电路、微控制器系统仿真以及 PCB 设计等功能的 EDA 软件。电路的软、硬件的设计与调试都是在计算机虚拟环境下进行的。基于这一设计思想开发的 PROTEUS 软件，可以在原理图设计阶段对所设计的电路进行验证，并可以通过改变元件参数使整个电路性能达到最优化。这样就避免了传统电子电路设计中方案更换带来的多次重复购买元件及制板的麻烦，可以节省很多时间和经费，也提高了设计的效率和质量。PROTEUS 软件集强大的功能与简易的操作于一体，成为嵌入式系统领域技术最先进的开发工具。PROTEUS 软件提供了 30 多个元件库、上万个元件。元件涉及电阻、电容、二极管、晶体管、MOS 管、变压器、继电器、各种放大器、各种激励源、900 多种微控制器、各种逻辑电路和各种仪表等。在 PROTEUS 软件中提供的仪表有交直流电压表、交直流电流表、逻辑分析仪、定时/计数器、液晶屏、LED、按钮、键盘等外设，同时支持图形化的分析功能，具有直流工作点，瞬态特性、交直流参数扫描、频率特性、傅里叶分析、失真分析、噪声分析等多种分析功能，并可将仿真曲线绘制到图表中。本书基于 PROTEUS 8.0 SP0 版本的软件，通过实例讲解 PROTEUS 软件的操作，包括原理图输入、电路仿真、软件调试及系统协同仿真等。本书总共分为 8 章，其主要内容如下：第 1 章：PROTEUS 原理图编辑环境及 PROTEUS ISIS 软件的菜单栏、工具栏及编辑窗口导航。第 2 章：介绍原理图的设计方法及步骤，包括查找、放置元件，原理图连线等。第 3 章：介绍电路分析的工具，包括激励源、仿真图表和虚拟仪器的使用方法。第 4 章：介绍单片机的设计与仿真方法，包括源代码的编辑、目标代码的生成、第三方编辑器和第三方 IDE 的使用、单片机系统的调试及系统仿真。第 5 章：介绍利用 PROTEUS 软件进行仿真的多个例子，包括异步十进制计数器、RS触发器、竞赛抢答器等。第 6 章：介绍音频放大器的设计，主要包括直流电源、放大电路、功率放大器的设计及分析等。第 7 章：介绍单片机的设计实例，主要是信号发生器的硬件和软件设计及实际仿真。第 8 章：介绍 PCB 的设计，主要包括原理图的后处理、创建元件封装、PCB 布局、PCB 布线以及光绘文件的输出。本书由周润景、刘晓霞编著。其中刘晓霞编写了第 8 章，其余章节由周润景编写。张丽娜、张红敏、张丽敏、贾雯、托亚、姜攀、张龙龙、张鹏飞、任冠中、丁莉、王志军、胡训智、李琳参与了本书的编写。全书由周润景教授统稿。由于作者水平有限，加上时间仓促，不妥之处敬请广大读者批评指正。编著者 目 录 第 1 章 PROTEUS 概述 1 1.1 PROTEUS ISIS 及 ARES 概述1 1.2 PROTEUS ISIS 编辑环境2 1.3 PROTEUS ISIS 菜单栏介绍5 1.4 编辑窗口显示导航 8 1.5 编辑窗口的设置9 第 2 章 PROTEUS ISIS 原理图设计16 2.1 PROTEUS ISIS 原理图输入流程16 2.2 原理图设计方法与步骤17 2.3 PROTEUS ISIS 编辑窗口连接端子 27 第 3 章 电路分析30 3.1 PROTEUS ISIS 激励源30 3.1.1 直流信号源（DC Generator）30 3.1.2 正弦波信号源（SINE Generator）32 3.1.3 模拟脉冲信号源（PULSE Generator）34 3.1.4 指数脉冲信号源（EXP Generator）36 3.1.5 单频率调频波信号源（SFFM Generator）38 3.1.6 分段线性激励源（PWLIN Generator）39 3.1.7 FILE 信号源（FILE Generator）40 3.1.8 音频信号源（AUDIO Generator）42 3.1.9 数字单稳态逻辑电平信号源（DSTATE Generator）43 3.1.10 数字单边沿信号源（DEDGE Generator）45 3.1.11 单周期数字脉冲信号源（DPULSE Generator）46 3.1.12 数字时钟信号源（DCLOCK Generator）47 3.1.13 数字模式信号源（DPATTERN Generator）48 3.2 基于图表的分析50 3.2.1 基于模拟分析图表的电路分析51 3.2.2 基于数字分析图表的电路分析54 3.2.3 基于混合分析图表的电路分析55 3.2.4 基于频率分析图表的电路分析57 3.2.5 基于转移特性分析图表的电路分析59 3.2.6 基于噪声分析图表的电路分析60 3.2.7 基于失真分析图表的电路分析62 3.2.8 基于傅里叶分析图表的电路分析65 基于 PROTEUS 的电路设计、仿真与制板 3.2.9 基于音频分析图表的电路分析66 3.2.10 基于交互分析图表的电路分析68 3.2.11 基于一致性分析图表的电路分析70 3.2.12 基于直流扫描分析图表的电路分析73 3.2.13 基于交流扫描分析图表的电路分析74 3.3 虚拟仪器76 3.3.1 虚拟示波器（Oscilloscope）76 3.3.2 逻辑分析仪（Logic Analyser）79 3.3.3 计数器/定时器（Counter Timer）80 3.3.4 虚拟终端（Virtual Terminal）82 3.3.5 SPI 调试器（SPI Debugger）85 3.3.6 I2C 调试器（I2C Debugger）87 3.3.7 信号发生器（Signal Generator）89 3.3.8 模式发生器（Pattern Generator）90 3.3.9 电压表和电流表（AC/DC Voltmeter/Ammeter）97 3.4 探针98 3.4.1 电压探针98 3.4.2 电流探针99 第 4 章 PROTEUS ISIS 单片机仿真100 4.1 在 PROTEUS ISIS 中输入单片机系统电路100 4.1.1 选取仿真元件100 4.1.2 调试 PWM 输出电路中的 ADC0808 模数转换电路101 4.1.3 设计 PWM 输出控制电路104 4.2 在 PROTEUS ISIS 中进行软件编程106 4.2.1 在 PROTEUS ISIS 中创建源代码文件107 4.2.2 在 PROTEUS ISIS 中将源代码文件生成目标代码109 4.3 进行系统调试110 4.3.1 将目标代码添加到电路110 4.3.2 进行电路调试112 4.3.3 仿真电路124 4.4 将 PROTEUS 与 Keil 联调128 4.4.1 使用 Keil 的 Vision3 集成开发环境129 4.4.2 进行 PROTEUS 与 Keil 的整合142 4.4.3 进行 PROTEUS 与 Keil 的联调143 第 5 章 基于 PROTEUS ISIS 的数字电路分析150 5.1 异步十进制计数器电路及其分析150 5.1.1 异步十进制计数器电路150 5.1.2 异步十进制计数器电路分析153 5.1.3 异步十进制计数器电路完善155 5.2 RS 触发器电路分析数字模式信号源与数字分析157 目 录 5.2.1 RS 触发器电路157 5.2.2 RS 触发器电路调试159 5.2.3 RS 触发器数字图表分析数字模式信号源编辑160 5.2.4 RS 触发器数字图表分析探针及数字分析图表编辑161 5.2.5 RS 触发器电路分析162 5.2.6 RS 触发器用于消除机械开关振荡引起的脉冲164 5.3 竞赛抢答器电路分析数字单周期脉冲信号源与数字分析166 5.3.1 竞赛抢答器电路167 5.3.2 数字时钟信号源及数字单周期脉冲信号源编辑169 5.3.3 竞赛抢答器电路分析169 5.3.4 利用灌电流和或非门设计竞赛抢答器电路173 第 6 章 模拟电路设计实例音频功率放大器的设计177 6.1 设计任务及要求177 6.2 音频功率放大器简介177 6.3 直流稳压源设计178 6.3.1 原理分析与设计178 6.3.2 计算机仿真分析178 6.4 音调控制电路182 6.4.1 原理分析与设计183 6.4.2 计算机辅助设计与分析185 6.5 工频陷波器189 6.5.1 原理分析与设计189 6.5.2 计算机仿真分析191 6.6 前级放大电路195 6.6.1 原理分析与设计196 6.6.2 计算机仿真分析196 6.7 功率放大电路197 6.7.1 原理分析与设计197 6.7.2 计算机仿真分析199 6.8 电路整体的协调及仿真201 6.8.1 电路各组成部分的协调连接201 6.8.2 带通滤波器的加入202 6.8.3 计算机辅助设计与分析203 6.8.4 电路整体的计算机仿真分析与验证205 第 7 章 单片机设计实例信号发生器的设计208 7.1 设计任务及要求208 7.2 原理图设计208 7.3 汇编语言程序设计流程212 7.4 汇编语言程序源代码213 7.5 C 语言程序源代码216 基于 PROTEUS 的电路设计、仿真与制板 7.6 系统仿真219 第 8 章 PROTEUS ARES PCB 设计221 8.1 原理图的后处理221 8.1.1 概述221 8.1.2 自定义元件符号222 8.1.3 检查元件的封装属性231 8.1.4 完善原理图233 8.2 创建元件封装233 8.2.1 元件符号与元件封装233 8.2.2 创建元件封装236 8.2.3 指定元件封装239 8.3 PCB 布局 242 8.3.1 设置层面242 8.3.2 自动布局242 8.3.3 手工布局244 8.3.4 调整文字245 8.4 PCB 布线 246 8.4.1 设置约束规则246 8.4.2 手工布线及自动布线248 8.4.3 铺铜252 8.5 输出光绘文件254 参考文献 256 第 1 章 PROTEUS 概述 PROTEUS 软件是由英