PROTEUS的简介

PROTEUS电子设计软件

本章在介绍电子设计软件PROTEUS结构和资源基础上，详细说明了软件的使用和参数的设置。以典型示例讲述了基于PROTEUS ISIS的电路设计方法、调试方法和基于PROTEUS ARS的PCB板设计方法，以及原理图模型创建和元器件封装的制作方法。

1.1 PROTEUS电子设计软件

1.1.1 PROTEUS简介

Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与仿真软件。该软件的特点是：①集原理图设计、仿真和PCB设计于一体，真正实现从概念到产品的完整电子设计工具，②具有模拟电路、数字电路、单片机应用系统、嵌入式系统（不高于ARM7）设计与仿真功能，③具有全速、单步、设置断点等多种形式的调试功能，④具有各种信号源和电路分析所需的虚拟仪表，⑤支持Keil C51 uVision2、MPLAB等第三方的软件编译和调试环境，⑥具有强大的原理图到PCB板设计功能，可以输出多种格式的电路设计报表。拥有PROTEUS电子设计工具，就相当于拥有了一个电子设计和分析平台。

1.1.2 PROTEUS组成

Proteus软件自 19 年问世至今，经历了近20年的发展历史，功能得到了不断的完善，性能越来越好，全球的用户也越来越多。PROTEUS之所以在全球得到应用，原因是它具有自身的特点和结构。PROTEUS电子设计软件由原理图输入模块（简称ISIS）、混合模型仿真器、动态器件库、高级图形分析模块、处理器仿真模型及PCB板设计编辑（简称ARES）六部分组成，如图1-1所示。

原理图输入ISIS混合模型仿真器动态器件库高级图形分析模块高级图形分析模块处理器仿真模型布线/编辑ARES

PROTEUS

图1.1 PROTEUS基本组成

1.1.3产品传统设计方法与PROTEUS设计比较

1. 传统产品设计流程

传统电子产品开发流程如图1.2所示。

图1.2 传统电子产品开发流程

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传统电子产品开发的缺点：

 没有物理原型就无法对系统进行测试。  没有系统硬件就很难对软件进行调试。  重新做板是非非常费钱又费时的。 2．基于Proteus产品设计流程

基于PROTEUS的电子产品开发流程如图1.3所示。

图1.3 基于PROTEUS的电子产品开发流程

基于PROTEUS的电子产品开发优点：

 只要完成原理图设计就可用于系统的测试了。

 Proteus的交互仿真特性使软件的调试和测试在布板之前完成。  硬件设计的改动容易得如软件设计改动一样。

1.1.4 PROTEUS应用

1．Proteus适合教学

Proteus是一个巨大的教学资源，可以用于：  模拟电路与数字电路的教学与实验。  单片机与嵌入系统软件的教学与实验。  微控制器系统的综合实验。  创新实验与毕业设计。  项目设计与产品开发。

2．Proteus 适合技能考评与电子竞赛  单片机技能考评的必要性与难点；  Proteus能提供考试所需所有资源；  Proteus能直观评估硬件电路的设计正确性；  Proteus能硬件原理图直观调试软件；  Proteus能验证整个设计的功能；  测试可控、易评估、易实施；  有广泛的使用案例。 3．Proteus VSM适合产品开发

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 PROTEUS软件提供了从产品概念到设计完成的完整仿真与开发平台。

 具有仿真与分析功能，可将产品开发中存在的问题消灭在萌芽中，从而减少开发风险。  软硬件的交互仿真与测试大大减少后期测试工作量。  便利项目管理与团队开发。

1.1.5 PROTEUS基本资源

1．工具

工具包括标准工具和绘图工具，标准工具的内容与菜单栏的内容一一对应，绘图工具栏有丰富的操作工具，选择不同的按纽会得到不同的工具。

1）操作工具

PROTEUS提供下例操作工具：  Component：选择元器件

 Junction dot：在原理图中标注连接点  Wire label：标注网络标号

 Text script：在电路中输入说明文本  Bus：绘制总线

 Bus-circuit：绘制子电路块  Instant edit mode：选择元器件

 Inter-sheet terminal：对象选择器列出输入/输出、电源、地等终端

 Device Pin：对象选择器将列出普通引脚、时钟引脚、反电压引脚和短接引脚等  Simulation graph：对象选择器列出各种仿真分析所需的图表  Tape recorder：当对设计电路分割仿真时采用些模式  Generator：对象选择器列出各种激励源

 Voltage probe：电压探针，电路进入仿真模式时可显示各探针处的电压值  Current probe：电流探针，电路进入仿真模式时可显示各探针处的电流值  Virtual instrument：对象选择器列出各种虚拟仪器 2）图形绘制工具

 2D graphics line：绘制直线（用于创建元器件或表示图表时绘制线）  2D graphics box：绘制方框  2D graphics circle：绘制圆  2D graphics arc：绘制弧

 2D graphics path：绘制任意形状图形  2D graphics text：文本编辑，用于插入说明  2D graphics symbol：用于选择各种符号元器件

 Makers for component origin etc：用于产生各种标记图标  Set rotation：方向旋转按钮，以90度偏置改变元器件的放置方向  Horizontal reflection：水平镜像旋转按钮  Virtical reflectoin：垂直镜像旋转按钮 2．虚拟仪器

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1）电路激励源

在PROTEUS中,提供了13种信号源,对于每一种信号源参数又可进行设置。  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。 2）电路功能分析

在PROTEUS中,提供了9种电路分析工具,在电路设计时，可选用来测试电路的工作状态。  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) 3）电路图表分析

在PROTEUS中,提供了13种分析图表,在电路高级仿真时，用来精确分析电路的技术指标。  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)

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4）测试探针

在PROTEUS中,提供了电流和电压探针。用来测试所放外的电流和电压值，值得注意的是，电流探针的方向一定要与电路的导线平行。

 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 3．元件

PROTEUS提供了大量元器件的原理图符号和PCB封装，在绘制原理图之前必须知道每个元器件对误码的库，在自动布线之前必须知道对应元件的封装，下面是常用的元器件库：

1）元件库

 Device.LIB（电阻、电容、二极管、三极管等常用元件库）  Active.LIB（虚拟仪器帮有源元器件库）  Diode.LIB（二极管和整流桥库）  Display.LIB（LED和LCD显示器件库）  Bipolar.LIB（三极管库）  Fet.LIB（场效应管库）  Realtime.LIB

 Asimmdls.LIB（常用的模拟器件库）  Dsimmdls.LIB（数字器件库）  Valves.LIB（电子管库）

 74STD.LIB（74系列标准TTL元器件）  74AS.LIB

 74LS.LIB（74系列LS TTL元器件）  74ALS.LIB（74系列ALS TTL元器件库）  74S.LIB（74系列肖特苦TTL元器件库）  74F.LIB（74系列快速TTL元器件库）

 74HC.LIB（74系列和4000系列高速CMOS元器件）  ANALOG.LIB（调节器、运放和数据采样IC）  CAPACITORS.LIB（电容）

 CMOS.LIB（4000系列CMOS元器件）  ECL.LIB（ECL 10000系列元器件）  I2CMEM.LIB（I2C存储器）  MEMORY.LIB（存储器）  MICRO.LIB（常用微处理器）  OPAMP.LIB（运算放大器）  RESISTORS.LIB（电阻） 2）封装库

 PACKAGE.LIB（二极管、三极管、IC、LED等常用元件封装库）  SMTDISC.LIB（常用元件的表帖封装库）  SMTCHIP.LIB（LCC、PLCC、CLCC等器件封装）  SMTBGA.LIB（常用接插件封装）

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1.1.5 PROTEUS 基本操作与设置

1．PROTEUS ISIS 界面

双击桌面上的ISIS 6 Professional图标或者单击屏幕左下方的“开始”→“程序”→“Proteus 6 Professional→ISIS 6 Professional”，出现如图1.4所示的Proteus ISIS集成开发环境。

图1.4 7.2版本的PROTEUS启动界面

1）工作界面

Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图1.5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。

图1.5 Proteus ISIS的工作界面

2）主菜单

PROTEUS包括File、 Edit、View等12个菜单栏，如图1.6所示。每个菜单栏又有自己的菜单，

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PROTEUS的菜单栏完全符合WINDOWS操作风格。

图1.6 Proteus ISIS菜单栏

3）工具

PROTEUS包括菜单栏下面的标准工具栏和绘图工具栏。 4）状态栏

工具栏是用来显示工作状态和系统运行状态。 5）对象选择

对象选择包括对象选择控钮、对象选择器窗口及对象预览窗口，完成器件的具体选择，其操作步骤是：首先点对象选择按钮P，弹出器件库，输入器件名称，选中具体的器件，这样所选的器件将列在对象选择窗口。然后在对象选择器窗口中选中器件，选中的器件在预览窗口将显示具体的形状和方位，最后在图形编辑窗口中放置器件，放置器件的方法是在图形编辑窗口中单击。

6）PROTEUS VSM仿真

PROTEUS VSM有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 VSM中的整个电路分析是在ISIS原理图设计模块下延续下来的，原理图中可以包含探针、电路激励信号、虚拟仪器、曲线图表等仿真工具：直观的仿真结果显示。

7）图形编辑窗口

在图形编辑窗口内完成电路原理图的编辑和绘制。在图形编辑窗口中放置对象的步骤： 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。

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。

复制：用鼠标选中的对象后菜单Edit—copy to clipboard或用鼠标左键点击Copy图标。 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，“Rotation and Mirror”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。

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。 2．PROTEUS ISIS编辑环境设置

PROTEUS ISIS编辑环境的设计主要是指图纸幅面的选择、网格设置、电路模板设置及标注字体的设置，编辑环境的设置是解决电路设计的外观参数。

1）图纸幅面设置

在原理图新建时，都会弹出一个图纸幅面选择对话框，用户可根据拟定的设计任务选择合适的图纸幅面，如图1.7所示，一般选择DEFAULT。在设计完成后，我们可以通过菜单SYSTEM下的SET SHEET SIZES来调整图纸的幅面，使原理图与图纸尺寸相适应。

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图1.7 Proteus ISIS图纸幅面选择对话框

2）网格设置

ISIS中坐标系统的基本单位是10nm，主要是为了和Proteus ARES保持一致。但坐标系统的识别（read-out）单位被在1th。坐标原点默认在图形编辑区的中间，图形的坐标值能够显示在屏幕的右下角的状态栏中。设置点状栅格（The Dot Grid）与捕捉到栅格（Snapping to a Grid）有助系统作图。如有在原理图中如果栅格设置不当会造成不能联线。编辑窗口内有点状的栅格，可以通过View菜单的Grid命令在打开和关闭间切换。点与点之间的间距由当前捕捉的设置决定。捕捉的尺度可以由View

菜单的Snap命令设置，如图1.8所示。 图1.8 栅格设置

3）模板设置

在电路设计时，要选用适当的电路模板，电路模板设置的步骤如下：

第一，选择电路模板：在PROTEUS主界面中选择模板，弹出对话框，然后可以选择下面的对应栏进行相关的设置。

第二，设置模板参数：在主菜单的模板菜单的下拉菜单中选择设置设计默认值菜单，弹出如图1.9所示电路模板参数设置对话框。在这里可以设置图、格点、工作区、边界等颜色。同样，选用模板的其它项，可完成对图形颜色、风格等的设置。

图1.9 模板参数设置

3.PROTEUS ISIS系统参数设置 1)设置系统运行环境

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在PROTEUS ISIS主界面中选择SYSTEM下的SET ENVIRONMENT菜单项，打开图1.10的系统环境设置对话框（以英文板为例来说明）。

Autosave time：系统自动保存时间设置 Number of undo leves：可撤消操作的数量设置 Tooltip delay：工具提示延时.

Auto synchronise/save with ARES?：是否自动同步/保存ARES.

Save/load ISIS state in design files?：是否在设计文档中加载/保存ISIS状态.。

图1.10 Proteus ISIS运行环境设置对话框

2)设置Animation选项

选择SYSTEM下的SET ANIMATION OPTIONS菜单项，即可打开仿真电路设置对话框。如图1.11所示。

图1.11 Proteus ISIS Animation设置对话框

Show voltage：表示是否在探测点显示电压值与电流值 Shhhow logic state of pin：表示是否显示引脚的逻辑状态

Show wire voltage by colour：表示是否用不同的颜色表示不同的电压 Show wire current with arrows：表示是否用箭头表示线的电流方向

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1.2 基于PROTEUS的电路设计

1.2.1 设计流程

电路设计流程如图1.12所示，原理图的设计方法如下： 1.新建设计文档

在PROTEUS ISIS环境点FILE，在下拉菜单中选择新建设计，在出现的对话框中，选择适当的图纸尺寸。

2.设置工作环境

用户自定义图形外观（含线宽、填充类型、字符）。 3.放置元器件

在编辑环境选择元器件，然后放置元器件。 4.绘制原理图

点击元件引脚或者先前连好的线，就能实现连线；也可使用自动连线工具连线。

开始新建文档设置编辑环境放置元器件原理图连线建立网络表解规则检查是否合格？存盘、报表输出结束修5.建立网络表 图1.12 电路设计流程图 选择TOOL-NETLIST COMPILER菜单项，在出现的对话框中，可设置网络表的输出形式、模式、范围、深度及格式。网络表是电路板与电路原理图之间的纽带。建立的网表用于PCB制板。

6.电气规则检查

选择TOOL-ELECTRICAL RULE CHECK菜单项，出现电气规则检测报告单，在该报告中，系统提示网络表已生成，并且无电气错误，才可执行下一步操作。

7.存盘和输出报表文件

将设计好的原理图存盘。同时，选择TOOL-BILL OF MATERIALS菜单项输出BOM文档。

1.2.2 设计实例

1.新建文件

打开PROTEUS点FILE，在弹出的下拉菜单中选择NEW DESIGN，在弹出图幅选择对话框中选DEFAULT。

2.设置编辑环境

用户自定义图形的线宽、填充类型、字符。 3.选取元器件

按设计要求，在对象选择窗口中点P，弹出PICK DEVICES对话框，在KEYWORDS中填写要选择的元器件，然后在右边对话框中选中要选的元器件，则元器件列在对象选择的窗口。

如图1.13所示，本设计所需选用的元器件如下：      

下面以基于单片机的LCD液晶显示为例说明电路原理图的PROTEUS设计方法。

8051.BUS：总线型的微处理器 74LS373：锁存器

CAP、CAP-ELEC：瓷片电容、电解电容 CRYSTAL：晶振

LM032L：1602LCD液晶显示模块 NAND-2：与非门

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图1.13 元器件选择对话框

4.放置元器件

在对象选择的窗口点80C51，然后把鼠标指针移到右边的原理图编辑区的适当位置，点击鼠标的左键，就把80C51放到了原理图区。用同样的方法将对象窗口的其它元件放到原理图编辑区。

5.放置电源及接地符号

点击工具箱的接线端按钮（Inter-sheet terminal），在器件选择器里点POWER或GROUND，鼠标移到原理图编辑区，左键点击一下即可放置电源符号或接地符号（Vcc、GND一般是隐藏的）。

6.对象的编辑

把电源符号、接地符号进行统一调整，放在适当的位置，对元器件参数进行设置。 7.原理图连线：在原理图中连线分画单根导线、画总线和画分支线。

画导线：在ISIS编辑环境，左击第一个对象连接点，再左点击另一个连接点，ISIS就能自动绘制出一条导线，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。

画总线：点击工具箱的总线按钮（Bus），即可在编辑窗口画总线。

画总线分支线：点击工具的按钮（BUSES MODL），点击欲连线的点，然后在离总线BSS一定距离的地方再点击，然后按CTRL键，将鼠标移到总线上点击即可（需要把WAR功能关闭）。

8.放置网络标号

点击工具箱的网络标记按钮（Wire label），在要标记的导线上击右键，在出现的对话框中填写网络标号，然后单击[OK]即可。按照上述方法绘制的电路如图1.14所示。

图1.14 基于单片机的LCD液晶显示电路原理图

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9.电气检测

电路设计完成后，通过菜单操作“工具的电气检测下拉菜单”弹出电气检测结果窗口，在窗口中，前面是一些文本信息，接着是电气检查结果列表，若有错，会有详细的说明。

10.生成报表

ISIS可以输出网络表、器件清单等多种报告，具体操作如下：

网络表：Tool->Netlist Compiler输出网络表。网络表是联连原理图与PCB板图的纽带和桥梁，网络表错误发生在ISIS为原理图创建网络表时出现问题，你在试图从原理图到ARES进行PCB设计时遇到，一般问题在于：

  

有两个同名的器件，或未命名器件，例如两个电阻为R？ 脚本文件格式（如MAP ON表）不对。

元器件清单：Tool->Bill of Materials输出元件清单。元器件清单是采购元器件的依据。

1.2.3 元件创建

尽管PROTEUS提供了8000多个元器件，但用户在使用过程中，还是要创建一些新器件，才能满足设计的要求，然而电路仿真模型的构建是一个复杂的过程，下面就原理图模型、动态模型和SPICE模型的创建举例说明，对于VSM模型的构建，用户可以找PROTEUS总代理解决。

1.PROTEUS模型分类

Proteus的模型分为两大类：电气模型（Electrical Model）和绘图模型（Graphical Model）。电气模型实现元件的电气特性，按规定的时序接收数据和输出数据；绘图模型实现仿真时与用户的交互，例如LCD/LED显示、电机等。一个元件可以只实现电气模型，也可以都实现电气和绘图模型。根据模型的创建方式，又可以分为原理图模型、SPICE模型、VSM模型和动态模型。

原理图模型（Schematic Models):由仿真原型构建，具有和被仿真器件等效电路行为的仿真模型（并非器件的实际内电路)，PROTEUS ISIS器件库中有大量的仿真原型，包括模拟和数字原型。

SPICE模型（SPICE Models）：使用符合SPICE3F5的器件SPICE文件或库设计的仿真器件。SPICE文件一般由器件制造商提供。

VSM模型（VSM Models）：基于动态链接库（DLL）的仿真模型，DLL是利用Labcenter提供的VSM SDK（VSM软件开发包）用C++编写的，用以描述器件电气行为。VSM模型主要包括处理器等复杂逻辑器件和LCM（液晶模块）、传感器等复杂外设器件。VSM SDK需和Labcenter签订不扩散协议（NDA）后免费获得。

动态模型（Active Components）：具有动画效果的动态模型，如继电器、灯、LED数码显示等。通过动画模仿器件的动作过程。

2．查看电路模型

以10UF电容为例,来说明如何查看电路的模型：打开PROTEUS编辑界面，点P，在出现的对话框中，输入CAP-ELEC，就可看到图1.15的元器件属性窗口。

图1.15 在元器件窗口中查看模型类型

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3．原理图模型创建

原理图模型创建过程分三个步骤，如图1.16所示：

创建原理图部件 内层电路设计 仿真验证

图1.16 原理图模型创建过程

下面以二选一为例说明如何创建原理图模型。 1）创建原理图部件

绘制原理图符号：单击绘图工具按钮（2D graphics box），在ISIS编辑区画一个适当大小的方框，在创建的原理图部件中右击，在弹出的菜单中选择PLACE→Device Pin→Default，并将引脚放置到框的适当位置（带X的一端放在外），图1.17是创建的二选一原理图部件。

用2D工具绘制的图框 放置引脚后的原理图符号

图1.17 创建原理图部件

引脚编辑：右击原理图符号的引脚再左击，弹出图1.18所示的编辑引脚对话框，对每个引脚按表1.1进行编辑。

表1.1 引脚编辑

编 号 1 2 3 4

名称 A B S GND 显示 引脚 √ √ √ X 显示 名称 √ √ √ X 显示 编号 √ √ √ X 引脚 电气类型 IP IP IP PP 编 名称 号 5 NC 6 NC 7 Y0 8 VDD 显示 引脚 X X √ X 显示 名称 X X √ X 显示 编号 X X √ X 引脚 电气类型 PS PS OP PP 图1.18引脚编辑后的原理图符号

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对于原理图中的引脚编辑应注意：  每个引脚必须有名称.

 相同名称的引脚，系统认为是电气相连的。

 对WR类引脚名，在引脚名前、后加符号$即可，如$WR$，就能出现带非的符号。 定义器件名称：选中原理图符号，单击“库→器件制作”命令，弹出图1.19所示的器件属性对话框，定义本设计的名称为MUX21A，参考前缀为MU(为了查找定义一个前缀)。

图1.19 定义设计名称

指定器件封装：在定义名称对话框中，单击“下一步”，弹出Packagings界面，进入元器件封装设置。单击ADD/EDIT按钮，再单击ADD按钮，进入Packagings Device对话框，选择封装为DIL8，结果如图1.20所示，单击“指定封装”按钮，再次进入Packagings 确定封装，结果如图1.21所示。单击“下一步”按钮，弹出“Component Properties &Definitions”界面进入下一步骤。

图1.20 Packagings Device对话框

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图1.21 确定封装

定义元器件属性：在图1.21中点下一步出现图1.22所示的元器件属性对话框。

图1.22 元器件属性及定义对话框

使用新建和删除命令编辑元器件属性，这些属性用来指定定PCB封装、仿真模型参数以及一些其他信息等。

指定元器件存放库：在图1.22元器件属性对话框中，点下一步，再点下一步，就出现图1.23所示的对话框，右边是保存元器件库选择，在左边DEVICE CATEGORY栏，点“NEW”在弹出的对话框中填写“JSMIB”然后点“OK”即可，最后点下面的“OK”，到此制作器件完成。

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图1.23 定义元器件存放库对话框

2）内层电路设计

转入内部电路：从ISIS窗口的对象列表框中选择器件MUX21A放到ISIS编辑区，打开器件的属性对话框，选中附加层次模块，单击“确定”退出属性对话框。然后点Design选择Goto Sheet转入子页面。

内层电路设计：在子页面中绘制图1.24所示的电路原理图，值得注意的是：子页中引脚端口要与父电路的引脚端口一样，还有电源应加进去。

图1.24内部电路原理图

3）验证电路功能

验证电路功能：完成子电路后再返回到父电路中，在父电路中对电路的功能进行验证。如图1.25所示，设在A端和B端分别加上两种不同频率的方波，S端接选择开关，用示波器观察输出点的波形（A端接100HZ、B接1000HZ的方波，S端接B）。

图1.25 验证电路及测试波形

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生成和加载模板文件：返回内部电路，在内部电路设计页单击“工具→编译模型”，在弹出的对话框中，保存模型文件为D:\\JSM\\MUX21A.MDF。

返回到父页，选中MUX21A，点右键，再选择创建器件，然后点下一步，直到出现图1.26为此。然后将内容按图1.26所示填好，点下一步，直到完成，到此一个元器件的模型就创建成功了。

图1.26二选一电路模型文件加载

下面再以DAC0832的创建来加深对原理图模块创建的认识。 1）数模转换器DAC0832介绍

DAC0832是双列直插式8位D/A转换器，内部结构和引脚分布如图1.27所示。

图1.27 DAC0832内部结构和引脚分布

引脚功能如下：

 DI7～DI0 ：8位的数据输入端，DI7为最高位

 IOUT1、IOUT2 ：模拟电流输出端，当DAC寄存器中数据全为1时，输出电流最大，当 DAC

寄存器中数据全为0时，输出电流为0，IOUT1＋IOUT2＝常数。

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 RFB ：反馈电阻引出端，DAC0832内部已经有反馈电阻，所以 RFB端可以直接接到外部运

算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。  VREF ：参考电压输入端，此端可接一个正电压，也可接一个负电压，它决定0至255的数

字量转化出来的模拟量电压值的幅度，VREF范围为(+10～-10)V。  Vcc、 AGND：芯片供电电压，范围为(+5~ 15)V，AGND是模拟量地。  DGND ：数字量地。 2）搭建元件的测试平台

先设计DAC0832的原理图符号，生成一个不含模型的器件，并编辑其属性。勾选“附件层次化模块”。这样，该器件就可以进入内层进行设计。按照数据手册的说明，搭建一个简单的测试平台如下图。我们可以想象，图中DAC0832将输出一个锯齿波。

图1.28 DAC0832仿真测试电路

3)层次化设计内部电路

进入DAC0832的内层（右键点击，执行“转到子页面”命令），由于DAC0832的功能比较复杂，设计中对T形网络（LADDER）部分采用的模块电路。在器件库的Modeling Primitives中，有很多的基本逻辑电路原型和模拟器件原型，下图按照DAC0832的逻辑功能构建其等效电路。主要包括两级锁存器和T形网络.图1.29为DAC0832内层电路，图1.30为T形网络模块电路的内部结构。

图1.29 DAC0832的内层电路

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T形网络构成了DA转换的核心部分，梯形网络完全参考数据手册来设计，主要采用的数控开关（DSWITCH）和参数化电阻原型，电阻值在图中的脚本文件中定义，格式为：

*DEFINE RON=45 R=10k

图1.30 T形网络模块电路的内部结构

4）模型元件功能测试

为了清晰观察逻辑时序，我们采用混合图表来测量电路的时序和波形如图1.31所示：

图1.31 功能测试结果

5）编译生成模型文件

功能测试完成后，接下来就可以对DAC0832的内电路进行编译。进入DAC0832的内层电路（图

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1.28），运行“工具”菜单下的“模型编译器”命令，生成一个DAC0832.mdf文件（模型描述文件）。然后在图1.27中选中DAC0832，在右键菜单中运行“创建器件”命令，在Component Properties & Definitions页面中，添加MODFILE属性，取默认值为DAC0832，如图1.32所示。

图1.32 创建仿真器件

6）导入库

把生成的模型封装入库，这样便完成了DAC0832仿真模型的设计。 4.SPICE模型创建

1)SPICE文件:SPICE文件是一个描述器件性能指标的文本文件，一般由器件制造商提供。Proteus使用兼容工业标准SPICE3F5的文件，下面是厂家提供的电压基准芯片KA431的SPICE文件。

* REFERENCE

* | ANODE

* | | CATHODE * | | | .SUBCKT KA431 1 2 3 V1 6 7 DC 1.4V I1 2 4 1E-3 R1 1 2 1.2E6

R2 4 2 RMOD 2.495E3 R3 5 7 .2 D1 3 6 DMOD1 D2 2 3 DMOD1 D3 2 7 DMOD2

E1 5 2 POLY(2) (4,2) (1,2) 0 710 -710 .MODEL RMOD RES (TC1=1.4E-5 TC2=-1E-6) .MODEL DMOD1 D (RS=.3) .MODEL DMOD2 D (RS=1E-6) .ENDS

20

2)SPICE模型创建过程:SPICE模型创建过程如图1.33所示.

设计原理图部设置SPICE属性 图1.33 SPICE模型创建过程

仿证验证并生成器设计器件的原理图符号: 根据SPICE文件的引脚名称，用原理图模型创建的方法，得到图1.34所示的原理图符号。

图1.34 LA431原理图符号

加入SPICE文件设定：在编辑窗口右击，弹出图1.35所示的窗口，然后编辑元件属性。

图1.35 加载SPICE文件

仿真测试：如图1.36，对元器件进行功能测试，

图1.36 加载SPICE文件

5．VSM模型的创建

21

对于MCU等较为复杂的仿真模型，Proteus提供了一些C++抽象类接口，可以利用Labcente提供的VSM SDK用C++开发，基本过程如下：

 用2D工具绘制器件的原理图符号及图形、引脚。

 创建器件并设置动态器件（Active Component）的属性，选择使用DLL。

 在C++环境下引用SDK提供的头文件，参考器件的datasheet设计器件的动态链接库

（DLL），实现器件的电气和图形行为。

 将DLL文件设置到器件的属性中，进行仿真测试。 6．动态模型创建

动态仿真模型在PROTEUS中作为与用户交互的一种工具,在仿真的过程中显得尤其重要.无论是它的外形,还是对外部事件的响应,对整个仿真的效果也都有着深远的影响，下面我们以7段数码管和开关为例讲述动态模型的建立过程。

1）7段数码管的建立

用2D工具绘制各笔段。得到图1.37。

图1.37 符号图形

对1.37所示的数码管有7个组成元素.对于每个元素而言,它有高电平和低电平两种状态,所有的元素组成在一起就能表示数码管的总状态。在7段数码管模型中,我们按图1.38所示的动态模型对话框上的设置来定义数码管的位。

图1.38 属性设置

为了更清楚地展现出做模型的整个过程,我们将整个7SEG元件分解,得到以上的情况.就拿数码

22

管的第0位来说吧,当这个引脚上为低电平时显示7SEG0_0时的这个状态,为高电平时显示7SEG0_1时的这个状态.依次画好以后,为了得到一个完整的仿真模型,我们来采用实时探针 PRIMITIVE=DIGITAL,RTDPROBE

然后我们创建数码管的7个引脚,分别命名为D0-D6,这样就足够了。然而,要使元件具有模拟LED器件的特性,我们有必要在此基础上建立一个原理图模型，如图1.39所示。

图1.39 数码管内部模拟电路

这样每个引脚的电流都会通过的实时电流探针来测量.而组成数码管的每个元素的探针参数则被用来决定哪一段图形将被控制。

2） 开关模型的建立

开关在我们一般的仿真中也是用的比较多的一个交互式仿真器件.

它的制作也是相对比较简单的,它直接由仿真原型RTSWITCH建模得到,所以不需要什么原理图模型.同样,这个开关器件也有两种状态,即由两种状态元素组成.

我们首先在原理图中绘制出两个元件SWITCH_0和SWITCH_1,再绘制作整个模型,包括引脚和TOGGLE.如图1.40所示:

图1.40 开关模型符号图形

SWITCH绘制好以后,我们开始制作器件,设置其参数如下:

表1.2 开关模型参数设置

NAME R(0) R(1) TSWITCH STATE DESCRIPTION On Resistance DATA TYPE EDIT MODE DEFAULT 100M 0.1R 1ms PASSIVE,RTSWITCH 0 Off Resistance FLOAT (PNZ) NORMAL FLOAT (PNZ) NORMAL HIDDEN HIDDEN Switching Time FLOAT (PNZ) NORMAL Active State INTEGER PRIMITIVE Primitive Type STRING 23

参数设置完毕后,就可以按图1.41所示的电路对开关进行测试。

图1.41 开关模型测试电路

电路测试正确后,就完成了开关模型的制作。

1.3 基于PROTEUS的电路仿真

Proteus有交互仿真和基于图表仿真两种，两种方式可以结合进行。交互仿真用进程控制按钮启动，起到定性分析电路功能的作用；基于图表仿真是通过按键盘空格键或菜单来启动，起到定量分析电路特性的作用，如图1.42所示。

交互仿真控制 图表仿真控制 图1.42 PROTEUS仿真控制

1.3.1单片机应用系统交互式仿真

交互式仿真是通过交互式器件和工具观察电路的运行状况，用来定性分析电路，验证电路是否能正确工作。单片机应用系统交互仿真分成程序加载和仿真两步。

1．PROTEUS编辑器

电路设计完成后，进入程序设计，在介绍交互仿真前，先简要介绍一下PROTEUS自带的编辑器。PROTEUS带有ASM的、PIC的、AVR等编译器，操作方法：在ISIS中点击菜单栏“Source”，在下拉菜单点击“Add／Remove Source Files(添加或删除源程序)”出现一个对话框，如图1.42所示。点击对话框的“NEW”按钮，在出现的对话框放置要设计的程序文件名(这里以上述的淮晶显赤程序LCDDEMD．Asm为例)，在“Code Generation Tool”的下选择“ASEM51”，然后点击“OK” 按钮，设置完毕。回到菜单栏，找Source下面的LCDDEMD．Asm，将程序输入即可。

图1.42 使用自带编辑器

使用Proteus自带汇编编译器的注意事项

(1) 因为Proteus中自带的汇编编译器都是使用命令行命令进行编译。在菜单Source->Define

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code generation tools打开的对话框中，有一项参数是Command Line，对于代码生存工具ASEM51来说，默认的命令行参数可能类似于%1 /INCLUDES:C:\\Program Files\\Labcenter Electronics\\Proteus 7 Professional\\TOOLS\\ASEM51，其中%1代表的是源代码，/INCLUDES:后面跟着的是包含路径，该路径下的*.mcu文件即是通常的SFR定义文件。其实这一参数并不需要设置，通常我们的Command Line参数设置为%1即可。

(2) 另外，这个/INCLUDES:的路径参数设置也是有问题的。因为它的中间包含了空格，ASEM51汇编器会把它认为是几个参数，因而会出现too many parameters的错误。

(3)同样的道理，如果你的汇编程序存储的路径或文件名中包含了空格或一些其它有可能使用命令行出现错误的字符，编译时也会出现错误。提示可能是@@@@file not found: F:\\1.a51@@@@,和F:\\1 2\\a.lst not found.

(4) 另外需要注意的是，ASER51不支持$符号，即不能使用类似JMP $的命令。具体还有哪些使用中还需要注意的问题，欢迎跟贴。

(5) 文件名不能太长。

2．程序编译

点击菜单栏的“Source”，在下拉菜单点击“Build All”，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。只有编译过关的ASM文件才能进行加载，值得注意的是，PROTEUS软件自带的编译器，对程序设计的格式要求较高，空格和字符需要符合规定，否则就不能通过编译，读者会经常发现在WAVE中能编译的文件，在PROTEUS中不能通过编译，这种现象是由于读者设计的程序格式或使用的字符不对，如字符$，我们经常用的：DJNZ R0，$，语句，在PROTEUS中是不能编译的，因为PROTEUS编译器中不使用字符$。

3．程序加载

在原理图编辑窗中，选中单片机80C51，右击80C51，在出现的对话框里选择EDIT PROPERTIES，然后在Program File一栏中选择LCDDEMO.HEX文档。

4．系统仿真

程序加载完后就可以直接点运行按钮，进入电路的交互式仿真。本例的交互仿真结果如图1.42所示。

图1.42基于单片机的LCD液晶显示电路仿真

5．系统调试

点击单步按钮，进人单步调试状态，选择 “Debug” 菜单栏， 出现如图1.43所示对话框。在

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“Debug”的下拉菜单栏中，点击Simulation Log会出现和模拟调试有关的信息；点击8051 CPU SFR Memory会出现特殊功能寄存器(SFR)窗口；点击8051 CPU Internal (IDATA) Memory出现数据寄存器窗口。此外还有Watch Window窗口，可以将某个信号加载到这个窗口，对其变化进行跟踪，如：在寄存器窗口，点击右键，在出现的菜单中点击Add Item (By name)然后选择P1，再双击P1， 这样P1就在W a t ch Window窗口。我们可发现无论在单步调试状态还是在全速调试状态，Watch Window的内容都会随着寄存器的变化而变化，这点是很有用的。

为了调试程序，可以在单步调试时设置断点。其设置方法是用鼠标点击程序中的语句，设置断点，再次点击则取消断点。

对于单片机应用系统，PROTEUS支持IDE，如IAR„s Embedded Workbench、 Keil 、Microchip„s MP-LAB和Atmel‟s AVR studio开发源代码联合调试，本书在后面的章节将介绍PROTEUS与Keil联调。

图1.43基于单片机的LCD液晶显示电路单步调试窗口

1.3.2基于图表的仿真

交互式仿真有很多优势，但在很多场合需要捕捉图表来进行细节分析。基于图表的仿真是可以做很多的图形分析：比如小信号交流分析，噪声分析及扫描参数分析等。

基于图表的仿真过程建立有5个主要阶段。  绘制仿真原理图。  在监测点放置探针。

 放置需要的仿真分析图表，比如：用频率图表显示频率分析。  将信号发生器或检测探针添加到图表当中。  设置仿真参数（比如运行时间），进行仿真。 1.绘制电路

在ISIS中输入需要仿真的电路（电路图的绘制方法已在前面介绍了）。 2.放置探针和发生器

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探针、信号发生器和其他元件，终端的放置方法是一样的。如图1.44所示，选择合适的对象按钮，选择信号发生器、探针类型，将其放置到原理图中需要的位置，可以直接放置到已经存在的连线上，也可以放置好后再连线。

图1.44 选择探针和信号发生器 图1.45 选择仿真图表

3．放置图表

如图1.45，选择模拟、数字、转移、频率、扫描分析等图表，用拖曳的方法放置在原理图中合适的位置，再将探针或信号拖到对应的仿真图表中。

4．在图表中添加轨迹

在原理图放置多个图表后，必须指定每个图表对应的探针/信号发生器。每一个图表也可以显示多条轨迹，这些轨迹数据来源一般是单个的信号发生器或者探针，但是ISIS提供一条轨迹显示多个探针，这些探针通过数学表达式的方式混合。举个例子，一个监测点既有电压探针也有电流探针，这个检测点对应的轨迹就会是功率曲线。

图1.46 电流电压生成功率

曲线显示对象的添加有两种方式：

在原理图中选中探针或激励源拖入到图表当中。

在EDIT GRAPH TARCE对话框中选中探针，需要多个探针时添加运算表达式。 5．仿真过程

基于图表的仿真是命令驱动的。这意味着整个过程是通过信号发生器，探针及图表构成的系统，设定测量的参数，得到图形，验证结果。其中，任何仿真参数都是通过GRAPH存在的属性定义（比如仿真开始及停止时间等），也可以自己手动添加其他的属性（比如对于一个数字仿真，你可以在仿真器系统当中添加一个‟RANDOMISE TIME DELAYS‟属性）。 在仿真开始时系统应完成如下工作：

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产生网络表：网络表提供一个元件列表，引脚之间连接的清单，及元件所使用的仿真模型。 分区仿真：ISIS对网络表进行分析，将其中的探针分成不同的类，当仿真进行时，结果也保存在不同的分立文件当中。

结果处理：ISIS通过这些分立文件在图表中产生不同的曲线，将图表最大化进行测量分析。 如果在以上中的任何一步有错误，仿真日志会留下详细的记载。有一些错误是致命的，有一些是警告。致命的错误报告会直接弹出仿真日志窗口，曲线不产生；警告不会影响到仿真曲线的产生。大多数错误产生源于电路图绘制，也有一些是选择元件模型错误。关于单片机高级图表的仿真实例在后属的单片机应用系统设计中介绍。

1.3.3 PROTEUS软件与第三方软件联合调试

PROTEUS软件具有与keil软件联调的功能，下面详细介绍。 1．安装vdmagdi插件

要实现联调先要将vdmagdi插件安装到Keil目录。 1）运行CD中UTILITY下的vdmagdi.exe.如图1.47所示。

图1.47 安装vdmagdi插件

2）选择对应的keil版本(如果您使用的keil为uVision2则选择AGDI Drivers for uVision2,使用的是uVision3则选择AGDI Drivers for uVision3)，如图1.48所示.

2．对keil进行设置

1）选择proteus VSM Simulator. 图1.48 选择keil版本 设置keil选项：进入KeilC μVision2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ATC51）并为该项目加入源程序，如图1.49所示。

图1.49 发环境

KeilC μVision2开

单

击

28

“Project菜单

/Options for Target”选项或者点击工具栏的“option for ta rget”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“Proteus VSM Monitor一51 Driver”。并且选中“Use”前面的小圆点，如图1.50所示。

图1.50 KeilC 设置

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，如图1.51所示。

图1.51 KeilC 通信设置

进入Proteus的ISIS，鼠标左键点击菜单“Debug”， 选中“use romote debuger monitor”，如图1.52所示。到此，便可实现KeilC与Proteus连接调试。

图1.52 PROTEUS Debug 设置

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协同仿真：运行Keil，在Proteus同时进入仿真状态。如图1.53所示。

PROTEUS同时进入运

Keil处

于

图1.53 PROTEUS与Keil协同仿真

1.4 基于PROTEUS的PCB板设计

ARES 的英文全称为Advanced Routing and Editing Software，即高级布线和编辑软件，是PROTEUS的重要组成部分，它的主要功能是完成PCB制版的相关设计工作。PCB板设计包括网络表的导入、元件的布局、布线、设计文件输出等。下面以直流稳压电源为例，详细介绍基于PROTEUS的PCB板的设计方法。

1.4.1 ARES菜单和工具栏介绍

1．ARES菜单栏

Proteus ARES的工作界面是一种标准的Windows界面，它包括：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、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。

进入ARES环境有两种方法，一种是从“开始”→“程序”→“Proteus7 Professional” →

“ARES 7 Professional”，另一种是在原理图ISIS环境点TOOL-NETLIST TO ARES。

图形编辑窗口：在图形编辑窗口内完成电路原理图PCB的编辑和绘制。为了方便作图ARES坐标系统的基本单位与Proteus ISIS保持一样，也是10nm，但坐标系统的识别单位被在1th，坐标原点默认在图形编辑区的中间，图形的坐标值显示在屏幕的右下角的状态栏中。编辑窗口内点的栅格通过View菜单的Grid命令在打开和关闭间切换，点与点之间的间距由当前捕捉的设置决定。捕捉的尺度可以由View菜单的Snap命令设置。

预览窗口：该窗口通常显示整个电路图的缩略图。在预览窗口上点击鼠标左键，将会有一个矩形蓝绿框标示出在编辑窗口的中显示的区域。

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对象选择器窗口：通过对象选择按钮，从元件库中选择对象，并置入对象选择器窗口，供今后绘图时使用。显示对象的类型包括：设备，终端，管脚，图形符号，标注和图形。

预览窗图形辑辑窗图1-16 PROTEUS ARES编辑环境

2．ARES工具栏

ARES总共包含两类工具栏，分别是菜单下面的命令工具栏，绝大部分的工具按钮都可以从菜单栏找到相应的命令，但块操作按钮除外。软件界面左边的是编辑工具栏，包含了对象的选择、编辑按钮，分成四类，分别是布版布线对象、焊盘对象、2D工具和旋转镜像按钮。

File/Print commands： Display Commands： Editing Commands： Layout Tools： Selection Filter： Placing & Routing： Pad Placement： 2D Graphics： Rotation： Reflection： 3．基本操作

对象放置（Object Placement）：放置对象的步骤如下

 根据对象的类别在工具箱选择相应模式的图标  根据对象的具体类型选择子模式图标

 如果对象类型是元件封装、图形、符号或标记，从选择器里选择对象名字。如果对象是有

方向的，将会在预览窗口显示出来，你可以通过预览对象方位按钮对对象进行调整  指向编辑窗口并点击鼠标左键放置对象。

选中中对象（Tagging an Object）：用鼠标指向对象并点击右键可以选中某对象。通过右键拖运可以框选一组对象。在空白处点击鼠标右键可以取消所有对象的选择。

删除对象（Deleting an Object）：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。

拖动对象（Dragging an Object）：用鼠标指向选中的对象并用左键拖曳可以拖动该对象。

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调整对象大小的步骤如下（To resize an object）：选中对象，用鼠标左键拖动“手柄”到新的位置，即可改变对象的大小。

1.4.2 从原理图到ARES

1．原理图处理

在原理图绘制好后，必须进行一些处理才能进入PCB板的设计，原因是原理图设计只是从原理的角度去考虑的，而PCB板的设计附了满足电路原理外，尚要对输入/输出的接线端子、电源等进行系统考虑。例如，图1-17是在PROTEUS ISIS环境绘制的电源稳压电路，在绘制PCB板之前，我们要对输入端口放上两个接口端子，在输出放上一个2位的接插件，图1-18是经过处理的电路图。

图1-17 在ISIS中绘制的5V稳压电源

图1-18 在ISIS中经处理后的5V稳压电源

2．封装制作

在完成原理图处理后，仍然不能进入PCB板的设计，因为有些元器件可能没有封装。元器件封装是实际的元器件在PCB电路板上的外形和引脚分布关系图，它描述的是元器件的外形和焊盘位置，因此外行和焊盘是元器件封装的两个最重要的要素。制作元器件的封装必须严格按实际元器件的尺寸和焊盘间距来制作。元件封装制作分四步：

 摆放焊盘  分配引脚编号  添加元器件丝印外框  保存封装符号

下面以发光二极管为例来说明分立元件的封装制作方法，以功放集成电路LM386为例来说明集成电路封装的制作方法。

1）分立元件封装制作方法

在电源设计示例中发光二极管D5没有对应的封装，需要手动建立，经测得D5的外形尺寸为Φ2mn，引脚数为2，相邻引脚间距为2mm。

摆放焊盘：步骤如下。

 选择Tools→Netlist to ARES选项，或单击ARES图标，进入PCB设计软件ARES界面。

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 在ARES窗口左侧的工具箱中选择Round through-hole pad placement图标，在窗口左侧

的列表框中列出了所有图形焊盘的内径和外径尺寸，选择C-40（圆形焊盘外径为40，内径为10），在编辑窗口中，水平放置两个焊盘，使焊盘中心间距为2mn。 分配引脚编号：步骤如下。

右击圆形焊盘，再单击弹出Edit Single Pin对话框，Number输入E，如图1-19所示。图中，Layers为层面；Style为焊盘尺寸；Relief为热风焊盘尺寸；Number为引脚编号；Lock Position为锁定位置。将图中的两个焊盘一个取名为A，另一个取名为K。值得注意的是，象发光二极管、电解电容等，跟普通的电阻不一样，引脚具有方向，在实际应用中，封装的焊盘与原理图连接要保

持一致。如果不一致就要在原理图编辑环境或ARES环境进行修改。 图1-19 焊盘属性对话框

添加元器件丝印外框：步骤如下。

 在ARES窗口左侧的2D Graphics工具箱中选择圆形图标，在左下角显示为TOP SILK。在编

辑环境绘Φ2mn的圆，焊盘位置完全符合实际元件的测量尺寸。

 选择图形工具箱的2D Graphics Symbols mode，在MARKERS列表框中选择ORI-GIN，在图中

点击A盘，确定封装原点。在左侧MARKERS列表框中选择REFERENCE，在丝印框中单击添保存封装符号：步骤如下。

 右击并拖动鼠标框住做好的封装，选择Library→Make Package菜单项，弹出Make

Package对话框，具体设置如图1-21所示。

图1-20 二极管封装

加REF，如图1-20是经放大的二极管封装图。

图

1-21 MAKE PACKAGE对话框

图中，New Package Name为新的封装名；Package Category为封装类别；Package Type为封装类型；Package Sub-Category为封装子类别；Package Description为封装描述；Advanced Mode（Edit Manually）为高级模式（手工编辑）；Save Package To Library为保存封装到指定库中。

 单击OK按钮，保存封装于USERPKG库中，然后选择File→Exit菜单项退出ARES编辑。 2）集成电路封装制作方法

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集成电路封装的制作与分立元件的封装制作基本相同，下面以音频功放集成电路LM386为例来说明。经查LM386的基本参数为：

外形尺寸:长（4.8～5.004）、宽(5.791～6.198)。 管脚分布:管脚均布,管脚间距为2.英寸。

引脚功能:1脚（GAIN）为增益设定、2（INPUT-）脚为输入、3（INPUT+）脚输入、4（GND）脚为地、5（OUTPUT）脚为输出、6（VCC）脚电源、7（BYPASS）脚旁路电容、8（GAIN）脚为电源。

为了制作方便，对外形尺寸进行修改为6*7，下面谈具体的制作过程。 摆放焊盘：摆放焊盘的步骤如下。

选择Tools→Netlist to ARES选项，或单击ARES图标，进入PCB设计软件ARES界面。 在ARES窗口左侧的工具箱中选择Square through-hole pad placement图标，在窗口左侧的列表框中列出了所有图形焊盘的内径和外径尺寸，选择S-70-30，摆放焊盘于原点处，如果在焊盘列表中没有适合的焊盘，用户可以点击表表栏上方的C按钮建立新的焊盘，也可以选中某一焊盘，然后再点列表栏上的E，修改焊盘参数。

在ARES窗口左侧的工具箱中选择Round through-hole pad placement图标，选择C-50-25，在编辑窗口中，按照元件尺寸放置焊盘。

分配引脚编号：右击焊盘，在弹出Edit Single Pin对话框的Number输入引脚名称（或编号）。

添加元器件丝印外框：在ARES窗口左侧的2D Graphics工具箱中选择方形

图标，在左下角显示为TOP SILK，按元件外形尺寸绘制丝印外框。 图1-22 LM386封装 选择图形工具箱的2D Graphics Markers mode，在MARKERS列表框中选择ORIGN，再单击元件的方形焊盘，确定封装原点。

在左侧MARKERS列表框中选择REFERENCE，在丝印框中单击添加REF。图1-22是集成电路LM386的封装。

保存封装符号：步骤如下。

 右击并拖动鼠标框住做好的封装，选择Library→Make Package菜单项，弹出Make

Package对话框，具体设置如图1-23所示。

图1-23 MAKE PACKAGE对话框

图中，New Package Name为新的封装名；Package Category为封装类别；Package Type为封

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装类型；Package Sub-Category为封装子类别；Package Description为封装描述；Advanced Mode（Edit Manually）为高级模式；Save Package To Library为保存封装到指定库中。

单击OK按钮，保存封装于USERPKG库中，然后选择File→Exit菜单项退出ARES编辑界面。 3．封装加载

在ISIS软件中添加元器件时大多数元器件已具有默认封装，而器件D5的封装还需要在原理图中指定,指定封装的步骤是：

点进行入电路板设计图标，将弹出图1-24所示的对话框。

图1-24 PACKAGE SELECTOR对话框

图中，Package为封装类型；Libraries为封装所在的库；Component为元器件参数；Abort为不指定封装；Skip为忽略指定某个元器件的封装。在Component一栏中，显示D5没有封装。在Libraries下面选用USEAPKG（自制元件封装），然后在封装类型Package中D5元件的封装LED3MM填在Component一栏的Package空白处，再点OK即可，如果还有其它元器件没有指明封装，可按上述方法加载元件封装。也可以在原理图中，在D5元件上点右键，选择编辑元件，弹出图1-25所示的对话框，在PCB Package中填上LED3MM（前面自制的封装）。

图1-25 直接加载元件封装

进入ARES环境，如果对元件封装没有加载，在进行元件布局后可对元件的封装进行加载。

1.4.3 元器件布局

布局分手工布局和自动布局两种，一般推荐使用自动布局加手动调整的方法进

在进行布局前必须画好板框，这个框是估算的，等元件布局完成后再进行修改。板框的绘制方法是：先在ARES左侧的2D graphics 工具绘图箱选择矩形图框，从窗口的左下角下拉列表框中选择Board Edge，在编辑栏的适当位置画一个矩形，如图1-26所示，板的尺寸为：80*45mm。

35

图1-26 电源PCB的外框

1．手工布局

在ARES环境，在左边的工具栏中选择元件，在元件栏中列出所有原理图所有元件和接插件，如图1-27所示，然后点某一元件，在预览窗口显示对应元件的封装，然后在编辑窗口预先绘制的方框中点击，该元件就加载到方框中，对每一个元件重复上述操作，然后再进行调整，最后对板框进行调整。

图1-27 手动布局

2．自动布局

选择TOOLS-AUTO PLACER菜单项，弹出AUTO PLACER对话框，如图1-28所示，现说明如下： Design RULES 设计规则

Placement Grid 布局的格点 Edge Boundary 元器件距板框的距离 Preferred DIL Rotion 元器件的方向

Horizontal 水平 Vertical 垂直 Options 选项

Push & Shove 推挤元器件 Swap Parts 交换元器件

Trial Placement Cost Weightings 尝试摆放的权值

Grouping 群组 Ratsnest Length 飞线长度 Ratsnest Crossing 飞线交叉 Congestion 密集度

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DIL Rotation 90 元器件旋转90度 DIL Rotarion 180 元器件旋转180度 Alignment 排列 Restore Defaults 恢复

设置上述的布局规则，从列表中选择所需的元器件，点OK开始自动布局。自动布局前可以先对一些特殊器件进行手动布局，然后再进行自动布局，自动布局后还要进行手动调整。

图1-28 AUTO PLACER 对话框

稳压电源先通过手动放置具有特殊要求的输入/输出接插件后，再进行自动布局，最后进行手动调整，得到如图1-29所示的元件布局效果。

图1-29 稳压电源元器件布局图

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1.4.4 PCB板布线

PCB板布线包括布线规则设置和布线（自动布线和手动调整）两个方面。 1．布线规则设置

布线规由的设置步骤如下：

（1）选择System→Set Strategies菜单项，弹出Edit Strategies对话框，如图1-30所示。 Strategy 策略，POWER层或SIGNAL。 Priority 优先级。

Trace Style Trace的样式。 Via Style 过孔的样式。 Neck Style Neck线的样式。

Pair1 层对1，顶层水平布线，底层垂直布线。 Vias 过孔。

Normal 一般过孔； Top Blind 顶层盲孔； Bottom Blind 底层盲孔； Buried 埋孔。 Tactics 策略。

Power 电源属性的层； Bus 总线； Signal 信号层； Corners 走线的拐角。

Optimize 最优化； Diagonal 斜线。

Design Rules 设计规则。 图1-30 布线规则设置

Pad-Pad Clearance 焊盘间距；

Pad-Trace Clearance 焊盘与Trace之间的间距； Trace-Trace Clearance Trace与Trace之间的间距； Graphics Clearance 图形间距； Edge/Slot Clearance 板边沿槽间距； Apply Defaults 应用默认值； Copy To All 复制到所有层。

（2） 在Strategy的下拉列表框中选择POWER，Trace Style的下拉列表框中选择T25，Via Style

的下拉列表框中选择DEFAULT。

（3）在Strategy的下拉列表框中选择SIGNAL，Trace Style的下拉列表框中选择选择V40。 （4）单击OK按钮，关闭Edit Strategies对话框。 2．手工布线

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（1） 选择View→Layers菜单项，弹出Displayed Layers对话框，选择Ratnest和Vectors，显示飞线和向量。

（2） 在ARES窗口左侧工具栏选择TRACK，在列表框中选择T8，然后在编辑栏中单击D5的一个焊盘，沿着飞线的方向画线到另一个元件的焊盘，如图1-31所示。

图1-31 手动布线

（3） 右击选中已布的线，该Trace会发亮，再右击弹出快捷菜单，快捷菜单中各项含义如下： Delete 删除Trace。 Copy 复制Trace。 Move 移动Trace。

 Trace Layer Trace所属层面。  Top Copper Trace在顶层。  Bottom Copper Trace在底层。 Trace Style Trace的宽度。 Via Style Via的大小。 3．自动布线

自动布线的步骤如下：

（1） 选择Tools→Auto Router菜单项，弹出Auto Router对话框，具体设置如图1-32所示。

图1-32 手动布线

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（2） 设置好以后单击OK按钮开始布线，图10-33是稳压电源的PCB板图。

在布线的过程中，状态栏即时显示当前动作。按下Esc键可停止自动布线。布线过程中也可能会遇到无法处理的连线冲突，这时系统将停止布线，并给出相应的错误报告，根据报告内容，重新调整元器件位置再自动布线或手工布线。

图1-33 稳压电源PCB板图

4．布线调整

布线调整分成两个方面，一方可通过ARES提供的整理线路（Tidy Pass）的功能，实现布线调整，另一方面通过手动调整来完成PCB板的修改，图1-34是通过调整的PCB板图。

图1-34 经调后的稳压电源PCB板图

1.4.5 规则检查

1．CRC检查

CRC检查是一种侧重电学错误的连通过则检查，主要是检查多余的、遗漏的连接等情况。操作

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方法是：选择Tools→Connectivity Checker菜单项，系统进行连接性检查，状态栏提示没有发现CRC错误。 2．DRC检查

DRC检查是一种侧重于物理错误设计规则检查，若有DRC错误，出错地方将用红圈和白线突出提示，在报告中双击某一错误时，在编辑区将放大出错位置。操作方法是：选择Tools→Design Rule Checker菜单项，进行DRC检查，弹出Design Rule Errors对话框，对出现问题的地方进行修改。

1.4.6 PCB板铺铜

选择Tools→Power Plance Generator菜单项，弹出Power Plane Generator对话框，如图1-35所示。Net下拉列表框中选择GND=POWER，Layer下拉列表框中选择Bottom Copper，Boundary下拉列表框中选择DEFAULT。单击OK按钮，顶层铺铜，如图10-39所示。再次选择Tools→Power Plance Generator菜单项，弹出Power Plane Generator对话框，Net选择GND=POWER，Layer下拉列表框中选择Bottom Copper，Boundary下拉列表框中选择T10，单击OK按钮，底层铺铜，如图10-40所示。

图1-35 Power Plane Generator

图1-36 经铺铜后的稳压电源PCB板图

1.4.7 PCB板预览

从ARES的OUTPUT菜单调用3D VISULIZATION，打开3D预览工具，得到图1-37所示的3D效果图。

图1-37 3D效果图

1.4.8 PCB板图打印

选择Output→CADCAM Output菜单项，弹出CADCAM（Gerber and Excellon）Output对话框，设置好需要输出的层，然后单击OK按钮，生成所选层的文件。

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第1章 PROTEUS电子设计软件............................................................................................................................ 1 1.1 PROTEUS电子设计软件 ............................................................................................................................ 1

1.1.1 PROTEUS简介 ..................................................................................................................................... 1 1.1.2 PROTEUS组成 ..................................................................................................................................... 1 1.1.3产品传统设计方法与PROTEUS设计比较 .......................................................................................... 1 1.1.4 PROTEUS应用 ..................................................................................................................................... 2 1.1.5 PROTEUS基本资源 ............................................................................................................................. 3 1.1.5 PROTEUS 基本操作与设置 ................................................................................................................ 6 1.2 基于PROTEUS的电路设计 .................................................................................................................... 10 1.2.1 设计流程 .......................................................................................................................................... 10 1.2.2 设计实例 .......................................................................................................................................... 10 1.2.3 元件创建 .......................................................................................................................................... 12 1.3 基于PROTEUS的电路仿真 .................................................................................................................... 24 1.3.1单片机应用系统交互式仿真............................................................................................................ 24 1.3.2基于图表的仿真 ............................................................................................................................... 26 1.3.3 PROTEUS软件与第三方软件联合调试 ............................................................................................ 28 1.4 基于PROTEUS的PCB板设计 ............................................................................................................... 30 1.4.1 ARES菜单和工具栏介绍 ................................................................................................................. 30 1.4.2 从原理图到ARES ............................................................................................................................. 32 1.4.3 元器件布局 ...................................................................................................................................... 35 1.4.4 PCB板布线 ....................................................................................................................................... 38 1.4.5 规则检查 .......................................................................................................................................... 40 1.4.6 PCB板铺铜 ....................................................................................................................................... 41 1.4.7 PCB板预览 ....................................................................................................................................... 41 1.4.8 PCB板图打印 ................................................................................................................................... 41

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