《電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)講座》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)講座（69頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建〔電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)講座〕,主講人：李 進(jìn),,單 位：青島科技大學(xué),,前 言,在電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)中，所遇到的最大困難是動手能力的培訓(xùn)。,,雖然有各種實(shí)驗(yàn)板、實(shí)驗(yàn)箱，但都不能滿足千變?nèi)f化的設(shè)計(jì)要求。而且也不能滿足學(xué)生的要求。,,如何能使設(shè)計(jì)的方案盡快、盡量省錢的看到結(jié)果，是我們一直追求的目標(biāo)。,,為此，我們構(gòu)建虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，隨時(shí)隨地都可以方便的進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)。,,Proteus 軟件介紹,Proteus 嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺是由英國 Labce

2、nter 公司開發(fā)〔授權(quán)我國風(fēng)標(biāo)公司為中國大陸的總代理〕，是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺。,PROTEUS,可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和,PCB,設(shè)計(jì)等全部功能。,,PROTEUS,,軟件包已有近,20,年的使用歷史，在全球擁有龐大的企業(yè)用戶群，是目前惟一能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真、調(diào)試與測試的,EDA,工具，真正實(shí)現(xiàn)了在沒有目標(biāo)原形時(shí)就可對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、測試與驗(yàn)證。,PROTEUS,,軟件包大大提高了企業(yè)的開發(fā)效率，降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。,,由于 PROTEUS 軟件包逼真、真實(shí)的協(xié)同仿真功能，得到了包括

3、劍橋在內(nèi)的眾多大學(xué)用戶，作為電子學(xué)或嵌入式系統(tǒng)的課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和水平考試平臺。,,,Labcenter 公司為支持大學(xué)進(jìn)行電子系統(tǒng)的教學(xué)，特別推出了大學(xué)優(yōu)惠方案，充分降低教育機(jī)構(gòu)使用PROTEUS軟件包用于組建實(shí)驗(yàn)室或培訓(xùn)室的門檻。,,內(nèi)容提要,PROTEUS,簡介,,PROTEUS ISIS,,原理圖輸入,,電路仿真與分析,,人性化測量方法,,高級電路設(shè)計(jì)與仿真,,微處理器系統(tǒng)仿真,,微處理器系統(tǒng)仿真概述,,微處理器系統(tǒng)仿真與分析,,第三方工具的應(yīng)用,,PROTEUS,與,Keil,整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室,,PROTEUS,綜合應(yīng)用,,PROTEUS 構(gòu)成,Proteus 是一個(gè)完整的嵌

4、入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)仿真平臺。,,,ISIS為功能強(qiáng)大的原理布線工具。,,ARES PCB設(shè)計(jì)為一PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)。,,布線/編輯,,ARES,處理器,,仿真模型,,VSM,高級圖形,,分析模塊,動態(tài),,器件庫,混合模型,,仿真器,原理圖輸入,,系統(tǒng)ISIS,PROTEUS,,ISIS 智能原理圖輸入流程,,設(shè)置編輯環(huán)境：用戶可自定義,,圖形外觀，包括線寬、填充類,,型、字符等。,,原理圖連線：點(diǎn)擊元件引腳或,,者先前連好的線，就能實(shí)現(xiàn)連,,線；也可使用自動連線工具連,,線；,,建立網(wǎng)絡(luò)表：網(wǎng)絡(luò)表是電路板,,與電路原理圖之間的紐帶。建,,立的網(wǎng)表用于,PCB,制板。,,報(bào)表輸出：材料報(bào)表、,ER

5、C,報(bào),,表等。,開始,新建設(shè)計(jì)文檔,設(shè)置編輯環(huán)境,放置元器件,原理圖連線,建立網(wǎng)絡(luò)表,電氣規(guī)則檢查,存盤、報(bào)表輸出,結(jié)束,調(diào)整,是否合格,N,Y,,741放大器電路,,PTOTEUS VS仿真與分析,PROTEUS VSM中的整個(gè)電路分析是在ISIS原理圖設(shè)計(jì)模塊下延續(xù)下來的，原理圖中包含：,,直接布置在線路上的探針；,,電路鼓勵；,,虛擬儀器；,,曲線圖表。——詳細(xì)內(nèi)容,,任何時(shí)候都能通過按下運(yùn)行按鈕或空格對電路進(jìn)行仿真。,,PROTEUS VSM有兩種截然不同的仿真方式：交互式仿真和基于圖表的仿真。,,交互式仿真檢驗(yàn)用戶所設(shè)計(jì)的電路是否能正常工作——交互式仿真圖,,基于圖表的仿真用來研究

6、電路的工作狀態(tài)和進(jìn)行細(xì)節(jié)的測量——基于圖表的仿真,,PROTEUS VSM中的人性化測量,,探針,電壓探針〔Voltage probes〕 -即可在模擬仿真中使用，也可在數(shù)字仿真中使用。在模擬電路中記錄真實(shí)的電壓值，而在數(shù)字電路中，記錄邏輯電平及其強(qiáng)度。,,電流探針〔Current probes〕 - 僅可在模擬電路中使用，并可顯示電流方向。,,探針既可用于基于圖表的仿真，也可用于交互式仿真中,,鼓勵源,DC：直流電壓源；,,Sine：幅值、頻率、相位可控的正弦波發(fā)生器。,,Pulse：幅值、周期和上升/下降沿時(shí)間可控的模擬脈沖發(fā)生器。,,Exp：指數(shù)脈沖發(fā)生器。,,SFFM：單頻率調(diào)頻波信號

7、發(fā)生器。,,Pwlin：任意分段線性脈沖、信號發(fā)生器。,,File：File信號發(fā)生器。數(shù)據(jù)來源于ASCII文件。,,Audio：音頻信號發(fā)生器。,,DState：穩(wěn)態(tài)邏輯電平發(fā)生器。,,DEdge：單邊沿信號發(fā)生器。,,DPulse：單周期數(shù)字脈沖發(fā)生器。,,DClock：數(shù)字時(shí)鐘信號發(fā)生器。,,DPattern：模式信號發(fā)生器。,,模擬脈沖鼓勵源,用于為仿真分析產(chǎn)生各種周期輸入信號，包括方波、鋸齒波、三角涉及單周期短脈沖。,模擬脈沖,,信號輸出,,指數(shù)脈沖鼓勵源,產(chǎn)生與RC充電/放電電路相同的脈沖波。,,指數(shù),,信號輸出,,單頻率調(diào)頻波鼓勵源,調(diào)頻波,,信號輸出,,Pwlin信號鼓勵源,任

8、意分段線性脈沖、信號發(fā)生器,。,Pwlin,,信號輸出,,File信號鼓勵源,發(fā)生器的數(shù)據(jù)來源于ASCII文件。,,.BAK文件,,信號輸出,,音頻信號鼓勵源,使用Windows WAV 文件作為輸入文件。結(jié)合音頻分析圖表，可以聽到電路對音頻信號處理后的聲音。,,音頻信號,,輸出,,單周期數(shù)字脈沖鼓勵源,數(shù)字脈沖,,信號輸出,,數(shù)字時(shí)鐘信號鼓勵源,數(shù)字時(shí)鐘,,信號輸出,,數(shù)字模式信號鼓勵源,數(shù)字模式,,信號輸出,,虛擬儀器,虛擬示波器(OSCILLOSCOPE),,邏輯分析儀(LOGIC ANALYSER),,定時(shí)計(jì)數(shù)器(COUNTER TIMER),,虛擬終端(VIRUAL TERMIN

9、AL),,SPI調(diào)試器(SPI DEBUGGER),,I2C調(diào)試器(I2C DEBUGGER),,信號發(fā)生器(SIGNAL GENERATOR),,模式發(fā)生器(PATTERN GENERATOR),,電壓表和電流表〔AC/DC voltmeters/ammeters〕,,模式發(fā)生器,,模式發(fā)生器,,編碼信號,調(diào)試端口輸出,,模式信號,,虛擬終端,,模式發(fā)生器,,編碼信號,虛擬終端輸出模式信號,,信號發(fā)生器〔調(diào)幅〕,信號源名稱,補(bǔ)償電壓(V),幅值(V),頻率(Hz),時(shí)延(°),（A）,0,1,1K,0,正弦信號,,參數(shù),,調(diào)幅信號,,輸出,信號發(fā)生器,,參數(shù)設(shè)置,,曲線圖表,模擬圖表〔ANA

10、LOGUE〕,,數(shù)字圖表 (DIGITAL),,混合分析圖表 (MIXED),,頻率分析圖表 (FREQUENCY),,轉(zhuǎn)移特性分析圖表 (TRANSFER),,噪聲分析圖表 (NOISE),,失真分析圖表 (DISTORTION),,傅立葉分析圖表 (FOURIER),,音頻分析圖表 (AUDIO),,交互分析圖表 (INTERACTIVE),,一致性分析圖表 (CONFORMANCE),,直流掃描分析圖表 (DC SWEEP),,交流掃描分析圖表 (AC SWEEP),,基于轉(zhuǎn)移特性分析圖表的電路分析,,,數(shù)字分析圖表:用于繪制邏輯電平值隨時(shí)間變化的曲線，圖表中的波形代表單一數(shù)據(jù)位或總線的

11、二進(jìn)制電平值 .,,,混合分析圖表:可以在同一圖表中同時(shí)顯示模擬和數(shù)字信號的波形.,,,直流掃描分析:可以觀察電路元件參數(shù)值在用戶定義范圍內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，對電路工作狀態(tài)〔電壓或電流〕的影響〔如觀察電阻值、晶體管放大倍數(shù)、電路工作溫度等參數(shù)變化對電路工作狀態(tài)的影響〕。,,也可以通過掃描鼓勵元件參數(shù)值實(shí)現(xiàn)直流傳輸特性的測量。,,,交流掃描分析可以建立一組反映元件在參數(shù)值發(fā)生線性變化時(shí)的頻率特性曲線。主要用來觀測相關(guān)元件參數(shù)值發(fā)生變化時(shí)對電路頻率特性的影響。,,交互式仿真〔741放大電路〕,交互式電路仿真是電路分析的一個(gè)最重要的局部。輸入原理圖后，通過在期望的觀測點(diǎn)放置電流/電壓探針，或虛擬儀器，點(diǎn)擊

12、運(yùn)行按鈕，即可觀測到電路的實(shí)時(shí)輸出。,,基于圖表的電路仿真與分析〔741放大電路〕,頻率分析：用于繪制小信號電壓增益或電,,流增益隨頻率變化的曲線，即繪制波特圖。,,可描繪電路的幅頻特性和相頻特性。,,模擬分析:用于繪制一條或多條電壓或電流,,隨時(shí)間變化的曲線。,,基于圖表的電路仿真與分析〔741放大電路〕,失真分析用于確定由測試電路所引起的電平,,失真的程度，失真分析圖表用于顯示隨頻率,,變化的二次和三次諧波失真電平。,,噪聲分析：顯示隨時(shí)間變化的輸入、輸出噪,,聲電壓；可產(chǎn)生單個(gè)元件的噪聲電壓清單。,,,人性化測量方法,利用不同顏色電路連線顯示相應(yīng)電壓,,利用箭頭顯示電流方向,探針實(shí)時(shí)顯示

13、,,電壓/電流值,暫停時(shí)，使用Virtual Instruments,,按鈕，可顯示元件參數(shù)信息,,,高級電路設(shè)計(jì)——子電路及模塊電路,在電路設(shè)計(jì)中，建立子電路，或模塊電路均可實(shí)現(xiàn)電路的層次化。,,特殊元件通過電路圖表表示為模塊。能夠任意設(shè)定層次，將模塊像標(biāo)準(zhǔn)元件或可設(shè)置或切除的界面斷口所在的特殊子電路塊一樣繪制出來。,子電路,模塊電路,,子電路F1電路原理圖,,模塊電路VCO1電路原理圖,子電路或模塊電路均通過端口名稱與主電路連接,,PROTEUS微處理器系統(tǒng)仿真,在基于微處理器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，即使沒有物理原型，Proteus VSM也能夠進(jìn)行軟件開發(fā)。,,模型庫中包含LCD顯示、鍵盤、按鈕、

14、開關(guān)等通用外圍設(shè)備。同時(shí)，提供的CPU模型有ARM7、PIC、Atmel AVR、Motorola HCXX以及8051/8052系列。,,單片機(jī)系統(tǒng)的仿真是PROTEUS VSM的一大特色。同時(shí)，本仿真系統(tǒng)將源代碼的編輯和編譯整合到同一設(shè)計(jì)環(huán)境中，這樣使得用戶可以在設(shè)計(jì)中直接編輯代碼，并可容易的查看到用戶對源程序修改后對仿真結(jié)果的影響。,,VSM甚至能仿真多個(gè)CPU，它能便利處理兩個(gè)或以上微控制器的聯(lián)結(jié)與設(shè)計(jì)。,,微處理器系統(tǒng)仿真與分析——原理圖輸入,ISIS支持總線結(jié)構(gòu),Proteus VSM能把微處理器和連接該微,,處理器的任何模擬和數(shù)字器件協(xié)同仿真,,微處理器系統(tǒng)仿真與分析——建立源代

15、碼文件,選擇代碼生成工具,建立新的源代碼文件,定義新的源代碼文件名稱,,微處理器系統(tǒng)仿真與分析——源代碼文件與單片機(jī)的鏈接,源代碼編輯,源代碼編譯、鏈接,使用.HEX文件實(shí)現(xiàn)源,,程序與單片機(jī)的鏈接,,微處理器系統(tǒng)仿真與分析——交互式仿真,實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)輸出結(jié)果,實(shí)時(shí)顯示元器件,,引腳電平,,微處理器系統(tǒng)仿真與分析——彈出式窗口,源代碼窗口：提供了四種程序執(zhí)行命令按鈕,,程序調(diào)試斷點(diǎn),處理器程序計(jì)數(shù)器的當(dāng)前位置,,內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器窗口,SFR存儲器窗口,CPU存放器窗口,觀測窗口,,第三方工具的應(yīng)用,第三方代碼生成工具 :,,Proteus許多共享匯編軟件,,或編譯器可從系統(tǒng)CD上安,,裝到Pro

16、teus TOOLS目錄下，,,并且會被自動作為Proteus的,,代碼生成工具。,,第三方源代碼編輯器 :PROTEUS VSM 提供了一個(gè)簡明的源代碼文本編輯器SRCEDIT ,用戶還可使用第三方源代碼編輯器，如UltraEdit 。,,第三方IDE ：用戶可使用第三方IDE，如IAR‘s Embedded Workbench、 Keil’s uVision 2、Microchip‘s MP-LAB和Atmel’s AVR studio開發(fā)源代碼，并進(jìn)行編輯，生成可執(zhí)行文件〔如HEX或COD文件〕后切換到Proteus VSM ，然后進(jìn)行仿真。,,PROTEUS,與,Keil,整合構(gòu)建單片

17、機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室,PROTEUS特點(diǎn)：,,Proteus軟件提供了數(shù)千種元器件和多達(dá)30多個(gè)元件庫。,,在Proteus軟件中，理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。,,除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還可以以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示線路上變化的信號。,,虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，可減少儀器對測量結(jié)果的影響。,,Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。,,Keil 特點(diǎn)：,全功能的源代碼編輯器；,,器件庫用來配置開發(fā)工具設(shè)置；,,工程管理器用來創(chuàng)立和維護(hù)用戶的工程；,,集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應(yīng)用；,,所有開發(fā)

18、工具的設(shè)置都是對話框形式的；,,真正的源代碼級的對CPU和外圍器件的調(diào)試器；,,高級GDI〔AGDI〕接口用來在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試以及和Monitor-51進(jìn)行通信；,,PROTEUS與Keil聯(lián)調(diào),Keil處于運(yùn)行狀態(tài),PROTEUS同時(shí),,進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài),,PROTEUS綜合應(yīng)用1——基于AT89C52的模糊控制算法的溫控儀設(shè)計(jì),采用Pt100溫度傳感器，測溫范圍0--100℃；,,系統(tǒng)可設(shè)定溫度值；,,設(shè)定溫度值與測量溫度值可實(shí)時(shí)顯示；,,控溫精度：±0.5℃。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖：,設(shè)定輸入,單片機(jī),LED顯示,控制輸出,雙向可,,控硅,繼電器,控制,,對象,風(fēng)扇,信號調(diào),,理電路,A

19、/D采集,,電路,加熱絲,傳感器,,鉑電阻測溫調(diào)理電路,,,A/D接口電路,,,顯示電路,,控制電路,,,,系統(tǒng)總圖,,仿真結(jié)果,,輸出控制信號占空比,設(shè)定溫度為55℃、實(shí)際溫度為54℃時(shí)，系統(tǒng)輸出的功率信號,,,,,,,設(shè)定溫度為55℃、實(shí)際溫度為53℃時(shí)，系統(tǒng)輸出的功率信號,,輸出控制信號占空比,設(shè)定溫度為55℃、實(shí)際溫度為40℃時(shí)，系統(tǒng)輸出的功率信號,,,PROTEUS綜合應(yīng)用2——,基于AT90S8515的頻率測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì),,HS1101組成的頻率發(fā)生電路；,,AT90S8515頻率測量；,,采用串行通信方式，將頻率值傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。,,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：,HS1101,,頻率發(fā)生,,電路,AVR,,單,,片,,機(jī),MAX232,,電平轉(zhuǎn)電路,計(jì),,算,,機(jī),RS232,,HS1101構(gòu)建的頻率發(fā)生電路,,HS1101構(gòu)建的頻率發(fā)生,,電路的輸出結(jié)果圖,,測頻電路總圖,,系統(tǒng)仿真結(jié)果圖,,其它方面的應(yīng)用,,在教學(xué)中的應(yīng)用,,在學(xué)生課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,,在科研中的應(yīng)用,,詳細(xì)內(nèi)容參見:,,?基于PROTEUS的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真?,,----北航出版社,,2006年4月下旬正式出版,,參考書,,參考書,,以上內(nèi)容有不當(dāng)之處，敬請各位同仁指正！青島科技大學(xué) 李進(jìn)2021年7月18日,,,