仿真技術(shù)是信息時(shí)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要技術(shù),。對(duì)電子產(chǎn)品而言，Proteus是目前功能最強(qiáng)的仿真技術(shù),。四年來(lái),，我們?cè)趪?guó)內(nèi)率先致力于Proteus仿真技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用研究。以它為新手段成功為數(shù)家企業(yè)研發(fā)了“LED電子顯示屏”,、“純水機(jī)控制板”,、“微電腦防盜報(bào)警器”、“紅外熱釋電感應(yīng)器”等電子產(chǎn)品,。實(shí)現(xiàn)了電子產(chǎn)品從虛擬樣機(jī)到物理樣機(jī)（實(shí)際產(chǎn)品）的新型設(shè)計(jì)方法與過(guò)程,。并在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了Proteus、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE,、上位計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件間的聯(lián)合仿真和調(diào)試,。實(shí)踐證明：Proteus仿真技術(shù)明顯提高了設(shè)計(jì)效率、縮短了設(shè)計(jì)周期,、節(jié)約了設(shè)計(jì)成本,、提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，是促進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)變革的重要新技術(shù),。
1 電子產(chǎn)品的Proteus仿真技術(shù)
    Proteus是英國(guó)Labcenter公司研發(fā)的EDA,，是目前最先進(jìn)的電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)交互仿真、PCB設(shè)計(jì)的平臺(tái),。它真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從原理圖與電路設(shè)計(jì),、電路分析與仿真、單片機(jī)代碼級(jí)調(diào)試與仿真,、系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn)證到形成PCB制板圖的完整仿真設(shè)計(jì)(虛擬樣機(jī))過(guò)程,。Proteus有超過(guò)5萬(wàn)個(gè)元件模型，近5 000個(gè)封裝模型,；特別是有51,、PIC、AVR,、68,、ARM7等系列單片機(jī)（嵌入式系統(tǒng)）的仿真模型，并提供了功能強(qiáng)大的虛擬實(shí)驗(yàn)室（虛擬示波器、虛擬邏輯分析儀,、虛擬信號(hào)源等）和高級(jí)圖表仿真（ASF）[1,，2]。Proteus還提供了自建元器件模型的條件[4-6],。
    Proteus擁有Motorola,、Philips、Microchip,、索尼,、三洋、美的,、格力等眾多企業(yè)用戶,；擁有斯坦福（Stanford）、劍橋（Cambridge）,、香港理工,、清華、上海交通等數(shù)千所大學(xué)用戶[3],。
    本文以LED電子顯示屏為例論述基于Proteus仿真技術(shù)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)變革,。
2 “LED電子顯示屏”系統(tǒng)方框圖與Proteus仿真設(shè)計(jì)過(guò)程
2．1 “LED電子顯示屏”系統(tǒng)功能方框圖
    如圖1所示，系統(tǒng)功能包括6部分,。上部分為顯示部分,，是安裝在國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)慈溪邁思特電子科技有限公司大廳中的產(chǎn)品照片；有靜止和左移顯示功能,。單片機(jī)控制部分為其核心,。PC機(jī)字符輸出系統(tǒng)和串口電路完成對(duì)屏顯內(nèi)容的更新。“人體紅外線熱釋電感應(yīng)器”實(shí)現(xiàn)屏前有行人則顯,，無(wú)行人則停顯功能,。本文主要討論電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)控制,、LED顯示和通信輸字等部分的仿真設(shè)計(jì)。

2．2 Proteus仿真設(shè)計(jì)過(guò)程
    圖2表示了電子產(chǎn)品系統(tǒng)的Proteus仿真設(shè)計(jì)過(guò)程,，共分為6步,。前4步都在計(jì)算機(jī)PROTEUS設(shè)計(jì)平臺(tái)上進(jìn)行。若“虛擬樣機(jī)仿真,、聯(lián)合調(diào)試和性能測(cè)試”的結(jié)果未達(dá)目標(biāo),，則可返回再仿真設(shè)計(jì)。滿意后,，點(diǎn)擊Proteus工具欄中按鈕   (高級(jí)布線編輯系統(tǒng))進(jìn)入PCB板設(shè)計(jì),；PCB板3D仿真符合要求后，送PCB制板廠制板，再安裝成物理樣機(jī),。

3 Proteus ISIS電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì),、編譯（匯編）
    啟動(dòng)Proteus ISIS，先在ISIS編輯區(qū)進(jìn)行電路設(shè)計(jì),，如圖3所示,。設(shè)計(jì)電路后點(diǎn)擊“電氣檢測(cè)鈕”對(duì)電路進(jìn)行電氣檢測(cè)。電路設(shè)計(jì)無(wú)誤后,，可直接在Proteus中進(jìn)行單片機(jī)的程序設(shè)計(jì),。Proteus提供了在ISIS窗口中編寫(xiě)源程序、匯編生成目標(biāo)代碼文件的匯編器（ASEM51）,，也可使用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE(例Keil,、MPLAB)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。圖3右側(cè)表示了Proteus程序設(shè)計(jì)情況,。在“源程序編輯區(qū)”中設(shè)計(jì)電子屏程序后,，點(diǎn)擊“匯編命令”可生成目標(biāo)代碼文件。然后雙擊單片機(jī),，打開(kāi)其屬性欄,，設(shè)置晶振頻率，并將目標(biāo)代碼文件加載于單片機(jī)中,。點(diǎn)擊“仿真按鈕”,，則進(jìn)行仿真，仿真片段如圖4所示,。

    ISIS界面與其操作詳看參考文獻(xiàn)[1],、[6]。
4 虛擬樣機(jī)的Proteus仿真,、聯(lián)合調(diào)試和性能測(cè)試
4．1 虛擬樣機(jī)的Proteus聯(lián)合仿真
    通過(guò)Proteus設(shè)計(jì)的電路,、程序加上由計(jì)算機(jī)VB語(yǔ)言設(shè)計(jì)的LED電子屏輸字系統(tǒng)等構(gòu)成“電子屏”系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)。電子屏輸字系統(tǒng)可由另一臺(tái)計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）通過(guò)串行接口與進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)連接以實(shí)現(xiàn)仿真聯(lián)合調(diào)試,；而應(yīng)用虛擬串口已在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了仿真和聯(lián)合調(diào)試,。這給調(diào)試帶來(lái)了極大的方便。一臺(tái)計(jì)算機(jī)加一個(gè)人便可高效,、高質(zhì),、高速進(jìn)行有上位計(jì)算機(jī)參與的仿真設(shè)計(jì)。圖4即為在同臺(tái)筆記本電腦上實(shí)現(xiàn)仿真中聯(lián)合調(diào)試的情況,。圖4下中方為筆記本電腦聯(lián)合仿真和調(diào)試時(shí)的實(shí)物照片,。這里，虛擬樣機(jī)的仿真和聯(lián)合調(diào)試包括單片機(jī)源代碼級(jí)仿真調(diào)試(左上方)和與上位計(jì)算機(jī)電子屏輸字系統(tǒng)的仿真通信調(diào)試（左下方和右下方）,。
4．2 仿真過(guò)程中的聯(lián)合調(diào)試
    在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)打開(kāi)電子屏仿真設(shè)計(jì)與VB輸字系統(tǒng),。點(diǎn)擊    啟動(dòng)Proteus仿真，則看到電路運(yùn)行狀態(tài)、顯示狀態(tài),。若啟動(dòng)VB輸字系統(tǒng),，則可進(jìn)行VB“發(fā)送”和單片機(jī)“接收”的通信仿真。圖4表示仿真中顯示“仿真”兩字,，稍后左移顯示,，如此循環(huán)。點(diǎn)擊    則進(jìn)入調(diào)試狀態(tài),，如圖4所示,。可進(jìn)行全速,、單步,、過(guò)程單步及設(shè)置斷點(diǎn)的運(yùn)行并進(jìn)行代碼級(jí)調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中不僅可觀察各存儲(chǔ)器,、寄存器單元情況,，還可看到系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的電平狀態(tài)（以顏色方塊表示：紅為高電平、藍(lán)為低電平）和顯示結(jié)果,。這正是Proteus動(dòng)態(tài)交互式實(shí)時(shí)仿真的突出之處,。當(dāng)輸字系統(tǒng)與單片機(jī)通信時(shí)，也可在VB代碼窗口進(jìn)行逐語(yǔ)句,、逐過(guò)程測(cè)試,，也可設(shè)置斷點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試，并可在電子屏仿真設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器窗口中觀察輸入數(shù)據(jù)的正確性,，用以判斷VB程序的正確性,。即進(jìn)行VB輸字系統(tǒng)與電子屏仿真設(shè)計(jì)的聯(lián)合調(diào)試。因電路及兩種程序代碼都可根據(jù)調(diào)試情況進(jìn)行修改及重新編譯(匯編),，元件及其參數(shù)也可隨時(shí)修改，且能在仿真中看到元件,、連接點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài),、過(guò)程和極為接近實(shí)際的結(jié)果，所以設(shè)計(jì)周期短,、效率高,、開(kāi)銷(xiāo)少、質(zhì)量好,，并能激發(fā)設(shè)計(jì)者創(chuàng)新的熱情。
4．3 仿真過(guò)程中的測(cè)試
    Proteus有功能很強(qiáng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室,，包括眾多的虛擬儀器,、電源、信號(hào)源、探頭等,，還有可作精密測(cè)量,、分析的高級(jí)圖表仿真（ASF）。這些都為仿真設(shè)計(jì)（電路,、程序）的正確性及物理樣機(jī)的質(zhì)量提供了保障,。例如用高級(jí)圖表進(jìn)行時(shí)序掃描、分析,，這對(duì)電子屏的正確,、優(yōu)質(zhì)工作非常重要。將電壓探針連接到需要測(cè)量的掃描行引線上,，并拖入ASF中即可[1-2],。圖5左邊對(duì)LINE0～LINE15行掃描線加上探針，右邊是對(duì)應(yīng)的16條行掃描的ASF時(shí)序圖表,。用ASF提供的光標(biāo)可測(cè)得掃描正脈沖寬度均為1.02 ms,，脈沖間均有0.05 ms寬的消影低電平。符合設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo),，不會(huì)產(chǎn)生串顯及不穩(wěn)定現(xiàn)象,。仿真結(jié)果和實(shí)際產(chǎn)品都證實(shí)了此結(jié)果。若時(shí)序不對(duì),，則可根據(jù)圖表仿真指導(dǎo)對(duì)程序,、電路等進(jìn)行修改調(diào)試。

5 PCB板的Proteus設(shè)計(jì)及3D仿真
    仿真調(diào)試正確后可直接點(diǎn)擊ISIS工具欄中按鈕進(jìn)入Proteus ARES,，進(jìn)行電路板PCB設(shè)計(jì),。ARES集成了自動(dòng)布局和基于形狀的高效撤銷(xiāo)/重試自動(dòng)布線器，也可手工布線,。它還提供PCB設(shè)計(jì)板的3D仿真視圖,，可縮放或正、反全方位轉(zhuǎn)動(dòng)觀察,，使得在制板前便可預(yù)覽PCB板的情況,，若有不滿意之處，則可實(shí)時(shí)修改,，從而減少時(shí)間,、人力、資金的浪費(fèi),。圖6上方為Proteus設(shè)計(jì)的單片機(jī)控制部分雙面PCB圖,，中部為其PCB 3D仿真視圖。

6 物理樣機(jī)（實(shí)際產(chǎn)品）制作
    可直接將PCB板圖文件送PCB制板廠制板,，并安裝成單片機(jī)控制部分的物理樣機(jī)（控制板）,。圖6下方為安裝成功的實(shí)物控制板照片,。從圖6看出它與PCB 3D仿真視圖一一對(duì)應(yīng)。該板已用于電子屏實(shí)際產(chǎn)品中,。圖1上方即是該電子屏實(shí)際運(yùn)行的照片,。

參考文獻(xiàn)
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[2] 張靖武，周靈彬.單片機(jī)原理,、應(yīng)用與Proteus仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社,，2008，8(注：2010.1第三次印刷).
[3] 匡載華,，鄧小鵬.電子類(lèi)學(xué)科專(zhuān)業(yè)Proteus實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,，2009(1).
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