1、第一章第一章 ProteusProteus快速入门快速入门 ProteusProteus软件的功能强大，它集电路设计、制软件的功能强大，它集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身，不仅能够对电工、版及仿真等多种功能于一身，不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析，还电子技术学科涉及的电路进行设计与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真，并且功能齐能够对微处理器进行设计和仿真，并且功能齐全，界面多彩，是近年来备受电子设计爱好者全，界面多彩，是近年来备受电子设计爱好者青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件。青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件。Proteus是一个基于是一个基于Pro-SPI
2、CE混合模型仿真器混合模型仿真器的、完整的嵌入式系统软硬件设计仿真平台。它的、完整的嵌入式系统软硬件设计仿真平台。它包含包含ISIS和和ARES应用软件。应用软件。ISIS-智能原理图输入系统，系统设计与仿智能原理图输入系统，系统设计与仿真的基本平台。真的基本平台。ARES-高级高级PCB布线编辑软件。布线编辑软件。在在Proteus中，从原理图设计、单片机编程、系中，从原理图设计、单片机编程、系统仿真到统仿真到PCB设计一气呵成，真正实现了从概念设计一气呵成，真正实现了从概念到产品的完整设计。到产品的完整设计。1.1 1.1 软件的安装与运行软件的安装与运行 我们使用我们使用ProteusP
3、roteus软件目前的版本为软件目前的版本为7.57.5，先按要求把软件装，先按要求把软件装到计算机上，安装结束后，在桌面到计算机上，安装结束后，在桌面“开始开始”程序菜单中，单击运程序菜单中，单击运行原理图行原理图(ISIS 7 Professional)(ISIS 7 Professional)设计界面。设计界面。图图1-1 ISIS 7 Professional1-1 ISIS 7 Professional在程序中的位置在程序中的位置图图1-2 ISIS 7 Professional1-2 ISIS 7 Professional运行时的界面运行时的界面1.2 Proteus ISIS1.
4、2 Proteus ISIS编辑环境编辑环境图图1-3 Proteus ISIS1-3 Proteus ISIS的编辑环境的编辑环境 为了方便介绍，将分别对窗口内各部分进行中文说明（见图为了方便介绍，将分别对窗口内各部分进行中文说明（见图1-31-3）。）。下面简单介绍各部分的功能：下面简单介绍各部分的功能：1 1原理图编辑窗口原理图编辑窗口（The Editing WindowThe Editing Window）：顾名思义，它是用）：顾名思义，它是用来绘制原理图的。蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。来绘制原理图的。蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。2 2预览窗口预览窗口（The
5、 Overview WindowThe Overview Window）：它可显示两个内容，一个）：它可显示两个内容，一个是，当你在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；是，当你在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是，当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到另一个是，当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），它会显示原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色的方框里面整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色的方框里面的内容就是
6、当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在它的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在它上面点击来改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。上面点击来改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。3 3模型选择工具栏模型选择工具栏（Mode Selector ToolbarMode Selector Toolbar）：）：主要模型（主要模型（Main ModesMain Modes）：）：1 1*选择元件（选择元件（componentscomponents）（默认选择的）（默认选择的）2 2*放置连接点放置连接点3 3*放置标签（用总线时会用到）放置标签（用总线时会用
7、到）4 4*放置文本放置文本5 5*用于绘制总线用于绘制总线6 6*用于放置子电路用于放置子电路7 7*用于即时编辑元件参数（先单击该图标再单击要修改的元件）用于即时编辑元件参数（先单击该图标再单击要修改的元件）配件（配件（GadgetsGadgets）：）：1 1*终端接口（终端接口（terminalsterminals）：有）：有VCCVCC、地、输出、输入等接口、地、输出、输入等接口2 2*器件引脚：用于绘制各种引脚器件引脚：用于绘制各种引脚3 3*仿真图表（仿真图表（graphgraph）：用于各种分析，如）：用于各种分析，如Noise Analysis Noise Analysis
8、4 4*录音机录音机5 5*信号发生器（信号发生器（generatorsgenerators）6 6*电压探针：使用仿真图表时要用到电压探针：使用仿真图表时要用到7 7*电流探针：使用仿真图表时要用到电流探针：使用仿真图表时要用到8 8*虚拟仪表：有示波器等虚拟仪表：有示波器等2D2D图形（图形（2D Graphics2D Graphics）：）：1 1*画各种直线画各种直线 2 2*画各种方框画各种方框 3 3*画各种圆画各种圆 4 4*画各种圆弧画各种圆弧 5 5*画各种多边形画各种多边形 6 6*画各种文本画各种文本 7 7*画符号画符号 8 8*画原点等画原点等4 4元件列表（元件列表
9、（The Object SelectorThe Object Selector）：）：用于挑选元件（用于挑选元件（componentscomponents）、终端接口（）、终端接口（terminalsterminals）、）、信号发生器（信号发生器（generatorsgenerators）、仿真图表（）、仿真图表（graphgraph）等。）等。举例，当你选择举例，当你选择“元件（元件（componentscomponents）”，单击单击“P”P”按钮会打开挑选按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元件后（单击了元件对话框，选择了一个元件后（单击了“OK”OK”后），后），该元件会在该元件会
10、在元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可。即可。5方向工具栏（Orientation Toolbar）：旋转角度只能是90的整数倍。完成水平翻转和垂直翻转。1*运行2*单步运行3*暂停4*停止旋转：翻转：6仿真工具栏使用方法：先右键单击元件，再点击（左击）相应的旋转图标。仿真控制按钮1.3 1.3 实例仿真实例仿真元件名类子类备注数量参数CAPACITORCapacitorsAnimited电容可动态显示电荷11000uFRESResistorsGeneric电阻21K，100LAMPOptoelectronicsL
11、amps灯泡，可现实灯丝烧断112vSW-SPDTSwitches and RelaysSwitches两位开关，可单击操作1BATTERYSimulator PrimitivesSources电池112V1.3.11.3.1一阶动态电路的设计与仿真一阶动态电路的设计与仿真本例中所要用到的元器件清单如表本例中所要用到的元器件清单如表1-11-1所示。所示。表表1-1 1-1 元器件清单元器件清单1 1*元件的拾取元件的拾取 在桌面上选择【开始】-【程序】-“Proteus 7 Professional”，单击蓝色图标“ISIS 7 Professional”打开应用程序。ISIS Profes
12、sional的编辑界面如图1-4所示。图图1-4 ISIS1-4 ISIS的编辑界面的编辑界面 用鼠标左键单击界面左侧预览窗口下的“P P”按钮，如图1-4所示，会弹出“Pick Device”(元件拾取)对话框，如图1-5所示。图图1-5 1-5 元件拾取对话框元件拾取对话框元件拾取共有两种方法：元件拾取共有两种方法：l 按类别查找和拾取元件按类别查找和拾取元件 按照表1-1中顺序依次选择元件。首先是充电电容CAPACITOR，在图1-5中打开的元件对话框中，在“Category”Category”类选中“Animated”(可动画演示)，查询结果元件列表中只有一个元件，即是要找到的元器件。
13、双击元件名，元件即被选入编辑界面的元件区中。拾取元件对话框共分为四部分，左侧从上到下分别为直接查找时的名称输入、分类查找时的大类列表、子类列表和生产厂家列表。中间为查到的元件列表。右侧自上而下分别为元件图形和元件封装。l 直接查找和拾取元件直接查找和拾取元件 把元件名的全程或部分输入到Pick DevicesPick Devices对户框中的“Keywords”栏，在中间的查找结果“Results”中显示所有电容元件列表，用鼠标拖动右边的滚动条，出现灰色标示的原件即为找到的匹配元件，双击即可选中，如图1-6所示。这种方法主要用于对元件名熟悉之后，为节约时间而直接查找。图图1-6 1-6 直接拾
14、取元件示意图直接拾取元件示意图 按照电容的拾取方法，依次把表1-1中五个元件拾取到编辑界面的对象选择器中，然后关闭元件拾取对话框。元件拾取后的界面如图1-7所示。图图1-7 1-7 元件拾取后的界面元件拾取后的界面 下面把各元件从对象选择器中放置到图形编辑区中。用鼠标单击对象选择区中的某一元件名，把鼠标指针移到图形编辑区，双击鼠标左键，元件即被放置到编辑区中。放置后的界面如图1-8所示。图图1-8 1-8 元件放置后的界面元件放置后的界面 按图1-9所示元件位置布好元件。使用界面左下方的四个图标或者选中元器件右击鼠标，弹出图标，来改变元件的方向及对称性。2 2*编辑窗口视野控制编辑窗口视野控制
15、3 3*元件位置的调整和参数的修改元件位置的调整和参数的修改 在编辑区的元件上单击鼠标左键选中元件(为红色)，在选中的元件上再次单击鼠标右键则删除该元件(或者直接双击右键也可删除该元件)，而在元件以外的区域内单击左键则取消选择。元件的误删除可通过撤销键找回。单个元件选中后，单击鼠标左键不松可以拖动该元件。群选使用鼠标左键拖出一个选择区域，使用图标图标来整体移动。使用图标可整体复制。当将元件位置布置后，此时可以先存一下盘。假如建立一个名为Proteus的目录，选则主菜单中File-Save Design As，在打开的对话框中把文件保存为Proteus目录下的“Cap1.DSN”,只用输入“Ca
16、p1”即可，扩展名系统自动添加。下面改变元件参数。（以电阻为例）下面改变元件参数。（以电阻为例）左键双击原理图编辑区中的电阻R1，弹出“Edit Components”（元件属性设置）对话框，把R1的Resistance(阻值)由10K改为1K，把R2的阻值由10K改为100欧。图图1-10 1-10 元件属性设置对话框元件属性设置对话框 修改完元器件参数后。边原理图编辑区中注意到每个元件旁边显示灰色的“”，为了使电路图清晰，可以取消此文字的显示。双击此文字，打开一个对话框，如图1-11所示。在改对话框中选择“Style”，先取消选择“Visible”右边的“Follow Global”选项，
17、再取消选择选项，单击“OK”即可。图图1-11“TEXT”1-11“TEXT”属性设置对话框属性设置对话框 此外，也可在元件调用前，直接选择主菜单中的【Template】-【Set Design Defaults.】打开画图模板设置选项。接着出现Edit Design Defaults(编辑模板设计)对话框，如图1-12所示。在“Show hidden text”选项中把对勾去掉，然后单击“OK”即可。则每个元件旁边不再显示灰色的“”。图图1-12 1-12 编辑模版设计对话框编辑模版设计对话框4 4*电路连线电路连线图图1-13 1-13 连接好的电路原理图连接好的电路原理图 5 5*电路的
18、动态仿真电路的动态仿真 首先在主菜单中【System】-【Set Animation Options】中设置仿真时电压及电流的颜色及方向。在随后打开的对话框中，选择“Show Wire Voltage by Colour”和“Show Wire Current with Arrows”两项，即选择导线以红、蓝两色来显示电压的高低，以箭头来表示电流的流向。单击仿真控制按钮中的运行按钮，开始仿真。图图1-14 1-14 电容充电过程电容充电过程图 1-14中，电容充完电后，接着单击开关，把电容与灯连通。会看到灯闪了一下。由于充电时间常数为1秒，放电时间常数小一些，瞬间放电，所以灯亮的时间很短。5
19、5*文件的保存文件的保存1.3.2 1.3.2 异步四位二进制计数器的设计及仿真异步四位二进制计数器的设计及仿真 选用4个JK触发器来构成一个异步时序逻辑电路，把它们的JK端全接高电平，前一级的输出作为后一级的时钟信号。1 1*元件的拾取元件的拾取 如果不知道所用元件的确切名字及所在的库，可用查询的方法在所有库里海选。选择主菜单【Library】-【Pick Device/Symbol】，或者直接单击左侧工具箱中图标后再单击“P”按钮，打开选择元器件的对话框。采用部分查找法，在所查找的元件名关键词中填写“JK”，所有的“JK”触发器元件都被找出。选中“JKFF(ACTIVE)”，单击“OK”。
20、按照表1-2所示，采用直接查询法，把所有元件都选择到编辑区的元件列表中。元件名含义所在库JKFF触发器ACTIVECLOCK时钟ACTIVE7SEG-BCD含译码驱动的数显DISPLAYLOGICPROBEBIG逻辑电平显示ACTIVE表表1-2 1-2 元件清单列表元件清单列表2 2*元件的连线元件的连线 先放置一个JK触发器。选中左侧电源和接地图标，单击“POWER”，一个箭头形状的标准数字直流电源(即高电平)出现在元件预览区，拖出后与触发器的JK端接上，如图1-15所示。因为四个触发器的JK端揭发都一样，故可采用“复制”。利用鼠标左键选中刚才所画的图形，选取上方的复制按钮，连续单击鼠标三
21、次，之后单击鼠标右键(结束复制)，得到如图1-16所示的图形。图1-15 与触发器的JK端连接图图1-16 1-16 复制后的四个触发器复制后的四个触发器时钟CLK端上。把该电路保存为“Counter.DSN”。接下来，把前一个触发器的输出端Q连接到下一个触发器的时钟CLK上。连接到第一个触发器的CLK输入端上，如图1-17所示。如果是下降沿触发，则把前一个触发器的Q端链接到下一个触发器图图1-17 1-17 连接好的异步四位二进制计数器连接好的异步四位二进制计数器3 3*电路的动态仿真电路的动态仿真 为了观察计数器计数的动态过程，可在每个触发器的输出端Q连接一个逻辑电平探测器，能够显示0和1
22、。把LOGICPROBE(BIG)元件拖到图形编辑区内，连续双击鼠标三次，得到四个逻辑探测器。分别接到每个JK触发器的输出端Q上。同时把七段数码显示拖到编辑区。数码管的最左端是高位，分别和各触发器的输出端Q相连，如图1-18所示。图图1-18 1-18 加上逻辑电平探测器和七段数码管后的电路加上逻辑电平探测器和七段数码管后的电路 按下仿真按钮，四个逻辑探测器组成的4位二进制数从0000-1111红色为高电平，蓝色为低电平。变化，而七段数码管则显示0-F。另外我们还可观察到每个器件的连线端都有红蓝两色小方块来显示该端的电平变化，如图1-19所示，十六进制计数器计到14，显示“E E”。图图1-1
23、9 1-19 连接好的异步四位二进制计数器连接好的异步四位二进制计数器1.4 Proteus1.4 Proteus与单片机相结合的调试与仿真与单片机相结合的调试与仿真 以上两个例子是基于电工电子技术的电路设计与仿真。其实，Proteus真正超群之处在于它对单片机电路的设计与仿真。它与单片机的程序设计软件Keil兼容，能够把Keil编译好的“*.Hex”文件置于入Proteus的单片机硬件中，从而实现软硬件一体的电路仿真。第三章第三章 Proteus的虚拟仿真工具的虚拟仿真工具3.1 3.1 激励源激励源图图3-1 3-1 各种激励源列表各种激励源列表激励源为电路提供输入信号。单击工具栏中即可出
24、现各种对应的激励源形式，如图3-1所示。按钮，3.1.1 3.1.1 直流信号发生器直流信号发生器(DC)(DC)1、直流信号发生器属性设置(1)在原理图编辑区中，用鼠标左键双击直流信号发生器符号，出现如图3-2所示的属性设置对话框。直流信号发生器用来产生模拟直流电压或电流。图图3-2 3-2 直流信号发生器属性对话框直流信号发生器属性对话框(2)默认为直流电压源，可以在右侧设置电压源的大小。(3)如果需要直流电流源，则在图3-2中选中左侧下面的“Current Source”，右侧自动出现电流值的标记，可根据需要填写。单击“OK”即可完成属性设置。3.1.2 3.1.2 正弦波信号发生器正弦
25、波信号发生器(SINE)(SINE)正弦波信号发生器用来产生固定频率的连续正弦波。1.编辑正弦波信号发生器(1)双击原理图中的正弦波信号发生器符号，出现其属性对话框，如图3-3所示。图图 3-3 3-3 正弦波信号发生器的属性设置正弦波信号发生器的属性设置补偿电压，即正弦波的振荡中心电平振幅，即半波峰值电压峰值有效值延时，指正弦波的相位占空比(2)“Generator Name”中输入正弦波信号发生器的名称，比如“SINE SOURCE 1”，在相应的项目中设置相应的值。(3)单击“OK”即可完成属性设置。脉冲发生器能产生各种周期的输入信号，如方波、锯齿波、三角波及单周期短脉冲。3.1.3 3
26、.1.3 脉冲发生器脉冲发生器(PULSE)(PULSE)1、编辑脉冲发生器 双击原理图中的脉冲发生器符号，出现脉冲发生器的属性设置对话框，如图3-4所示。图图3-4 3-4 脉冲发生器属性对话框脉冲发生器属性对话框初始(低)电压初始(高)电压起始时刻上升时间下降时间脉冲宽度脉冲占空比脉冲发生器的电流设置3.1.4 3.1.4 指数脉冲发生器指数脉冲发生器(EXP)(EXP)3.1.5 3.1.5 单频率调频波发生器单频率调频波发生器(SFFM)(SFFM)3.1.6 3.1.6 分段线性激励源分段线性激励源(PWLIN)(PWLIN)3.1.7 FILE3.1.7 FILE信号发生器信号发生
27、器(FILE)(FILE)3.1.9 3.1.9 音频信号发生器音频信号发生器(AUDIO)(AUDIO)3.1.8 3.1.8 数字单稳态逻辑电平发生器数字单稳态逻辑电平发生器(DSTATE)(DSTATE)指数脉冲发生器能产生指函数输入信号，其参数可以通过属性对话框来设置。3.1.10 3.1.10 数字单边沿信号发生器数字单边沿信号发生器(DEDGE)(DEDGE)数字单边沿信号为从高电平变为低电平的信号，或从低电平数字单边沿信号为从高电平变为低电平的信号，或从低电平变为高电平的信号。其属性对话框如图变为高电平的信号。其属性对话框如图3-53-5所示。所示。图图3-5 3-5 单边沿信号
28、发生器属性对话框单边沿信号发生器属性对话框信号的极性选择产生边沿的时刻3.1.11 3.1.11 单周期数字脉冲发生器单周期数字脉冲发生器(DPULSE)(DPULSE)1、编辑数字脉冲发生器(1)双击原理图中的数字脉冲发生器符号，出现数字脉冲发生器的属性设置对话框，如图3-6所示。图图 3-6 3-6 数字脉冲发生器属性对话框数字脉冲发生器属性对话框脉冲的极性脉冲时长3.1.12 3.1.12 数字时钟信号发生器数字时钟信号发生器(DCLOCK)(DCLOCK)图图3-7 3-7 数字时钟信号发生器属性对话框数字时钟信号发生器属性对话框时钟类型选择第一个时钟边沿出现的时刻，并设定该时钟的频率
29、或周期3.1.13 3.1.13 数字模式信号发生器数字模式信号发生器(DPATTERN)(DPATTERN)3.2 3.2 虚拟仪器虚拟仪器，列出所有的虚拟仪器名称，如图3-8所示。含义如表3-1所示。图图 3-8 3-8 虚拟仪器列表虚拟仪器列表 Proteus ISIS为用户提供了多种虚拟仪器，单击工具箱中的按钮名称含义OSCILLOSCOPE示波器LOGIC ANALYSER逻辑分析仪COUNTER TIMER计数/定时器VIRTUAL TERMINAL虚拟终端SPI DEBUGGERSPI调试器I2C DEBUGGERI2C调试器SIGNAL GERNERATOR信号发生器PATTE
30、RN GENERATOR模式发生器DC VOLTMETER直流电压表DC AMMETER直流电流表AC VOLTMETER交流电压表AC AMMETER交流电流表表表3-1 3-1 虚拟仪器含义表虚拟仪器含义表1、示波器的使用 虚拟示波器的原理图符号如图3-9所示。(1)示波器的四个接线端A、B、C、D应分别接四路输入符号，信号的另一端应接地。该虚拟的示波器能同时观察四路信号的波形。(2)按照图3-10接线。把1KHZ、1V的正弦激励信号加到示波器的A通道.3.2.1 3.2.1 示波器示波器图图3-9 3-9 虚拟示波虚拟示波器器图图 3-10 3-10 正弦信号与示波器的接法正弦信号与示波
31、器的接法(3)按仿真运行按钮开始仿真，出现图3-11所示的示波器运行的界面。可看到，左面的图形显示区有四条不同颜色的水平扫描线，其中A通道显示出了正弦波形。图图3-11 3-11 仿真运行后的示波器界面仿真运行后的示波器界面(4)示波器的操作区共分为以下六个部分。Channel A：A通道。Channel B：B通道。Channel C：C通道。Channel D：D通道。Trigger：触发。Horizontal：水平。四个通道区：每个区的操作功能一样。主要有两个旋钮，“Position”用来调整波形的垂直位移；下面的旋钮用来调整波形的Y轴增益，白色区域的刻度来表示图形每个对应的电压值。内旋
32、钮是微调，外旋钮是粗调。在图形区读波形的电压时，会把内旋钮顺时针调到最右端。触发区：其中“Level”用来调节水平坐标，水平坐标只在调节时才显示。“Auto”按钮一般为红色选中状态。“Cursors”光标按钮选中后，可以在图标区标注横坐标和纵坐标，从而读波形的电压和周期。水平区：“Position”用来调整波形的左右位移，下面的旋钮调整扫描频率。当读周期时，应把内环的微调旋钮顺时针旋转到底。3.2.2 3.2.2 逻辑分析仪逻辑分析仪 Proteus VSM提供的虚拟终端相当于键盘和屏幕的双重功能，免去了上位机系统的仿真模型，使用户在用到单片机与上位机之间的串行通信时，直接由虚拟终端经RS23
33、2模型与单片机之间异步发送或接收数据时，可以和实际的键盘关联，用户可以从键盘经虚拟终端输入数据；当接收到单片机发送来的数据后，虚拟终端相当于一个显示屏，会显示相应的信息。其原理图符号如图3-14所示。3.2.3 3.2.3 计数器计数器/定时器定时器3.2.4 3.2.4 虚拟终端虚拟终端图图3-14 3-14 虚拟终端的原理图符号虚拟终端的原理图符号 虚拟终端共有四个接线端，其中RXD为数据接收端，TXD为数据发送端，RTS为请求发送信号，CTS为清除传送，是对RTS的响应信号。在使用虚拟终端时，首先对其属性参数进行设置。双击元件，出现图3-15所示的虚拟终端属性的对话框。图图3-15 3-
34、15 虚拟终端属性设置的对话框虚拟终端属性设置的对话框Baud RateBaud Rate：波特率，范围为30057600b/s。Data BitsData Bits：传输的数据位数，7位或8位。ParityParity：奇偶校验位，包括奇校验、偶校验和无校验。Stop BitsStop Bits：停止位，具有0、1或2位停止位。Send XON/XOFFSend XON/XOFF：第9位发送允许/禁止。选择合适的参数后，单击“OK”按钮，关闭对话框。运行仿真，弹出如图3-16所示的虚拟终端仿真界面。用户可以从该界面中看到从单片机发送过来的数据，并能够通过键盘把数据输入该界面，然后发送给单片机
35、。图图3-16 3-16 虚拟终端仿真界面虚拟终端仿真界面3.2.5 SPI3.2.5 SPI调试器调试器 SPI(串行外设接口)总线系统是摩托罗拉公司提供的一种同步串行外设接口，允许MCU与各种外围设备以同步串行通信方式交互信息。3.6 I3.6 I2 2C C调试器调试器 I2C总线是Philips公司推出的芯片间的串行传输总线。他只需要两根线(串行时钟线SCL和串行数据线SDA)就能实现总线上各元器件的全双工同步数据传送，可以极为方便的构建系统和外围元器件扩展系统。3.7 3.7 信号发生器信号发生器 Proteus的虚拟信号发生器主要有以下功能：产生方波、锯齿波、三角波和正弦波；输出频
36、率范围为0-12MHz，8个可调范围；输出幅值为0-12v，4个可调范围；幅值和频率的调制输入和输出。信号发生器的原理图如图3-17所示。信号发生器有两大功能，一是输出非调制波，二是输出调制波。通常使用它的输出非调制波功能来产生正弦波、三角波和锯齿波，方波直接使用专用的脉冲发生器来产生比较方便，主要用于数字电路中。在用作非调制波发生器时，信号发生器的下面两个接头“AM”和“FM”悬空不接，右边两个接头“+”端接至电路的信号输入端，“”端接地。仿真运行后，出现图3-18所示的界面。图图3-17 3-17 信号发生器的原理图符号信号发生器的原理图符号图图3-18 3-18 信号发生器仿真运行后的界
37、面信号发生器仿真运行后的界面 图3-18中最右端的两个方形按钮，上面一个用来选择波形，下面一个选择信号电路的极性，即是双极性还是单极性的三级管电路，以和外电路匹配。最左边两个旋钮用来选择信号频率，左边是微调，右边是粗调。中间两个旋钮用来选择信号的幅值，左边是微调，右边是粗调。如果在运行过程中关闭掉信号发生器，则需要从主菜单【Debug】中选取最下面的【VSM Signal Generator】来重现。调制信号是从下面两个端子中一个输入，调制波从右面的“+”端输出。Proteus的虚拟信号发生器还具有调幅波和调频波输出功能。无论是那种调制，调制电压都不能超过12V，且输入阻抗要足够大，Prote
38、us VSM提供了四种电表，分别是AC Voltmeter(交流电压表)、AC Ammeter(交流电流表)、DC Voltmeter(直流电压表)和DC Ammeter(直流电流表)。1、四种电表的符号四种电表的原理图如图3-19所示。2、参数设置 双击任意电表的原理图符号，出现其属性设置的对话框，如图3-20所示是直流电流表的属性设置对话框。3.2.8 3.2.8 模式发生器模式发生器3.2.9 3.2.9 电压表和电流表电压表和电流表图图3-19 3-19 四种电表的原理图符号四种电表的原理图符号 在元件名称“Component Referer”项给该直流电流表命名为“AM1”，元件值“
39、Component Value”中不填。在显示范围“Display Range”中有四个选项，用来设置该直流电表是安培表(Amps)、毫安表(Milliamps)或是微安表(Microamps)，缺省是安培表。然后单击“OK”按钮即可完成设置。其他三个表的属性设置与此类似。图图3-20 3-20 直流电流表的属性设置对话框直流电流表的属性设置对话框第四章第四章 模拟电路实验与综合设计模拟电路实验与综合设计4.1 4.1 模拟电路常用器件与仪器模拟电路常用器件与仪器 模拟电路中常用的器件主要有三极管、二极管、电阻、电容、电感、变压器、直流电源、信号源、集成运放等。4.1.1 4.1.1 模拟电路
40、常用器件模拟电路常用器件(1)三极管 打开Proteus的元件拾取对话框，在类别“Category”中的“Transistors”子类就是三极管。(2)二极管 二极管的种类很多，包括整流桥、整流二极管、肖特基二极管、开关二极管、变容二极管和稳压二极管。打开Proteus的元件拾取对话框，选中“Category”中的“Diodes”，一般来说选取子类“Sub-category”中的“Generic”通用器件即可。(3)电阻 电阻的分类为“Resistors”，子类有0.6W和2W的金属膜电阻、3W、7W和10W绕线电阻、通用电阻、热敏电阻(NTC)、排阻(Resistors Packs)、可变电
41、阻(Variables)及家用高压系列加热电阻丝。常用电阻可直接输入通用电阻“RES”即可，然后再修改参数。这里我们主要介绍较常用的可变电阻。直接输入“POT”或“POT-”可找到四个或三个相关元件。l“POT”为一般的滑动变阻器，触头不能拉动，须选中后打开元件属性对话框，修改“STATE”来改变触头的位置，“STATE”的初始值为5，触头位于中间，改为10后，出头位于最上，如图4-1所示。由于调整不方便，一般不使用此元件，而使用下面的几个滑动变阻器。图图4-1 4-1 滑动变阻器元件属性对话框滑动变阻器元件属性对话框l“POT-HG”滑动变阻器的好处是可以直接用鼠标来改变触头位置，精确度和调
42、整的最小单位为阻值的1%，比如一个1K的电阻，精确到10欧，而一个100K的电阻只能精确到1K，所以，当电阻较大时，考虑把它分成两部分串联，一部分为较大阻值的固定电阻，另一部分为较小阻值的滑动电阻，这样较科学。l“POT-LIN”和“POT-LOG”滑动变阻器和“POT-HG”一样可以通过鼠标来改变触头位置，但精确度和调整的最小单位均为阻值的10%。(4)电容 模拟电路中常用的电容为极性电容，即电解电容。实际上无极性电容和电解电容在使用时没什么区别，只不过当电容值较大时，一般在1uF以上时，要做成电解电容。放大电路中的耦合电容一般为10-100uF，为电解电容，但必须注意的是电解电容的正极性端
43、得直流电位一定要高于负极性端才能正常工作，否则会出现以外的现象。常用的无极性电容的名称为“CAP”，极性电容“CAP-ELEC”，还有一个可动画演示充放电电荷的电容为“CAPACITOR”。(5)电感和变压器 电感和变压器同属电感“Inductor”这一分类，只不过在子类中，又分为通用电感、表面安装技术(SMT)电感和变压器。一般来说，使用电感时直接选择“INDUCTOR”元件，使用变压器时，要看原、副边的抽头数而定。打开元件拾取对话框，选取“Inductors”大类下的子类“Transformers”，如图4-2所示，即可显示出所有可选变压器元件。常用的是前面四种，名称前缀为“TRAN-”。
44、下面以变压器“TRAN-1P2S”为例来说明它的含义。“TRAN”是变压器的英文缩写，“P”是原边“PRIMARY”的意思，“S”是副边“SECONDORY”的意思。而后面三个变压器都是饱和变压器，意思是具有副边和偏置线圈的饱和电压。图图 4-2 4-2 变压器的选取对话框变压器的选取对话框 原、副边绕组的位置就颠倒了，使用时要注意，尤其是原边和副边变压器在使用时，由于对称按钮可能处于选中状态，绕组数目相同的变压器，这涉及到原、副边的匝比是升压或降压变压器的问题。211222LUnLU1:1 变压器的匝比是通过改变原、副边的电感值来实现的。打开“TRAN-2P2S”变压器的元件属性对话框，如图
45、4-3所示，原边和副边的电感值都是1H，即变比n为10:1n。如果想使它成为的降压变压器，可以改变原边电感，也可以改变副边电感，还可以两者同时改变，但要保证，即原、副边电压比值等于原边电感与副边电感的平方比。改变原、副边的电感值分别为100H和1H(也可以为1H和0.01H)，即原副边电压比为10:1，此变压器为降变压器，如图4-4所示。图图4-3 4-3 变压器属性对话框变压器属性对话框图图4-4 4-4 修改变压器之比修改变压器之比 变压器变比设定后，在原边加一个交流源“ALTERNATOR”，使它为幅值100v，频率为50Hz，同时在原边加一个交流电压表，在副边也加一个交流电压表，运行仿
46、真，如图4-5所示。可观察知，显示原边电压有效值为70.7V，副边电压有效值为7.07V，变压比为10:1图图4-5 4-5 变压器变比仿真变压器变比仿真(6)交、直流电源 直流电源通常有单电池“CELL”和电池组“BATTERY”两种，可任意改变其值。单相交流电源为“ALTERNATOR”，可改变其幅值(半波峰值)和频率。(7)集成运放 打开元件拾取对话框，选择“Operational Amplifier”分类，显示子类有“Dual”、“Deal”、“Octal”、“Quad”、“Single”、“Triple”，分别为双运放（即一个集成芯片内包含两个相同运放）、理想运放、八运放、四运放、单
47、运放和三运放。我们一般常用的是通用的理想运算放大器，可直接选择子类“Deal”中的“OPIP”。如果知道集成运放的名称，也可直接查询。4.1.2 4.1.2 模拟电路仿真中的常用仪器模拟电路仿真中的常用仪器 模拟电路中常用的仿真仪器主要有交流电压表、交流电流表、直流电压表、直流电流表、信号发生器、示波器和扬声器。4.2 4.2 模拟电子技术常用电路的设计模拟电子技术常用电路的设计 利用Proteus来设计综合模拟电路非常方便，它含有丰富的元件库及仿真仪器，能够节约时间和元件成本，缩短设计周期，调试方便，并且设计的一次成功率高。4.2.1 4.2.1 集成运放电路集成运放电路 集成运算放大器是一
48、种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活的实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。0()udUAUU1.理想运算放大器线性应用时的两个重要特性：(1)输出电压U0与输入电压之间满足关系式：0UudA 0UU由于开环电压增益，而为有限值，因此，。即UU，称为“虚短”。ir (2)由于输入电阻，故流进运算放大器两个输入端的电流可视为零，称为“虚断”。01FiRUUR（1）反相比例运算电路 电路如图4-6所示。对于理想运放，该电路的输出电压与。2.基本运算电路输入电压之间的关
49、系为21/FRRR为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端接入平衡电阻图图4-6 4-6 反相比例运算电路反相比例运算电路(2)反相加法电路 电路如图4-7所示，输出电压与输入电压之间的关系为：图图4-7 4-7 反相加法运算电路反相加法运算电路01231212()/FFiiFRRUUURRRRRR（3）同相比例运算电路 图4-8是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为0211(1)/FiFRUURRRR1R2FRR当时，U0=Ui，即得到图4-9所示的电压跟随器。图中FRFR，用以减小漂移和起保护作用。一般取10K,太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。图图4-8 4
50、-8 同相比例运算电路同相比例运算电路图图4-9 4-9 电压跟随器电压跟随器（4）差动放大电路(减法器)对于图4-10所示的减法运算电路，当123,FRR RR时，有如下关系式：0211()FiiRUUUR101222(1)()FiiRRUUURR 345,FRRR RR(5)三运放差动电路 对于图4-11所示的三运放差动电路，当时，有如下关系式：图图4-10 4-10 减法运算电路减法运算电路图图4-11 4-11 三运放差动电路三运放差动电路要求：1)画出电路原理图；4.3 4.3 运放电路的设计运放电路的设计(1)设计一个同相加法电路，实现运算关系：12ossvvv。2)给出计算公式，
