創(chuàng)建Proteus原理圖仿真模型的制作技術(shù)

　　Proteus是英國(guó)Labcenter electronics公司研發(fā)的EDA工具軟件。Proteus不僅是模擬電路、數(shù)字電路、模／數(shù)混合電路的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)；更是目前世界上最先進(jìn)的多種型號(hào)微控制器(單片機(jī))應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。Proteus提供了眾多的信號(hào)源，使用者還可構(gòu)建信號(hào)；提供了數(shù)字示波器、邏輯分析儀、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器等十幾種虛擬儀器；提供了可作精確測(cè)量與分析(例傅里葉分析、噪聲分析等)的Proteus高級(jí)圖表仿真(ASF)。所以，Proteus也是檢測(cè)、測(cè)試與分析的平臺(tái)。正因如此，Proteus在電類(lèi)教學(xué)、單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)、科研及測(cè)試技術(shù)中都獲得了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。Proteus在全世界擁有越來(lái)越多的使用者。例如：Motorola、Philips、Sony等企業(yè)；Cambridge University(劍橋大學(xué))、Stanford University(斯坦福大學(xué))、香港理工大學(xué)、中山大學(xué)等高等院校。

　　Proteus元器件仿真模型庫(kù)是應(yīng)用Proteus設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、交互、動(dòng)態(tài)仿真的基礎(chǔ)。Proteus有6 000多個(gè)各種類(lèi)型的仿真模型。一般可將他們分為4類(lèi)：原型模型(Primitive Models)；原理圖模型(Schematic Models)；VSM模型(VSM Models)；SPICE模型(SPICE Models)。

　　雖然Proteus仿真模型庫(kù)相當(dāng)豐富，但仍有不能滿(mǎn)足應(yīng)用的情況。這就需要自己創(chuàng)建模型來(lái)豐富Proteus庫(kù)。本文以創(chuàng)建6位D／A轉(zhuǎn)換器和TTL7458原理圖模型實(shí)例論述創(chuàng)建原理圖仿真模型方法，存庫(kù)與調(diào)用方法。如圖1所示。

1 Proteus創(chuàng)建模型流程

　　創(chuàng)建原理圖模型同創(chuàng)建其他模型大致相同，其流程也大致一樣。如圖1所示。在創(chuàng)建模型中，若無(wú)需設(shè)計(jì)元器件封裝，則可跳過(guò)與設(shè)計(jì)封裝有關(guān)的步驟；若無(wú)需設(shè)計(jì)模型內(nèi)電路，則可跳過(guò)與內(nèi)電路有關(guān)的步驟。

2 創(chuàng)建6位數(shù)／模轉(zhuǎn)換器(本文命名DA6，原Proteus庫(kù)中無(wú)此模型)

2.1 繪制原理圖符號(hào)

　　在Proteus ISIS中選擇2D工具繪制DA6的原理圖符號(hào)，如圖2所示。并進(jìn)行引腳編輯，引腳屬性設(shè)置，如表1所示。圖3表示了編輯引腳對(duì)話(huà)框。

2.2 DA6器件制作(Make Device)

　　選中整個(gè)DA6原理圖符號(hào)，啟動(dòng)Make Device命令，彈出如圖4所示的對(duì)話(huà)框，按該圖所示設(shè)置相應(yīng)屬性。器件名稱(chēng)為DA6、前綴也為DA6。按NEXT鍵直到出現(xiàn)元器件屬性及定義(Component Properties & Definitions)對(duì)話(huà)框。新建VHI屬性，按圖5所示設(shè)置各相關(guān)項(xiàng)。再按NEXT鍵，直到出現(xiàn)對(duì)話(huà)框“Indexing and Library Selec-tion”，選擇元器件分類(lèi)及存放庫(kù)，單擊OK鍵完成MakeDevice。此時(shí)新的元器件模型原理圖符號(hào)就存入指定的庫(kù)并出現(xiàn)在對(duì)象列表框中。



2.3 DA6仿真模型內(nèi)電路設(shè)計(jì)
　
　　經(jīng)以上步驟創(chuàng)建的模型只是個(gè)模型外殼，還沒(méi)有仿真功能。其仿真功能主要由內(nèi)電路完成。將新建的模型DA6放入ISIS編輯區(qū)，打開(kāi)其屬性編輯框，選中“Attachhierarchy model”，如圖6所示。按OK鍵后再按鍵盤(pán)Pgdn鍵，則自動(dòng)創(chuàng)建并進(jìn)入內(nèi)電路設(shè)計(jì)頁(yè)。接著在內(nèi)電路頁(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)電路。從Proteus庫(kù)中選取，他是Analogue Primitive，設(shè)計(jì)好如圖7所示的內(nèi)電路。并設(shè)置內(nèi)電路中所有DAC原型的屬性VHI=<VHI>。

2.4 生成模型文件，并設(shè)置Modfile屬性

　　在內(nèi)電路頁(yè)操作菜單，Tools→Model Compiler，創(chuàng)建模型文件。選擇路徑并取名(本例為DA6_in.mdf)存盤(pán)。詳細(xì)情況見(jiàn)參考文獻(xiàn)。

　　返回主頁(yè)，選中新建元器件DA6，再次啟動(dòng)Make Device命令，進(jìn)入“Component Properties&Definitions”。如圖8所示。按照?qǐng)D8，進(jìn)行設(shè)置Modfile屬性操作。再按NEXT鍵直到出現(xiàn)“Indexing and Library Selection”菜單。如圖9所示。設(shè)置分類(lèi)和所在的庫(kù)。本例分類(lèi)為DataConverters，存到USERDVC庫(kù)中。單擊OK則結(jié)束原理圖模型的創(chuàng)建。

　　若在ISIS中單擊按扭P，在Keywords欄中填入模型名DA6，則創(chuàng)建的模型被挑選出來(lái)。如圖10所示。從圖10中右上角可看到模型DA6為原理圖模型。圖中間標(biāo)明他所在的庫(kù)是USERDVC(用戶(hù)庫(kù))。

2.5 驗(yàn)證模型DA6

　　驗(yàn)證模型DA6分4步。

　　(1)設(shè)計(jì)驗(yàn)證電路：在Proteus ISIS中設(shè)計(jì)如圖11上左方所示的電路，其中有創(chuàng)建的仿真模型DA6和單片機(jī)AT89C2051。并將DA6的輸出口Vout接上Proteus提供的虛擬示波器通道A上。

　　(2)設(shè)計(jì)D／A轉(zhuǎn)換控制程序：在Proteus ISIS中設(shè)計(jì)如圖11右上方所示的程序，并進(jìn)行匯編調(diào)試生成目標(biāo)代碼文件。該程序是經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換后形成鋸齒波的程序。

　　(3)將目標(biāo)代碼文件加載到單片機(jī)AT89C2051中。

　　(4)啟動(dòng)仿真。則在虛擬示波器上看到由創(chuàng)建模型DA6轉(zhuǎn)換的模擬鋸齒波(圖11的下方)。證明創(chuàng)建模型正確，并成為用戶(hù)庫(kù)中的一員。

　　從圖11還可看出：Proteus統(tǒng)一完成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)和仿真。

3 創(chuàng)建7458仿真模型(原庫(kù)中無(wú)此模型)

　　7458是2輸入和3輸入與或門(mén)。現(xiàn)創(chuàng)建此原理圖模型。創(chuàng)建此模型的思路和步驟基本與創(chuàng)建DA6相同。也經(jīng)過(guò)繪制原理圖符號(hào)、器件制作、仿真模型內(nèi)電路設(shè)計(jì)、生成模型文件、驗(yàn)證電路和模型仿真測(cè)試等過(guò)程。這里只將結(jié)果展示。圖12為7458仿真模型的內(nèi)電路。圖13為從用戶(hù)庫(kù)中調(diào)用創(chuàng)建的7458仿真模型。圖14為驗(yàn)證電路和仿真片段。其中使用了Proteus提供的邏輯狀態(tài)輸入開(kāi)關(guān)和邏輯狀態(tài)輸出探頭。前者可通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯狀態(tài)(0，1)的選擇。仿真結(jié)果證實(shí)所創(chuàng)建模型的邏輯功能與實(shí)際7458的功能表(見(jiàn)表2)一致。

　　最后特別指出：原理圖仿真模型是由仿真原型(primi-tives)搭建的仿真模型。

4 結(jié) 語(yǔ)

　　在實(shí)踐中創(chuàng)建了原庫(kù)中沒(méi)有的DA6和TTL7458原理圖模型，并將模型存入用戶(hù)庫(kù)中。在Proteus ISIS環(huán)境下用戶(hù)可從用戶(hù)庫(kù)中將他們調(diào)入驗(yàn)證電路中進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真。仿真結(jié)果證明：所建原理圖仿真模型和建模方法都是正確的。