■朱其祥 吳國新 徐守東 劉從九

〔安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)，安徽蚌埠 233041〕

仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用推動了各行各業(yè)的快速發(fā)展，對電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來變革。Proteus仿真軟件為棉檢電子儀器從概念到設(shè)計(jì)完整的開發(fā)過程提供了最佳平臺，不僅能夠解決傳統(tǒng)資金短缺問題，而且可以提高開發(fā)效率、降低開發(fā)成本、提升開發(fā)速度，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 引言

隨著棉花質(zhì)量檢驗(yàn)體制改革的不斷深入，棉花儀器化檢驗(yàn)也在不斷地完善中，棉花質(zhì)量公證檢驗(yàn)也由人工感官檢驗(yàn)過渡為儀器化檢驗(yàn)，大幅度提高了檢驗(yàn)的公信力。新體制下的棉花儀器化檢驗(yàn)覆蓋率因檢驗(yàn)數(shù)量的遞增而逐年提高，這就需要大量快速、可靠、自動化程度高的棉花檢驗(yàn)儀器，其智能化和數(shù)字化技術(shù)是我國向全面儀器化檢驗(yàn)邁進(jìn)的關(guān)鍵，也是我國棉花檢驗(yàn)技術(shù)的必然發(fā)展方向。Proteus仿真軟件為棉檢電子儀器從概念到設(shè)計(jì)完整的開發(fā)過程提供了最佳平臺，不僅能夠解決傳統(tǒng)資金短缺問題，而且可以提高開發(fā)效率、降低開發(fā)成本、提升開發(fā)速度，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

2 Proteus仿真軟件簡介

Proteus是英國Labcenter electronics公司研發(fā)的EDA仿真軟件，是目前最先進(jìn)最完整的、使用最方便、仿真能力突出的設(shè)計(jì)仿真工具；是電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)交互仿真、PCB設(shè)計(jì)的最佳平臺。Proteus可以仿真模擬電路、數(shù)字電路，以及模擬/數(shù)字混合電路，具有PC調(diào)試器、SPI調(diào)試器、RS232動態(tài)仿真、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真，更具特色的是可以對微處理器及其外圍器件一起進(jìn)行仿真分析以及與第三方集成開發(fā)環(huán)境如KeilμVision、MPLAB IDE和IAR EWARM等實(shí)現(xiàn)無縫集成。它真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從原理圖（電路設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、單片機(jī)代碼級調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗(yàn)證）到形成PCB制板圖的完整仿真設(shè)計(jì)(虛擬樣機(jī))過程。

直觀、逼真、出色的仿真功能源于其豐富優(yōu)秀的仿真模型。Proteus有超過50000個(gè)元件模型，近5000個(gè)封裝模型，除了常用的電阻電容電感、二極管三極管、存儲器、點(diǎn)陣數(shù)碼顯示器外，獨(dú)特的微控制器模型如 ARM7、MSP、AVR、PIC、HCll、805x 使其在嵌入式系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，Proteus還提供了自建元器件模型的條件。除此之外，還提供了功能強(qiáng)大的虛擬實(shí)驗(yàn)室（有虛擬示波器、虛擬邏輯分析儀、各種虛擬信號源）以及可作精確測量與分析（例傅里葉分析、噪聲分析等）的高級圖表仿真（ASF）。所以，Proteus也是檢測、測試與分析的平臺。

正因如此，Proteus在電類教學(xué)、單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)、科研及測試技術(shù)中都獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用，正成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、改進(jìn)、升級的重要手段。Proteus在全世界擁有越來越多的使用者，例如：摩托羅拉、飛利浦、微芯、索尼、三洋、美的、格力等眾多企業(yè)用戶以及斯坦福、劍橋、香港理工、清華、中山、上海交通等數(shù)千所大學(xué)用戶，這也充分說明了Proteus軟件的強(qiáng)大功能和實(shí)用性。

3 虛擬樣機(jī)的Proteus仿真設(shè)計(jì)過程

傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)流程是先設(shè)計(jì)電路圖、購買元器件，然后制板、調(diào)試，最后進(jìn)行測試。這個(gè)過程一般需要反復(fù)多次進(jìn)行，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，若采用EDA技術(shù)，則在原理圖設(shè)計(jì)階段就可以進(jìn)行評估，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路是否達(dá)到要求的技術(shù)指標(biāo)，還可以通過改變元器件參數(shù)使整個(gè)電路的性能最優(yōu)化，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間與經(jīng)費(fèi)，提高了設(shè)計(jì)效果和質(zhì)量。

例如一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，可將它分為三大步：①硬件設(shè)計(jì)，包括原理圖設(shè)計(jì)、PCB電路板設(shè)計(jì)、制作與安裝或?qū)嵨飿悠分谱?；②軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試、匯編編譯等；③系統(tǒng)調(diào)試，即硬、軟件聯(lián)合調(diào)試。對小而簡單的單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品而言，電路設(shè)計(jì)約1天，等待PCB制版時(shí)間約2周，物理樣品制作時(shí)間約2天，軟件設(shè)計(jì)約1天，系統(tǒng)調(diào)試約1天，總共約3周時(shí)間。由于調(diào)試時(shí)必須在實(shí)物樣品中運(yùn)行，軟硬件的設(shè)計(jì)很難一次性達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，因此要不斷地對實(shí)物硬件和軟件進(jìn)行修正、調(diào)試，開發(fā)難度提高，這樣的設(shè)計(jì)過程非常費(fèi)時(shí)、繁雜，設(shè)計(jì)周期很長。

Proteus仿真技術(shù)促進(jìn)了單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的變革，也可將它分為三大步：①Proteus仿真設(shè)計(jì)。在計(jì)算機(jī)的Proteus平臺上進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)（實(shí)時(shí)、交互式、協(xié)同）仿真與調(diào)試，可以非常方便地在仿真系統(tǒng)中隨時(shí)進(jìn)行電路修改、程序修改，是一種過程與結(jié)果可視化的設(shè)計(jì)，邊仿真邊修改，直到設(shè)計(jì)目標(biāo)完成為止。這當(dāng)中沒有實(shí)物硬件不可靠帶來的干擾，也就沒有耗時(shí)、耗力、耗神地排錯(cuò)調(diào)試。另外還可用各種虛擬儀器對電路、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測試和分析，豐富的資料為電路完善提供了便捷之路，所以開發(fā)周期短、效率高、開銷少、質(zhì)量好。在設(shè)計(jì)目標(biāo)達(dá)到后才進(jìn)行實(shí)物制作，對于不太復(fù)雜的系統(tǒng)，基本是一次性地完成實(shí)物系統(tǒng)調(diào)試。②Proteus PCB電路板設(shè)計(jì)。仿真正確后可直接轉(zhuǎn)到Proteus ARES高級布線編輯軟件，ARES集成了自動器件放置和基于形狀的高效撤銷/重試自動布線器；也可手工布線，最后還提供PCB板的3D視圖，可縮放且正、反全方位轉(zhuǎn)動觀察控制板情況。③制版與物理樣品制作。系統(tǒng)可輸出通用的Gerber光繪文件，也可輸出ODB++格式的生產(chǎn)文件，將生產(chǎn)文件送到PCB制版廠進(jìn)行制版，經(jīng)安裝、調(diào)試直至產(chǎn)品成功。

4 結(jié)論

實(shí)踐證明：Proteus是電子產(chǎn)品靈活、快速、正確可靠的設(shè)計(jì)與仿真平臺，它明顯提高了設(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)品競爭力，是促進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)變革以及能夠帶來巨大效益的重要新技術(shù)。