李國(guó)萍

（廊坊師范學(xué)院，河北廊坊，065000）

基于Proteus的電子電路設(shè)計(jì)探究

李國(guó)萍

（廊坊師范學(xué)院，河北廊坊，065000）

電子電路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，就包括電路功能實(shí)驗(yàn)調(diào)試，在具體設(shè)計(jì)中為了達(dá)到簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)進(jìn)程及縮短電路設(shè)計(jì)周期的目的，文章在設(shè)計(jì)分析典型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，四路彩燈（數(shù)字電視）和數(shù)顯直流穩(wěn)壓電源時(shí)，使用了Proteus軟件。進(jìn)行分析設(shè)計(jì)之后得出，將Proteus運(yùn)用在電子工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的電子電路設(shè)計(jì)，能夠達(dá)到省時(shí)省力省財(cái)目標(biāo)的同時(shí)，還能夠達(dá)到降低設(shè)計(jì)成本和提高設(shè)計(jì)效率的最終目標(biāo)。

Proteus；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（模擬電路）；四路彩燈

一般按照一定規(guī)則和方法設(shè)計(jì)出符合使用要求的電路，就是電子電路設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)一個(gè)具有使用價(jià)值的電子電路，需要考慮到很多方面，比如設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要哪些元器件，這些元器件的性能，參數(shù)與價(jià)格，功耗等等。在具體設(shè)計(jì)過程中，不僅要求電路的組裝調(diào)試的理論設(shè)計(jì)要較為完善，還要求電路焊接以后，能夠調(diào)試成功。然而以往基于設(shè)計(jì)理論缺陷或焊接原因，不僅導(dǎo)致電路調(diào)試過程中的耗材耗時(shí)，而且調(diào)試過程效率不高還較為復(fù)雜。但是隨著科技的發(fā)展，在電子電路設(shè)計(jì)與分析中采用EDA軟件，已經(jīng)成為現(xiàn)代電子技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。而且Proteus是一款功能強(qiáng)大的電路原理圖設(shè)計(jì)及PCB設(shè)計(jì)的軟件，受到了越來越廣泛的關(guān)注。

1 Proteus軟件概述

基于Proteus的軟件，主要由兩個(gè)模塊組成，即ISIS和ARES。該軟件提供了大量的分析工具，虛擬儀器表，儀表，激勵(lì)源等，這種軟件使電路的設(shè)計(jì)，從原理圖設(shè)計(jì)，嵌入式系統(tǒng)仿真，再到PCB設(shè)計(jì)的過程，成為一個(gè)整體，從某種意義上實(shí)現(xiàn)了，在同一個(gè)軟件體系內(nèi)，概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。具體特點(diǎn)包括以下內(nèi)容：

它具有強(qiáng)大的編輯環(huán)境功能，其界面友好和操作容易?；赑roteus軟件的電路設(shè)計(jì)，是在Proteus ISIS環(huán)境中繪制，這是因?yàn)镻roteus ISIS提供的人機(jī)交互界面友好，再者該軟件具有大量的信號(hào)測(cè)試儀器和儀表及豐富的元件庫，借助該軟件的這些功能，能夠方便快捷的查找，放置和替換元器件，還能實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)的編輯仿真和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)電路的多圖紙和層次化設(shè)計(jì)。

圖1

Proteus軟件的ARES軟件，包含有豐富的封裝庫，它不但可以支持多個(gè)機(jī)械層，銅箔層，阻焊層等等，還具有原理圖自動(dòng)回注功能和強(qiáng)大的線路編輯功能。

下圖為Proteus輔助電子電路設(shè)計(jì)的流程圖，在設(shè)計(jì)中，需要注意設(shè)計(jì)原理，因此原理性在總方案框圖中得以體現(xiàn)，并且其的組成是1個(gè)或多個(gè)單元電路。單元電路的結(jié)構(gòu)、電路內(nèi)部分立元器件和參數(shù)等內(nèi)容，在單元電路設(shè)計(jì)時(shí)都要去慎重考慮和選擇的。在電路的測(cè)試和調(diào)試中，要用到Proteus虛擬儀表儀器，主要先從局部測(cè)試，然后向整體開始測(cè)試。最后，確定總電路以后，可以依據(jù)羅列出的元器件，對(duì)電路進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)。

2 Proteus在電子電路設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

電子電路按照其所處理的不同，一般可分為兩種，即為數(shù)字電路和模擬電路。文章基于Proteus軟件，設(shè)計(jì)分析模擬電鍍，數(shù)字電路及模數(shù)混合電路中的典型實(shí)例。

2.1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)分析

一般在進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)時(shí)，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在其中不可缺少。文章的設(shè)計(jì)要求是，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的方波，正弦信號(hào)波和三角波，而且振蕩頻率要在10Hz~1KHz的范圍內(nèi)。在設(shè)計(jì)中，要注意方波和三角波的輸出幅度，應(yīng)控制在±6V和±4V為宜，另外注意誤差要小于±20%，而對(duì)于正弦波來說，它的Vp-p＞1V，另外要控制方波的上升沿和下降沿的時(shí)間，不應(yīng)超過10ms。

2.2 四路彩燈的設(shè)計(jì)分析

目前的四路彩燈，在數(shù)字電路中，是時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一個(gè)典型代表，四路彩燈的設(shè)計(jì)，具體是要求四個(gè)彩燈實(shí)現(xiàn)依次點(diǎn)亮，依次熄滅，和同時(shí)亮滅一次。文章對(duì)其核心器件的選取，采用的是四位雙向移動(dòng)寄存器74LS194，其組成的實(shí)現(xiàn)如圖2所示：

圖2

圖3

74LS194的功能如圖3所示：因此在具體設(shè)計(jì)中，可將其左移和右移功能，分別與四路彩燈的第一過程和第二過程對(duì)應(yīng)，此外，還要通過給74LS194的D0—D3接以1Hz的方波信號(hào)，與四路彩燈的最后一個(gè)過程相對(duì)應(yīng)。

①時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)

時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于，實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘和工作方式控制信號(hào)。前面說到的四路彩燈的三個(gè)過程，一共需要時(shí)間12秒。此時(shí)，如果時(shí)鐘CLK，選擇的方波信號(hào)周期為1秒，對(duì)于前兩個(gè)4秒，現(xiàn)在只要能確保74LS194實(shí)現(xiàn)左右移功能，即可實(shí)現(xiàn)；對(duì)于四路彩燈的最后4秒要在每個(gè)CLK的上升沿，同時(shí)控制74LS194的Q0-Q3，都是被置于高電平的狀態(tài)，這是與其相對(duì)應(yīng)的LED燈，不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。基于此，最后一個(gè)過程要想完整實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要將最后4秒的CLK變?yōu)橹芷跒?.5s的方波信號(hào)，如圖4中的上方所示：

圖4 .CLK脈沖波形與1Hz方波波形

此外，觀察下圖，下圖為四路彩燈電路示意圖。在圖5中，可產(chǎn)生2Hz的方波信號(hào)的是555定時(shí)器，如果其方波信號(hào)經(jīng)過D觸發(fā)器分頻后，就可得到1Hz的方波信號(hào)。此外，因?yàn)?55定時(shí)器組成的多諧振蕩器輸出波形的周期如公式所示：

T ≈ 0.7（R1 + 2R2) C2

計(jì)算出占空比為：

q = R1 + R2 / R1+ 2R2

②顯示模塊設(shè)計(jì)

如四路彩燈電路示意圖所示，其顯示模塊是由74LS194和四只LED-RED共同組合而成，接著在74LS194的相應(yīng)管腳中分別接入CLK/S1/S0信號(hào)，然后啟動(dòng)仿真模擬，在對(duì)其仿真結(jié)果觀察時(shí)，與四路彩燈電路示意圖的反正結(jié)果相一致。

2.3 數(shù)顯直流穩(wěn)壓電源分析

由于負(fù)載需要高質(zhì)量和穩(wěn)定的直流電壓，就需要一個(gè)電子設(shè)備進(jìn)行完成，而直流穩(wěn)壓電源正好能夠滿足負(fù)載的需求。直流穩(wěn)壓電源要經(jīng)過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓、數(shù)顯過程，才能夠把220伏的電轉(zhuǎn)化為直流電，以滿足電子設(shè)備的需要。下圖6為數(shù)顯直流穩(wěn)壓電源組成圖。以某設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源為例子，其組成由相關(guān)外圍器件，三端集成穩(wěn)壓器和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其具有保護(hù)作用和數(shù)碼顯示功能。其可以進(jìn)行高準(zhǔn)確度的監(jiān)測(cè)，而且輸出的12伏直流電壓較為穩(wěn)定。

①降壓模塊分析

變壓器作為最重要的器件，其最簡(jiǎn)單的包括兩組線圈，也包括多組線圈，電子設(shè)備所需要的電壓，是經(jīng)過降壓電路把高電壓轉(zhuǎn)換為所需電壓。由于上文例子的設(shè)計(jì)，輸出的是12伏直流電

壓，輸入的是220伏的電壓，所以本設(shè)計(jì)使用了普通線圈變壓器，匝數(shù)比是N1：N2=220：12。具體看圖7，從圖中能夠看出變電器成功的進(jìn)行了降壓。圖7（a）為普通線圈變壓器。

②整流電路分析

整流有兩部分區(qū)別，即橋式整流和全波、半波整流。它的主要功能就是把變壓器副邊線圈進(jìn)行脈動(dòng)變換，就是把雙向的脈動(dòng)轉(zhuǎn)換為單項(xiàng)的脈動(dòng)。

③濾波電路分析

濾波電路分為Γ型濾波、電容濾波及π型濾波等類型，它的功能就是把直流電壓變得更加平滑。由于雙向脈動(dòng)轉(zhuǎn)換的單向脈動(dòng)中，所蘊(yùn)含的波紋比較大，在實(shí)際運(yùn)用中不能夠滿足需求，所以需要濾波電路把波紋過濾。電容濾波是在實(shí)際運(yùn)用中比較常見的一種，它是運(yùn)用電容器的充放電來過濾波紋的。R1C1能夠影響電壓平均值U0的大小，R1C1越大就會(huì)造成負(fù)載電壓中的交流分量越小，電壓越高。濾波器所輸出的電壓一般都在0.9U2~1.4U2左右波動(dòng)，在實(shí)際中大多運(yùn)用U0=1.2U2公式來計(jì)算大小，為了滿足這個(gè)公式的要求，一般下?。?/p>

R1C1≥（3-5）T/2。

④穩(wěn)壓模塊分析

穩(wěn)壓電路就是保證輸出電壓的穩(wěn)定，在現(xiàn)實(shí)中大多使用各種集成穩(wěn)壓器來穩(wěn)壓電路。由于濾波電路把直流電壓變得更加平滑，但是電網(wǎng)電壓會(huì)時(shí)常變化，這就會(huì)對(duì)輸出的直流電壓造成影響，所以就需要增加穩(wěn)壓的環(huán)節(jié)。

3 結(jié)論

電子電路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，就包括電路功能實(shí)驗(yàn)調(diào)試，在具體設(shè)計(jì)中為了達(dá)到簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)進(jìn)程及縮短電路設(shè)計(jì)周期的目的。本文對(duì)Proteus軟件進(jìn)行了分析，通過Proteus軟件進(jìn)行了應(yīng)用設(shè)計(jì)，闡述了一些設(shè)計(jì)步驟和方法。進(jìn)行分析設(shè)計(jì)之后得出，將Proteus運(yùn)用在電子工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的電子電路設(shè)計(jì)中，能夠達(dá)到省時(shí)省力省財(cái)目標(biāo)的同時(shí)，還能夠達(dá)到降低設(shè)計(jì)成本和提高設(shè)計(jì)效率的最終目標(biāo)。

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李國(guó)萍，（1974-），女，內(nèi)蒙赤峰，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生，廊坊師范學(xué)院工程師，主要研究方向:電氣自動(dòng)化。

Study of electronic circuit design based on Proteus

Li Guoping
(Langfangshifanxueyuan,Hebeilangfang,065000)

An important part of electronic circuit design,including circuit function test,in the concrete design in order to simplify the circuit design process and shorten the design cycle of purpose,based on the design and analysis of typical function signal generator,four lantern Road (digital television)and DC regulated power supply,the use of the Proteus software.We conclude that analysis and design,using Proteus to design electronic circuit in the electronic engineering in the field of design, can achieve time-saving Province financial targets at the same time,but also to achieve the ultimate goal of reducing the design cost and improve design efficiency.

Proteus;function signal generator(Analog);four lantern Road