高 敏 江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院

基于Proteus的電子電路設(shè)計與實現(xiàn)探究

高 敏 江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院

隨著電子電路集成度越來越高，傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計方法已經(jīng)很難針對大規(guī)模電子電路進行設(shè)計，Proteus可以有效的解決這一問題，對Proteus軟件進行了簡要的介紹，以十字路口交通燈電子電路設(shè)計為例，使用Proteus軟件完成了電子電路從原理圖設(shè)計到仿真和PCB板制板的整個流程。

Proteus；電子電路；設(shè)計；仿真；制板

引言

電子電路設(shè)計需要考慮的因素有很多，如電子電路的功能，電子電路各種芯片的選型，組成電子電路芯片的性能、封裝形式、功耗等等，且在設(shè)計過程中和完成后均需要大量的實驗，這些實驗需要多種的實驗儀器與多臺實驗儀器，是一種固定式的儀器，該儀器較為貴重，并且體積較大，操作過程需要按照嚴格的說明，這種傳統(tǒng)的電子電子路的設(shè)計方式已經(jīng)無法適應(yīng)電子電路發(fā)展的速度。集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展為電子電路的設(shè)計帶來的新的方式，徹底變革了傳統(tǒng)的電子電路的設(shè)計方式。Proteus就是一個專門用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的和設(shè)計的軟件平臺，該平臺用戶界面友好，使用方便，用戶不需要太多的編寫代碼的知識可以通過拖拽和連線的方式實現(xiàn)電子電路的設(shè)計。軟件提供了豐富多樣的測試信號用于對電路的測試。對科學(xué)研究與電路系統(tǒng)的教學(xué)以及教學(xué)實踐環(huán)節(jié)如實驗和課程設(shè)計以及畢業(yè)設(shè)計、電子設(shè)計大賽等都具有十分重要的意義。能夠為電子電路設(shè)計提供必要的環(huán)境條件，對于積極的推進實踐教學(xué)改革，培養(yǎng)大批的各層次的電子技術(shù)人才正在發(fā)揮著十分積極又而重要的額作用。

2.Proteus軟件簡介

該軟件提供了各種各樣的虛擬儀器儀表以及各種信號源和分析工具等，利用該軟件可以實現(xiàn)電子電路設(shè)計的從原理圖到PCB板整個完整的過程。因而可以說在該軟件是一個較為完善的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)了從原理圖的設(shè)計到仿真到產(chǎn)品的整個過程。且該軟件具有良好的人機交互界面，用戶只需要掌握簡單的拖拽和連線就能夠?qū)崿F(xiàn)利用該軟件進行電子電路的設(shè)計。在該軟件中基本囊括了絕大多數(shù)的單片機和所要用到的電子電路的元器件，且具有查找和編輯的功能，使用起來十分的方便；即通過所見即所得的方式實現(xiàn)對電子電路的設(shè)計。編輯以及仿真和調(diào)試的環(huán)節(jié)也十分的方便。在仿真的過程中可以使用虛擬儀器來對外圍電路的特性進行測試，可以有效的培養(yǎng)學(xué)生對硬件的調(diào)試能力。另外該軟件還能夠?qū)崿F(xiàn)PCB板的制板功能。并且該軟件還具有PCB板制板功能，可以實現(xiàn)從研發(fā)到產(chǎn)品最終成型的整個過程。也正是由于該軟件所具有的強大的功能以及較為簡單的設(shè)計方式，使得其不論是在教學(xué)與實際的研發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.基于Proteus的電子電路設(shè)計

利用該軟件進行電子電路設(shè)計的過程中首先使用proteusisis組件畫出電子電路的原理圖，然后對電子電路進行仿真計算，修改其中出現(xiàn)的錯誤，直到預(yù)期的指標(biāo)和實際情況相符合，之后確定最終的設(shè)計方案， 輸出設(shè)計圖自動生成PCB板圖。

4.電子電路設(shè)計實例

本文以一個簡單的電子電路設(shè)計的實例來說明使用Proteus軟件實現(xiàn)電子電路設(shè)計的過程。本勢力要求設(shè)計一個十字路口的交通燈的信號控制器。所要實現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)如下所示：

①主道和干道交替通行，主干道每次通行的時間為30秒，干道通行的時間為20秒。

②使用綠燈表示允許通行，使用紅燈表示禁止通行

③在交通燈由綠變紅的過程中，黃燈會亮5秒，且在這個過程中另一個主干道上的紅燈保持該狀態(tài)不變。

④在十字路口設(shè)置數(shù)碼顯示點陣，用來提示時間，便于人們對過馬路的時間進行把握。主干道和支干道通行和禁止通行的時間都是以秒為單位來定時。將黃燈閃爍的頻率設(shè)置為1khz。

首先系統(tǒng)啟動，也就是系統(tǒng)開始，之后主干道綠燈亮允許通行，支干道紅燈亮禁止通行，然后開始計數(shù)如果30秒時間未到那么繼續(xù)等待定時器，定時器如果時間到30秒那么主干道黃燈亮然后支干道紅燈閃爍，執(zhí)行5秒的黃燈閃爍時間在這個過程中支干道的紅燈保持不變，5秒時間到之后，主干道燈變紅，支干道燈變綠，接著進行20秒計時，20秒計時時間到之后主干道紅燈閃爍，支干道黃燈亮，5秒時間到之后繼續(xù)從開始重復(fù)整個過程。這就是十字路口交通燈工作的整個流程。

4.1 十字路口交通燈嵌入式系統(tǒng)設(shè)計

整個系統(tǒng)的定時器的基準(zhǔn)信號是由秒脈沖發(fā)生器提供的，在計數(shù)器和狀態(tài)譯碼器的計時下來實現(xiàn)對每一種狀態(tài)的計時控制。 計時過程會通過LED顯示屏進行顯示。當(dāng)秒脈沖發(fā)生器發(fā)出信號之后為減法計數(shù)器提供基準(zhǔn)的信號，然后減法計數(shù)器進行減法計數(shù)，采用累積計數(shù)的方式，計數(shù)的結(jié)果會實時的通過BCD碼譯碼器進行譯碼并通過7段數(shù)碼顯示器進行顯示，然后根據(jù)計數(shù)器的結(jié)果來對主干道以及支干道中的等的狀態(tài)進行實時的控制，實現(xiàn)對道路主干道支干道交通通行的控制。

4.2 電路的仿真與分析調(diào)試

針對仿真結(jié)果中出現(xiàn)的問題遵循以下的步驟來對電子電路的原理圖進行檢查，來發(fā)現(xiàn)其中可能存在的問題，是否存在漏焊元器件的情況，是否有焊錯位置的元器件，在電容焊接的過程中是否將電容的極性焊反。電源電壓是否能夠滿足整系統(tǒng)的需求，檢查線路是否連接正確。最后測試秒信號發(fā)生器?？梢圆捎锰摂M儀器來對秒信號發(fā)生器進行輸出信號的測試，然后對電位器進行調(diào)節(jié)，使得脈沖信號輸出的周圍為1秒。接著講秒信號發(fā)生器進入到控制器的脈沖信號輸入端，在脈沖信號的作用下，查看主干道支干道的三色的信號燈是否都按照既定的要求閃爍，然后查找出現(xiàn)問題的原因。接著講秒信號發(fā)生器與定時器脈沖信號的輸入端連接起來，在脈沖信號發(fā)出之后，計數(shù)器完成減法計數(shù)的整個過程， 此時在LED顯示裝置上應(yīng)該能夠準(zhǔn)確的顯示定時器的減法計數(shù)過程。如果仿真的結(jié)果存在問題那么可以按照本段對仿真結(jié)果出現(xiàn)問題的處理過程進行檢查發(fā)現(xiàn)問題的所在。

4.3 交通燈控制系統(tǒng)仿真

在該軟件中對交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計原理圖進行仿真測試，仿真結(jié)果設(shè)計符合本案例的要求， 電路也符合系統(tǒng)相應(yīng)的指標(biāo)。接下來進行PCB板的設(shè)計。仿真結(jié)果達到預(yù)期之后，利用proteusisis軟件中的快捷鍵切換到ARES界面進行PCB板的設(shè)計，最終完成整個PCB板設(shè)計的流程。

5.結(jié)語

通過對Proteus使用介紹，結(jié)合十字路口交通燈的設(shè)計流程實例較為完整的對Proteus的使用進行闡述，包括使用Proteusisis進行原理圖的繪制，使用Proteusisis進行整個交通燈系統(tǒng)電子電路的仿真，使用其中的虛擬儀器對設(shè)計過程中所存在的問題進行檢查排除問題，最終完成原理圖的設(shè)計，并利用ARES進行PCB制板。可以為電子電路的設(shè)計提供一定的指導(dǎo)和借鑒，對于電子電路的實踐教學(xué)也具有一定的可借鑒的意義。

[1] 吳小花,吳先球. Proteus電路設(shè)計與仿真在教學(xué)中的實踐[J]. 計算機系統(tǒng)應(yīng)用. 2010.