第 3 章 Proteus 的虚拟仿真工具

1. 3.1 激励源 3.1.1 直流信号发生器 3.1.2 正弦波信号发生器 3.1.3 脉冲发生器 3.1.4 指数脉冲发生器 3.1.5 单频率调频波发生器 3.1.6 分段线性激励源 3.1.7 FILE信号发生器 3.1.8 音频信号发生器 3.1.9 数字单稳态逻辑电平发生器 3.1.10 数字单边沿信号发生器 3.1.11 单周期数字脉冲发生器 3.1.12 数字时钟信号发生器 3.1.13 数字模式信号发生器 3.2 虚拟仪器 3.2.1 示波器 3.2.2 逻辑分析仪 3.2.3 计数器/定时器 3.2.4 虚拟终端 3.2.5 SPI调试器 3.2.6 I2C调试器 3.2.7 信号发生器 3.2.8 模式发生器 3.2.9 电压表和电流表 3.3 图表仿真 第3章 Proteus的虚拟仿真工具

2. 在第2章我们学习了Proteus ISIS的电路原理图设计，熟悉了各种元件的拾取和各种绘图工具的使用。在这一章里，我们对已经设计好的电路图进行仿真，以检查设计结果的正确性。Proteus ISIS软件提供了许多种类的虚拟仿真工具，给电路设计和分析带来了极大的方便。 Proteus ISIS的VSM(Virtual Simulation Mode，虚拟仿真模式)，包括交互式动态仿真和基于图表的静态仿真。前者用于即时观看电路的仿真结果，仿真结果在仿真运行结束后即消失；后者的仿真结果可随时刷新，以图表的形式保留在图中，可供以后分析或随图纸一起打印输出。 下面我们结合电路分析实例，对Proteus VSM下的虚拟仿真仪器和工具逐一介绍。

3. 3.1 激 励 源 激励源为电路提供输入信号。Proteus ISIS 为用户提供了如表3-1所示的各种类型的激励源，允许对其参数进行设置。

5. 3.1.1 直流信号发生器 直流信号发生器用来产生模拟直流电压或电流。 1. 放置直流信号发生器 (1) 在Proteus ISIS环境中单击工具箱中的“Generator Mode”按钮图标，出现如图3-1所示的所有激励源的名称列表。 (2) 用鼠标左键单击“DC”，则在预览窗口出现直流信号发生器的符号，如图3-1所示。 (3) 在编辑窗口双击，则直流信号发生器被放置到原理图编辑界面中。可使用镜像、翻转工具调整直流信号发生器在原理图中的位置。

6. 2. 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。 图3-1 激励源列表 图3-2 直流信号发生器属性对话框

7. (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，根据需要填写即可，如图3-3所示。 (4) 单击“OK”按钮，完成属性设置。 图3-3 直流信号发生器的属性设置

8. 3.1.2 正弦波信号发生器 1. 放置正弦波信号发生器 (1) 在Proteus ISIS环境中单击工具箱中的“Generator Mode”按钮图标，出现如图3-1所示的所有激励源名称列表。 (2) 用鼠标左键单击“SINE”，则在预览窗口出现正弦波信号发生器的符号。 (3) 在编辑窗口双击，则正弦波信号发生器被放置到原理图编辑界面中，可使用镜像、翻转工具对其位置和方向进行调整。 2. 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，出现其属性设置对话框，如图3-4所示。正弦波信号发生器

9. 属性设置对话框中主要选项含义如下。 Offset(Volts)：补偿电压，即正弦波的振荡中心电平。 Amplitude(Volts)：正弦波的三种幅值标记方法，其中Amplitude为振幅，即半波峰值电压，Peak为峰值电压，RMS为有效值电压，以上三个电压值选填一项即可。 Timing：正弦波频率的三种定义方法，其中Frequency(Hz)为频率，单位为赫兹；Period(Secs)为周期，单位为秒；这两项填一项即可。Cycles/Graph为占空比，要单独设置。

10. Delay：延时，指正弦波的相位，有两个选项，选填一个即可。其中Time Delay(Secs)是时间轴的延时，单位为秒；Phase(Degrees)为相位，单位为度。 图3-4 正弦波信号发生器的属性设置

11. (2) 在“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。本例中使用两个正弦波发生器，各参数设置如表3-2所示。 (3) 单击“OK”按钮，完成设置。 (4) 用示波器观察两个信号，连线如图3-5所示。

12. (5) 示波器显示的图形如图3-6所示。 图3-5 正弦波信号发生器与示波器的连接 图3-6 示波器显示的正弦波信号波形

13. 3.1.3 脉冲发生器 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。 1. 放置脉冲发生器 (1) 在Proteus ISIS环境中单击工具箱中的“Generator Mode”按钮图标，出现如图3-1所示的所有激励源名称列表。 (2) 用鼠标左键单击“PULSE”，则在预览窗口出现脉冲发生器的符号。 (3) 在编辑窗口双击，则脉冲发生器被放置到原理图编辑界面中，可使用镜像、翻转工具对其位置和方向进行调整。

14. 2. 编辑脉冲发生器 (1) 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3-7所示。 其中，主要参数说明如下。 Initial(Low)Voltage：初始(低)电压值。 Initial(High)Voltage：初始(高)电压值。 Start(Secs)：起始时刻。 Rise time (Secs)：上升时间。 Fall time(Secs)：下降时间。 Pulse Width：脉冲宽度。有两种设置方法：Pulse Width(Secs)指定脉冲宽度，Pulse Width(%)指定占空比。 Frequency/Period：频率或周期。

15. Current Source：脉冲发生器的电流值设置。 (2) 在图3-7中的“Generator Name”中输入脉冲发生器的名称，并在相应的项目中输入合适的值。 (3) 设置完成后，单击“OK”按钮。 (4) 可用上述讲到的与正弦波类似的方法用示波器观看脉冲发生器的波形。 图3-7 脉冲发生器属性对话框

16. 3.1.4 指数脉冲发生器 1. 放置指数脉冲发生器 (1) 在Proteus ISIS环境中单击工具箱中的“Generator Mode”按钮图标，出现如图3-1所示的所有激励源名称列表。 (2) 用鼠标左键单击“EXP”，则在预览窗口出现指数脉冲发生器的符号。 (3) 在编辑窗口双击，则指数脉冲发生器被放置到原理图编辑界面中，可使用镜像、翻转工具对其位置和方向进行调整。

17. 2. 编辑指数脉冲发生器 (1) 双击原理图中的指数脉冲发生器符号，出现指数脉冲发生器的属性设置对话框，如图3-8所示。 图3-8 指数脉冲发生器属性对话框

18. 其中，主要参数说明如下。 Initial(Low)Voltage：初始(低)电压值。 Initial(High)Voltage：初始(高)电压值。 Rise start time(Secs)：上升沿起始时刻。 Rise time constant(Secs)：上升沿持续时间。 Fall start time(Secs)：下降沿起始时刻。 Fall time constant(Secs)：下降沿持续时间。 (2) 在图3-8中的“Generator Name”中输入指数脉冲发生器的名称，并在相应的项目中输入合适的值。 (3) 设置完成后，单击“OK”按钮。 (4) 用仿真图表观测输出波形。单击工具箱中的仿真图表“Simulation Graph”

19. 按钮，在对象选择器中将出现各种仿真分析所需的图表类型，如图3-9所示。按钮，在对象选择器中将出现各种仿真分析所需的图表类型，如图3-9所示。 (5) 用鼠标单击选择图3-9中的“ANALOGUE”项，即模拟波形，此时不出现对话框。在原理图编辑区单击鼠标左键拖动出一个矩形框，则出现仿真图表的基本框架，如图3-10所示。 图3-10 拖出的仿真图表框架 图3-9 仿真图表的类型

20. (6) 在图3-10中双击，出现如图3-11所示的图表设置对话框。把其中的“Stop time”改为6(秒)。 (7) 单击工具箱中的“Terminals Mode”按钮，在对象选择器中将出现各种终端，如图3-12所示。选择“DEFAULT”缺省项，然后放置到原理图编辑区中。 图3-11 仿真图表设置对话框 图3-12 终端工具

21. (8) 把终端与指数脉冲发生器连接在一起，然后把原理图中指数脉冲发生器拖动到仿真图表中(拖动名称)，图表中出现“EXP SOUCE”的名称，同时有白色的竖线分区出现，如图3-13所示。 (9) 按空格键进行图表仿真，在图表框中出现指数脉冲发生器的波形，如图3-14所示。 改变指数脉冲的参数后，再按空格键，可以重新生成新的波形。 图3-13 终端与指数脉冲发生器的连接 图3-14 指数脉冲发生器的图表仿真波形

22. 3.1.5 单频率调频波发生器 1. 放置单频率调频波发生器 (1) 在Proteus ISIS环境中单击工具箱中的“Generator Mode”按钮图标，出现如图3-1所示的所有激励源名称列表。 (2) 用鼠标左键单击“SFFM”，则在预览窗口出现单频率调频波发生器的符号。 (3) 在编辑窗口双击，则单频率调频波发生器被放置到原理图编辑界面中，可使用镜像、翻转工具对其位置和方向进行调整。 2. 编辑单频率调频波发生器 (1) 双击原理图中的单频率调频波发生器符号，出现

23. 单频率调频波发生器的属性设置对话框，如图3-15所示。单频率调频波发生器的属性设置对话框，如图3-15所示。 其中，主要参数说明如下： Offset：电压偏置值。 Amplitude：电压幅值。 Carrier Freq：载波频率fC。 Modulation Index：调制指数MDI。 Signal Freq：信号频率fS。 经调制后，输出信号为

24. (2) 在图3-15中的“Generator Name”中输入脉冲发生器的名称，并在相应的项目中输入合适的值。 (3) 设置完成后，单击“OK”按钮。 (4) 用仿真图表观测输出波形。参照3.1.4节中的方法，得到如图3-16所示的波形。 图3-15 单频率调频波发生器属性设置对话框 图3-16 单频率调频波发生器图表仿真波形

25. 3.1.6 分段线性激励源 1. 放置分段线性激励源 (1) 在Proteus ISIS环境中单击工具箱中的“Generator Mode”按钮图标，出现如图3-1所示的所有激励源名称列表。 (2) 用鼠标左键单击“PWLIN”，则在预览窗口出现分段线性激励源的符号。 (3) 在编辑窗口双击，则分段线性激励源被放置到原理图编辑界面中，可使用镜像、翻转工具对其位置和方向进行调整。

26. 2. 编辑分段线性激励源 (1) 双击原理图中的分段线性激励源符号，出现分段线性激励源的属性设置对话框，如图3-17所示。 图3-17 分段线性激励源属性设置对话框

27. 其中，主要参数说明如下。 ① Time/Voltages项 用于显示波形，X轴为时间轴，Y轴为电压轴。单击右上的三角按钮，可弹出放大了的曲线编辑界面。 ② Scaling项 X Mir：横坐标(时间)最小值显示。 X Ma：横坐标(时间)最大值显示。 Y Mir：纵坐标(时间)最小值显示。 Y Ma：纵坐标(时间)最大值显示。 Minimum：最小上升/下降时间。

28. (2) 在打开的分段线性激励源的图形编辑区中，用鼠标左键在任意点单击，则完成从原点到该点的一段直线，再把鼠标向右移动，在任意位置单击，又出现一连接的直线段，可编辑为自己满意的分段激励源曲线，如图3-18所示。 (3) 用仿真图表可以观察到和编辑的图形一样的曲线，如图3-19所示。 图3-19 分段线性激励源的图表仿真波形 图3-18 分段线性激励源的任意图形编辑

29. 3.1.7 FILE信号发生器 1. 放置FILE信号发生器 (1) 在Proteus ISIS环境中单击工具箱中的“Generator Mode”按钮图标，出现如图3-1所示的所有激励源名称列表。 (2) 用鼠标左键单击“FILE”，则在预览窗口出现FILE信号发生器的符号。

30. (3) 在编辑窗口双击，则FILE信号发生器被放置到原理图编辑界面中，可使用镜像、翻转工具对其位置和方向进行调整。 2. 编辑FILE信号发生器 (1) 双击原理图中的FILE信号发生器符号，出现FILE信号发生器的属性设置对话框，如图3-20所示。

31. 在“Data File”项输入数据文件的路径及文件名，或单击“Browse”按钮进行路径及文件名选择，即可使用电路中编制好的数据文件。 FILE信号发生器与PWLIN信号源相同，只是数据由ASCII文件产生。 图3-20 FILE信号发生器的属性设置对话框

32. (2) 在“Generator Name”文本框中输入发生器的名称，如“FILE SOURCE”。 (3) 编辑完成后，单击“OK”按钮，完成信号源的设置。 (4) 用模拟图表可观测输出曲线。

33. 3.1.8 音频信号发生器 1. 放置音频信号发生器 (1) 在Proteus ISIS环境中单击工具箱中的“Generator Mode”按钮图标，出现如图3-1所示的所有激励源名称列表。 (2) 用鼠标左键单击“AUDIO”，则在预览窗口出现音频信号发生器的符号。 (3) 在编辑窗口双击，则音频信号发生器被放置到原理图编辑界面中，可使用镜像、翻转工具对其位置和方向进行调整。

34. 2. 编辑音频信号发生器 (1) 双击原理图中的音频信号发生器符号，出现音频信号发生器的属性设置对话框，如图3-21所示 (2) 在“Generator Name”项中输入自定义的音频信号发生器的名称，如“AUDIO SOURCE”，在“WAV Audio File”选项中，通过“Browse”浏览按钮找到一个“*.wav”音频文件，比如“D:\speech_dft.wav”，加载进去。

35. (3) 单击“OK”按钮完成设置。 (4) 用图3-22接线来完成图表的仿真，观看音频波形，同时在音频信号发生器上接一扬声声器，可以 听到此文件播放的声音。扬声器元件的拾取可以直接输入“SPEAKER”，在出现的元件列表中选取后面的“Library”为“ACTIVE”的元件。

36. 图3-22 音频信号发生器的图表分析和与扬声器的连接 图3-21 音频信号发生器的属性设置对话框

37. 3.1.9 数字单稳态逻辑电平发生器 1. 放置数字单稳态逻辑电平发生器 (1) 在Proteus ISIS环境中单击工具箱中的“Generator Mode”按钮图标，出现如图3-1所示的所有激励源名称列表。

38. (2) 用鼠标左键单击“DSTATE”，则在预览窗口出现数字单稳态逻辑电平发生器的符号。 (3) 在编辑窗口双击，则数字单稳态逻辑电平发生器被放置到原理图编辑界面中，可使用镜像、翻转工具对其位置和方向进行调整。

39. 2. 编辑数字单稳态逻辑电平发生器 (1) 双击原理图中的数字单稳态逻辑电平发生器符号，出现数字单稳态逻辑电平发生器的属性设置对话框，如图3-23所示。 (2) 在“Generator Name”项中输入自定义的数字单稳态逻辑电平发生器的名称，如“DSTATE 1”，在“State”选项中，逻辑状态为“Weak Low”(弱低电平)。 图3-23 数字单稳态逻辑电平发生器属性设置对话框

40. (3) 单击“OK”按钮完成设置。 (4) 照图3-24接线来完成图表的仿真。其中，DSTATE 2 设为“Weak High”(弱高电平)状态。会发现图3-24中的信号源符号中，一个显示“0”，一个显示“1”。图表仿真的结果，DSTATE 1信号源为绿色的低电平，与最下边的水平轴重叠；DSTATE 2信号源为红色的高电平，与最上顶水平线重叠。 图3-24 数字单稳态逻辑电平发生器图表分析

41. 3.1.10 数字单边沿信号发生器 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。 1. 放置数字单边沿信号发生器 (1) 在Proteus ISIS环境中单击工具箱中的“Generator Mode”按钮图标，出现如图3-1所示的所有激励源名称列表。 (2) 用鼠标左键单击“DEDGE”，则在预览窗口出现数字单边沿信号发生器的符号。 (3) 在编辑窗口双击，则数字单边沿信号发生器被放置到原理图编辑界面中，可用镜像、翻转工具对其位置和方向进行调整。

42. 2. 编辑数字单边沿信号发生器 (1) 双击原理图中的数字单边沿信号发生器符号，出现数字单边沿信号发生器的属性设置对话框，如图3-25所示。 (2) 在“Generator Name”项中输入自定义的数字单边沿信号发生器的名称，如“DEDGE 1”，在“Edge Polarity”选项中，选中“Positive (Low-To-High)Edge”正边沿项。对于“Edge At(Secs)”项，输入“500m”，即选择边沿发生在500ms处。 (3) 单击“OK”按钮完成设置。

43. (4) 照图3-26接线来完成图表的仿真。其中，DEDGE 2 设为“Negative (High-To-Low)Edge”负边沿，其他同DEDGE 1。观察图形仿真中的两个相反的单边沿信号。 图3-25 数字单边沿信号发生器属性设置对话框 图3-26 数字单边沿信号发生器图表分析

44. 3.1.11 单周期数字脉冲发生器 1. 放置单周期数字脉冲发生器 (1) 在Proteus ISIS环境中单击工具箱中的“Generator Mode”按钮图标，出现如图3-1所示的所有激励源名称列表。 (2) 用鼠标左键单击“DPULSE”，则在预览窗口出现数字单周期数字脉冲发生器的符号。 (3) 在编辑窗口双击，则单周期数字脉冲发生器被放置到原理图编辑界面中，可用镜像、翻转工具对其位置和方向进行调整。

45. 2. 编辑单周期数字脉冲发生器 (1) 双击原理图中的单周期数字脉冲发生器符号，出现单周期数字脉冲发生器的属性设置对话框，如图3-27所示。 主要有以下参数设置。 Pulse Polarity(脉冲极性)：正脉冲Positive Pulse 和负脉冲Negative Pulse。 值。

46. Pulse Timing(脉冲定时)：Start Time(Secs)为起始时刻；Pulse Width(Secs)为脉宽；Stop Time(Secs)为停止时间。 (2) 在“Generator Name”项中输入自定义的单周期数字脉冲发生器的名称，如“DPULSE SOURCE”，并在相应的项目中设置合适的

47. (3) 单击“OK”按钮完成设置。 (4) 照图3-28接线来完成图表的仿真。 图3-27 单周期数字脉冲发生器属性设置对话框 图3-28 单周期正脉冲图表仿真

48. 3.1.12 数字时钟信号发生器 1. 放置数字时钟信号发生器 (1) 在Proteus ISIS环境中单击工具箱中的“Generator Mode”按钮图标，出现如图3-1所示的所有激励源名称列表。 (2) 用鼠标左键单击“DCLOCK”，则在预览窗口出现数字时钟信号发生器的符号。 (3) 在编辑窗口双击，则数字时钟信号发生器被放置到原理图编辑界面中，可用镜像、翻转工具对其位置和方向进行调整。

49. 2. 编辑数字时钟信号发生器 (1) 双击原理图中的数字时钟信号发生器符号，出现数字时钟信号发生器的属性设置对话框，如图3-29所示。 (2) 在“Generator Name”项中输入自定义的数字时钟信号发生器的名称，如“DCLOCK”，并在“Timing”项中把“Frequency”频率设为1k(Hz)。 (3) 单击“OK”按钮完成设置。

50. (4) 照图3-30接线来完成图表的仿真。因为时钟的周期为1ms，所以图表的时间轴设为5m(s)，即观察5个周期。 图3-29 数字时钟信号发生器属性对话框 图3-30 数字时钟信号发生器图表仿真结果