仿真技術是信息時代國民經(jīng)濟發(fā)展的重要技術。對電子產(chǎn)品而言，Proteus是目前功能最強的仿真技術。四年來，我們在國內(nèi)率先致力于Proteus仿真技術的工業(yè)應用研究。以它為新手段成功為數(shù)家企業(yè)研發(fā)了“LED電子顯示屏”、“純水機控制板”、“微電腦防盜報警器”、“紅外熱釋電感應器”等電子產(chǎn)品。實現(xiàn)了電子產(chǎn)品從虛擬樣機到物理樣機（實際產(chǎn)品）的新型設計方法與過程。并在同一臺計算機上實現(xiàn)了Proteus、集成開發(fā)環(huán)境IDE、上位計算機應用軟件間的聯(lián)合仿真和調(diào)試。實踐證明：Proteus仿真技術明顯提高了設計效率、縮短了設計周期、節(jié)約了設計成本、提高了產(chǎn)品競爭力，是促進產(chǎn)品設計變革的重要新技術。
1 電子產(chǎn)品的Proteus仿真技術
    Proteus是英國Labcenter公司研發(fā)的EDA，是目前最先進的電子應用系統(tǒng)設計和實時交互仿真、PCB設計的平臺。它真正實現(xiàn)了在計算機上完成從原理圖與電路設計、電路分析與仿真、單片機代碼級調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證到形成PCB制板圖的完整仿真設計(虛擬樣機)過程。Proteus有超過5萬個元件模型，近5 000個封裝模型；特別是有51、PIC、AVR、68、ARM7等系列單片機（嵌入式系統(tǒng)）的仿真模型，并提供了功能強大的虛擬實驗室（虛擬示波器、虛擬邏輯分析儀、虛擬信號源等）和高級圖表仿真（ASF）[1，2]。Proteus還提供了自建元器件模型的條件[4-6]。
    Proteus擁有Motorola、Philips、Microchip、索尼、三洋、美的、格力等眾多企業(yè)用戶；擁有斯坦福（Stanford）、劍橋（Cambridge）、香港理工、清華、上海交通等數(shù)千所大學用戶[3]。
    本文以LED電子顯示屏為例論述基于Proteus仿真技術的電子產(chǎn)品設計變革。
2 “LED電子顯示屏”系統(tǒng)方框圖與Proteus仿真設計過程
2．1 “LED電子顯示屏”系統(tǒng)功能方框圖
    如圖1所示，系統(tǒng)功能包括6部分。上部分為顯示部分，是安裝在國家高新技術企業(yè)慈溪邁思特電子科技有限公司大廳中的產(chǎn)品照片；有靜止和左移顯示功能。單片機控制部分為其核心。PC機字符輸出系統(tǒng)和串口電路完成對屏顯內(nèi)容的更新。“人體紅外線熱釋電感應器”實現(xiàn)屏前有行人則顯，無行人則停顯功能。本文主要討論電路設計、單片機控制、LED顯示和通信輸字等部分的仿真設計。

2．2 Proteus仿真設計過程
    圖2表示了電子產(chǎn)品系統(tǒng)的Proteus仿真設計過程，共分為6步。前4步都在計算機PROTEUS設計平臺上進行。若“虛擬樣機仿真、聯(lián)合調(diào)試和性能測試”的結果未達目標，則可返回再仿真設計。滿意后，點擊Proteus工具欄中按鈕   (高級布線編輯系統(tǒng))進入PCB板設計；PCB板3D仿真符合要求后，送PCB制板廠制板，再安裝成物理樣機。

3 Proteus ISIS電路設計和程序設計、編譯（匯編）
    啟動Proteus ISIS，先在ISIS編輯區(qū)進行電路設計，如圖3所示。設計電路后點擊“電氣檢測鈕”對電路進行電氣檢測。電路設計無誤后，可直接在Proteus中進行單片機的程序設計。Proteus提供了在ISIS窗口中編寫源程序、匯編生成目標代碼文件的匯編器（ASEM51），也可使用集成開發(fā)環(huán)境IDE(例Keil、MPLAB)進行程序設計。圖3右側表示了Proteus程序設計情況。在“源程序編輯區(qū)”中設計電子屏程序后，點擊“匯編命令”可生成目標代碼文件。然后雙擊單片機，打開其屬性欄，設置晶振頻率，并將目標代碼文件加載于單片機中。點擊“仿真按鈕”，則進行仿真，仿真片段如圖4所示。

    ISIS界面與其操作詳看參考文獻[1]、[6]。
4 虛擬樣機的Proteus仿真、聯(lián)合調(diào)試和性能測試
4．1 虛擬樣機的Proteus聯(lián)合仿真
    通過Proteus設計的電路、程序加上由計算機VB語言設計的LED電子屏輸字系統(tǒng)等構成“電子屏”系統(tǒng)的虛擬樣機。電子屏輸字系統(tǒng)可由另一臺計算機（上位機）通過串行接口與進行仿真設計的計算機連接以實現(xiàn)仿真聯(lián)合調(diào)試；而應用虛擬串口已在一臺計算機上實現(xiàn)了仿真和聯(lián)合調(diào)試。這給調(diào)試帶來了極大的方便。一臺計算機加一個人便可高效、高質(zhì)、高速進行有上位計算機參與的仿真設計。圖4即為在同臺筆記本電腦上實現(xiàn)仿真中聯(lián)合調(diào)試的情況。圖4下中方為筆記本電腦聯(lián)合仿真和調(diào)試時的實物照片。這里，虛擬樣機的仿真和聯(lián)合調(diào)試包括單片機源代碼級仿真調(diào)試(左上方)和與上位計算機電子屏輸字系統(tǒng)的仿真通信調(diào)試（左下方和右下方）。
4．2 仿真過程中的聯(lián)合調(diào)試
    在同一臺計算機上同時打開電子屏仿真設計與VB輸字系統(tǒng)。點擊    啟動Proteus仿真，則看到電路運行狀態(tài)、顯示狀態(tài)。若啟動VB輸字系統(tǒng)，則可進行VB“發(fā)送”和單片機“接收”的通信仿真。圖4表示仿真中顯示“仿真”兩字，稍后左移顯示，如此循環(huán)。點擊    則進入調(diào)試狀態(tài)，如圖4所示?？蛇M行全速、單步、過程單步及設置斷點的運行并進行代碼級調(diào)試。在調(diào)試過程中不僅可觀察各存儲器、寄存器單元情況，還可看到系統(tǒng)運行過程中的電平狀態(tài)（以顏色方塊表示：紅為高電平、藍為低電平）和顯示結果。這正是Proteus動態(tài)交互式實時仿真的突出之處。當輸字系統(tǒng)與單片機通信時，也可在VB代碼窗口進行逐語句、逐過程測試，也可設置斷點進行調(diào)試，并可在電子屏仿真設計的存儲器窗口中觀察輸入數(shù)據(jù)的正確性，用以判斷VB程序的正確性。即進行VB輸字系統(tǒng)與電子屏仿真設計的聯(lián)合調(diào)試。因電路及兩種程序代碼都可根據(jù)調(diào)試情況進行修改及重新編譯(匯編)，元件及其參數(shù)也可隨時修改，且能在仿真中看到元件、連接點的運行狀態(tài)、過程和極為接近實際的結果，所以設計周期短、效率高、開銷少、質(zhì)量好，并能激發(fā)設計者創(chuàng)新的熱情。
4．3 仿真過程中的測試
    Proteus有功能很強的虛擬實驗室，包括眾多的虛擬儀器、電源、信號源、探頭等，還有可作精密測量、分析的高級圖表仿真（ASF）。這些都為仿真設計（電路、程序）的正確性及物理樣機的質(zhì)量提供了保障。例如用高級圖表進行時序掃描、分析，這對電子屏的正確、優(yōu)質(zhì)工作非常重要。將電壓探針連接到需要測量的掃描行引線上，并拖入ASF中即可[1-2]。圖5左邊對LINE0～LINE15行掃描線加上探針，右邊是對應的16條行掃描的ASF時序圖表。用ASF提供的光標可測得掃描正脈沖寬度均為1.02 ms，脈沖間均有0.05 ms寬的消影低電平。符合設計預期目標，不會產(chǎn)生串顯及不穩(wěn)定現(xiàn)象。仿真結果和實際產(chǎn)品都證實了此結果。若時序不對，則可根據(jù)圖表仿真指導對程序、電路等進行修改調(diào)試。

5 PCB板的Proteus設計及3D仿真
    仿真調(diào)試正確后可直接點擊ISIS工具欄中按鈕進入Proteus ARES，進行電路板PCB設計。ARES集成了自動布局和基于形狀的高效撤銷/重試自動布線器，也可手工布線。它還提供PCB設計板的3D仿真視圖，可縮放或正、反全方位轉動觀察，使得在制板前便可預覽PCB板的情況，若有不滿意之處，則可實時修改，從而減少時間、人力、資金的浪費。圖6上方為Proteus設計的單片機控制部分雙面PCB圖，中部為其PCB 3D仿真視圖。

6 物理樣機（實際產(chǎn)品）制作
    可直接將PCB板圖文件送PCB制板廠制板，并安裝成單片機控制部分的物理樣機（控制板）。圖6下方為安裝成功的實物控制板照片。從圖6看出它與PCB 3D仿真視圖一一對應。該板已用于電子屏實際產(chǎn)品中。圖1上方即是該電子屏實際運行的照片。

參考文獻
[1] 張靖武，周靈彬.單片機系統(tǒng)的Proteus設計與仿真[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2007，4(注：2010.3第四次印刷).
[2] 張靖武，周靈彬.單片機原理、應用與Proteus仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008，8(注：2010.1第三次印刷).
[3] 匡載華，鄧小鵬.電子類學科專業(yè)Proteus實驗室的建設[J].實驗技術與管理，2009(1).
[4] 周靈彬，張靖武.創(chuàng)建Proteus原理圖仿真模型的制作技術[J].現(xiàn)代電子技術，2008(8)：9-11.
[5] 周靈彬，張靖武.Proteus的單片機教學與應用仿真[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2008(1).
[6] 周靈彬，方曙光.基于Proteus的嵌入式系統(tǒng)仿真中的源碼調(diào)試[J].現(xiàn)代電子技術，2009(22).