Proteus8——电子线路设计与仿真

1. 以Proteus 8为平台，主要介绍Schematic Capture原理图设计、PCB Layout 设计和VSM微处理器仿真。内容由易到难，讲解由浅入深、循序渐进。
2. Schematic Capture原理图设计涵盖了基础知识，还增加了Active Popups模式工具、Design Explorer、PAT、BOM报表、VSM Studio和Visual Designer for Arduino等工具的应用。讲解了基于模型元器件的制作、同类多组元器件的制作、异类多组元器件的制作、基于SPICE模型的元器件创建和基于BSDL语言创建元器件等。
3. PCB Layout 设计包含PCB设计的基本概念、布局布线、覆铜、泪滴操作、3D预览、Gerber Viewer等应用；封装设计包含Proteus的封装制作以及Library Expert Lite软件的应用，以快速创建复杂封装库。结合DR3020打孔机和STR-F3微型环保多功能制版机介绍了制版的基本过程。
4.本书包含大量的实例应用，如设计电路、模拟电路、数字电路、微处理等知识，既可作为高等院校相关专业的教材，也可作为电子信息类专业的教辅资料，还可作为工程应用技术的参考书。
5. 本书提供配套电子课件和网络资源，读者可登录清华大学出版社网站（http://www.tup.com.cn）下载使用。

　　本书基于Proteus8.5版本，以典型的应用实例为主线，详细介绍了Proteus软件的原理图设计与仿真、印制电路板设计以及微处理器仿真3部分内容。其中，原理图设计部分包括原理图设计、层次原理图设计、元器件制作与修改等；实例中的电子电路仿真包括模拟电子电路仿真、数字电子电路仿真和混合电子电路仿真；印制电路板设计部分包括PCB设计的基本概念、布局及布线、元件封装设计、3D预览、Gerber应用等；微处理器部分包括VSMStudio应用、ActivePopups应用、源代码调试和直接调试等。

　　本书面向实际，图文并茂，内容丰富，通俗易懂，层次分明，易于掌握，可为从事EDA设计、电子信息教学的人员提供指导，也可以为学生实验、课程设计、毕业设计、电子信息类虚拟实验室建设等提供帮助。

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目录Contents第1章Proteus电路设计基本概述1
1.1EDA技术概述1
1.2Proteus EDA软件发展史3
1.3Proteus 8体系结构及特点5
1.3.1Proteus VSM的主要功能7
1.3.2Proteus PCB8
1.3.3嵌入式微处理器交互式仿真8
1.4Proteus 8的安装、启动和退出9
1.4.1安装Proteus 89
1.4.2启动Proteus10
1.4.3关闭Proteus11
1.5Proteus 8窗口操作12
1.5.1主菜单栏12
1.5.2主工具栏17
1.5.3主页18
1.6Application Framework27
1.7应用实例29
第2章Schematic Capture电路设计与仿真31
2.1Schematic Capture窗口31
2.1.1原理图编辑区32
2.1.2预览窗口（Overview Window）33
2.1.3对象选择器（Object Selector）34
2.1.4标题栏35
2.1.5菜单栏35
2.1.6命令工具栏（Command Toolbar）42
2.1.7模式工具栏（Mode Selector Toolbar）43◆Proteus 8——电子线路设计与仿真(第2版)目录2.1.8旋转工具45
2.1.9仿真按钮45
2.1.10状态栏 46
2.2Schematic Capture电路设计47
2.2.1电路原理图设计流程47
2.2.2Schematic Capture编辑环境设置48
2.2.3Schematic Capture系统参数设置54
2.3电路原理图设计64
2.3.1新建原理图文件 64
2.3.2从库中查找和选取元件64
2.3.3编辑区内元器件操作67
2.3.4导线和总线操作80
2.3.5导线标签模式84
2.4Schematic Capture其他模式的工具87
2.4.1Selection Mode（选择模式）87
2.4.2Junction Dot Mode（接点模式）87
2.4.3Text Script Mode（文本脚本模式）87
2.4.4Terminal Mode（终端模式）91
2.5二维绘图工具93
2.5.1直线及其风格设置93
2.5.2矩形及其风格设置96
2.5.3圆及其风格设置97
2.5.4弧及其风格设置97
2.5.5多边形（封闭曲线）及其风格设置98
2.5.62D图形文本及其风格设置98
2.5.7符号98
2.5.8标号99
2.6右键快捷菜单100
2.6.1编辑区的快捷菜单100
2.6.2预览区、对象选择器快捷菜单101
2.70～33V可调电源设计103
2.8原理图风格设置综合应用104
2.8.1编辑全局风格104
2.8.2局部风格设置106
2.9LM3914驱动Bargraph电路设计107
第3章Schematic Capture 元器件库及库管理109
3.1Schematic Capture元器件库109
3.1.1Category（类）110
3.1.2Subcategory（子类）110
3.2元器件库管理124
3.2.1库操作按钮124
3.2.2元器件操作126
3.3常用元器件127
3.3.1电解电容127
3.3.2连接器127
3.3.3调试工具128
3.3.4电感元器件130
3.3.5二极管132
3.3.6电机133
3.3.7简单发光器件135
3.3.8电源142
3.3.9电阻145
3.3.10网络电阻和排阻 146
3.3.11开关148
3.3.12保险丝149
第4章Schematic Capture电路设计进阶151
4.1PAT（属性分配工具）151
4.1.1PAT属性对话框151
4.1.2PAT属性应用153
4.2Search and Tag（查找和选中工具）156
4.2.1Search and Tag属性对话框156
4.2.2Search and Tag工具应用158
4.3Global Annotator（全局标注）158
4.4Design Explorer（设计浏览器）159
4.4.1设计浏览器窗口159
4.4.2Design Explorer 快捷菜单163
4.4.3Design Explorer应用163
4.5母版165
4.5.1Schematic Capture其他参数设置165
4.5.2母版设计168
4.5.3母版设计应用171
第5章Schematic Capture电路多页设计173
5.1多页设计基本概念173
5.1.1多页平行电路设计概念173
5.1.2层次电路设计概念173
5.2多页平行电路174
5.2.1多页平行电路命令174
5.2.2多页平行电路图设计174
5.2.3多页平行电路浏览177
5.3层次电路178
5.3.1层次式电路设计命令178
5.3.2层次电路图——父图设计179
5.3.3层次电路图——子图设计181
5.3.4层次电路图的设计实例181
5.3.5层次电路浏览183
第6章Schematic Capture元器件制作186
6.1元器件制作186
6.1.1元器件制作工具栏和菜单栏186
6.1.2模型分类和制作元器件模型参数191
6.2元器件制作实例198
6.2.1制作仿真模型元器件198
6.2.2制作同类多组元器件74LS04元器件205
6.2.3创建异类多组元器件JWD1721干弹簧继电器207
6.2.4创建基于SPICE模型的元器件210
6.3基于BSDL语言创建元器件213
6.4元器件引脚/门交换属性设置215
6.4.1元器件属性设置引脚/门交换215
6.4.2可视化封装工具设置引脚/门交换216
第7章Proteus VSM分析及仿真工具218
7.1激励源218
7.1.1激励源的主要功能和操作218
7.1.2直流信号激励源220
7.1.3Sine激励源222
7.1.4Pulse激励源224
7.1.5指数脉冲激励源227
7.1.6SFFM激励源229
7.1.7Pwlin激励源230
7.1.8File激励源232
7.1.9Audio激励源233
7.1.10Dstate激励源234
7.1.11Dedge激励源235
7.1.12Dpulse激励源236
7.1.13Dclock激励源237
7.1.14Dpattern激励源238
7.1.15脚本激励源241
7.2探针245
7.2.1电压探针和电流探针246
7.2.2电压探针与电流探针的应用248
7.2.3磁带探针249
7.3Proteus VSM虚拟仪器250
7.3.1示波器251
7.3.2逻辑分析仪256
7.3.3计数器/定时器259
7.3.4虚拟终端261
7.3.5SPI调试器265
7.3.6I2C调试器268
7.3.7信号发生器272
7.3.8模式发生器275
7.3.9电压表和电流表284
7.3.10功率计286
7.4图表仿真288
7.4.1图表仿真的基本概念288
7.4.2ASF图表288
7.4.3图表仿真有关的菜单和命令293
7.5模拟图表仿真302
7.5.1模拟图表仿真的基本概念302
7.5.2模拟图表仿真测试电路的电压和电流303
7.5.3模拟图表仿真测试电路的输出功率304
7.6数字图表仿真305
7.6.1数字图表仿真的基本概念305
7.6.2数字图表仿真测试导线信号306
7.6.3数字图表仿真测试总线信号308
7.7混合分析图表仿真309
7.7.1混合分析图表仿真的基本概念309
7.7.2混合分析图表的应用309
7.8频率分析图表仿真310
7.8.1频率分析图表仿真的基本概念310
7.8.2利用频率分析图表绘制幅频特性曲线和相位特性曲线312
7.8.3利用频率分析图表测试小信号的输入/输出阻抗313
7.9转移特性分析图表仿真315
7.9.1转移特性分析图表仿真的基本概念315
7.9.2转移特性分析曲线的应用316
7.10噪声分析图表仿真318
7.10.1噪声分析图表仿真的基本概念318
7.10.2噪声分析图表的属性318
7.10.3基于噪声分析图表的应用319
7.11傅里叶分析图表仿真320
7.11.1傅里叶分析图表仿真的基本概念320
7.11.2傅里叶分析图表的属性320
7.11.3傅里叶分析图表应用321
7.12失真分析图表仿真324
7.12.1失真分析图表仿真的基本概念324
7.12.2基于失真分析图表的单频率谐波失真模式应用325
7.12.3基于失真分析图表的互调失真模式应用326
7.13音频分析图表仿真327
7.13.1音频分析图表仿真的基本概念327
7.13.2音频分析图表的应用328
7.14交互式分析图表仿真329
7.14.1交互式分析图表仿真的基本概念329
7.14.2基于交互式图表仿真的应用329
7.15一致性分析图表仿真330
7.15.1一致性分析图表仿真的基本概念330
7.15.2一致性分析图表的应用332
7.16直流扫描分析图表仿真335
7.16.1直流扫描分析图表仿真的基本概念335
7.16.2直流扫描分析图表的应用336
7.17交流扫描分析图表仿真336
7.17.1交流扫描分析图表仿真的基本概念336
7.17.2交流扫描分析图表的应用337
7.18交互式仿真338
7.18.1交互式原理图的绘制338
7.18.2交互式仿真数据的输入和输出339
第8章Schematic Capture原理图设计后续处理340
8.1电气规则检测报告340
8.2元器件清单342
8.2.1BOM报表的生成342
8.2.2BOM报表窗口的组成及功能342
8.2.3BOM属性修改技巧353
8.3网络报表357
8.3.1网络报表的基本概念357
8.3.2网络编译器设置362
8.3.3引起网络编译错误的常见问题364
8.4电路图纸输出365
8.4.1位图输出365
8.4.2图元输出366
8.4.3DXF输出367
8.4.4EPS 输出367
8.4.5PDF输出367
8.4.6SVG输出368
8.4.7向量输出368
8.5电路图纸打印输出369
8.5.1长期设置369
8.5.2临时设置370
第9章PCB Layout设计基础372
9.1PCB板层结构及术语372
9.1.1PCB板372
9.1.2PCB 板层结构373
9.1.3封装和其他373
9.1.4铜膜导线、飞线与力向量375
9.1.5安全间距376
9.1.6布线拐角钝化377
9.1.7自动缩颈377
9.2PCB Layout的主要特性378
9.3PCB Layout窗口378
9.3.1PCB Layout启动378
9.3.2PCB Layout窗口379
9.4PCB Layout 菜单栏386
9.4.1File菜单386
9.4.2View菜单387
9.4.3Edit菜单389
9.4.4Library菜单390
9.4.5Tools菜单391
9.4.6Technology菜单393
9.4.7System菜单396
9.5选择过滤器的使用实例399
第10章PCB Layout结构设计402
10.1封装库及库管理404
10.1.1封装库405
10.1.2封装库的管理410
10.1.3符号库及符号库的管理410
10.1.4库清理410
10.2PCB Layout对象放置、编辑和新建411
10.2.1放置元器件、编辑元器件和新建元器件411
10.2.2放置封装、编辑封装属性和新建封装413
10.2.3放置焊盘、编辑焊盘属性和新建焊盘414
10.2.4二维图形的放置与属性编辑417
10.2.5焊盘栈419
10.2.6板界框420
10.3PCB设计规则和层设计422
10.3.1Design Rule Manager(设计规则管理器)422
10.3.2设计规则检测426
10.3.3层使用设计427
10.3.4层对设计428
10.3.5PCB的基本框架定义428
10.3.6PCB Layout设计模板428
10.4元器件封装制作与验证429
10.4.1封装的组成430
10.4.2封装的制作与验证430
10.4.3利用第三方软件生成PCB封装库433
10.4.4封装Occupancy属性设置436
10.5Cross Probing436
10.5.1自动Cross Probing 模式437
10.5.2Cross Probing模式工具应用437
第11章PCB Layout布局、布线、覆铜和其他操作439
11.1布局439
11.1.1手动布局439
11.1.2自动布局440
11.1.3Netlist信息栏与布局443
11.1.4引脚/门交换及回注444
11.2布线446
11.2.1布线的基本设计446
11.2.2手动布线449
11.2.3自动布线451
11.2.4禁止布线层461
11.2.5铜箔导线的编辑462
11.3覆铜464
11.3.1设计覆铜464
11.3.2覆铜编辑466
11.4Teardrop操作469
11.5PCB Layout综合设计应用472
11.6Import/Export Project Clip命令应用473
第12章PCB Layout输出482
12.1PCB Layout输出482
12.1.1Output菜单482
12.1.2打印设置与打印482
12.1.3打印部分PCB图485
12.1.4PCB Layout导出图形485
12.1.5生产前预检查487
12.2生产数据输出488
12.2.1生成Gerber/Excellon文件488
12.2.2拾取和放置文件491
12.2.3生成测试文件492
12.2.4生成ODB++数据库492
12.2.5生成IDF数据库495
12.2.6生成IPCD356 网络表497
12.2.7生成3D MCAD文件497
12.3PCB数据导入498
12.3.1导入DXF498
12.3.2拼版 500
12.4Gerber Viewer501
12.4.1Gerber非排版模式501
12.4.2Gerber 排版模式502
12.4.3Gerber拼版504
12.4.4Proteus通过Gerber与其他EDA软件关联505
12.5PCB输出数据与打孔机、制版机506
12.5.1裁板506
12.5.2钻孔507
12.5.3曝光511
第13章PCB Layout 3D预览512
13.13D预览窗口512
13.1.1菜单栏 512
13.1.2导航栏514
13.23D预览参数设置515
13.2.1尺寸配置515
13.2.2颜色配置515
13.2.3显卡设置516
第14章嵌入式微处理器仿真517
14.1VSM Studio IDE517
14.1.1VSM Studio IDE窗口518
14.1.2VSM Studio IDE环境设置521
14.2VSM Studio IDE 编译器525
14.2.1VSM Studio IDE支持的编译软件525
14.2.2编译器检测526
14.2.3编译器的配置526
14.2.4VSM Studio仿真实例528
14.3Proteus 8中配置VSM Studio并仿真535
14.3.1创建项目时配置VSM Studio535
14.3.2生成项目后创建VSM Studio单片机538
14.3.3运行仿真538
14.4源代码程序调试539
14.4.1Active Popups539
14.4.2设置断点仿真542
14.4.3单步执行程序544
14.4.4调试窗口544
14.5Direct Simulation（直接仿真模式）549
14.5.1程序代码窗口549
14.5.2程序调试551
14.6诊断工具552
14.6.1诊断工具的配置552
14.6.2仿真日志553
14.7中断触发器554
14.7.1电压探针中断源555
14.7.2调试中断触发源555
附录A微处理器族及其分类559
参考文献563

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　　第2版前言Foreword自《Proteus8——电子线路设计与仿真》出版至今，已经过去两年多，电子线路设计与仿真技术实现了快速发展。英国Labcenter的Proteus8.5版本发布，相对于8.4版本而言，新版本有很多新增功能，主要包括：（1）增加基于BSDL语言模型元器件的创建，利用ImportBSDL命令可以创建新的元器件，现在很多元器件生产商都提供元器件的BSDL文件（可以到厂商的官方网站下载），利用该命令解决了元器件库中元器件不足的问题，但产生的元器件是没有仿真功能的；（2）在PCBLayout中增加GerberX2格式的CADCAM数据输出。为了使读者更好地了解8.5版本的性能，更熟练地掌握新知识，因此对原书进行了全面修订。

　　修订工作主要针对以下几个方面进行：

　　删减了Proteus7版本升级到Proteus8版本详细的安装过程。增加了以下内容：（1）Spice模型元器件的创建；（2）基于BSDL语言模型的元器件创建；（3）PCB布线中曲线的绘制功能；（4）第三方PCBLibraries软件生成PCB库的导入功能；（5）PCB制版。

　　本书配套电子资源包括实例和PPT，均按照章节存放在相应的文件夹下，项目名称与书中的实例名称一致。配套资源可以在清华大学出版社网站（http://www.tup.com.cn）下载。

　　本书在编写过程中得到了广州风标电子有限公司技术方面的大力支持，在此表示感谢；本书的完成离不开家人、领导、同事的大力支持，在此一并表示感谢；最后，感谢清华大学出版社的大力支持。

　　新版教材中一定还有不少缺点和不足之处，恳请各界读者给予批评指正。联系邮箱是ldqzhh@163.com。

　　作者

　　2017年4月····························································

　　第1版前言ForewordProteus是英国Labcenter公司研发的目前世界上最完善、最优秀的EDA软件之一。它具有二十几年的发展历程，引入国内后，得到了高校和社会的一致好评。国内大学（如清华大学、浙江大学、杭州电子科技大学、华中科技大学、国防科技大学、西南交通大学、重庆大学等165所大学广州风标电子科技有限公司网站：http://www.windway.cn/Plans.asp?sid=74.）都建立了Proteus虚拟仿真实验室，为科研、学习提供了很好的平台。

　　本书特色

　　为了更好地推动Proteus的学习和应用，在借鉴同类书籍经验的基础上，结合新的版本Proteus8编写了本书。全书力求从应用角度出发，通过实例对Proteus8的功能、操作以及相关的应用进行详细介绍，书中的实例以配套电子资源的形式在清华大学出版社网站上提供。

　　本书重点介绍了Proteus8的以下新功能与特点:

　　（1）全新的SchematicCapture功能。

　　（2）全新的ARESPCBLayout功能。

　　（3）新增HomePage、DesignerExplorer、BOM、3DViewer、Gerber等功能。

　　（4）VSMStudioIDE集成微处理器开发环境介绍。

　　（5）新增ActivePopupMode、WATTMETER工具的使用。

　　（6）新增Teardtop（泪滴）操作。

　　本书结构

　　全书共分14章，具体内容概括如下:◆Proteus8——电子线路设计与仿真(第2版)第1版前言第1章主要介绍EDA技术的发展历程、Proteus8EDA软件的主要功能和Proteus8主窗口操作，包含基于Framework的PDS.EXE应用程序将ISIS、ARES、3DViewer等所有窗口集成在一个框架并共享数据的主窗口功能及应用。

　　第2章主要讲解绘制原理图的环境参数设置及原理的绘制与仿真，包括ISIS原理绘制窗口的编辑窗口、预览窗口、对象选择器、菜单栏、命令工具、模式工具、旋转、镜像控制工具、交互式工具栏、状态栏等功能及应用。

　　第3章主要讲解元器件库的种类及常用元器件的使用和测试。

　　第4章主要讲解PAT属性工具、SearchandTag工具、GlobalAnnotator、DesignExplorer、母版设计等工具的功能和使用。

　　第5章主要讲解对于复杂电路的平行电路设计和层次电路设计。

　　第6章主要讲解元器件的创建、符号和模型创建。

　　第7章主要讲解14种激励源、12种虚拟仪器和13种图表仿真的功能及应用。

　　第8章主要讲解原理图设计的后续报表、BOM、网络、打印输出等功能。

　　第9章主要讲解PCB设计基本概念和ARESPCBLayout的主要特点，窗口、菜单栏、工具栏、模式工具栏等工具的功能与应用。

　　第10章主要讲解PCB封装库、器件放置、编辑和新建，PC设计规则和层设计以及封装的创建。

　　第11章主要讲解PCB原理图布局、布线和覆铜操作。

　　第12章主要讲解PCB数据的导出/导入，以及生产数据的产生，最后讲解Gerber的应用。

　　第13章主要讲解3D预览窗口的操作以及功能。

　　第14章主要讲解VSMStudioIDE环境设置以及嵌入式微处理器仿真。在此基础上研究了Proteus集成VSMStudio的功能与应用。

　　配套电子资源使用说明

　　本书配套电子资源包含了全书所有的实例应用，均按照章节存放在相应文件夹下，项目名称与书中的实例名称一致。另外，还包含各章配套的PPT。配套电子资源可以从清华大学出版社网站（http://www.tup.com.cn）的本书页面中下载。

　　致谢

　　本书在编写的过程中得到了广州市风标电子技术有限公司在技术方面的大力支持，在此表示感谢。感谢参与本书PPT制作的王旭东、郝海鹏、魏宗榘和伏亚强同学。本书的完成，离不开家人、领导、同事的大力支持，在此一并表示感谢。最后，感谢清华大学出版社的大力支持。

　　本书读者对象

　　本书适合作为本科教材和工程教材，既适于初学者，又适于高级读者。本书各章节既互相联系又相对独立，读者可根据自己的需要有选择地学习。

　　由于时间仓促，加之作者水平和经验有限，书中错漏之处肯定在所难免，敬请读者指正。联系邮箱：ldqzhh@163.com。

　　作者

　　2014年6月