Proteus——棉檢電子儀器開發(fā)的最佳平臺

■朱其祥 吳國新 徐守東 劉從九

〔安徽財經大學，安徽蚌埠 233041〕

仿真技術的廣泛應用推動了各行各業(yè)的快速發(fā)展，對電子產品設計帶來變革。Proteus仿真軟件為棉檢電子儀器從概念到設計完整的開發(fā)過程提供了最佳平臺，不僅能夠解決傳統(tǒng)資金短缺問題，而且可以提高開發(fā)效率、降低開發(fā)成本、提升開發(fā)速度，具有較高的推廣應用價值。

1 引言

隨著棉花質量檢驗體制改革的不斷深入，棉花儀器化檢驗也在不斷地完善中，棉花質量公證檢驗也由人工感官檢驗過渡為儀器化檢驗，大幅度提高了檢驗的公信力。新體制下的棉花儀器化檢驗覆蓋率因檢驗數量的遞增而逐年提高，這就需要大量快速、可靠、自動化程度高的棉花檢驗儀器，其智能化和數字化技術是我國向全面儀器化檢驗邁進的關鍵，也是我國棉花檢驗技術的必然發(fā)展方向。Proteus仿真軟件為棉檢電子儀器從概念到設計完整的開發(fā)過程提供了最佳平臺，不僅能夠解決傳統(tǒng)資金短缺問題，而且可以提高開發(fā)效率、降低開發(fā)成本、提升開發(fā)速度，具有較高的推廣應用價值。

2 Proteus仿真軟件簡介

Proteus是英國Labcenter electronics公司研發(fā)的EDA仿真軟件，是目前最先進最完整的、使用最方便、仿真能力突出的設計仿真工具；是電子應用系統(tǒng)設計和實時交互仿真、PCB設計的最佳平臺。Proteus可以仿真模擬電路、數字電路，以及模擬/數字混合電路，具有PC調試器、SPI調試器、RS232動態(tài)仿真、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真，更具特色的是可以對微處理器及其外圍器件一起進行仿真分析以及與第三方集成開發(fā)環(huán)境如KeilμVision、MPLAB IDE和IAR EWARM等實現無縫集成。它真正實現了在計算機上完成從原理圖（電路設計、電路分析與仿真、單片機代碼級調試與仿真、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。

直觀、逼真、出色的仿真功能源于其豐富優(yōu)秀的仿真模型。Proteus有超過50000個元件模型，近5000個封裝模型，除了常用的電阻電容電感、二極管三極管、存儲器、點陣數碼顯示器外，獨特的微控制器模型如 ARM7、MSP、AVR、PIC、HCll、805x 使其在嵌入式系統(tǒng)仿真設計領域獨領風騷，Proteus還提供了自建元器件模型的條件。除此之外，還提供了功能強大的虛擬實驗室（有虛擬示波器、虛擬邏輯分析儀、各種虛擬信號源）以及可作精確測量與分析（例傅里葉分析、噪聲分析等）的高級圖表仿真（ASF）。所以，Proteus也是檢測、測試與分析的平臺。

正因如此，Proteus在電類教學、單片機應用產品研發(fā)、科研及測試技術中都獲得了愈來愈廣泛的應用，正成為電子產品設計、改進、升級的重要手段。Proteus在全世界擁有越來越多的使用者，例如：摩托羅拉、飛利浦、微芯、索尼、三洋、美的、格力等眾多企業(yè)用戶以及斯坦福、劍橋、香港理工、清華、中山、上海交通等數千所大學用戶，這也充分說明了Proteus軟件的強大功能和實用性。

3 虛擬樣機的Proteus仿真設計過程

傳統(tǒng)的電子設計流程是先設計電路圖、購買元器件，然后制板、調試，最后進行測試。這個過程一般需要反復多次進行，以達到設計要求，若采用EDA技術，則在原理圖設計階段就可以進行評估，驗證所設計的電路是否達到要求的技術指標，還可以通過改變元器件參數使整個電路的性能最優(yōu)化，大大節(jié)省了設計時間與經費，提高了設計效果和質量。

例如一個單片機應用系統(tǒng)的傳統(tǒng)設計過程，可將它分為三大步：①硬件設計，包括原理圖設計、PCB電路板設計、制作與安裝或實物樣品制作；②軟件設計、調試、匯編編譯等；③系統(tǒng)調試，即硬、軟件聯(lián)合調試。對小而簡單的單片機應用產品而言，電路設計約1天，等待PCB制版時間約2周，物理樣品制作時間約2天，軟件設計約1天，系統(tǒng)調試約1天，總共約3周時間。由于調試時必須在實物樣品中運行，軟硬件的設計很難一次性達到設計目標，因此要不斷地對實物硬件和軟件進行修正、調試，開發(fā)難度提高，這樣的設計過程非常費時、繁雜，設計周期很長。

Proteus仿真技術促進了單片機應用產品設計過程的變革，也可將它分為三大步：①Proteus仿真設計。在計算機的Proteus平臺上進行原理圖設計，軟件設計和系統(tǒng)（實時、交互式、協(xié)同）仿真與調試，可以非常方便地在仿真系統(tǒng)中隨時進行電路修改、程序修改，是一種過程與結果可視化的設計，邊仿真邊修改，直到設計目標完成為止。這當中沒有實物硬件不可靠帶來的干擾，也就沒有耗時、耗力、耗神地排錯調試。另外還可用各種虛擬儀器對電路、系統(tǒng)運行狀態(tài)進行測試和分析，豐富的資料為電路完善提供了便捷之路，所以開發(fā)周期短、效率高、開銷少、質量好。在設計目標達到后才進行實物制作，對于不太復雜的系統(tǒng)，基本是一次性地完成實物系統(tǒng)調試。②Proteus PCB電路板設計。仿真正確后可直接轉到Proteus ARES高級布線編輯軟件，ARES集成了自動器件放置和基于形狀的高效撤銷/重試自動布線器；也可手工布線，最后還提供PCB板的3D視圖，可縮放且正、反全方位轉動觀察控制板情況。③制版與物理樣品制作。系統(tǒng)可輸出通用的Gerber光繪文件，也可輸出ODB++格式的生產文件，將生產文件送到PCB制版廠進行制版，經安裝、調試直至產品成功。

4 結論

實踐證明：Proteus是電子產品靈活、快速、正確可靠的設計與仿真平臺，它明顯提高了設計效率、縮短了設計周期，節(jié)約了設計成本、提高了產品競爭力，是促進產品設計變革以及能夠帶來巨大效益的重要新技術。