1、1 proteus軟件簡介1.1 概述 proteus軟件是英國labcenter electronics公司出版的eda工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它eda工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發使用的科技工作者的青睞。proteus是世界上著名的eda工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機和外圍電路協同仿真，一鍵切換到pcb設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb設計軟件和

2、虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和msp430等，2010年即將增加cortex和dsp系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持iar、keil和mplab等多種編譯器。 1.2 具有四大功能模塊：1.2.1 智能原理圖設計（isis） 豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創建新元件； 智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件； 智能化的連線功能：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結構：使用總線器件和總線布線

3、使電路設計簡明清晰； 輸出高質量圖紙：通過個性化設置，可以生成印刷質量的bmp圖紙，可以方便地供word、powerpoint等多種文檔使用。1.2.2 完善的電路仿真功能（prospice） prospice混合仿真：基于工業標準spice3f5，實現數字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件：可以通過內部原型或使用廠家的spice文件自行設計仿真器件，labcenter也在不斷地發布新的仿真器件，還可導入第三方發布的仿真器件； 多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數信號、單頻fm、數字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入； 豐富的虛擬儀器：1

4、3種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數字圖案發生器、頻率計/計數器、邏輯探頭、虛擬終端、spi調試器、i2c調試器等； 生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數字電平，導線以不同顏色表示其對地電壓大小，結合動態器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動； 高級圖形仿真功能（asf）：基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標，包括工作點、瞬態特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析；1.2.3 獨特的單片機協同仿真功能（vsm） 支持主流的cpu類型：如arm7、8051/52、avr、

5、pic10/12、pic16、pic18、pic24、dspic33、hc11、basicstamp、8086、msp430等，cpu類型隨著版本升級還在繼續增加，如即將支持cortex、dsp處理器； 支持通用外設模型：如字符lcd模塊、圖形lcd模塊、led點陣、led七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進/伺服電機、rs232虛擬終端、電子溫度計等等，其compim（com口物理接口模型）還可以使仿真電路通過pc機串口和外部電路實現雙向異步串行通信； 實時仿真：支持uart/usart/eusarts仿真、中斷仿真、spi/i2c仿真、mssp仿真、psp仿真、rtc仿真、adc仿真、cc

6、p/eccp仿真； 編譯及調試：支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內帶8051、avr、pic的匯編編譯器，也可以和第三方集成編譯環境（如iar、keil和hitech）結合，進行高級語言的源碼級仿真和調試； 1.2.4 實用的pcb設計平臺 原理圖到pcb的快速通道： 原理圖設計完成后，一鍵便可進入ares的pcb設計環境，實現從概念到產品的完整設計； 先進的自動布局/布線功能：支持器件的自動/人工布局；支持無網格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使pcb設計更為合理； 完整的pcb設計功能：最多可設計16個銅箔層，2個絲印層，4個機械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設

7、置，自動設計規則檢查，3d 可視化預覽； 多種輸出格式的支持：可以輸出多種格式文件，包括gerber文件的導入或導出，便利和其它pcb設計工具的互轉（如protel）和pcb板的設計和加工。 1.3 proteus提供豐富的功能塊1.3.1 proteus可提供的仿真元器件資源仿真數字和模擬、交流和直流等數千種元器件，有30多個元件庫。 1.3.2 proteus可提供的仿真儀表資源示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、spi調試器、i2c調試器、信號發生器、模式發生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調用。 1.3.3 其他功能 除了現實存在的儀器外，proteus

8、還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用和示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結果的影響。 1.3.4 proteus可提供的調試手段 proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數字信號。2 設計思路2.1設計總體思路從課程設計要求來看，要求實現電機的正傳、反轉、暫停，實際上沒又電機給我們接上，這回要用四個led燈的狀態來表示，當顯示時間前20秒正傳、暫停10秒、反轉20秒、再暫停10秒，如此一來，周期恰好是60秒，理所當然的

9、分鐘計數器、秒計數器是一定要有的。接下來脈沖是一定的了，但是有分鐘計數器和秒鐘計數器還要考慮是不是要60分頻器，就我們所學過的來說實現循環有移位寄存器；還有個問題，當洗滌時間到了，報警還要一個報警電路，根據人性化、自動化、低成本的設計原則，報警的蜂鳴器不可以長時間的叫，要有個合理的時間，我們可以用一個單穩態電路來實現?？雌饋磉€不錯啊，如果這樣想那就嫌早了點，還有一個問題要解決：如何提取時間并使循環電路工作的信號?方案有兩種：一是直接從數值上進行提取信號來控制一個可以實現循環的74ls194來實現；另一種是制作一個二十進制到十進制的循環轉化來把這一分鐘走完，但是從電路的復雜程度和經濟性來說，顯然

10、后者太過于復雜，也不利于接線和排故障，雖然難度會大一些、出成果的時間會比別人晚，但是要設計一個真正可以讓用戶用放心使用的產品，還得這樣做。尤其是最后的循環電路用兩個194一定可以很容易實現?，F在大體上就這樣計劃，下面說說基本原理。2.2基本原理首先，從秒脈沖出來的信號，經過一個控制電路后進入秒計數器進行秒計數，進行清零，這時用戶置入洗滌時間，并按開始按鈕，洗衣機開始工作。當秒計數器變為零的時候，去分鐘計數器上面借數；和此同時，從十秒位轉化出來的信號進入移位寄存器后，led燈表示出電機運轉狀態；當用戶設定的洗滌時間結束后，電路報警并清零；同時電機指示燈熄滅。2.3系統設計框圖如下圖所示圖2.2.

11、1 系統原理框圖3 電路模塊設計3.1芯片74ls192的邏輯功能圖4.1.1 74ls192元件示意圖74ls192的功能表如下表 4.1.1邏輯示意圖 所示輸入輸出mrplupdnd3d2d1d0q3q2q1q01000000dcbadcba011加計數011減計數表-4.1.1 74ls192邏輯示意圖3.2 1hz矩形脈沖產生電路需要的秒脈沖發生器可以由一個集成的555定時器構成，當電源接通后，vcc通過對r1、r2向電容充電。電容上得到電壓按指數規律上升，當電容上的電壓上身到2/3vcc時，輸電壓vo為零，電容放電。當電壓下降到1/3vcc時，輸出電平為高電平，電容放電結束。這樣周而

12、復始便形成了振蕩。如下圖-4.2.1 1hz矩形脈沖波產生電路。圖 4.2.1 1hz矩形脈沖波產生電路555定時器構成的多諧振蕩器所輸出的矩形脈沖信號的頻率計算式為故選定元件參數，r1=63k，r2=40k，c1=10uf，c2=0.01uf。其中電容c2的作用是抗干擾用的，以提高電路的穩定性。3.3 遞減計數器和時間顯示（1）分、秒計數器的設計一百進制分計數器和六十秒計數器的原理是一樣的，不同的只是它們的輸入脈沖和進制不同而已，我們用四片74ls192來實現分計數和秒計數功能，我們要的只是減計數，所以我們把它的up端接到高電平上去,dn端接到秒脈沖上；十分秒位上的輸入端b、c端接到高電平上

13、，即從輸入端置入0110（十進制的6），秒十位的pl端和借位端tcd聯在一起，再把秒位的tcd端和十秒位的dn聯在一起。當秒脈沖從秒位的dn端輸入的時候秒計數的192開始從9減到0；這時，它的借位端tcd 會發出一個低電平到秒十位的輸入端dn，秒十位的計數從6變到5，一直到變為0；當高低位全為零的時候，秒十位的tcd發出一個低電平信號，dn為零時，置數端pl等于零，秒十位完成并行置數，下一個dn脈沖來到時，計數器進入下一個循環減計數工作中。對于分計數來說，道理也是一樣的；只是要求，當秒計數完成了，分可以自動減少，需要把秒十位的借位端tcd端接到分計數的dn端作為分計數的輸入信號來實現秒從分計數

14、上的借位。當然，這些計數器工作，其中的清零端mr要處于低電平，置數端不置數時要處于高電平。這是一個獨立工作的最高可以顯示101分鐘的計時器。把四個192的qa/qb/qc/qd都接到外部的顯示電路上就可以看到時間的顯示了。作為洗衣機控制器的一個模塊，它還得有一定的接口來和其他的模塊連接在一起協調工作，分計數的清零端mr是接在一起的；秒的清零端pl又是接在一起的，所以當要從外部把它們強制清零時，可以用一個三極管（npn）或者兩個或門就可以實現該功能。還有我們可以利用分計數的up端來進行外部置數，當把它們各接到一個低觸發（平時保持高電平，外部給一個力就輸入一個低電平）的脈沖上 就可以實現從09的數

15、字輸入。 (2)分、秒計數器的電路圖其電路圖如下所示： 圖 4.3.1 時間顯示電路3.4 洗滌時間設置電路 我們可以利用分計數的up端來進行外部置數，當把它們各接到一個低觸發（平時保持高電平，外部給一個力就輸入一個低電平）的脈沖上 就可以實現從09的數字輸入。因此設計出洗滌時間設置電路如下圖 4.4.1洗滌時間設置電路，每次按動開關都將使洗滌時間的對應位（十位或者個位）增加1，最大增加至9，又由于所設置洗滌時間為60分內，故當我們對洗滌時間進行設置時，十位所置數小于6。圖 4.4.1 洗滌時間設置電路3.5 工作狀態顯示電路 第一步：分析洗衣機的工作狀態，對于洗衣機電機的工作順序有“啟動正轉

16、20s暫停10s反轉20s暫停10s停止. ”，我們可以將三種工作狀態假設為正轉，暫停，反轉依次設為01,00,10。從而設計出合適電路如下圖-4.5.1工作狀態顯示電路： 圖 4.5.1 工作狀態顯示電路第二步：分析實驗設計中要求用4個led模擬洗衣機的動作狀態:led1led4右移循環點亮表示正轉，led1 led4左移循環點亮表示反轉，led1led4同時閃爍點亮表示暫停，全滅為停止，顯然可以利用移位寄存器來設計，但是由于本次設計未能成功利用移位寄存器仿真而轉換了思路，選擇了利用正轉、暫停、反轉的三種不同狀態分別為01、00、10，以1表示工作以0表示暫停從而分次序的完成設計。首先，考慮

17、到led的連續循環點亮，可以想到控制led一端電平的連續循環變化達到要求，又由于有4個led,我們采用4進制計數器即可產生循環變化的4個數，這樣我們可以利用譯碼器從而在4個輸出端得到依次變化的低電平，如此，我們可以將led另一端接高電平，從而實現循環點亮。其次，考慮到存在正轉和反轉兩種不同狀態，我們需要改變譯碼器輸入端的數字變化次序，如此分析四個數字變化規律，以及利用正反轉表示狀態的不同來設計出合適門電路。在此次設計中，我們采用74ls192構成一個4進制減數計數器，同時利用正反停指示器1在正轉時電平為0，反轉時電平為1來構成合適門電路。簡略列出真值表如下表 4.5.1正反轉指示電路邏輯表：正

18、反停指示器1計數器輸出譯碼器輸入端0（正轉）11110（正轉）10100（正轉）01010（正轉）00001（反轉）11001（反轉）10011（反轉）01101（反轉）0011表-4.5.1正反轉指示電路邏輯表于是我們可以發現我們可以利用異或門電路來完成這一構想，從而實現出正轉和反轉兩種狀態下led不同的循環狀態。最后，剩下的就是暫停狀態的顯示了。先區分出暫停和工作狀態的不同，利用上面設置的工作狀態表示，我們可容易得到工作以1表示，暫停以0表示。如此可利用這兩種電平控制譯碼器的工作，容易得到工作時狀態如上步分析，暫停時燈全部熄滅。為使其能閃爍，我們可以考慮利用脈沖信號，工作狀態的表示和門電路

19、來設計。綜合上述分析，我們可以設計出led控制電路如下圖-4.5.2控制電路：圖 4.5.2 led控制電路3.6 控制開關現在各單元電路完成了，最后要把它們有效的結合起來聯合工作，實現目的功能。我們要求在給分鐘置數的同時秒要顯示為零；外部還要有強制停止并清零；還有暫停功能。 對于置數來說，我們可以在分鐘計數器的up端到高電平之間各用一個開關接上，就當給它一個低電平時，計數器就往上增加1。但是，192要求在up端工作的同時，其down端要為高電平，且秒計數器要為零，我們可以讓秒計數器清零，同時把脈沖停止了。在高電平上接上一個開關，讓它接到一個jk觸發器上，同時把jk觸發器的jk端接1，讓它實現

20、觸發功能。讓它的q端輸出到秒計數器的清零端，這樣剛開機或者再按一下開機鍵就可以對秒計數器清零。把jk觸發器的q反端和從分計數器借位端lcd反相出來的信號接到一個和非門上，從和非門出來的信號接到分計數器的down端來保證置數的時down是高電平。但是如果僅是這樣的話，當置數完成再一次按開機鍵（如圖所示）時，沒有脈沖信號輸入到秒計數器的down端，192并不可以工作。我們可以把脈沖和jk觸發器q反端接到一個和門上，然后把它上輸出端接到秒計數器的down端以控制計數。先歇息一下。現在的問題是，循環的發光二極管沒有受到控制鍵的控制，所以還得把受到控制的從和門u12出來的信號輸出到移位寄存器194的時鐘

21、信號clk上。最后要解決一個大問題，當所置的洗衣時間完成后，要發出報警并自動清零。至于報警電路我們知道當計數器全為零的時候，從秒位會發出一個借位信號，一直接到十分位上去，十分位會發出一個借位信號，我們可以用這個信號來作為報警并清零的信號，平時192的借位端保持的是高電平，當有借位信號時，其變成0，我們在分十位借位端接一個非門，再把它和分位的clr端一起接到一個和門，也需要把它接到一個jk觸發器（u10）上作為其時鐘信號，其后再接到單穩態電路的輸入端tri，單穩態的輸出端接到蜂鳴器上。而該和門（u14）的另一輸入端接在控制開關j3上，和門出去仍然接在jk觸發器u9上，這樣當洗衣時間完成后，十分計

22、數器的借位端tcd端發出的0信號就可以經過以上路徑而變成1到達和門，同時jk觸發器得到一個觸發信號而輸出到單穩態，但一段時間后其自動停止。同時發出的1信號使u9發出1信號而使秒計數器清零；當然秒脈沖因為u9端的q反端的0信號而使其沒有輸出，這樣原來閃爍的燈不再亮了。到此，一個電路總算還可以了吧，我們有時還需要讓它休息一下，我們改變一下洗衣量時，就還需要一個暫停鍵，只要把秒脈沖切斷就可以了。我們可以在控制脈沖輸出的和門u12和脈沖到達端之間接入一個由開關控制的jk觸發器來控制的和門，這樣就可以控制脈沖的輸出了。我們知道和門是其中一輸入為零時，無論另一端時怎樣的其輸出為零，但一端為1時，另一端輸入

23、什么和門就可以輸出什么。現在控制端也連起來了，這樣，一個完整的洗衣機控制電路就完成了。led模擬洗衣機工作狀態的同時，也作為洗衣機的報警系統，全滅為報警。5 電路圖 綜合上面的原理，設計思路，以及每部分電路的設計，得到電路圖如下圖-5.1：圖 5.1 電路總圖6元件清單元件序號元件型號主要參數數量c1cap0.01uf1c2cap10uf1u1-u4, u1074ls1925u5-u874ls484u9, u1174ls1372u1274ls1121u135551u14a, u14b, u18a, u18b, u2074ls005u15a, u15b74ls322u16a, u16b74ls8

24、62u17a, u17b, u17c, u17d, u20a74ls085u19not1d1-d4led-red4sw1sw -spdt1sw2sw-spst1r163k1r240k1r3-r510k37分析和改進7.1改進：需改進點1：控制開關的設定需改進點2：工作60分鐘后的清零設置需改進點3：led控制電路中的燈的循環及其閃爍控制需改進點4：分秒置數開關的設定改進1：利用開關控制555的電源輸入。電路功能實現：兩個置數開關可以控制洗滌時間的設置，控制開關控制電路的工作，復位開關控制顯示器的清零。改進2：利用十分位計數器的借位端平常均為1，工作到60分鐘后為0的特性，設置為jk觸發器的脈沖輸入，從而控制清零端mr。改進3：