仿真技術是信息時代國民經濟發展的重要技術。對電子產品而言，Proteus是目前功能最強的仿真技術。四年來，我們在國內率先致力于Proteus仿真技術的工業應用研究。以它為新手段成功為數家企業研發了“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”等電子產品。實現了電子產品從虛擬樣機到物理樣機（實際產品）的新型設計方法與過程。并在同一臺計算機上實現了Proteus、集成開發環境IDE、上位計算機應用軟件間的聯合仿真和調試。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、節約了設計成本、提高了產品競爭力，是促進產品設計變革的重要新技術。
1 電子產品的Proteus仿真技術
    Proteus是英國Labcenter公司研發的EDA，是目前最先進的電子應用系統設計和實時交互仿真、PCB設計的平臺。它真正實現了在計算機上完成從原理圖與電路設計、電路分析與仿真、單片機代碼級調試與仿真、系統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）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、格力等眾多企業用戶；擁有斯坦福（Stanford）、劍橋（Cambridge）、香港理工、清華、上海交通等數千所大學用戶[3]。
    本文以LED電子顯示屏為例論述基于Proteus仿真技術的電子產品設計變革。
2 “LED電子顯示屏”系統方框圖與Proteus仿真設計過程
2．1 “LED電子顯示屏”系統功能方框圖
    如圖1所示，系統功能包括6部分。上部分為顯示部分，是安裝在國家高新技術企業慈溪邁思特電子科技有限公司大廳中的產品照片；有靜止和左移顯示功能。單片機控制部分為其核心。PC機字符輸出系統和串口電路完成對屏顯內容的更新。“人體紅外線熱釋電感應器”實現屏前有行人則顯，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表示了電子產品系統的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、聯合調試和性能測試”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)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），也可使用集成開發環境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”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、聯合調試和性能測試
4．1 虛擬樣機的Proteus聯合仿真
    通過Proteus設計的電路、程序加上由計算機VB語言設計的LED電子屏輸字系統等構成“電子屏”系統的虛擬樣機。電子屏輸字系統可由另一臺計算機（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仿真聯合調試；而應用虛擬串口已在一臺計算機上實現了仿真和聯合調試。這給調試帶來了極大的方便。一臺計算機加一個人便可高效、高質、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仿真中聯合調試的情況。圖4下中方為筆記本電腦聯合仿真和調試時的實物照片。這里，虛擬樣機的仿真和聯合調試包括單片機源代碼級仿真調試(左上方)和與上位計算機電子屏輸字系統的仿真通信調試（左下方和右下方）。
4．2 仿真過程中的聯合調試
    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。點擊    啟動Proteus仿真，則看到電路運行狀態、顯示狀態。若啟動VB輸字系統，則可進行VB“發送”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。點擊    則進入調試狀態，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試。在調試過程中不僅可觀察各存儲器、寄存器單元情況，還可看到系統運行過程中的電平狀態（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動態交互式實時仿真的突出之處。當輸字系統與單片機通信時，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試，并可在電子屏仿真設計的存儲器窗口中觀察輸入數據的正確性，用以判斷VB程序的正確性。即進行VB輸字系統與電子屏仿真設計的聯合調試。因電路及兩種程序代碼都可根據調試情況進行修改及重新編譯(匯編)，元件及其參數也可隨時修改，且能在仿真中看到元件、連接點的運行狀態、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、質量好，并能激發設計者創新的熱情。
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、優質工作非常重要。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，不會產生串顯及不穩定現象。仿真結果和實際產品都證實了此結果。若時序不對，則可根據圖表仿真指導對程序、電路等進行修改調試。

5 PCB板的Proteus設計及3D仿真
    仿真調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.單片機系統的Proteus設計與仿真[M]. 北京：電子工業出版社，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.創建Proteus原理圖仿真模型的制作技術[J].現代電子技術，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應用，2008(1).
[6] 周靈彬，方曙光.基于Proteus的嵌入式系統仿真中的源碼調試[J].現代電子技術，2009(22).