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1Proteus软件介绍
1.1Proteus概述
Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。
此系统受益于15年来的持续开发,被《电子世界》在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品产品系列也包含了我们革命性的VSM技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。
用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。
其功能模块：
—个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真；ARESPCB设计。
PROSPICE仿真器的一个扩展PROTEUSVSM:
便于包括所有相关的器件的基于微处理器设计的协同仿真。
此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LED甚至LCD显示CPU模型.
1.2Proteus的功能
Proteus的独特自身用如下框图表示：
图1.1Proteus功能框图
下面分别介绍其各个功能:
完善的电路仿真功能：
Prospice混合仿真：
基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；超过27000个仿真器件：
可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；多样的激励源：
包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；丰富的虚拟仪器：
13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、调试器等；生动的仿真显示：
用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；高级图形仿真功能：
基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析
实用的PCB设计平台：
原理图到PCB的快速通道：
原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计；先进的自动布局/布线功能：
支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；完整的PCB设计功能：
最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层，灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D可视化预览；多种输出格式的支持：
可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转和PCB板的设计和加工。
Proteus除了以上具有的独特外，还具有其他EDA工具软件的功能，像原理布图，PCB自动布线，SPICE电路仿真，以及互动电路仿真和仿真处理器等一些基本电子功能。
智能原理图设计：
具有丰富的器件库：
超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：
通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：
自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：
使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰。
可输出高质量图纸：
通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。
图1.2ProteusISIS的工作界面
1.3proteus使用
ProteusISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图1-2所示。
包括：
标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。
预览窗口通常显示整个电路图的缩略图。
在预览窗口上点击鼠标左键，将会有一个矩形蓝绿框标示出在编辑窗口的中显示的区域。
其他情况下，预览窗口显示将要放置的对象的预览。
在对象选择窗口中，通过对象选择按钮，从元件库中选择对象，并置入对象选择器窗口，供今后绘图时使用。
显示对象的类型包括：
设备，终端，管脚，图形符号，标注和图形。
选择好对象后，就可以在图形编辑窗口放置元件了，首先，根据对象的类别在工具箱选择相应模式的图标，然后，根据对象的具体类型选择子模式图标，如果对象是有方向的，将会在预览窗口显示出来，你可以通过预览对象方位按钮对对象进行调整。
最后，指向编辑窗口并点击鼠标左键放置对象。
在对元件的编辑中，用鼠标指向对象并点击右键可以选中该对象。
该操作选中对象并使其高亮显示，然后可以进行编辑。
选中对象时该对象上的所有连线同时被选中。
要选中一组对象，可以通过依次在每个对象右击选中每个对象的方式。
也可以通过右键拖出一个选择框的方式，但只有完全位于选择框内的对象才可以被选中。
还有，许多类型的对象可以调整朝向为0,90,270，360或通过x轴y轴镜象。
当该类型对象被选中后，“RotationandMirror”图标会从兰色变为红色，然后就可以来改变对象的朝向。
最容易出现的问题是如果你误拖动一个对象，所有的连线都变成了一团糟，这时候你可以使用Undo命令撤消操作恢复原来的状态。
除此之外的许多操作需要我们在使用软件过程中不断熟悉的。
整个电路图设计好，且走线正确后，就可以对其进行仿真了。
点击仿真进程控制按钮中的开始键，会对电路进行检查，有错误则仿真不能。
检查无误后，则电路开始工作，我们即可验证电路功能是否实现。
2技术指标
用D触发器设计一个除（3
）或（N
）分频电路，要求如下：
<1>对分频器进行仿真
<2>并说明其工作原理；
3设计原理
3.1设计原理
设计要求使用D触发器，故我们首先要了解其功能。
3.1.1主从D触发器
该触发器由6个与非门组成，其中G1和G2构成基本RS触发器。
该触发器是在JK触发器上扩展而来的。
在K前加以反相器后河J相连是JK触发器两输入信号互补，则构成主从D触发器。
其逻辑图如下：
图3.1D触发器逻辑图
D触发器输入端由时钟信号端CP（3端口），数据信号端D（2端口），反相复位端D（1端口），反相置位端S（4端口）组成。
为其初始状态，
为输出，Q=
，
为其反相输出。
列出D触发器增值表如下：
输入端
输出端
S
R
CP
D
Q
1
0
X
X
1
0
0
1
X
X
0
1
1
1
X
X
1
1
0
0
↑
1
1
0
0
0
↑
0
0
1
表3.2D触发器增值表
表中X表示电平高低任意，符号↑表示时钟脉冲信号由低电平上升为高电平的时刻，当CP和D输入信号任意时，S=1,R=0时，触发器处于置位状态，此时输出为1；S=0,R=1时，触发器处于复位状态，此时输出为0；当S=R=1时，触发器处于不定状态，这是不允许的。
只有当S=R=0时，CP脉冲上跳来临时，触发器处于正常工作状态。
此时若D=1,则输出为1；D=0，则输出为0。
所以由增值表可得:
=D
3.1.2分频
分频是将计数输入时钟信号的频率分成其他频率时钟信号。
按二进制计数的计数器，从低位到高位的Q端输出，可以实现对计数时钟信号的频率按
分频，周期为
。
对于N进制的计数过程，通过进位信号可以实现对计数时钟信号的频率按N分频。
例如，将10MHz的高频时钟脉冲信号，通过计数器对其进行
分频后，可以得到1ms周期的时钟小脉冲，这一频率信号可以作为毫秒级的计时时钟脉冲信号。
这是数字计时器的基本频率信号的获得方法。
3.2.3二进制异步计数器的构成
用D触发器构成的2位二进制异步加法触发器的逻辑电路如下图所示，可以看出，每个触发器的输入信号位其自身的输出信号，即
，可导出每个触发器是状态方程位
图3.32位二进制异步加法触发器
该表达式说明，每个触发器驱动端的电路链接实现计数工作状态，即触发器的每一个输入时钟脉冲，都是触发器发生一次翻转，低1位的Q输出信号时高1位的时钟信号。
只有在低1位的Q端输出由1变为0时，高1位才发生翻转。
4设计方案
方案一：
本次设计的是一个N的分频电路，由于选用的是D触发器，故构成的计数器是
计数器。
而分频的实现需要异或门的滤波作用。
故可先用一个D触发器构成2进制加法计数器。
在用以D触发器和异或门进行滤波。
设计电路图如下：
图4.1设计3.5分频电路
如图所示，第一个D触发器的
接输入，其变为一个二进制计数器。
在其后又加了一个D触发器，同样采用二进制接法。
触发器的每一个时钟脉冲都使触发器发生一次偏转，最后的脉冲脉冲与原始脉冲信号通过异或门得到一特定脉冲信号，将其作为电路的脉冲输入二进制计数器，可在其输出端得到所需信号。
方案二原理图如下：
图4.27.5分频电路
中间部分为三个D触发器构成的8分频电路，第一个D触发器输出端接入第二个的CP输入，反相输出端接回D端，第二个的输出端与第三个的CP输入连接，反相输出依然接D端。
最下方的D触发器作为一个二进制计数器，首部异或门则用来做为滤除半波，从而达到7.5分频。
D触发器输出端接入异或门输入，反相输出端接回D端。
比较两个方案可以发现各有优势，方案一电路图简单，需要的原件少，在生产的时候成本低，设计的电路简单也容易调试；而方案二电路图虽然复杂但是好在系统更加稳定，仿真的结果也是更加理想，但是调试不方便。
综合个人能力等等因素最终选择方案一。
5电路绘制及仿真
5.1电路仿真
在proteus中绘制好设计电路图，即将元件全部放置于图形编辑界面，然后连线，需要调用的芯片有74LS74,74LS136。
最后给相应的输出端口接上示波器和输入信号即可。
图5.1电路仿真图
如图所示，电路连接好后，检查好走线，就可以开始进行仿真了。
仿真前，还应设置好输入信号的相关参数。
设置好后，点击仿真进程控制按钮，开始检查电路连接，无误后电路开始工作，各端口的相应输入会显示出来。
低电平显示蓝色，高电平为红色。
脉冲信号则是不停闪烁。
要看出本次设计的成功与否，需对比输入信号与最后一个D触发器的时钟脉冲信号。
故应选取一个示波器进行测量，图中，A端接的是原始脉冲信号，C端接的是最后一个触发器的时钟脉冲信号。
原始脉冲信号的选择也必须谨慎，必须是方波，相应频率也应设置成一适当的数。
5.2仿真结果
当点击仿真进程控制按钮中的开始键后，电路的各个端口开始闪烁，说明电路已开始进行工作。
本次结果主要通过示波器查看。
故在仿真开始时在调试中选取示波器可得到如下图形：
图5.2电路仿真结果
如图所示，输出的方波和输入的方波对比，下面的方波为上面的倍，可知设计成功。
查看结果时，须注意要点击图中Auto按钮，可得一静止图像，便于观察比较。
6心得体会
通过此次设计我有加深了数电中触发器、计数器的相关知识。
同时实物的制成让我明白了实践的重要性。
本次设计的是分频电路，且必须是用D触发器做的，故一开始就应该做好熟悉D触发器的准备，其功能表和状态转换图都要知道。
然后是设计分频电路，由D触发器的性质可知，它的基本功能是构成二进制计数器，也可将其拓展成其他进制。
同时由于要求有分频，又得在最后加以异或门。
这样可初步获得电路的原理图。
接着是各元件的选择芯片的选择极其重要，要熟悉其逻辑功能和真值表，还要考虑成本和使用难易度。
在购买器材时有可能会遇到想要的原件没有的情况，这时候就必须准备集中替代方案避免电路功能的缺失。
合理选择器材，最终可得到一块恰当的电路板。
在电路的拓展中，我选择的是拓展一个显示分频数的电路，即译码器加数码管，将工作的触发器S端加于译码器输入。
拓展电路考验了我们对电路功能丰富的能力。
光是按照要求设计电路是不够的，还应该在要求的基础上运用自己的理论知识丰富电路，这样不但能巩固平时所学的知识，而且也能提高我们对电路的认识和创新能力。
这次课程设计我觉得收获很多，不但进一步掌握了数电的知识及相关专业知识，还提高了自己的设计能力和动手能力。
理论知识固然重要，但终将通过实践才能展现出来。
在今后的学习中，我将努力提高两方面知识，巩固理论。
增加实践，这样才能真正掌握知识。
参考文献
[1]伍时和主编.《数字电子技术基础》.高等教育出版社，2009年
[2]阎石主编.《数字电子技术基础》.第四版.高等教育出版社,1998年
[3]吴友宇主编.《模拟电子技术基础》.清华大学出版,2009年
[4]李学礼主编.《EDA应用》.电子工业出版社,2006年
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