proteus指导书

一.实验目的： 学习Proteus的使用方法 二.实验属性及设备：

验证性实验，使用电脑及相关专业软件。 三.实验原理： 1.概述

Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。 该软件的特点：

① 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。

②具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

③ 目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

④ 支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真51、AVR、PIC。 2.常用元件汉语解释

表：Proteus常用元件英汉对照 元件 Res POT-LIN Cap Button 1N914 LED-RED NPN或PNP 7400 7404 7408 c51 LM339 AD0808 DA0832 74273 555 Motor-DC Motor-Stepper BLDC 7seg-BCD

四.实验内容： 1.起动Proteus

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中文 电阻 可变电阻 电容 按钮 二极管 红色发光二极管 三极管 与非门 非门 与门 51单片机 电压比较器 AD转换 DA转换 锁存器 555定时器 直流电动机 四相步进电动机 无刷直流电动机 数码管+译码器 备注 从开始菜单中，运行程序，如图：

图1：

2.添加所需元件 顺序选择按钮

和

，在keywords中填写元件名称，在右侧列表中双击该元件，该元件被选中，

并出现在左侧选中元件列表中。

图2： 单击选中元件，放置在Proteus作图区，并按要求连线。

3.电源与地

选择图示按钮，列表中出现power为电源，ground为地。选择元件后可放置在绘图区。

图3：

4.示波器应用

如图示操作可获得示波器。示波器地线默认为自动连接。

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图4：

5.使用与非门、按键和LED搭建一个电路，并调试运行。

图5

6.单片机控制LED电路

单片机可不用连接晶振和电源（地）复位电路。按图放置元件并连接。

3

图6：

单击电阻元件，在特性对话框中把电阻值修改为300（默认单位欧）。

图7： 6.使用keil C或wave软件编写汇编或C单片机程序（对灯进行控制练习，使灯按一定规律进行明灭），并生成hex文件。单击单片机，在对话框program file中装入hex程序。

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图8：

点击运行、暂停及停止等按钮

，运行程序。

7.自己再编写一个练习程序进行上机仿真。 五.实验要求 提前进行预习，掌握一种单片机程序编制方法（wave或keil C）。如果想对proteus有更多了解，应查找相关资料。 8.附录：

常用头文件：#include

常用数据类型：char，int，long int，double等。 IO口定义：sbit P10=P1^0；

IO口输出：P1=jmn； P10=1； 读IO口：kh=P1； thm=P10；

9 keilc使用 新建工程

新建c文件，编写程序

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实验2：直流电动机PWM控制Protues仿真1

一.实验目的： 1.学习PWM波生成方法。 2.学习直流电动机PWM控制方法。 二.实验属性及设备：

验证性实验，使用电脑及相关专业软件。 三.实验原理： 1.本实验采用无制动的不可逆PWM控制方法。控制对象为小型直流电动机，采用功率晶体管作为开关器件，如图1所示。

图1：直流电动机控制原理

2.PWM波的产生

图2：PWM波形图

利用单片机一个I/O口产生高低电平。高电平时间T1，低电平时间T2，则PWM波周期为Ｔ，如图2所示。 Ｔ＝T1+T2

PWM波频率为f=1/T。这里使用单片机T0定时器模式1进行定时操作，单片机振荡频率为12MHz。 假定PWM频率为f，则T=1,000,000/f（机器周期）。T1按占空比进行计算： T1=αT，T2=（1-α）T

则高电平装入时间TT1=65536-T1，低电平装入时间TT2=65536-T2。

3.如果进行加减速操作，则改变PWM波占空比即可。

四、实验内容 1.按图3搭接电路。电动机电源设置为+12V。

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图3：直流电动机控制原理 2.编制程序 单片机使用T0定时器，工作方式1。加减速按键使用中断0和中断1进行控制。以下为C语言控制程序。

#include sbit PWM=P1^0; unsigned int TT; unsigned int TT1; unsigned int TT2;

unsigned char T1H[10]; unsigned char T1L[10]; unsigned char T2H[10]; unsigned char T2L[10];

#define Pinlv 500; //PWM频率 unsigned char sudu=5; //速度变量

—————————————————————————— void main() {

unsigned char i;

TT=1000000/Pinlv; for (i=1;i<=9;i++) {

TT1=((i+0.5)/10)*TT; //占空比分别为1.5;2.5;3.5;4.5;5.5;6.5;7.5;8.5;9.5共9档 TT2=TT-TT1; TT1=65536-TT1; TT2=65536-TT2; T1H[i]=TT1/256; //高电平时定时器装入时间 T1L[i]=TT1%256;

T2H[i]=TT2/256; //低电平时定时器装入时间 T2L[i]=TT2%256; }

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PWM=1; //高电平

TMOD=0x01; //定时器0工作方式1 TH0=T1H[sudu]; //TT1 TL0=T1L[sudu]; TR0=1; //开定时器0 EA=1; //开中断

ET0=1; //开定时器0中断 EX0=1; //开外部中断 EX1=1;

IT0=1; //下降沿触发 IT1=1;

while(1) {

P2=sudu; } }

—————————————————————————— void timer0()interrupt 1 //产生PWM波 {

if (PWM==0) {

PWM=1; //高电平 TH0=T1H[sudu]; //TT1 TL0=T1L[sudu]; } else {

PWM=0; //低电平 TH0=T2H[sudu]; //TT2 TL0=T2L[sudu]; } }

———————————————————————— void int0()interrupt 0 //加速 {

if (sudu<9) sudu++; }

———————————————————————— void int2()interrupt 2 //减速 {

if (sudu>1) sudu--; }

3.运行程序，进行加减速操作。通过电机转速表观察转速，并通过示波器观察PWM波变化情况，如图4所示。

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图4：示波器波形图 4.选做题目：查找资料，对直流电动机其它控制方式进行编程控制仿真。 五、实验要求： 复习直流电动机PWM波控制方法，编制单片机控制程序。

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实验3、直流电动机PWM控制Protues仿真2

一.实验目的： 1.学习驱动芯片L298特性，并对直流电动机进行PWM控制。 二.实验属性及设备：

验证性实验，使用电脑及相关专业软件。 三.实验原理： 1.本实验L298芯片对直流电动机进行PWM控制。

L298是SGS公司的产品，恒压恒流桥式2A驱动芯片。可以驱动两个直流电动机，也可用于步进电动机的驱动。其输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；也可直接用单片机的IO口提供信号。电路简单，使用比较方便。L298外形及管脚如图1，proteus仿真模型如图2。

图1：L298外形及管脚图

图2：L298仿真模型

L298N可接受标准TTL逻辑电平信号，9管脚接4.5～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围为＋2.5～46 V。输出电流可达2.5 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个直流电动机，OUT1，OUT2以及OUT3，OUT4之间可分别接直流电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。表1是L298N功能逻辑图。

表1：L298逻辑功能 ENA 0 1 1 1 1 IN1 X 0 0 1 1 IN2 X 0 1 0 1 电机状态 停止 停止 反转 正转 刹停 In3，In4的逻辑图与表1相同。由表1可知EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。

2.PWM波生成方法与上一实验方法相同。

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四、实验内容 1.按图3搭接电路。电动机电源设置为+15V（不限）。

图3：实验电路图

利用PWM波对ENA进行使能控制，图中的二极管为起续流作用。 2.编制程序 单片机使用T0定时器，工作方式1。 #include

sbit P20=P2^0; sbit P21=P2^1; sbit P24=P2^4; unsigned char T1H; unsigned char T1L; unsigned char T2H; unsigned char T2L; bit PWMBJ;

—————————————————————————— void main() {

unsigned int pinlv=1000; unsigned int TT; unsigned int T1; unsigned int T2;

float zkb=0.9; TT=11059200/(12*pinlv); T1=65535- zkb*TT; T2=65535-(1-zkb)*TT; T1H=T1/256; T1L=T1%256; T2H=T2/256; T2L=T2%256; TMOD=0x01;

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EA=1; ET0=1; TR0=1;

P20=1; //正反转控制 P21=0; while(1); }

—————————————————————————— void timer0()interrupt 1 //定时器0中断程序 {

if (PWMBJ==1) {

PWMBJ=0; P24=0; TH0=T2H; TL0=T2L; } else {

PWMBJ=1; P24=1; TH0=T1H; TL0=T1L; } }

3.调试程序

4.在程序中改变占空比参数，改变电机速度，对IN1和IN2电平改变，使电机正反转。 5.选作内容，在此基础上，增加几个按钮，可直接对电机进行正转、反转、停止控制。 五、实验要求： 学习L298驱动芯片功能，编制单片机控制程序。

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实验4：直流电动机转速测量Proteus仿真

一.实验目的： 1.学习电机转速测量方法。 二.实验属性及设备：

验证性实验，使用电脑及相关专业软件。 三.实验原理：

1.电机转速测量一般可使用霍尔传感器或编码盘，这里以增量式编码盘为例。单击直流电动机，在特性表中改变其每转脉冲（pulses per revolution）为240个。电机旋转时，编码盘发出连续脉冲。当转速较高时，一般可使用在一定周期内对脉冲计数的方法。当转速较低时，则可对其脉冲宽度进行测量，则转速(r/min)

60n2脉冲宽度每周脉冲数2. 测量时，编码盘信号接INT0，定时器T0设置为方式1，GATE=1。这样，起始时，定时器T0清零，当信号脉冲高电平时，定时器T0开始计时，当信号脉冲低低电平时，定时器T0停止计时。则定时器T0的值即为半个脉冲周期值T。定时器T0方式1时工作原理如图1。

振荡器TR0GATEINT0÷12控制&+

图1：定时器T0工作方式1工作原理图 3.转速显示使用带译码器的数码管，7SEG-BCD-GRN。

四、实验内容

1.按图2搭接电路。

图2：实验接线图

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2.编制电机控制及转速测量程序

#include sbit P20=P2^0; sbit P21=P2^1; sbit P24=P2^4; unsigned char T1H; unsigned char T1L; unsigned char T2H; unsigned char T2L; bit PWMBJ;

unsigned int T; //信号脉冲周期 void delay(); //延时

———————————————————————— void main() {

unsigned int pinlv=1000; unsigned int TT; unsigned int T1; unsigned int T2; float zkb=0.9;

unsigned char sudu;//转速 TT=11059200/(12*pinlv); T1=65535- zkb*TT; T2=65535-(1-zkb)*TT; T1H=T1/256; T1L=T1%256; T2H=T2/256; T2L=T2%256; TMOD=0x19; EA=1; ET1=1; TR1=1; TR0=1;

EX0=1; //开外部中断0 IT0=1; //下降沿中断 P20=1; P21=0; while(1) {

//sudu=(60)/((12/11059200)*T*2*240); sudu=115200/T; //转速计算

P1=(sudu/100)*16+(sudu%100)/10; //显示 P0= sudu%10; delay(); } }

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———————————————————————— void int0()interrupt 0 //信号脉冲周期测量 {

T=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; }

———————————————————————— void timer1()interrupt 3 //PWM波控制 {

if (PWMBJ==1) {

PWMBJ=0; P24=0; TH1=T2H; TL1=T2L; } else {

PWMBJ=1; P24=1; TH1=T1H; TL1=T1L; } }

———————————————————————— void delay() //延时 {

unsigned int i=500; while(i--); }

3.调试程序，观察数码管显示与电机转速表显示是否一致。 4.选作内容

1）PID控制程序

编制PID控制程序，程序流程按图3。

单片机

r+-ye数字PID控制器α直流电动机驱动单元直流电动机y测速单元 图3：电动机调速控制原理图 调试程序，观察电机转速与设定值是否一致。 2）上位机显示转速曲线

程序流程按图4，程序结构按图5。

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上位机 曲线绘制r+-yye数字PID控制器α直流电动机驱动单元直流电动机y 测速单元 图4：电动机调速控制原理图

上位机程序外部中断0程序定时器0中断程序串口 通讯串口中断程序脉冲周期单片机主程序及子程序初始化PID参数改变转速设定绘制转速变化曲线计算转速PID控制发送转速数据延时定时参数定时器1中断程序PWM波产生PID及转速参数串口通讯

图5：电动机调速控制程序流程图

按图6接线，增加一个串口通讯控件，串口通讯协议：9600，N，8，1,晶振频率11.0592MH,使用端口1通讯。

图6：实验接线图

VB界面如图7，添加一个通讯控件，使用端口com2通讯。

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图7：VB控制界面

程序运行效果如图8：

图8:电动机调速控制速度响应曲线

注意：为编程简单，PID通讯参数都使用字节数据，在单片机程序中予以修正。 五、实验要求： 复习转速测量及PID控制有关知识，编制单片机控制程序。

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