仿真技術(shù)是一門多學(xué)科的綜合性技 術(shù)，它以控制論、系統(tǒng)論、相似原理和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和專用設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對實(shí)際的 或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)試驗(yàn)。例如，汽車或飛機(jī)的駕駛訓(xùn)練模擬器，就是應(yīng)用仿真技術(shù)的成果。信息處理技術(shù) 和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)際上已經(jīng)完全改變?yōu)榉抡娴母拍?。將先進(jìn)的仿真技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，由真實(shí)裝備和 計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)綜合仿真系統(tǒng)組成仿真環(huán)境，用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把新武器系統(tǒng)和分散在不同地點(diǎn)的研制者、用戶聯(lián) 系在一起，讓用戶在仿真環(huán)境中提前“使用”正在研制的武器，讓研制者能提前了解武器的作戰(zhàn)使用，雙方共同 研究，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。這樣不僅加快了武器系統(tǒng)的研制進(jìn)度，也縮短了新武器形成戰(zhàn)斗力的時間。在部 隊(duì)訓(xùn)練方面，仿真技術(shù)同樣大有用武之地。美國陸軍到 80年代末，訓(xùn)練士兵還是采用野戰(zhàn)訓(xùn)練和模擬訓(xùn)練兩種方 法。戰(zhàn)訓(xùn)練的主要問題是燃料、彈藥消耗大，場地、都有困難，組織大規(guī)模演習(xí)費(fèi)時又費(fèi)力；模擬訓(xùn)練，所用的 模擬器可能比它所模擬的真實(shí)裝備還要貴。為了解決部隊(duì)訓(xùn)練問題，美國國防部研究計(jì)劃局1983年開始實(shí)施 模擬器聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，把分散在各地的訓(xùn)練器用計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，形成分布式交互仿真，實(shí)現(xiàn)異地聯(lián)通與互操作。仿 真技術(shù)是一項(xiàng)國防關(guān)鍵技術(shù)，對提高武器系統(tǒng)的研制效率、改善部隊(duì)訓(xùn)練和提高戰(zhàn)斗力將發(fā)揮越來越大的作用 ，已成為發(fā)達(dá)國家實(shí)現(xiàn)質(zhì)量建軍的一種重要手段。

　　1 電子產(chǎn)品的Proteus仿真技術(shù)

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(fēng)標(biāo)電子技術(shù)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(jī)及外圍器件。它是目前的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)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(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)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(xù)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。

Proteus擁有Motorola、Philips、Microchip、索尼、三洋、美的、格力等眾多企業(yè)用戶；擁有斯坦福（Stanford）、劍橋（Cambridge）、香港理工、清華、上海交通等數(shù)千所大學(xué)用戶[3]。

本文以LED電子顯示屏為例論述基于Proteus仿真技術(shù)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)變革。

　　2 “LED電子顯示屏”系統(tǒng)方框圖與Proteus仿真設(shè)計(jì)過程

　　2.1 “LED電子顯示屏”系統(tǒng)功能方框圖

系統(tǒng)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(shù)企業(yè)慈溪邁思特電子科技有限公司大廳中的產(chǎn)品照片；有靜止和左移顯示功能。單片機(jī)控制部分為其。PC機(jī)字符輸出系統(tǒng)和串口電路完成對屏顯內(nèi)容的更新?！叭梭w紅外線熱釋電感應(yīng)器”實(shí)現(xiàn)屏前有行人則顯，無行人則停顯功能。

　　2.2 Proteus仿真設(shè)計(jì)過程

電子產(chǎn)品系統(tǒng)的Proteus仿真設(shè)計(jì)過程，共分為6步。前4步都在計(jì)算機(jī)PROTEUS設(shè)計(jì)平臺上進(jìn)行。若“虛擬樣機(jī)仿真、聯(lián)合調(diào)試和性能測試”的結(jié)果未達(dá)目標(biāo)，則可返回再仿真設(shè)計(jì)。滿意后，點(diǎn)擊Proteus工具欄中按鈕進(jìn)入PCB板設(shè)計(jì)；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(jī)。

　　3 Proteus ISIS電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)、編譯（匯編）

啟動Proteus ISIS，先在ISIS編輯區(qū)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)電路后點(diǎn)擊“電氣檢測鈕”對電路進(jìn)行電氣檢測。電路設(shè)計(jì)無誤后，可直接在Proteus中進(jìn)行單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)。Proteus提供了在ISIS窗口中編寫源程序、匯編生成目標(biāo)代碼文件的匯編器（ASEM51），也可使用集成開發(fā)環(huán)境IDE（例Keil、MPLAB）進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。圖3右側(cè)表示了Proteus程序設(shè)計(jì)情況。在“源程序編輯區(qū)”中設(shè)計(jì)電子屏程序后，點(diǎn)擊“匯編命令”可生成目標(biāo)代碼文件。然后雙擊單片機(jī)，打開其屬性欄，設(shè)置晶振頻率，并將目標(biāo)代碼文件加載于單片機(jī)中。點(diǎn)擊“仿真按鈕”，則進(jìn)行仿真，仿真片段如圖4所示。

　　4 虛擬樣機(jī)的Proteus仿真、聯(lián)合調(diào)試和性能測試

　　4.1 虛擬樣機(jī)的Proteus聯(lián)合仿真

通過Proteus設(shè)計(jì)的電路、程序加上由計(jì)算機(jī)VB語言設(shè)計(jì)的LED電子屏輸字系統(tǒng)等構(gòu)成“電子屏”系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)。電子屏輸字系統(tǒng)可由另一臺計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）通過串行接口與進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)連接以實(shí)現(xiàn)仿真聯(lián)合調(diào)試；而應(yīng)用虛擬串口已在一臺計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了仿真和聯(lián)合調(diào)試。這給調(diào)試帶來了極大的方便。一臺計(jì)算機(jī)加一個人便可高效、高質(zhì)、高速進(jìn)行有上位計(jì)算機(jī)參與的仿真設(shè)計(jì)。即為在同臺筆記本電腦上實(shí)現(xiàn)仿真中聯(lián)合調(diào)試的情況。

　　4.2 仿真過程中的聯(lián)合調(diào)試

在同一臺計(jì)算機(jī)上同時打開電子屏仿真設(shè)計(jì)與VB輸字系統(tǒng)。點(diǎn)擊    啟動Proteus仿真，則看到電路運(yùn)行狀態(tài)、顯示狀態(tài)。若啟動VB輸字系統(tǒng)，則可進(jìn)行VB“發(fā)送”和單片機(jī)“接收”的通信仿真。表示仿真中顯示“仿真”兩字，稍后左移顯示，如此循環(huán)。點(diǎn)擊    則進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)?？蛇M(jìn)行全速、單步、過程單步及設(shè)置斷點(diǎn)的運(yùn)行并進(jìn)行代碼級調(diào)試。在調(diào)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(tǒng)運(yùn)行過程中的電平狀態(tài)（以顏色方塊表示：紅為高電平、藍(lán)為低電平）和顯示結(jié)果。這正是Proteus動態(tài)交互式實(shí)時仿真的突出之處。當(dāng)輸字系統(tǒng)與單片機(jī)通信時，也可在VB代碼窗口進(jìn)行逐語句、逐過程測試，也可設(shè)置斷點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試，并可在電子屏仿真設(shè)計(jì)的存儲器窗口中觀察輸入數(shù)據(jù)的正確性，用以判斷VB程序的正確性。即進(jìn)行VB輸字系統(tǒng)與電子屏仿真設(shè)計(jì)的聯(lián)合調(diào)試。因電路及兩種程序代碼都可根據(jù)調(diào)試情況進(jìn)行修改及重新編譯（匯編），元件及其參數(shù)也可隨時修改，且能在仿真中看到元件、連接點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)、過程和極為接近實(shí)際的結(jié)果。

　　4.3 仿真過程中的測試

Proteus有功能很強(qiáng)的虛擬實(shí)驗(yàn)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、分析的圖表仿真（ASF）。這些都為仿真設(shè)計(jì)（電路、程序）的正確性及物理樣機(jī)的質(zhì)量提供了保障。例如用圖表進(jìn)行時序掃描、分析，這對電子屏的正確、優(yōu)質(zhì)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]。左邊對LINE0～LINE15行掃描線加上探針，右邊是對應(yīng)的16條行掃描的ASF時序圖表。用ASF提供的光標(biāo)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(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)，不會產(chǎn)生串顯及不穩(wěn)定現(xiàn)象。仿真結(jié)果和實(shí)際產(chǎn)品都證實(shí)了此結(jié)果。

　　5 PCB板的Proteus設(shè)計(jì)及3D仿真

仿真調(diào)試正確后可直接點(diǎn)擊ISIS工具欄中按鈕進(jìn)入Proteus ARES，進(jìn)行電路板PCB設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)板的3D仿真視圖，可縮放或正、反全方位轉(zhuǎn)動觀察，使得在制板前便可預(yù)覽PCB板的情況，若有不滿意之處，則可實(shí)時修改，從而減少時間、人力、資金的浪費(fèi)。上方為Proteus設(shè)計(jì)的單片機(jī)控制部分雙面PCB圖，中部為其PCB 3D仿真視圖。

　　6 物理樣機(jī)（實(shí)際產(chǎn)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(jī)控制部分的物理樣機(jī)（控制板）。下方為安裝成功的實(shí)物控制板照片。看出它與PCB 3D仿真視圖一一對應(yīng)。該板已用于電子屏實(shí)際產(chǎn)品中。上方即是該電子屏實(shí)際運(yùn)行的照片。