1、书书书内 容 简 介本书详细介绍 P R O T E U S 软件在电路及单片机设计中的具体应用，包括基础篇、结合篇和职场篇三部分。基础篇讲述电工学、电子电路、单片机原理及 P R O T E U S软件的编辑环境、电路设计与仿真基础等内容。结合篇详细介绍 P R O T E U S 软件在模拟电路、数字电路中的设计与仿真，以及如何使用 P R O T E U S实现单片机基本功能的设计与仿真。职场篇从项目开发的角度出发，详尽介绍如何利用 P R O T E U S软件进行项目开发的设计与仿真。本书适合从事电子电路设计的工程技术人员阅读，也可作为高等院校相关专业的教学用书。未经许可，不得以任何
2、方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（C I P）数据基于 P R O T E U S 的电路及单片机设计与仿真/张涵等编著 北京：电子工业出版社，2 0 1 2 7（卓越工程师培养计划）I S B N9 7 8-7-1 2 1-1 7 4 7 7-3基 张 单片微型计算机-系统仿真-应用软件 T P 3 6 8 1中国版本图书馆 C I P数据核字（2 0 1 2）第 1 3 9 9 6 5号策划编辑：张 剑（z h a n g p h e i c o m c n）责任编辑：徐 萍印刷：装订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 1 7 3信箱 邮编
3、1 0 0 0 3 6开 本：7 8 7 1 0 9 2 1/1 6 印张：1 6 字数：4 1 0千字印 次：2 0 1 2年 7月第 1次印刷印 数：4 0 0 0册 定价：3 9 0 0 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（0 1 0）8 8 2 5 4 8 8 8。质量投诉请发邮件至 z l t s p h e i c o m c n，盗版侵权举报请发邮件至 d b q q p h e i c o m c n。服务热线：（0 1 0）8 8 2 5 8 8 8 8。前 言P R O T E U S 嵌入式系统仿真
4、与开发平台是由英国 L a b c e n t e r 公司开发的，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计、仿真平台。它是一款可视化的、支持多种微处理器且支持多种微处理器开发环境联合调试的软、硬件仿真软件。P R O T E U S除具有电子电路原理图设计与仿真、P C B自动或人工布线等功能外，还具有微控制系统与外设的混合电路系统协同仿真的功能。本书对 P R O T E U S 软件功能进行详细介绍，与一般的软件教程的明显区别在于，在简单介绍电子电路及单片机相关专业基础知识的基础上，结合专业的应用，以实例的形式介绍P R O T E U S 的相关功能；在实例中学会菜单和工具的应用。本
5、书共分三大部分：基础篇、结合篇和职场篇。基础篇讲述电工学、电子电路、单片机原理及 P R O T E U S 软件的编辑环境、电路设计与仿真基础等内容。结合篇详细介绍 P R O T E U S软件在模拟电路、数字电路中的设计与仿真，以及如何使用 P R O T E U S实现单片机基本功能的设计与仿真。职场篇从项目开发的角度出发，详尽介绍如何利用 P R O T E U S软件进行项目的设计与仿真。本书面向的是电子电路工业领域的学生和工程技术人员，包括一些 E D A设计软件的初级用户、具有一定基础知识初入职场的电子线路设计爱好者，以及高等院校相关专业的大中专学生、研究生。本书共分 1 3章
6、。第 1章介绍电工学基础知识，第 2章介绍电子电路设计基础，第 3章介绍 5 1单片机的结构与原理，第 4章介绍 P R O T E U S电路设计与仿真基础，前 4章为基础篇；第5章至第9章为结合篇，主要介绍 P R O T E U SI S I S 电路仿真、基于 P R O T E U SI S I S 的电工基础的电路仿真、模拟电子电路的仿真与设计、基于 P R O T E U SI S I S的数字电路的仿真与分析及基于 P R O T E U SI S I S 的单片机仿真；最后4章为职场篇，第1 0章为低频信号发生器的设计与仿真实例，第1 1章为基于 P C F 8 5 9 3设
7、计一个实时时钟系统，第1 2章是一个多单片机通信的应用设计与仿真，第 1 3章介绍 P I D温度控制系统的设计及仿真实例。本书从实用角度出发，采用理论讲解与实例相结合的讲述方法，简明清晰、重点突出。在叙述上力求深入浅出、通俗易懂。相信会为读者的学习和工作带来一定的帮助。本书由山东建筑大学的张涵、任秀华、王全景和张超编著。参加本书编写的还有管殿柱、李文秋、宋一兵、王献红、谈世哲、张轩、付本国、赵景波、赵景伟等。由于编著者水平有限，书中错误疏漏在所难免，恳请广大读者批评指正。编 著 者目 录基 础 篇第1章 电工学基础21 1 电路的基本定律21 2 电路的分析方法41 3 交流电路121 4
8、思考与练习16第2章 电子电路设计基础182 1 信号放大182 2 信号滤波242 3 组合逻辑电路292 4 触发器332 5 思考与练习40第3章 5 1单片机的结构与原理433 1 51单片机的硬件结构433 2 51单片机的中断系统533 3 51单片机的串行接口及串行通信技术573 4 51单片机的定时/计数器643 5 思考与练习69第4章 P R O T E U S电路设计与仿真基础704 1 P R O T E U S软件简介704 2 P R O T E U S软件的基本操作744 3 P R O T E U S I SI S参数设置764 4 基于P R O T E U
9、S的电路设计814 5 元件创建854 6 P R O T E U S I SI S原理图输入984 7 虚拟仿真工具1004 8 库元件认识1044 9 思考与练习112结 合 篇第5章 P R O T E U SI S I S电路仿真1145 1 交互式仿真1145 2 基于图表的仿真1225 3 思考与练习128第6章 基于P R O T E U SI S I S的电工基础的电路仿真1296 1 基于P R O T E U S I SI S的直流电路欧姆定律的设计与仿真1296 2 基于P R O T E U S I SI S的基尔霍夫定律的设计与仿真1306 3 基于P R O T E
10、 U S I SI S的戴维南定理的设计与仿真1336 4 基于P R O T E U S I SI S的诺顿定理的设计与仿真1346 5 基于P R O T E U S I SI S的三相交流电路的设计与仿真1356 6 思考与练习136第7章 模拟电子电路的仿真与设计1377 1 模拟电路常用器件与仪器1377 2 单管共射放大器及负反馈1427 3 射极跟随器1487 4 差动放大器1517 5 思考与练习156第8章 基于P R O T E U SI S I S的数字电路的仿真与分析1578 1 基于P R O T E U S I SI S的分立元件门电路的设计与分析1578 2 基于
11、P R O T E U S I SI S的组合逻辑电路的设计与仿真1618 3 基于P R O T E U S I SI S的编码器电路的设计与仿真1658 4 基于P R O T E U S I SI S的译码器电路的设计与仿真1678 5 基于P R O T E U S I SI S的D触发器电路的设计与仿真1688 6 思考与练习170第9章 基于P R O T E U SI S I S的单片机仿真1719 1 单片机程序的建立与编译1719 2 单片机电路的仿真与调试1739 3 P R O T E U S I SI S与K e i l C的联合调试1759 4 I/O口的输入/输出应
12、用1789 5 按键识别1809 6 数码管显示1849 7 外部中断实验1869 8 定时/计数器应用1909 9 思考与练习196职 场 篇第1 0章 低频信号发生器的设计与仿真19910 1 系统功能19910 2 设计方案19910 3 系统硬件仿真电路20110 4 程序设计20110 5 软件调试与运行结果20210 6 源程序清单20310 7 思考与练习206第1 1章 基于P C F 8 5 9 3的实时时钟的设计与仿真20711 1 系统功能20711 2 设计方案20811 3 系统硬件仿真电路20811 4 程序设计20911 5 软件调试与运行结果21011 6 P
13、C F 8593精度的调整21011 7 源程序清单21111 8 思考与练习217第1 2章 主从式多单片机通信系统的设计与仿真21812 1 设计方案21812 2 系统硬件仿真电路21812 3 程序设计21912 4 软件调试与运行结果22012 5 源程序清单22112 6 思考与练习224第1 3章 基于P I D控制算法的温度控制系统的设计与仿真22513 1 设计方案22513 2 系统硬件仿真电路22613 3 程序设计23013 4 软件调试与运行结果23513 5 源程序清单23613 6 思考与练习244参考文献245书书书基 础 篇第 1 章 电工学基础目前，电工技术
14、应用极为广泛，发展非常迅速，并且日益渗透到其他学科领域，促进其发展，在我国社会主义现代化建设中占有重要地位。通过对本章内容的学习，读者可获得电工技术必要的基本理论、基本知识和基本技能。本章将介绍电路的基本定律、电路的分析方法及交流电路的相关知识。1.1 电路的基本定律1.理想电路元件理想电路元件是电路模型中不可再分割的基本构造单元，具有精确的数学定义。理想电路元件也是一种科学的抽象，可以用来表征实际电路中的各种电磁性质。例如，“电阻元件”表征了电路中消耗电能的电磁特性；“电感元件”表征了电路中储存磁场能量的电磁特性；“电容”元件则表征了电路中储存电场能量的电磁特性。实际电路中实体部件上发生的电
15、磁现象往往是复杂的、多元的，如电阻器、电炉等设备，它们除了具有消耗电能的特性外，还有磁场和电场方面的特性，分析时若把它们的全部电磁特性都表征出来既有困难也不必要。本着突出主要矛盾、忽略次要因素的研究方法，电阻器和电炉等设备完全可以用理想的“电阻元件”来作为它们的数学模型。显然，理想电路元件是从实际电路器件中科学抽象出来的假想元件，可以看做是实际电路器件的一种“近似”。理想电路元件简称为电路元件。虽然它们只能是实际电路器件的一种近似，但用它们及它们的组合可以相当精确地表征出实体电路器件的主要电磁特性。如工频条件下的电感线圈，其电路模型可以用一个“电阻元件”和一个“电感元件”的串联组合来表征；一个
16、实际的直流电压源的电路模型则可以用一个“电阻元件”和一个“理想电压源”的串联组合来表征，等等。注意:学习时，应理解各种理想电路元器件的严格定义，区分实际电路元器件与理想电路元件之间的联系和差别。本书中若无特殊说明，各理想电路元件均是指线性元件。2.欧姆定律对任意一段电路，电流与该段电路两端的电压成正比，与该段电路中的电阻成反比。这一结论是在 1827 年由德国科学家欧姆提出的，因此称为欧姆定律。当电压与电流为关联参考方向时，欧姆定律可表示为:I=UR(1-1)上式仅适用于线性电路，它体现了线性电路元件上的电压、电流约束关系，表明了元件第 1 章 电工学基础 3 特性只取决于元件本身，与其接入电路的方式无关这一规律。3.基尔霍夫定律电路的基本定律除了欧姆定律，还有节点电流定律(KCL)和回路电压定律(KVL)，KCL 和 KVL 都是德国科学家基尔霍夫提出的，因此也把 KCL 称为基尔霍夫第一定律，把KVL 称为基尔霍夫第二定律。1847 年，基尔霍夫将物理学中“流体流动的连续性”和“能量守恒定律”用于电路之中，创建了节点电流定律(KCL)，之后根据“电位的单值性原理”又创建了回路电压定
