基于Proteus的电子电路设计探究

李国萍

（廊坊师范学院，河北廊坊，065000）

基于Proteus的电子电路设计探究

李国萍

（廊坊师范学院，河北廊坊，065000）

电子电路设计的一个重要环节，就包括电路功能实验调试，在具体设计中为了达到简化电路设计进程及缩短电路设计周期的目的，文章在设计分析典型函数信号发生器，四路彩灯（数字电视）和数显直流稳压电源时，使用了Proteus软件。进行分析设计之后得出，将Proteus运用在电子工程设计领域中的电子电路设计，能够达到省时省力省财目标的同时，还能够达到降低设计成本和提高设计效率的最终目标。

Proteus；函数信号发生器（模拟电路）；四路彩灯

一般按照一定规则和方法设计出符合使用要求的电路，就是电子电路设计，但是设计一个具有使用价值的电子电路，需要考虑到很多方面，比如设计电路时，需要哪些元器件，这些元器件的性能，参数与价格，功耗等等。在具体设计过程中，不仅要求电路的组装调试的理论设计要较为完善，还要求电路焊接以后，能够调试成功。然而以往基于设计理论缺陷或焊接原因，不仅导致电路调试过程中的耗材耗时，而且调试过程效率不高还较为复杂。但是随着科技的发展，在电子电路设计与分析中采用EDA软件，已经成为现代电子技术系统设计的主要内容。而且Proteus是一款功能强大的电路原理图设计及PCB设计的软件，受到了越来越广泛的关注。

1 Proteus软件概述

基于Proteus的软件，主要由两个模块组成，即ISIS和ARES。该软件提供了大量的分析工具，虚拟仪器表，仪表，激励源等，这种软件使电路的设计，从原理图设计，嵌入式系统仿真，再到PCB设计的过程，成为一个整体，从某种意义上实现了，在同一个软件体系内，概念到产品的完整设计。具体特点包括以下内容：

它具有强大的编辑环境功能，其界面友好和操作容易。基于Proteus软件的电路设计，是在Proteus ISIS环境中绘制，这是因为Proteus ISIS提供的人机交互界面友好，再者该软件具有大量的信号测试仪器和仪表及丰富的元件库，借助该软件的这些功能，能够方便快捷的查找，放置和替换元器件，还能实现电路系统的编辑仿真和调试，实现电路的多图纸和层次化设计。

图1

Proteus软件的ARES软件，包含有丰富的封装库，它不但可以支持多个机械层，铜箔层，阻焊层等等，还具有原理图自动回注功能和强大的线路编辑功能。

下图为Proteus辅助电子电路设计的流程图，在设计中，需要注意设计原理，因此原理性在总方案框图中得以体现，并且其的组成是1个或多个单元电路。单元电路的结构、电路内部分立元器件和参数等内容，在单元电路设计时都要去慎重考虑和选择的。在电路的测试和调试中，要用到Proteus虚拟仪表仪器，主要先从局部测试，然后向整体开始测试。最后，确定总电路以后，可以依据罗列出的元器件，对电路进行PCB的设计。

2 Proteus在电子电路设计中的具体应用

电子电路按照其所处理的不同，一般可分为两种，即为数字电路和模拟电路。文章基于Proteus软件，设计分析模拟电镀，数字电路及模数混合电路中的典型实例。

2.1 函数信号发生器的设计分析

一般在进行电路实验和设备检测时，函数信号发生器在其中不可缺少。文章的设计要求是，函数信号发生器能够产生连续可调的方波，正弦信号波和三角波，而且振荡频率要在10Hz~1KHz的范围内。在设计中，要注意方波和三角波的输出幅度，应控制在±6V和±4V为宜，另外注意误差要小于±20%，而对于正弦波来说，它的Vp-p＞1V，另外要控制方波的上升沿和下降沿的时间，不应超过10ms。

2.2 四路彩灯的设计分析

目前的四路彩灯，在数字电路中，是时序逻辑电路设计的一个典型代表，四路彩灯的设计，具体是要求四个彩灯实现依次点亮，依次熄灭，和同时亮灭一次。文章对其核心器件的选取，采用的是四位双向移动寄存器74LS194，其组成的实现如图2所示：

图2

图3

74LS194的功能如图3所示：因此在具体设计中，可将其左移和右移功能，分别与四路彩灯的第一过程和第二过程对应，此外，还要通过给74LS194的D0—D3接以1Hz的方波信号，与四路彩灯的最后一个过程相对应。

①时钟模块的设计

时钟模块设计的关键在于，实现时钟和工作方式控制信号。前面说到的四路彩灯的三个过程，一共需要时间12秒。此时，如果时钟CLK，选择的方波信号周期为1秒，对于前两个4秒，现在只要能确保74LS194实现左右移功能，即可实现；对于四路彩灯的最后4秒要在每个CLK的上升沿，同时控制74LS194的Q0-Q3，都是被置于高电平的状态，这是与其相对应的LED灯，不会出现闪烁现象。基于此，最后一个过程要想完整实现，在设计时需要将最后4秒的CLK变为周期为0.5s的方波信号，如图4中的上方所示：

图4 .CLK脉冲波形与1Hz方波波形

此外，观察下图，下图为四路彩灯电路示意图。在图5中，可产生2Hz的方波信号的是555定时器，如果其方波信号经过D触发器分频后，就可得到1Hz的方波信号。此外，因为555定时器组成的多谐振荡器输出波形的周期如公式所示：

T ≈ 0.7（R1 + 2R2) C2

计算出占空比为：

q = R1 + R2 / R1+ 2R2

②显示模块设计

如四路彩灯电路示意图所示，其显示模块是由74LS194和四只LED-RED共同组合而成，接着在74LS194的相应管脚中分别接入CLK/S1/S0信号，然后启动仿真模拟，在对其仿真结果观察时，与四路彩灯电路示意图的反正结果相一致。

2.3 数显直流稳压电源分析

由于负载需要高质量和稳定的直流电压，就需要一个电子设备进行完成，而直流稳压电源正好能够满足负载的需求。直流稳压电源要经过降压、整流、滤波、稳压、数显过程，才能够把220伏的电转化为直流电，以满足电子设备的需要。下图6为数显直流稳压电源组成图。以某设计的直流稳压电源为例子，其组成由相关外围器件，三端集成稳压器和模数转换芯片，其具有保护作用和数码显示功能。其可以进行高准确度的监测，而且输出的12伏直流电压较为稳定。

①降压模块分析

变压器作为最重要的器件，其最简单的包括两组线圈，也包括多组线圈，电子设备所需要的电压，是经过降压电路把高电压转换为所需电压。由于上文例子的设计，输出的是12伏直流电

压，输入的是220伏的电压，所以本设计使用了普通线圈变压器，匝数比是N1：N2=220：12。具体看图7，从图中能够看出变电器成功的进行了降压。图7（a）为普通线圈变压器。

②整流电路分析

整流有两部分区别，即桥式整流和全波、半波整流。它的主要功能就是把变压器副边线圈进行脉动变换，就是把双向的脉动转换为单项的脉动。

③滤波电路分析

滤波电路分为Γ型滤波、电容滤波及π型滤波等类型，它的功能就是把直流电压变得更加平滑。由于双向脉动转换的单向脉动中，所蕴含的波纹比较大，在实际运用中不能够满足需求，所以需要滤波电路把波纹过滤。电容滤波是在实际运用中比较常见的一种，它是运用电容器的充放电来过滤波纹的。R1C1能够影响电压平均值U0的大小，R1C1越大就会造成负载电压中的交流分量越小，电压越高。滤波器所输出的电压一般都在0.9U2~1.4U2左右波动，在实际中大多运用U0=1.2U2公式来计算大小，为了满足这个公式的要求，一般下取：

R1C1≥（3-5）T/2。

④稳压模块分析

稳压电路就是保证输出电压的稳定，在现实中大多使用各种集成稳压器来稳压电路。由于滤波电路把直流电压变得更加平滑，但是电网电压会时常变化，这就会对输出的直流电压造成影响，所以就需要增加稳压的环节。

3 结论

电子电路设计的一个重要环节，就包括电路功能实验调试，在具体设计中为了达到简化电路设计进程及缩短电路设计周期的目的。本文对Proteus软件进行了分析，通过Proteus软件进行了应用设计，阐述了一些设计步骤和方法。进行分析设计之后得出，将Proteus运用在电子工程设计领域中的电子电路设计中，能够达到省时省力省财目标的同时，还能够达到降低设计成本和提高设计效率的最终目标。

[1] 刘月茹.Proteus在实际电路设计中的应用[J].电子世界，2012.（9）：62—63.

[2] 吴小花，吴先球.Proteus电路设计与仿真在教学中的实践[J].计算机系统应用，2010.19（2）：201—204.

[3] 王尔申，庞涛，李鹏，等.Multisim和Proteus仿真在数字电路课程教学中的应用[J].实验技术与管理，2013.30（3）：78—81.

李国萍，（1974-），女，内蒙赤峰，内蒙古农业大学研究生，廊坊师范学院工程师，主要研究方向:电气自动化。

Study of electronic circuit design based on Proteus

Li Guoping
(Langfangshifanxueyuan,Hebeilangfang,065000)

An important part of electronic circuit design,including circuit function test,in the concrete design in order to simplify the circuit design process and shorten the design cycle of purpose,based on the design and analysis of typical function signal generator,four lantern Road (digital television)and DC regulated power supply,the use of the Proteus software.We conclude that analysis and design,using Proteus to design electronic circuit in the electronic engineering in the field of design, can achieve time-saving Province financial targets at the same time,but also to achieve the ultimate goal of reducing the design cost and improve design efficiency.

Proteus;function signal generator(Analog);four lantern Road