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摘 要 本文详细介绍了PROTEUS制作印刷电路板的应用过程，并以实例详细说明利用PROTEUS中ISIS模块设计原理图并仿真、ARES模块设计印制电路板的具体步骤。PROTEUS设计制作PCB板，简易、方便，尤其是其逼真的三维仿真效果图极大地提高了学生的学习兴趣。
关键词 PROTEUS ARES模块 PCB
中图分类号：G71 文献标识码：A
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件，它以其特有的虚拟仿真技术很好地解决了EDA技术无法解决的问题。Proteus可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能。本文以单片机流水灯PCB板的制作为例详细介绍PROTEUS实现印制电路板的设计制作过程。
1原理图设计及调试
制作PCB板之前要设计好原理图，Proteus的ISIS（Intelligent Schematic Input System）模块主要提供原理图设计与仿真平台，用于电路原理图的设计以及交互式仿真。下面介绍在ISIS模块中设计单片机流水灯原理图的详细步骤。
1.1启动ISIS
启动ISIS后可打开ISIS工作界面，可发现ISIS的工作界面完全是Windows软件风格，主要包括标题栏、菜单栏、工具栏、状态栏、方位控制按钮、仿真进程控制按钮、对象选择窗口、原理图编辑窗口和预览窗口等。
1.2绘制单片机流水灯电路原理图
从ISIS的元件库中选择所需的元器件：单片机AT89C51、晶振CRYSTAL、电容CAP、电解电容CAP-ELEC、发光二极管LED-YELLOW、排阻RESPACK-8，并放置在原理图编辑窗口中，进行布局，设计单片机时钟电路、复位电路构成单片机最小系统，用P0口扩展8位LED灯，利用ISIS的布线功能在元器件之间连线，完成电路原理圖的设计，以*.DSN格式保存设计文件。
1.3编写程序
在Keil中编写C语言程序，进行编译、调试，生成hex文件。
1.4给单片机加载程序
双击原理图中的AT89C51单片机芯片，在弹出的标签对话框中单击“Program File”参数框后面的文件夹按钮，在文件夹中找到可执行的hex文件，单击“OK”按钮结束加载过程。
1.5软硬件联调，仿真运行
程序加载完成后，启动仿真运行功能即可观察到具有真实运行效果的仿真结果。流水灯按照预期的各种花样实时显示，其效果如同在真实电路板上实验一样。
2 PCB板设计及制作
ARES的主要功能是完成PCB相关设计工作，包括网络表导入、元器件布局、布线、铺铜及输出光绘文件等。下面以上面所设计的单片机流水灯电路的PCB设计为例来说明ARES模块在单片机系统开发过程中制作PCB电路板的方法和步骤。
2.1核实元器件的PCB封装
在利用ARES模块进行PCB设计前，需要检查原理图中的所有元器件是否都有PCB封装模型。双击编辑窗口中的每一个元器件，可弹出该元器件的属性对话框。例如双击发光二极管D0弹出其属性对话框。可以看出，此时在“PCBPackage”参数框中显示Not Specified，表明尚未指定PCB封装。单击该参数框后面的问号按钮，可弹出PCB封装选择对话框。
在“Keywords”框中输入字符“LED”，下部窗口里将出现LED的封装图形，右部窗口中则出现满足检索要求的选项说明。双击满足检索要求的选项，可关闭PCB封装选择对话框，并将此封装添加到D0元件的属性对话框中。
单击“OK”按钮，可结束D0的PCB封装设置。采用此类方法可对原理图中所有元器件的PCB封装进行相应设置。
2.2导入元器件网络表
单击ISIS模块菜单栏“工具”中的“网表到ARES”可启动ARES模块。或者，单击工作界面右上角的“Nelist Transfor To ARES”工具按钮也可启动ARES，打开ARES工作界面。ARES的编辑界面也是Windows风格，主要包含预览窗口、菜单栏、命令工具栏、列表窗口、板层选择栏、旋转/镜像选择栏、编辑工作区和状态栏。其中列表窗口中为原理图中的元器件清单。
2.3元器件布局
单击编辑工具栏中的2D矩形图框按钮，单击工作窗口左下方的下拉图层工具栏，选中黄色的“Board Edge”板框选项，按住鼠标左键，在编辑工作区上拖拽画出一个黄色的方框，这个方框是PCB板的元器件布局区，可根据需要调整大小。
单击编辑工具栏中的“Component Mode”按钮，在列表框中指定某一元件后，预览窗口中将显示该元件的封装图形。单击编辑工作区，可将选种的元件摆放到适当的位置。通过正、反向旋转900，水平反转，垂直反转等方法可以调整元件摆放的方向。用同样方法将所有元器件逐一摆放到布局区中，在摆放过程中，按照原理图中的连接关系，元件之间会自动产生“飞线”。
元件布局时最好先放置具有标志性的元件，元件布局完成后，可以根据需要对元件摆放区边框形状及尺寸进行调整。
2.4元件布线
单击工具栏左上部的“Auto Router”按钮，可以弹出自动布线设置窗口。如果无须更改设置，单击“OK”按钮开始自动布线，此时“飞线”将被正式的引线所取代，自动布线后需要利用手动方式进行局部调整，使原理图布局合理、美观。
2.5铺铜
铺铜是指将布线之间的空白区域进行铜箔填充。单击左侧编辑工具栏中的“Zone Mode”按钮，光标变为笔形状，按住鼠标左键在黄色边框线内拖曳出一块矩形铺铜区，松开鼠标后，可弹出铺铜编辑框，单击“OK”按钮，完成顶层铺铜操作。按住鼠标左键，在靠近黄色边框线附近再拖曳一块巨型铺铜区。松开鼠标后，铺铜编辑框可再次弹出，单击“Layer/Colour”下拉工具栏，选择“Bottom Copper”，完成底层铺铜操作。
2.6预览三维PCB效果
ARES支持PCB三维预览功能，设计者可在制作实物之前看到焊接元件后的PCB板效果图。打开“Output”菜单，选中“3D Visualization”选项，可启动三维预览功能，拖动鼠标可以从不同角度观察PCB的设计效果（见图1）。
3结束语
Proteus功能强大，在单片机教学中大大提高了教学的灵活性和自主性。目前高校均广泛应用ISIS模块进行单片机应用系统的设计与开发，而对于PCB板的设计主要运用PROTEL来实现，而对于单片机系统如果先再Proteus中设计原理图仿真通过后再利用PROTEL来制作电路板，需要重新再绘制原理图，这样就很麻烦，所以利用Proteus中的ARES模块来设计单片机PCB板既保证了效果，又提高了设计效率。
参考文献：
[1] 孔维功.C51单片机编程与应用[M].北京： 电子工业出版社，2013.
[2] 侯玉宝，陈忠平，李成群.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2008.
[3] 许文斌.PROTEUS软件在单片机系统仿真实验教学中的应用[J].商业经济，2006（3）.
关键词 PROTEUS ARES模块 PCB
中图分类号：G71 文献标识码：A
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件，它以其特有的虚拟仿真技术很好地解决了EDA技术无法解决的问题。Proteus可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能。本文以单片机流水灯PCB板的制作为例详细介绍PROTEUS实现印制电路板的设计制作过程。
1原理图设计及调试
制作PCB板之前要设计好原理图，Proteus的ISIS（Intelligent Schematic Input System）模块主要提供原理图设计与仿真平台，用于电路原理图的设计以及交互式仿真。下面介绍在ISIS模块中设计单片机流水灯原理图的详细步骤。
1.1启动ISIS
启动ISIS后可打开ISIS工作界面，可发现ISIS的工作界面完全是Windows软件风格，主要包括标题栏、菜单栏、工具栏、状态栏、方位控制按钮、仿真进程控制按钮、对象选择窗口、原理图编辑窗口和预览窗口等。
1.2绘制单片机流水灯电路原理图
从ISIS的元件库中选择所需的元器件：单片机AT89C51、晶振CRYSTAL、电容CAP、电解电容CAP-ELEC、发光二极管LED-YELLOW、排阻RESPACK-8，并放置在原理图编辑窗口中，进行布局，设计单片机时钟电路、复位电路构成单片机最小系统，用P0口扩展8位LED灯，利用ISIS的布线功能在元器件之间连线，完成电路原理圖的设计，以*.DSN格式保存设计文件。
1.3编写程序
在Keil中编写C语言程序，进行编译、调试，生成hex文件。
1.4给单片机加载程序
双击原理图中的AT89C51单片机芯片，在弹出的标签对话框中单击“Program File”参数框后面的文件夹按钮，在文件夹中找到可执行的hex文件，单击“OK”按钮结束加载过程。
1.5软硬件联调，仿真运行
程序加载完成后，启动仿真运行功能即可观察到具有真实运行效果的仿真结果。流水灯按照预期的各种花样实时显示，其效果如同在真实电路板上实验一样。
2 PCB板设计及制作
ARES的主要功能是完成PCB相关设计工作，包括网络表导入、元器件布局、布线、铺铜及输出光绘文件等。下面以上面所设计的单片机流水灯电路的PCB设计为例来说明ARES模块在单片机系统开发过程中制作PCB电路板的方法和步骤。
2.1核实元器件的PCB封装
在利用ARES模块进行PCB设计前，需要检查原理图中的所有元器件是否都有PCB封装模型。双击编辑窗口中的每一个元器件，可弹出该元器件的属性对话框。例如双击发光二极管D0弹出其属性对话框。可以看出，此时在“PCBPackage”参数框中显示Not Specified，表明尚未指定PCB封装。单击该参数框后面的问号按钮，可弹出PCB封装选择对话框。
在“Keywords”框中输入字符“LED”，下部窗口里将出现LED的封装图形，右部窗口中则出现满足检索要求的选项说明。双击满足检索要求的选项，可关闭PCB封装选择对话框，并将此封装添加到D0元件的属性对话框中。
单击“OK”按钮，可结束D0的PCB封装设置。采用此类方法可对原理图中所有元器件的PCB封装进行相应设置。
2.2导入元器件网络表
单击ISIS模块菜单栏“工具”中的“网表到ARES”可启动ARES模块。或者，单击工作界面右上角的“Nelist Transfor To ARES”工具按钮也可启动ARES，打开ARES工作界面。ARES的编辑界面也是Windows风格，主要包含预览窗口、菜单栏、命令工具栏、列表窗口、板层选择栏、旋转/镜像选择栏、编辑工作区和状态栏。其中列表窗口中为原理图中的元器件清单。
2.3元器件布局
单击编辑工具栏中的2D矩形图框按钮，单击工作窗口左下方的下拉图层工具栏，选中黄色的“Board Edge”板框选项，按住鼠标左键，在编辑工作区上拖拽画出一个黄色的方框，这个方框是PCB板的元器件布局区，可根据需要调整大小。
单击编辑工具栏中的“Component Mode”按钮，在列表框中指定某一元件后，预览窗口中将显示该元件的封装图形。单击编辑工作区，可将选种的元件摆放到适当的位置。通过正、反向旋转900，水平反转，垂直反转等方法可以调整元件摆放的方向。用同样方法将所有元器件逐一摆放到布局区中，在摆放过程中，按照原理图中的连接关系，元件之间会自动产生“飞线”。
元件布局时最好先放置具有标志性的元件，元件布局完成后，可以根据需要对元件摆放区边框形状及尺寸进行调整。
2.4元件布线
单击工具栏左上部的“Auto Router”按钮，可以弹出自动布线设置窗口。如果无须更改设置，单击“OK”按钮开始自动布线，此时“飞线”将被正式的引线所取代，自动布线后需要利用手动方式进行局部调整，使原理图布局合理、美观。
2.5铺铜
铺铜是指将布线之间的空白区域进行铜箔填充。单击左侧编辑工具栏中的“Zone Mode”按钮，光标变为笔形状，按住鼠标左键在黄色边框线内拖曳出一块矩形铺铜区，松开鼠标后，可弹出铺铜编辑框，单击“OK”按钮，完成顶层铺铜操作。按住鼠标左键，在靠近黄色边框线附近再拖曳一块巨型铺铜区。松开鼠标后，铺铜编辑框可再次弹出，单击“Layer/Colour”下拉工具栏，选择“Bottom Copper”，完成底层铺铜操作。
2.6预览三维PCB效果
ARES支持PCB三维预览功能，设计者可在制作实物之前看到焊接元件后的PCB板效果图。打开“Output”菜单，选中“3D Visualization”选项，可启动三维预览功能，拖动鼠标可以从不同角度观察PCB的设计效果（见图1）。
3结束语
Proteus功能强大，在单片机教学中大大提高了教学的灵活性和自主性。目前高校均广泛应用ISIS模块进行单片机应用系统的设计与开发，而对于PCB板的设计主要运用PROTEL来实现，而对于单片机系统如果先再Proteus中设计原理图仿真通过后再利用PROTEL来制作电路板，需要重新再绘制原理图，这样就很麻烦，所以利用Proteus中的ARES模块来设计单片机PCB板既保证了效果，又提高了设计效率。
参考文献：
[1] 孔维功.C51单片机编程与应用[M].北京： 电子工业出版社，2013.
[2] 侯玉宝，陈忠平，李成群.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2008.
[3] 许文斌.PROTEUS软件在单片机系统仿真实验教学中的应用[J].商业经济，2006（3）.