第一篇：探析PROTEUS的九九乘法表仿真實驗設(shè)計論文

摘要：根據(jù)九九乘法表的要求，確定了實驗框圖，將系統(tǒng)分為脈沖單元模塊、被乘數(shù)和乘數(shù)產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)選擇模塊、數(shù)據(jù)比較模塊、音響提示模塊、二進制乘法模塊、碼制變換模塊以及譯碼顯示模塊等，并確定了每一功能模塊的實現(xiàn)電路。最后采用了PROTEUS軟件對所設(shè)計的電路進行了仿真，驗證了關(guān)鍵設(shè)計結(jié)果。

關(guān)鍵詞：PROTEUS軟件；乘法表；仿真實驗

數(shù)字電子技術(shù)是電氣信息類專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，實踐性很強，主要包括組合電路和時序電路兩大部分內(nèi)容，常用的組合電路有加法器、編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)值比較器等，常用的時序電路有計數(shù)器、定時器和脈沖電路等。在理論課程結(jié)束后，進行一次綜合性的電路設(shè)計訓練能夠較好地培養(yǎng)學生運用所學理論知識的能力[1]。九九乘法表實驗是一項綜合設(shè)計性實驗，目前能查到的文獻均是用FPGA、CPLD或單片機的方法來實現(xiàn)的[2-4]，本文以數(shù)字電路為基礎(chǔ)，以PROTEUS軟件為基本工具，完成了九九乘法表的設(shè)計與仿真。

1實驗要求

九九乘法表實驗是一個綜合性實驗，目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學數(shù)字電子技術(shù)理論知識的能力，因此，實驗內(nèi)容的設(shè)置應(yīng)盡可能涉及數(shù)字電子技術(shù)所有重要的知識點，基于此，本實驗要求實現(xiàn)的功能為：（1）被乘數(shù)和乘數(shù)可由4個撥碼開關(guān)設(shè)置，手動進行乘法運算并顯示；（2）可按常規(guī)的九九乘法表方式，依照一定速率自動進行乘法運算并顯示；（3）被乘數(shù)、乘數(shù)和乘積在七段數(shù)字顯示器上顯示；（4）當設(shè)置的被乘數(shù)和乘數(shù)超過9時進行聲響提示。

2實驗方案

根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合學生已掌握的數(shù)字邏輯知識，建立了如圖1所示的設(shè)計方案。脈沖單元電路產(chǎn)生1Hz的脈沖信號供被乘數(shù)和乘數(shù)產(chǎn)生電路使用；被乘數(shù)和乘數(shù)產(chǎn)生電路自動有序地產(chǎn)生被乘數(shù)和乘數(shù)；數(shù)據(jù)選擇電路用來選擇是手動運算還是自動運算；數(shù)值比較電路檢測被乘數(shù)和乘數(shù)是否大于9，若大于9，驅(qū)動音響提示電路發(fā)出聲音提示；二進制乘法電路完成被乘數(shù)和乘數(shù)的乘法運算；碼制變換電路將乘法電路輸出的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為8421BCD碼；譯碼顯示電路將被乘數(shù)、乘數(shù)和乘積在七段數(shù)碼管上顯示。

3實驗電路

3.1脈沖單元電路

脈沖單元電路用來產(chǎn)生1Hz的脈沖信號。在數(shù)字電子技術(shù)中，講解了兩種產(chǎn)生脈沖的方法，一種是用555定時器來產(chǎn)生，另一種是由集成門構(gòu)成脈沖單元電路。實驗時可由學生任選一種方法來完成。

3.2被乘數(shù)和乘數(shù)產(chǎn)生電路

九九乘法表的特性是被乘數(shù)和乘數(shù)都從1開始，然后乘數(shù)從1到9開始變化，當乘數(shù)由9跳回1時，被乘數(shù)加1，當被乘數(shù)和乘數(shù)都為9時，被乘數(shù)和乘數(shù)都跳回1。在具體實現(xiàn)時，計數(shù)器可讓學生采用觸發(fā)器按時序電路設(shè)計的方法來設(shè)計完成，也可用集成計數(shù)芯片（如74160、74161、74163等）來實現(xiàn)。

3.3被乘數(shù)和乘數(shù)選擇電路

被乘數(shù)和乘數(shù)選擇電路用來選擇是手動運算還是自動運算，可用2個4位數(shù)據(jù)選擇器74157來完成。

3.4二進制乘法電路

實現(xiàn)二進制乘法電路有多種方案，根據(jù)學生已掌握的數(shù)字邏輯知識，有兩種方案可以選擇。一種方案是采用組合邏輯設(shè)計方法，電路事先將所有的乘積項全部計算出來，最后進行加法運算，這種方案可用于門電路和加法器（如74LS283）構(gòu)成；另一種方案是采用時序邏輯設(shè)計方法，電路將部分已得到的乘積結(jié)果右移，然后與乘積項相加并保存和值，反復迭代上述步驟直到計算出最終乘積，這種方案可用于移位寄存器（如74LS194）和加法器構(gòu)成。

3.5數(shù)值比較及音響提示電路

實驗要求當設(shè)置的被乘數(shù)和乘數(shù)超過9時進行聲響提示，因此需一個數(shù)值比較電路。數(shù)值比較電路可用基本門電路按組合電路設(shè)計的方法來設(shè)計，也可采用中規(guī)模集成器件（7485）實現(xiàn)。仿真時注意，PROTEUS軟件中調(diào)入的報警器BUZZER默認工作電壓是12V，若讓7485芯片的輸出直接驅(qū)動，需設(shè)置其工作電壓，本仿真電路設(shè)為0.5V。

3.6譯碼顯示電路

PROTEUS軟件中有內(nèi)含譯碼功能的4輸入端顯示數(shù)碼管，為讓學生熟悉譯碼及顯示過程，也可采用7輸入端的數(shù)碼管進行顯示，這時就需要譯碼電路。譯碼器可讓學生采用門電路設(shè)計完成，也可用集成譯碼芯片（如7447、7448等）來實現(xiàn)。

3.7碼制變換電路

碼制變換電路用來將8位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼，這個功能采用CPLD或單片機編程是很容易實現(xiàn)的，但考慮到學生所掌握的數(shù)字邏輯知識，要求采用硬件電路來完成。74185是一個5位二進制—BCD代碼轉(zhuǎn)換器件，本文要求的碼制變換電路可用兩片74185來構(gòu)成，但因PROTEUS軟件中沒有74185的仿真模型，可利用所學知識自行設(shè)計一個碼制變換電路，轉(zhuǎn)換原理是：對給出的二進制數(shù)，算出其對應(yīng)的十進制位數(shù)，設(shè)計一個對應(yīng)位數(shù)的BCD加計數(shù)器，以給定的二進制數(shù)為初值，做減1計數(shù)，同時BCD加法計數(shù)器做加1計數(shù)。當二進制計數(shù)器減到0時，停止計數(shù)，此時BCD計數(shù)器中的值就是轉(zhuǎn)換后的十進制數(shù)。

4結(jié)語

本實驗課題是2015年筆者所申請的一個開放實驗項目，學生完成后普遍認為受益匪淺。在具體實施時，在實驗任務(wù)中只給出設(shè)計題目及要求，教師簡單講解組合電路和時序電路設(shè)計的基本流程、二進制乘法器原理、碼制轉(zhuǎn)換原理以及數(shù)碼管顯示原理等相關(guān)知識，由學生自主查閱資料，確定設(shè)計方案，設(shè)計電路并進行PROTEUS仿真，最后提交一份完整的實驗報告。實踐證明，通過PROTEUS軟件實現(xiàn)虛擬仿真實驗具有較強的直觀性，此綜合實驗可鞏固和加深學生對數(shù)字電子技術(shù)理論知識的理解，掌握數(shù)字電路綜合設(shè)計的方法，培養(yǎng)獨立分析問題和解決問題的能力及創(chuàng)新實踐的能力。

參考文獻

[1]周圍,于波,韓建.基于Multisim的硬幣存錢箱仿真實驗設(shè)計[J].實驗科學與技術(shù),2015,13(5):3-5.[2]傅曉程,阮秉濤,樊偉敏.基于FPGA的九九乘法表實驗[J].實驗科學與技術(shù),2014,12(3):68-69.[3]邵鴻翔.九九乘法表系統(tǒng)的設(shè)計[EB/OL](2012-06-29)[2017-12-01].[4]道客巴巴.單片機應(yīng)用——九九乘法表判斷器[EB/OL](2013-03-16)[2017-11-01].

第二篇：數(shù)字電路課程設(shè)計四路搶答器附proteus仿真下載

寧波理工學院

數(shù)字電路課程設(shè)計（論文）

題 目 基于74LS171的競賽搶答器電路分析

姓名

學號 專業(yè)班級 指導教師

學 院 信息科學與工程學院

完成日期 2013年6月6日

I Proteus文件下載地址

：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=3232147993&uk=1662325156

摘 要

74LS系列芯片在生活中有廣泛的應(yīng)用。

其中“74”指的是商用器件，與“54”是軍用不同，它的適用溫度范圍為0℃ ～ 70℃；而軍用的適用溫度范圍要廣為-55℃～125℃。

LS等是子系列名稱。L:低功耗;H:高速;S:肖特基;LS:低功耗消特基;ALS:先進低功耗肖特基;AS:先進肖特基;LS：低功耗消特基

即74LS為商用低功耗肖特基系列。本競賽搶答器主要用到74LS171芯片。本課題設(shè)計是“四人搶答器”。主要是通過本次課程設(shè)計掌握四人搶答器電路的設(shè)計流程和設(shè)計原理圖。并學會用proteus做出四人搶答器電路的仿真與分析。且通過這次課程設(shè)計學會用不同的芯片設(shè)計簡單的搶答器電路。

關(guān)鍵詞：競賽搶答器；單周期脈沖信號；74LS171

II

III

第1章

電路介紹

1.1 主要器件介紹

本次實驗是以四人搶答電路為例。四人參加比賽，沒人一個按鈕，其中一人按下按鈕后，相應(yīng)的指示燈點亮，并且之后按下的按鈕不起作用。

競賽搶答器以74LS171四D觸發(fā)器為核心器件設(shè)計四人競賽搶答電路。74LS171內(nèi)部包含了四個D觸發(fā)器，各輸入、輸出以序號相區(qū)別，如下圖：

其中CLK端為時鐘端，MR為清零端（低電平有效）。

1.2 部分電路設(shè)計

按鍵設(shè)置模塊，設(shè)計為按鍵懸空是，D0?..D3接地，沒有向該端口發(fā)送脈沖信號。按鍵另一端接電源，按鍵按下，電源脈沖信號送到D0?..D3端口。（R1,R2,R3,R4，R5,R6,R7,R8為330歐姆。R9為100歐姆。）

本次實驗難點是其中一人按下按鈕后，相應(yīng)的指示燈點亮，之后按下的按鈕不起作用。要起到這樣的作用設(shè)計了兩個“與非”門電路。當按鍵按下后，最先按下的Q端輸出信號為1，那么Q非為0，這里采用“與非”門，即便其余按鍵按下后，有一個輸出信號為0，那么一與非輸出為1，這就使得74LS171時鐘端被封住了，此后其他輸入信號對系統(tǒng)輸出不起作用了。輸出的信號1在經(jīng)過與非門輸出信號0，它與時鐘信號再與非，那么時鐘信號輸出信號均為1。（這里用到74LS20和74LS00）

電路顯示部分為四個發(fā)光二極管，串聯(lián)著四個330歐姆的電阻。

其中清零信號用于賽前清零。清零后四個二極管均熄滅，電路反向輸出均為1，時鐘端“與”門開啟，等待輸入信號。

第2章 競賽搶答電路分析

當按下#1后，D1發(fā)光二極管被點亮，同時系統(tǒng)的時鐘輸入端被鎖定。再按其余按鍵，均無反應(yīng)。

第3章 總結(jié)與展望

本課題設(shè)計是“四人搶答器”。主要是通過本次課程設(shè)計掌握四人搶答器電路的設(shè)計流程和設(shè)計原理圖。并學會用proteus做出四人搶答器電路的仿真與分析。且通過這次課程設(shè)計學會用不同的芯片設(shè)計簡單的搶答器電路

本次電路設(shè)計重在原理圖的設(shè)計，并研究了制作流程。其難度在于一人按下按鈕后，相應(yīng)的指示燈點亮，之后按下的按鈕不起作用。本次實驗聰明的利用了與非門電路，有效的解決了這一問題。其次實驗運用74LS171芯片，拓展了對74系列其他芯片的了解。本次實驗可以很好的拓展，學會利用不同型號的芯片來制作搶答器。實驗給我的收獲很多，充分的想辦法解決問題很是關(guān)鍵，利用缺乏的資源做到相同的效果當是我們學習的目的和解決問題的途徑

第三篇：數(shù)控仿真探索論文

探索斯沃數(shù)控仿真軟件課堂教學

王建 裘敏浩 趙傳彬

貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學院 貴州 凱里 郵編 556600 摘 要：初學者在數(shù)控實習教學過程中易發(fā)生安全事故，造成機床和人身傷害。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)是基于虛擬現(xiàn)實的仿真軟件，是利用計算機來模擬實際的加工過程。采用數(shù)控仿真軟件教學，不僅降低了運行成本，而且給學生更多的練習機會，在各種仿真過程中熟練掌握數(shù)控機床的加工生產(chǎn)技術(shù)，訓練學生實習操作的技能技巧，提高數(shù)控教學水平。但數(shù)控加工仿真系統(tǒng)是一種模擬軟件，它不可能完全代替實訓。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù) 仿真軟件 數(shù)控教學

研究目的：數(shù)控技術(shù)自問世以來，給世界各國制造業(yè)帶來了革命性的變化?，F(xiàn)在數(shù)控技術(shù)已成為制造業(yè)，特別是先進制造業(yè)的核心，也是體現(xiàn)一個國家綜合國力水平的重要標志。企業(yè)的制造能力、適應(yīng)市場能力和競爭能力都是建立在數(shù)控技術(shù)之上。隨著我國制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，需要大量掌握現(xiàn)代化制造技術(shù)的人才，特別對一線數(shù)控技術(shù)工人的需求量非常大，這就要求職業(yè)學校培養(yǎng)具有高技能的技術(shù)人才。但只在課堂上傳授理論知識，比較枯燥乏味，學生很少有學習興趣。因此，探索出一種投入小、見效快、學生容易理解且可以在課堂上操作給學生看的教學模式勢在必行。

一、數(shù)控教學中應(yīng)用數(shù)控仿真軟件在的優(yōu)點

要學好一門技術(shù)就要經(jīng)過大量的實習實踐，而數(shù)控技術(shù)更是一門實踐性強的課程，良好實習環(huán)境是數(shù)控教學必不可少的條件。而數(shù)控實習設(shè)備屬于的高科技產(chǎn)品，價格高，一臺數(shù)控車或數(shù)控銑至少在10萬左右，而一臺數(shù)控加工中心要30萬左右，多則達數(shù)百萬。而且每個班級基本上都有五六十人左右，實習設(shè)備是遠遠不夠的。從數(shù)量上和成本安全性上考慮，都不大適合學生的普及性教學和實訓。如果數(shù)控機床的實訓完全按照實操進行，需購置大量設(shè)備來滿足學生實習，這樣投入大、消耗多、成本高，一般學校難以承受，而使用數(shù)控加工仿真軟件是解決此不足的主要途徑，它既能解決實訓設(shè)備不足、學生實習時間少的問題，又能解決初學者由于對數(shù)控系統(tǒng)及操作面板不熟悉而造成的安全問題，提高學生對數(shù)控系統(tǒng)操作及控制面板的熟悉度，讓學生大膽地通過仿真對所編程序進行驗證，使實習的安排達到多樣化，提高學生的學習興趣和編程能力，使數(shù)控技術(shù)的教學投入少、見效快，是一種經(jīng)濟實用、安全可靠、功能多樣的教學輔助工具。

二、在數(shù)控教學中的應(yīng)用數(shù)控加工仿真軟件方法

在學習數(shù)控加工仿真軟件前，一般是學生完成了專業(yè)基礎(chǔ)理論教學（如機械基礎(chǔ)，機械制圖等）、專業(yè)基礎(chǔ)實訓教學（如鉗工，普通車工等）的基礎(chǔ)上進行的，仿真教學的目的是充分利用現(xiàn)有的資源，訓練學生實習操作的技能技巧。怎樣運用好數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，使其發(fā)揮最好效果，具體應(yīng)做如下幾點：

1.在數(shù)控教學初期

在教學初期，主要以理論教學為主，學習數(shù)控編程的理論知識（如指令格式、編程方法等問題）。但同時在教學中應(yīng)穿插數(shù)控仿真軟件的學習，仿真軟件主要解決軟件的安裝及基本的使用問題（如下1-1圖）?？上扔枚嗝襟w將數(shù)控仿真軟件對學生進行集中訓練，使學生對仿真軟件的使用有全面的了解，然后讓學生上機練習仿真軟件的使用。

圖1

2.教學中期

經(jīng)過初期的軟件學習后，學生基本掌握了數(shù)控機床面板及數(shù)控仿真軟件的操作方法，數(shù)控教學應(yīng)將理論與仿真有機結(jié)合起來，理論教學以編程方法和工藝為主，而仿真訓練主要進行程序的輸入、校驗等練習，同時讓學生了解不同數(shù)控系統(tǒng)（如下幾圖：1法拉克、2西門子、3廣數(shù)、4華中等操作系統(tǒng)）的操作方式，將理論與實踐結(jié)合起來。

圖2法拉克

圖3西門子

圖4廣州數(shù)控

圖5華中數(shù)控

3.教學后期

數(shù)控加工仿真軟件只是一種模擬教學軟件，是對加工過程的模擬，并非真實的加工過程，它不可能完全代替教學，尤其是數(shù)控加工實訓。在數(shù)控教學中，往往由于過分依賴仿真系統(tǒng)，而忽視了機床加工練習。因為仿真軟件與實際機床有著本質(zhì)的區(qū)別，仿真軟件無法替代學生在機床上加工時的真實感受，特別在切削用量的選擇方面。因此，教學后期要合理安排時間，將仿真訓練與實際數(shù)控機床操作訓練有機結(jié)合，盡量讓學生在機床上進行零件的加工訓練，而仿真軟件此時只是對程序驗證的工具，學生可先在仿真系統(tǒng)上將零件模擬加工出來，然后再上機床實際加工，這樣可以保證程序的正確性，減少在加工的過程中因程序問題而造成的安全事故。

華中數(shù)控仿真模擬“數(shù)控銑”加工零件示意圖

華中數(shù)控仿真模擬“數(shù)控車”加工零件示意圖

總結(jié)：把數(shù)控仿真軟件用于數(shù)控教學中，將有利于改進教學方法，提高教學水平。但同時要正確處理仿真與實際操作的關(guān)系，不能用仿真軟件完全代替數(shù)控實習，應(yīng)合理安排仿真與實際操作的時間。

教育是高投入、高產(chǎn)出的行業(yè)，如何利用現(xiàn)有的資源和設(shè)備，以最少的成本，培養(yǎng)具有現(xiàn)代化數(shù)控技術(shù)應(yīng)用和開發(fā)能力的新型數(shù)控車（銑）加工中心人才，將是職業(yè)教育探索的方向。

作者簡介：王建 男 貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學院助教 研究方向：機械類專業(yè)基礎(chǔ)課程教學、研究

第四篇：Proteus在電子實踐教學課程中應(yīng)用的研究論文

[摘要]本文介紹了PROTEUS軟件在實踐教學中的重要作用，闡述了該仿真軟件的優(yōu)勢，通過實例說明虛擬仿真在電子設(shè)計方面的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]Proteus 軟件 仿真 實踐教學

一、前言

伴隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展虛擬仿真實驗室應(yīng)運而生，將計算機仿真技術(shù)引入電子線路課程設(shè)計教學之中，是對傳統(tǒng)實踐教學和電子電路設(shè)計的重大突破。先在計算機上進行虛擬設(shè)計、仿真，然后將結(jié)果應(yīng)用到實際電路之中，既降低了設(shè)計成本，又縮短了整個設(shè)計的周期，從而提高了效率。作為傳統(tǒng)實驗的重要補充，虛擬實驗豐富了實踐性教學的手段，有利于現(xiàn)代實驗教學觀念的更新。例如，對于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的愛好者而言，往往沒有足夠的資金購買昂貴的開發(fā)板來進行開發(fā)，這時可以選擇通過軟件仿真來學習嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。Proteus 是目前最好的能夠虛擬嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中常用的處理器和外圍器件的EDA 工具。另外，仿真技術(shù)在電子線路課程設(shè)計中的應(yīng)用提高了學生綜合分析電路的能力和開發(fā)設(shè)計的能力，為今后更高層次的設(shè)計和實踐打下基礎(chǔ)。

二、PROTEUS 軟件簡介

PROTEUS軟件由Labcenter公司開發(fā)，是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺，可以實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設(shè)計等功能，是目前唯一能夠?qū)Ω鞣N處理器進行實時仿真、調(diào)試與測試的EDA工具。微控制器系統(tǒng)相關(guān)的仿真需建立編譯和調(diào)試環(huán)境，可選擇Keil C51uVision2 軟件。該軟件支持眾多不同公司的芯片，集編輯、編譯和程序仿真等于一體，同時還支持PLM、匯編和C語言的程序設(shè)計。它的界面友好易學，在調(diào)試程序、軟件仿真方面有很強大的功能。

Proteus VSM的核心是ProSPICE，這是一個組合了SPICE3f5模擬仿真器核和基于快速事件驅(qū)動的數(shù)字仿真器的混合的仿真系統(tǒng), SPICE 內(nèi)核的使用使您能采用數(shù)目眾多的供應(yīng)廠商提供的SPICE 模型, 目前該軟件包包含有約6500個模型。Proteus VSM包含大量的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字信號波型發(fā)生器、時鐘計數(shù)器、虛擬終端以及簡單的電壓計、電流計。此外仿真器能通過色點來顯示每個管腳的狀況，這點在單步調(diào)試I/O 碼時絕對非常有用。

Proteus VSM最主要的特點是它能把微處理器軟件作用在處理器上并和連接該微處理器的任何模擬和數(shù)字器件協(xié)同仿真。微處理器模型和其它器件的模型一道駐留在原理設(shè)計中，它仿真執(zhí)行目標碼，就像在真正的單片機系統(tǒng)上。如果程序代碼向一個外設(shè)口寫, 電路中邏輯電平會相應(yīng)變化，如果電路改變了微處理器管腳的狀態(tài)，這些也可以在您的程序代碼中看到，如同真實系統(tǒng)一樣。

PROTEUS VSM FOR ARM/LPC2000 包含做PHILIPS 公司LPC2000 系列設(shè)計仿真所需的一切。支持ARM和THUMB 指令集。支持片上外設(shè)：GPIO, timers, RTC, UARTS, SPI, I2C, MAM,PLL, ADC and watchdog timer 等。支持VIC 中斷子系統(tǒng)。在3G 的PC 環(huán)境下可以做10MIPS 的仿真。可以裝載ELF/DWARF2 格式文件進行源碼調(diào)試?？梢岳肐AR Embedded Workbench 和KeilUV3 與PROTEUS 進行聯(lián)調(diào)。這個軟件包包括: ISIS 原理圖輸入系統(tǒng)。PROSPICE 交互式仿真引擎。LPC2000 系列處理器模型。ARM7TDMI 和ARM7TDMI－S 內(nèi)核模型。可以用高級圖形仿真工具來做基于圖表的仿真。由PROTEUS VSM仿真通過的設(shè)計可以直接導入到ARES 中進行PCB 設(shè)計。

三、PROTEUS 軟件仿真的優(yōu)勢

采用Proteus 仿真軟件進行虛擬實驗, 具有比較明顯的優(yōu)勢,如涉及到的電子元件豐富、實驗內(nèi)容全面、硬件投入少、實驗過程中安全、損耗小、與工程實踐最為接近等。

1．電子元件豐富，內(nèi)容全面

Proteus軟件提供了數(shù)千種元器件，它能實驗的內(nèi)容包括軟件部分的匯編、C 等語言的調(diào)試過程,也包括硬件接口電路中的大部分類型。對同一類功能的接口電路, 可以采用不同的硬件來搭建完成, 可以擴展學生的思路和提高學生的學習興趣。該軟件可以加快電路系統(tǒng)開發(fā)的速度，節(jié)約開發(fā)成本，提高開發(fā)效率。

2．硬件投入少，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯

Proteus 所提供的元件庫中, 大部分可以直接用于接口電路的搭建, 同時該軟件所提供的儀表, 不管在質(zhì)量還是數(shù)量上, 都是可靠和經(jīng)濟的。如果在實驗教學中投入這樣的真實的儀器儀表, 僅儀表的維護來講, 其工作量也是比較大的。因此采用軟件的方式進行教學, 其經(jīng)濟優(yōu)勢是比較明顯的。

3．接近實踐，提高解決實際工程問題的能力

采用仿真軟件后, 學習的投入變得比較的小, 而實際工程問題的研究, 也可以先在軟件環(huán)境中模擬通過, 再進行硬件的投入,這樣處理, 不僅省時省力, 也可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費。最后將仿真調(diào)試成功的電路移植到一個具體的硬件電路中進行測試。將仿真軟件和具體的工程實踐如何結(jié)合起來, 利于對工程實踐過程的了解和學習。

4．實驗過程中安全，儀器多、損耗小

采用Proteus 仿真軟件進行的實驗教學,可以將大量教學信息直接地表現(xiàn)出來,節(jié)約大量昂貴的實驗儀器費用,調(diào)動學生的學習積極性和主動性,為實踐性教學設(shè)計過程帶來了很大的靈活性,并且打破了空間和時間的限制,避免真實實驗或操作所帶來的各種危險,則不存在因操作不當而造成的元器件和儀器儀表的損毀, 也涉及到儀器儀表等工作時所造成的能源消耗的問題。

5．采用多媒體教學，豐富了實踐性教學的手段

在教學上虛擬實驗采用局域網(wǎng)多媒體教學，通過局域網(wǎng)實現(xiàn)教師機對學生機同步演示電路圖并講解其原理，學生根據(jù)電路原理圖在虛擬實驗系統(tǒng)提供的元件庫中找到相應(yīng)的虛擬元件。實驗完成后將數(shù)據(jù)輸入到電子實驗報告系統(tǒng)中，自動生成實驗報告，教師再通過主機將每位學生的實驗報告收上來進而完成整個實驗教學。

四、教學實例

1．在Proteus 軟件平臺中繪制原理圖

Proteus 軟件繪制原理圖先從軟件包的器件庫里取出所需的元件符號并在繪圖區(qū)布局好, 同時編輯好元件的參數(shù), 接著進行連線, 添加必要的網(wǎng)絡(luò)標號等步驟。

2．編寫程序

(1)對于匯編語言，可直接在Proteus軟件平臺編寫、編譯程序，再把產(chǎn)生HEX 文件導入到AT89C51中。

(2)也可打開第三方軟件Keil Vision3, 新建項目, 選擇微處理芯片, 然后編寫程序, 編譯源程序。產(chǎn)生HEX 文件, 并選中Use Proteus VSM Simulator。該溫控電路主要程序如下：

******************************************

DAT BIT P2.0;數(shù)據(jù)通信口

WDLSB DATA 30H;讀出的溫度低字節(jié)

WDMSB DATA 31H;讀出的溫度高字節(jié)

MAIN: MOV SP,#60H

MOV P2,#0FFH

MOV R2,#8

MOV R0,#40H;

OVER: MOV @R0,#00H;清顯示緩沖

INC R0

DJNZ R2,OVER

MOV TMOD,#21H;T0=16B Counter,T1=8B autoload

MOV TH1,#0FDH;串口波特率9600@11.0592M

MOV TL1,#0FDH

MOV SCON,#50H;串口方式1: 8,N,1MOV PCON,#00H

MOV TH0,#LOW(65535-10000)

MOV TL0,#HIGH(65535-10000)

SETB EA

SETB ET0

SETB TR1

SETB TR0

LOOP: LCALL DSWD;調(diào)用讀出DS18B20溫度程序

SJMP LOOP;讀出DS18B20溫度程序

DSWD:

CLR EA

LCALL RSTSNR

JNB F0,KEND;如果沒有應(yīng)答，返回主程序

MOV R0,#0CCH

LCALL SEND_BYTE;跳過ROM匹配

MOV R0,#44H;發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令

LCALL SEND_BYTE

SETB EA

MOV P1,#00001111B

MOV 48H,#1;延時75ms以上準備讀

SS2: MOV 49H,#25

5SS1: MOV 4AH,#255

SS0: DJNZ 4AH,SS0

DJNZ 49H,SS1

DJNZ 48H,SS

2MOV P1,#11111100B

CLR EA

LCALL RSTSNR

JNB F0,KEND

MOV R0,#0CCH;跳過ROM匹配

LCALL SEND_BYTE

MOV R0,#0BEH;發(fā)出讀溫度命令

LCALL SEND_BYTE

LCALL READ_BYTE

MOV WDLSB,A

LCALL READ_BYTE

MOV WDMSB,A

LCALL TRANS12

KEND: SETB EA

RET

******************************************

3．電路的調(diào)試與仿真

對于匯編語言程序可直接在Proteus平臺編譯、仿真和調(diào)試程序，如果采用第三方軟件Keil編程（C語言或匯編語言）可按照以下步驟進行仿真調(diào)試。

(1)打開Proteus 繪制電路圖, 在AT89C51 中導入在Keil平臺中編譯出的HEX 文件,選中Use Remote Debug Monitor。

(2)在Keil 中選擇調(diào)試,可順序和單步運行程序, 調(diào)出Proteus ISIS 界面, 在Debug 菜單下選擇Virtual Terminal, 打開虛擬終端, 在鍵盤上按鍵, 在虛擬終端窗口中就會顯示相應(yīng)的字符，調(diào)節(jié)虛擬的溫度傳感器（DS18B20）溫度，就可在數(shù)碼管中顯示準確的溫度值。

五、結(jié)束語

Proteus仿真與傳統(tǒng)的實驗教學相比,虛擬實驗教學方法效率更高、互動性更好。傳統(tǒng)實驗是在實驗箱進行，實驗室提供的儀器和實驗箱上提供的元件有限，只能完成一些常規(guī)實驗。而在虛擬實驗平臺上提供了大量的虛擬儀器和電子元件供學生使用,這樣就可以在虛擬實驗教學過程中激發(fā)學生的創(chuàng)造性，這是傳統(tǒng)實驗教學無法比擬的。

參考文獻：

[1]許文斌.proteus 軟件在單片機系統(tǒng)仿真實驗教學中的應(yīng)用[J].商業(yè)經(jīng)濟，2006，(3).[2]代啟化.proteus 在單片機電路系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用[J].自動化與儀器儀表，2006，(6).[3]周潤景，張麗娜.基于Proteus 的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真[M].北京航空航天大學出版社，2006.5.

第五篇：計算機控制技術(shù)與MATLEB仿真結(jié)合論文

計算機控制系統(tǒng)與MATLEB仿真論文

專業(yè)：電氣工程及其自動化

年級：電氣三班

姓名：張杰

學號：11160321

計算機控制技術(shù)與MATLEB仿真結(jié)合論文

計算機控制技術(shù)是一門以電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機控制技術(shù)為核心，綜合可編程控制技術(shù)、單片機技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而實現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的精密化、生產(chǎn)設(shè)備的信息化、生產(chǎn)過程的自動化及機電控制系統(tǒng)的最佳化的專門學科。

計算機控制系統(tǒng)由微型計算機、外部設(shè)備、輸入輸出接口及通道、檢測機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)、被控對象以及相應(yīng)的軟件組成。它的特點是：①計算機控制系統(tǒng)是模擬信號和數(shù)字信號的混合系統(tǒng)。②計算機控制系統(tǒng)具有很好的靈活性和適應(yīng)性。③計算機控制系統(tǒng)可以看成是離散控制系統(tǒng)。④計算機控制系統(tǒng)的控制效率非常的高。⑤計算機具有豐富的指令系統(tǒng)和很強的邏輯判斷能力，可以實現(xiàn)模擬電路不能實現(xiàn)的復雜控制規(guī)律。

根據(jù)計算機在控制系統(tǒng)中的控制功能和控制目的，可以將計算機控制系統(tǒng)分為以下幾種類型。

① 操作指導控制系統(tǒng)，這是一種開環(huán)控制過程。其結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。缺點是要人工操作，速度受到限制，不適合快速系統(tǒng)的控制和多個對象的控制。它一般用在計算機控制系統(tǒng)的研制初級階段，或者是用在新的數(shù)學模型試驗以及新程序的調(diào)試階段。② 直接數(shù)字控制系統(tǒng)，是一種閉環(huán)控制過程，計算機不僅能完全取代模擬控制器，實現(xiàn)多回路的控制，而且不改變系統(tǒng)的硬件電路，只通過改變程序就能實現(xiàn)復雜的控制規(guī)律，如前饋控制、自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制等。③ 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)，簡稱SCC系統(tǒng)。有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式：一種是SCC+模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)；另一種是SCC+DDC系統(tǒng)。監(jiān)督計算機控制方式的效果，主要取決生產(chǎn)過程的數(shù)學模型的優(yōu)劣，而這個模型一般是針對一個目標函數(shù)設(shè)定的，如果這個數(shù)學模型能使目標函數(shù)達到最優(yōu)，則這種控制方式就能實現(xiàn)最優(yōu)控制。監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)中SCC計算機輸出是控制的最優(yōu)給定值，不是人為給定的，因此這種控制系統(tǒng)又可以稱為給定值控制。④ 分布控制系統(tǒng)，也稱為集散控制系統(tǒng)。根據(jù)分布控制系統(tǒng)將控制功能分散，用多臺計算機分別執(zhí)行不同的控制任務(wù)，把系統(tǒng)分三級管理：分散過程控制級、監(jiān)督級、管理級。⑤ 計算機集成制造系統(tǒng)，是對企業(yè)生產(chǎn)過程和生產(chǎn)管理進行優(yōu)化的生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)。他將企業(yè)的計劃、采購、生產(chǎn)、銷售整個生產(chǎn)過程統(tǒng)一考慮進行優(yōu)化決策和最優(yōu)生成過程控制。已達到最高的生產(chǎn)效率和最低的生產(chǎn)成本以及產(chǎn)品質(zhì)量的高度可靠。

隨著生產(chǎn)力及生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)展，對計算機控制系統(tǒng)的要求也逐漸提高。目前，計算機控制系統(tǒng)有如下幾個發(fā)展趨勢。1 集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)的特點是分散控制、集中管理。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析看，集散控制系統(tǒng)由三大基本部分組成，即分散過程控制裝置部分、集中操作和管理部分及通信系統(tǒng)部分。在集散控制系統(tǒng)中，一臺控制器控制一個回路或若干個回路這樣可以避免在采集中計算機控制系統(tǒng)時，若計算機出現(xiàn)問題，將對整個生產(chǎn)裝置或整個生產(chǎn)系統(tǒng)帶來嚴重后果的影響。集散控制系統(tǒng)中用一臺或幾臺計算機對全系統(tǒng)進行全面信息管理，這樣便于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全局優(yōu)化。計算機集成制造系統(tǒng)

計算機集成制造系統(tǒng)簡稱CIMS，是在自動化信息技術(shù)以及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計算機及其軟件，將工廠的全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)過程及生產(chǎn)材料和銷售等有機地集成起來，統(tǒng)一決策，實現(xiàn)批量生產(chǎn)的總體高效率、高柔性的制造系統(tǒng)。可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器簡稱PLC，它吸收了微電子技術(shù)和微型計算機技術(shù)，發(fā)展迅速。如今的PLC無一例外地采用微處理器作為主控器，又才用大規(guī)模集成電路作為存儲器及I/O接口，其性能各方面都達到了比較成熟的地步，在工業(yè)界已經(jīng)普遍應(yīng)用。智能控制系統(tǒng)

智能控制是在無人干預的情況下能自動地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)控制目標的自動控制技術(shù)。智能控制理論的研究和應(yīng)用是現(xiàn)代控制理論在深度和廣度上的拓展。智能控制技術(shù)的主要方法有模糊控制、基于知識的專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和集成智能控制等。常用的優(yōu)化算法有：遺傳算法、蟻群算法、免疫算法等。

智能控制主要應(yīng)用于以下幾個方面：

①工業(yè)過程中的智能控制

②機械制造中的智能控制

③電力電子學研究領(lǐng)域中的智能控制。

離散系統(tǒng)仿真

離散系統(tǒng)的最廣泛應(yīng)用形式是以數(shù)字計算機為控制器的數(shù)字控制系統(tǒng)。模擬信號經(jīng)過采樣開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器，按一定的采樣周期T轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)計算機或其他數(shù)字控制處理后，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器和保持器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號來控制被控對象，以實現(xiàn)數(shù)字控制。

離散控制系統(tǒng)在自動控制領(lǐng)域中越來越多地被廣泛應(yīng)用，它具有以下基本特點：

① 以數(shù)字計算機為核心組成實際的控制器，可實現(xiàn)復雜的控制要求，控制效果好，并可以通過軟件方式改變控制規(guī)律，控制方式靈活。② 數(shù)字信號傳輸可有效抑制噪聲，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。③ 可采用高靈敏度的控制元件，提高系統(tǒng)的控制精度。

④ 可用一臺數(shù)字計算機實現(xiàn)對幾個系統(tǒng)的分時控制，提高設(shè)備利用率，經(jīng)濟性好。

⑤ 便于組成功能強大的集散控制系統(tǒng)。

MATLEB語言是一種以矩陣運算為基礎(chǔ)的交互式程序語言。它集成度高，使用方便，輸入簡捷，運算高效，內(nèi)容豐富，并且很容易有用戶自行擴展。與其他計算機語言相比，MATLEB具有以下顯著特點。

① MATLEB是一種解釋性語言。輸入算式即得出結(jié)果，無需編譯，對每條語句解釋后立即執(zhí)行。若有錯誤也立即做出反應(yīng)，便于編程者馬上改正。

② 變量的“多功能性”（每個元素都看做復數(shù)，每個變量代表一個矩陣）。③ 運算符號的“多功能性”（所有的運算都對矩陣和復數(shù)有效）。④ 強大而簡易的作圖功能（如果數(shù)據(jù)齊全，只需一條命令即可給出相應(yīng)的圖形）。⑤ 智能化程度高。

⑥ 語言規(guī)則與筆算式相似。

⑦ 功能豐富，可擴展性強。MATLEB軟件包括基本部分和專業(yè)擴展部分?；静糠职ǎ壕仃嚨倪\算和各種變換,代數(shù)和超越方程的求解，數(shù)學處理和傅里葉變換及數(shù)值積分等。

MATLAB仿真在工程上用來完成系統(tǒng)的設(shè)計、性能評估、測試等工作。在科學實驗上用來進行數(shù)學模型、專業(yè)模型的模擬，復雜數(shù)值計算等工作。在大學，用來完成一些高等數(shù)值計算。在經(jīng)濟領(lǐng)域，可以進行數(shù)據(jù)評價，數(shù)值分析和預測等。

MATLAB的PID控制在計算機中的應(yīng)用

PID控制器結(jié)構(gòu)和算法簡單，應(yīng)用廣泛，但參數(shù)整定比較復雜，利用MATLAB實現(xiàn)PID參數(shù)整定及其仿真的方法，并分析比較比例、積分、微分控制。PID控制器（比例-積分-微分控制器），由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成。通過Kp，Ki和Kd三個參數(shù)的設(shè)定。PID控制器主要適用于基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)。盡管不同類型的控制器，其結(jié)構(gòu)、原理各不相同，但是基本控制規(guī)律只有三個：比例（P）控制、積分（I）控制和微分（D）控制。這幾種控制規(guī)律可以單獨使用，但是更多場合是組合使用。如比例（P）控制、比例-積分（PI）控制、比例-積分-微分（PID）控制等。

MATLEB仿真PID控制

例1：比例（P）控制：單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)Gc（s）=1/(s+1)(2s+1)(5s+1),采用P控制，Kp=0.1,2.0,2.4,3.0,3.5，求單位階躍響應(yīng)，并繪制響應(yīng)曲線。

G=tf(1,conv(conv([1,1],[2,1]),[5,1]))

kp=2

tou=[0,0.3,0.7,1.5,3]

for i=1:5

G1=tf([kp*tou(i),kp],1)

sys=feedback(G1*G,1)

step(sys)

hold on

end 運行結(jié)果為：

G=tf(1,conv(conv([1,1],[2,1]),[5,1]))

Transfer function:-------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8 s + 1 >> kp=2

kp =

>> tou=[0,0.3,0.7,1.5,3]

tou =

0

0.3000

0.7000

>> for i=1:5 G1=tf([kp*tou(i),kp],1)sys=feedback(G1*G,1)step(sys)hold on end

Transfer function: 2

Transfer function:-------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8 s + 3

Transfer function: 0.6 s + 2

Transfer function:

0.6 s + 2---------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8.6 s + 3

Transfer function: 1.4 s + 2

Transfer function:

3.0000

1.5000

1.4 s + 2---------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 9.4 s + 3

Transfer function: 3 s + 2

Transfer function:

s + 2--------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 11 s + 3

Transfer function: 6 s + 2

Transfer function:

s + 2--------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 14 s + 3 圖形為：

例2：比例微分（PD）控制:單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)Gc（s）=1/(s+1)(2s+1)(5s+1),采用PD控制，Kp=2，微分系統(tǒng)τ=0,0.3,0.7,1.5,3，求單位階躍響應(yīng)，并繪制響應(yīng)曲線。

G=tf(1,conv(conv([1,1],[2,1]),[5,1]))kp=2 tou=[0,0.3,0.7,1.5,3] for i=1:5 G1=tf([kp*tou(i),kp],1)sys=feedback(G1*G,1)step(sys)hold on end 運行結(jié)果：

>> G=tf(1,conv(conv([1,1],[2,1]),[5,1]))

Transfer function:-------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8 s + 1

>> kp=2

kp =

>> tou=[0,0.3,0.7,1.5,3]

tou =

0

0.3000

0.7000

1.5000

>> for i=1:5 G1=tf([kp*tou(i),kp],1)sys=feedback(G1*G,1)step(sys)hold on end

Transfer function: 2

Transfer function:

3.0000-------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8 s + 3

Transfer function: 0.6 s + 2

Transfer function:

0.6 s + 2---------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8.6 s + 3

Transfer function: 1.4 s + 2

Transfer function:

1.4 s + 2---------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 9.4 s + 3

Transfer function: 3 s + 2

Transfer function:

s + 2--------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 11 s + 3

Transfer function: 6 s + 2

Transfer function:

s + 2--------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 14 s + 3

圖形為：

例3繪制離散系統(tǒng)時域響應(yīng)曲線

num=[1];den=[1 1 1];[numd,dend]=c2dm(num,den,1);dstep(numd,dend)圖為：

數(shù)字PID控制的現(xiàn)實意義

目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、輸入輸出接口。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)是不一樣的。PID控制器可以用來控制任何可以被測量的并且可以被控制變量。比如，它可以用來控制溫度，壓強，流量，化學成分，速度等等。一些控制系統(tǒng)把數(shù)個PID控制器串聯(lián)起來，或是鏈成網(wǎng)絡(luò)。這樣的話，一個主控制器可能會為其他控制輸出結(jié)果。一個常見的例子是馬達的控制。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器，其中PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實現(xiàn)。但仍不可否認PID也有其固有的缺點：PID在控制非線性、時變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復雜過程時，工作地不是太好。最重要的是，如果PID控制器不能控制復雜過程，無論怎么調(diào)參數(shù)都沒用。雖然有這些缺點，PID控制器是最簡單的有時卻是最好的控制器。

MATLEB仿真技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，涉及科目廣，通過學習計算機控制技術(shù)使我對MATLEB了解更深，能更好的運用所學的MATLEB。