任务1.1 用Proteus软件绘制二极管单灯控制电路
任务目标
使用Proteus仿真软件绘制出如图1-1所示的基于Arduino的二极管单灯控制电路。
图1-1 基于Arduino的二极管单灯控制电路
［任务重点］
● Proteus仿真软件绘制电路的步骤
● 启动软件
● 从元器件库中挑选元器件
● 放置元器件、端口、电源、网络标号等
● 编辑元器件、端口、电源、网络标号等属性
● 电气连线
任务实施
1.1.1 启动Proteus仿真软件
双击桌面上的“PROTEUS ISIS”按钮
，进入如图1-2所示的“主页”界面。单击右侧“开始设计”模块中的“新建工程”按钮，进入新建工程设置。
图1-2 Proteus的“主页”界面
1.1.2 新建工程
新建工程的具体操作步骤如下。
1）弹出“新建项目向导：开始设计”对话框，如图1-3所示。“名称”文本框默认的工程名称为“新工程.pdsprj”，也可以在此输入工程名称；“路径”文本框中是工程的存放路径，可单击其右侧的“浏览”按钮选择相应的保存位置。设置完成后，单击“下一步”按钮。
图1-3 “新建项目向导：开始设计”对话框
2）弹出“新建项目向导：原理图设计”对话框，如图1-4所示。在此对话框中选中“从选中的模板中创建原理图”单选按钮，然后从“Design Templates”列表中选择“Landscape A4”选项，单击“下一步”按钮。
小提示：可根据实际需要选择“Design Templates”列表中的选项，本书中常用的是“DEFAULT”选项。
图1-4 “新建项目向导：原理图设计”对话框
3）弹出“新建项目向导：PCB布版”对话框，如图1-5所示。在此对话框中选中“不创建PCB布版设计”单选按钮，单击“下一步”按钮。
4）弹出“新建项目向导：固件”对话框，如图1-6所示。在对话框中选中“创建流程图工程”单选按钮，然后在“系列”下拉列表中选择“ARDUINO”选项，在“控制器”下拉列表中选择“Arduino Uno”选项，在“编译器”下拉列表中选择“Visual Designer for Ar duino AVR”选项，单击“下一步”按钮。
图1-5 “新建项目向导：PCB布版”对话框
图1-6 “新建项目向导：固件”对话框
5）弹出“新建项目向导：概要”对话框，如图1-7所示。单击“完成”按钮。
6）弹出“新工程-Proteus 8 Professional-可视化设计”界面，如图1-8所示。图中有“原理图设计”和“可视化设计”两个标签。图1-8为“可视化设计”标签对应的界面。图1-9为“原理图设计”标签对应的界面。
图1-7 “新建项目向导：概要”对话框
图1-8 “可视化设计”界面
图1-9 “原理图设计”界面（一）
1.1.3 二极管单灯控制电路绘制
绘制电路时，从软件自带的元器件库里选择要用到的元器件，然后放置元器件、编辑元器件参数和连线，电路图绘制完成。
1.原理图设计界面介绍
原理图设计界面的具体功能介绍如图1-10所示。
图1-10 “原理图设计”界面（二）
● 浏览窗口：用于选择硬件电路在编辑窗口显示。
● 模式选择工具条：绘制硬件电路时选择需要的按钮。
● 选择按钮：在元器件模式下用于从元器件库中选择元器件。
● 已选元器件：列出从元器件库中已选出的元器件。
● 编辑区：硬件电路的绘制区域。
2.选择元器件
（1）选择二极管
1）单击图1-10中的“P”按钮，弹出“选取元器件”对话框，如图1-11所示。
图1-11 选择二极管
2）在其左上角“关键字”文本框中输入名称“led”，则出现与关键字匹配的元器件列表。
3）操作“显示本地结果”窗口右边滚动条，选中并双击“LED-YELLOW”选项，便将“LED-YELLOW”加入到已选元器件列表中。同样的方法，可选择其他颜色的发光二极管，比如LED-RED等。
（2）选择电阻器
1）单击图1-10中的“P”按钮，弹出“选取元器件”对话框，如图1-12所示。
2）在其左上角“关键字”文本框中输入名称“res”，则出现与关键字匹配的元器件列表。
3）在“子类：”列表中通过操作窗口右边滚动条，找到“Generic”选项，单击选中。
4）在“显示本地结果”列表中双击“RES”选项，便将“RES”加入到已选元器件列表中。
3.放置、移动、旋转元器件
（1）放置元器件LED-YELLOW、RES
1）放置LED-YELLOW。在模式工具条中单击“元器件”按钮，在“DEVICES”列表中单击“LED-YELLOW”元器件，“LED-YELLOW”元器件上出现蓝色，如图1-13所示。
2）在编辑区单击，将“LED-YELLOW”元器件移到某位置后，再次单击就可放置元器件于该位置，每单击一次，就放置一个元器件。
图1-12 选择电阻器
图1-13 “LED-YELLOW”元器件放置
3）放置RES。在模式工具条中单击“元器件”按钮，在“DEVICES”列表中单击“RES”元器件，“RES”元器件上出现蓝色，如图1-14所示。
图1-14 “RES”元器件放置
4）在编辑区单击，把“RES”元器件移到某位置后，再次单击就可放置元器件于该位置，每单击一次，就放置一个元器件。
（2）移动元器件
单击要移动的元器件，使元器件处于选中状态（元器件为红色），再按住鼠标左键拖动，元器件就跟随光标移动，到达目的地后松开鼠标左键即可，具体如图1-15所示。
图1-15 移动元器件
（3）元器件旋转
在元器件上右击，弹出快捷菜单，如图1-16所示，再单击相应的旋转命令，即可实现元器件的旋转。
图1-16 元器件旋转
4.放置电源、地（终端）
放置地操作：单击模式选择工具栏中的“终端”按钮，在“TERMINALS”列表框中选中“GROUND”选项，具体如图1-17所示。再在编辑区单击，移动“GROUND”到指定位置后单击完成。放置POWER（电源）的操作与其类似。
图1-17 放置等电源、地
5.放置默认I/O端口并编辑端口
1）在图1-17中，在“TERMINALS”列表中选择“DEFAULT”选项，在编辑区单击，移动I/O端口到指定位置后再次单击放置一个I/O端口。
2）双击I/O端口，弹出“编辑终端标签”对话框，在“标签”选项卡中进行设置，具体如图1-18所示。
图1-18 端口放置及设置
3）在“字符串”下拉列表中，输入或选择“IO12”。
4）单击“确定”按钮，完成I/O端口编辑。
6.电路图布线
系统默认自动捕捉和自动布线有效。相继单击元器件引脚、线段等要连接的两处，会自动生成连线。
7.设置、修改元器件的属性
1）双击编辑区的元器件，弹出“编辑元件”对话框，这时可在对话框中设置、修改元器件的属性。例如，修改原理图中电阻R5的属性，设置R5的阻值为330Ω，具体如图1-19所示。
图1-19 “编辑元件”对话框
2）单击“确定”按钮，完成硬件电路设计如图1-1所示。
1.1.4 保存文件
1）选择“文件”→“保存工程”菜单命令，具体操作如图1-20a所示。
2）弹出“保存Proteus工程”对话框，如图1-20b所示。在此对话框中，在“保存在”下拉列表中改变保存路径，在“文件名”文本框中输入文件名，单击“保存”按钮，则完成设计文件的保存。若设计文件已命名，只要单击“保存”按钮即可。
图1-20 保存文件操作
a）“保存工程”菜单命令 b）“保存Proteus工程”对话框
相关知识
1.1.5 Proteus软件介绍
1.Proteus的功能
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件，可完成从原理图绘制、PCB设计、代码调试到单片机与外围电路的协调仿真，真正实现了从概念到产品的完整设计，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其支持8051、AVR、STM32、ARM、MSP430等主流处理器模型，并在持续增加其他处理器模型。Proteus软件主要具有如下功能。
● 强大的原理图绘制功能。
● 主流单片机系统仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及外围电路的系统仿真。
● 非常丰富的虚拟仪器。如示波器、逻辑分析仪、电压电流表、信号发生器等。
● 软件调试功能。具有全速、单步、设置断点等调试功能。并支持第三方编译和调试环境，如Keil等软件。
2.Proteus的常用操作
（1）打开工程
1）“UNTITLED-Proteus 8 Professional-主页”界面如图1-21所示，在“开始设计”里单击“打开工程”按钮，弹出“加载Proteus工程文件”对话框，如图1-22所示。
图1-21 “UNTITLED-Proteus 8 Professional-主页”界面
2）在“查找范围”下拉列表中，选择Proteus工程文件所在的路径，在名称列表中选择打开的文件，单击“打开”按钮。
（2）新建工程
新建工程如1.1.2节所述。
（3）保存工程
单击“文件”菜单，其下拉菜单如图1-23所示，选择“保存工程”命令，则将工程保存在原来新建工程时选择的路径下。
图1-22 “加载Proteus工程文件”对话框
图1-23 “文件”下拉菜单
（4）工程另存为
选择“文件”→“工程另存为”菜单命令，弹出“保存Proteus工程”对话框，如图1-24所示，在“保存在”下拉列表中选择保存的路径，在“文件名”文本框中输入工程名，单击“保存”按钮即可。
（5）设置纸张
绘制硬件电路时，如果原理图比较复杂，需要改变纸张大小。选择“系统”→“设置纸张大小”菜单命令，如图1-25所示，弹出“纸张尺寸配置”对话框，如图1-26所示，单击单选按钮可选择不同尺寸的纸张A4~A0，也可在确定的纸张类型右边文本框中输入纸张的长宽数据，单击“确定”按钮即可。
（6）切换栅格
“切换栅格”按钮如图1-27所示，单击“切换栅格”按钮，栅格在线状、点状和无栅格之间切换。
图1-24 “保存Proteus工程”对话框
图1-25 “系统”下拉菜单
图1-26 “纸张尺寸配置”对话框
图1-27 “切换栅格”按钮
1.1.6 Arduino Uno最小系统板功能简介
Arduino Uno最小系统板基于AVR单片机Atmega328P微处理器。Atmega328P微处理器是高性能的8位单片机，内含6路10位的A-D转换器、32KB的Flash、2272B的SRAM、1KB的E2PROM、3个8位的端口，还有SPI、1个USART接口和3个定时器等。Arduino Uno最小系统板中IO0~IO19都可作为数字I/O引脚使用，另外，IO14~IO19可作A-D转换模拟电压输入口，IO3、IO5、IO6、IO9、IO10、IO11可作PWM调制波形输出口用。在测量、电动机控制、电动机调速系统中使用Arduino Uno控制板非常方便。
（1）Arduino Uno仿真控制板
Arduino Uno仿真控制板如图1-28所示。
● IO0~IO19为控制板的数字I/O端口（引脚），用于单片机与外部电路的数字量输入和输出。
● IO3、IO5、IO6、IO9、IO10和IO11引脚是PWM波形输出引脚，这些引脚可以输出PWM波控制电动机转速和二极管灯的亮度。单片机的I/O引脚可以有多个功能，在系统硬件电路设计时，I/O引脚不做特殊功能引脚使用时，均可做数字I/O引脚使用。
● AD0-AD5为模拟量输入端口，单片机内部有6路10位的A-D转换器，能够对模拟量输入端口上的电压进行A-D转换，将模拟电压量转换为10位的数字量。
● SDA和SCL引脚是单片机的I2C总线引脚，可以和外部的I2C总线芯片连接。
● SS、MOSI、MISO、SCK是单片机的SPI接口（同步串行外设接口），可以与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，其中，SS为低电平有效的从机选择线，SCK为串行时钟线，MOSI为主机输出/从机输入数据线，MISO为主机输入/从机输出数据线。
● RXD和TXD是单片机的串行异步通信接口，可以与外部设备、微机等通信。
（2）Arduino Uno最小系统控制板
Arduino Uno最小系统控制板实物图如图1-29所示。在图中标出了Arduino Uno最小系统控制板的构成和插排说明，和Arduino Uno仿真控制板类似，增加了+5V和地输出。在构建实物的系统硬件连接中，通过杜邦线将控制板的对应插孔连接到外部电路即可，Arduino Uno套件资料中都有说明，这里不再详述。
图1-28 Arduino Uno仿真控制板
图1-29 Arduino Uno最小系统控制板实物图
任务拓展
在图1-1中，将IO12改为IO13，发光二极管为红色二极管，完成电路绘制。