Proteus與Arduino的整合在單片機系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用

　　1.引言

　　Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，具有接口豐富、編程環(huán)境簡便、自由度大與可拓展性強等優(yōu)點.它基于AVR平臺，對AVR庫進行了二次編譯封裝，將復(fù)雜的單片機底層代碼封裝成簡單實用的函數(shù)，使使用者不用關(guān)心單片機編程繁瑣的細節(jié)，如寄存器、地址指針等基本不用管，從而大大降低了單片機系統(tǒng)開發(fā)難度，特別適合老師、學(xué)生和一些業(yè)余愛好者使用。

　　由于Arduino使用者一般都是那些對電路知識、電子技術(shù)及單片機技術(shù)等了解不深入的初學(xué)者，如何在Arduino開發(fā)過程中快速有效的提高他們的單片機系統(tǒng)開發(fā)能力及電子電路設(shè)計能力是一個需要迫切解決的問題。

　　Proteus的引入較好的解決了存在的問題。

　　Proteus是一款電路分析與實物仿真軟件，它除了能進行基本電子電路仿真外，還能直接在單片機虛擬系統(tǒng)上對MCU編程。Proteus虛擬開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用，形成了一種全新的Arduino系統(tǒng)開發(fā)理念，其系統(tǒng)開發(fā)流程為：電路設(shè)計與仿真-電路修改與完善-繪制PCB與生成PCB三維效果圖-硬件組裝與調(diào)試，打破了傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計模式，使Arduino使用者將系統(tǒng)設(shè)計缺陷暴露在設(shè)計初期，克服了因設(shè)計中不斷修改焊接電路帶來的弊端，此外PCB的三維效果圖使元件符號與實際封裝進行形象的對接，給初學(xué)者帶來強烈的感官認(rèn)識，從而加深他們對單片機系統(tǒng)設(shè)計的感悟。

　　2.Arduino虛擬系統(tǒng)設(shè)計

　　下面以四個按鍵分別控制四個不同顏色發(fā)光二極管的狀態(tài)為例子，介紹應(yīng)用Proteus進行Arduino虛擬系統(tǒng)設(shè)計的方法。

　　2.1 Proteus仿真電路繪制

　　在Proteus ISIS中繪制原理圖主要分如下三步：

　?。?）新建設(shè)計：在Proteus ISIS開發(fā)環(huán)境中，點擊“文件-新建設(shè)計”,在打開的對話框中選中其中一個設(shè)計模板，本文選中LandscapeA4模板，確定后即打開一個Proteus工作區(qū)，保存該設(shè)計。

　?。?）元器件選取及放置：首先選取元件，點擊窗口左側(cè)的按鈕，在彈出的Pick Devices界面左上角的文本欄輸入要查找的元器件名稱，如ATMEGA328P,選中搜索到的元件，重復(fù)操作，把系統(tǒng)所需的所有元器件添加到元器件列表區(qū)中；其次放置元件，依次選中元器件列表區(qū)的元器件，單擊鼠標(biāo)左鍵將該器件放置到繪圖區(qū)，并進行參數(shù)設(shè)置。

　?。?）布局與布線：對所有元器件進行合理布局后，點擊按鈕進行連線；連線時，當(dāng)鼠標(biāo)指針靠近一個對象的引腳時，鼠標(biāo)可自動捕獲該節(jié)點，并且出現(xiàn)一個以該節(jié)點為中心的紅色正方形，單擊鼠標(biāo)左鍵進行連線，單擊鼠標(biāo)右鍵取消操作。

　　根據(jù)以上步驟，應(yīng)用Proteus ISIS繪制的硬件原理圖如圖1所示。

　　2.2 Arduino程序設(shè)計與。hex文件獲取

　　Arduino是以單片機ATMEGA328P為核心的控制板，在進行Proteus仿真時，只需將Arduino控制板的接口與ATMEGA328P的端口進行一一對應(yīng)即可，其中，Arduino端口與ATMEGA328P單片機的引腳對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

　　根據(jù)圖2所示Arduino端口與單片機ATMEGA328P引腳的對應(yīng)關(guān)系，應(yīng)用Arduino軟件開發(fā)環(huán)境對圖1所示的硬件電路進行程序設(shè)計，其中按鍵K1控制發(fā)光二極管LED1點亮及熄滅的程序代碼如下所示，同樣地，可通過修改Arduino端口來實現(xiàn)按鍵K2~K4分別控制發(fā)光二極管LED2~LED4狀態(tài)的功能。