基于Proteus的ARM7虛擬實驗設計

【摘要】仿真軟件Proteus是英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，在全球廣泛使用。它可以仿真常用單片機以及外圍電路的工作情況，并能直接在原理圖上建立互動的電路仿真，在配合其內置的虛擬器如過濾器、邏輯分析儀等可建立完整的ARM7實驗平臺[1]。與此同時，Proteus可以和Keil uVision建立互動調試機制，展現現實在線調試場景。本文主要介紹了在Proteus下如何建立ARM7基本實驗環境。

【關鍵詞】Proteus；單片機；仿真；ARM7

ARM處理器是一種低功耗高性能的32位RISC處理器，ARM處理器是一個綜合體，ARM公司自身并不制造微處理器，而是同ARM的合作伙伴來制造，作為SOC（System On Chip）的典型應用，目前，基于ARM的處理器以其高速度、低功耗等諸多優異的性能而得到非常廣泛的應用。

1.ARM7處理器特性及其應用領域

ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對價位和功耗要求較高的消費類應用。ARM微處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域：

（1）工業控制領域

作為32的RISC架構，基于ARM核的微控制器芯片不但占據了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應用領域擴展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統的8位/16位微控制器提出了挑戰；

（2）無線通訊領域

目前已有超過85%的無線通訊設備采用了ARM技術，ARM以其高性能和低成本，在該領域的地位日益鞏固；

（3）網絡應用

隨著寬帶技術的推廣，采用ARM技術的ADSL芯片正逐步獲得競爭優勢。此外，ARM在語音及視頻處理上行了優化，并獲得廣泛支持，也對DSP的應用領域提出了挑戰；

（4）消費類電子產品

ARM技術在目前流行的數字音頻播放器、數字機頂盒和游戲機中得到廣泛采用；

（5）成像和安全產品

現在流行的數碼相機和打印機中絕大部分采用ARM技術。手機中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術[2]。

2.Proteus和NXP LPC2106簡介

2.1 Proteus軟件簡介

Proteus是英國Lab-center Electronics公司開發的電子電路實物仿真軟件，它是完整的嵌入式系統軟、硬件設計仿真平臺，包括原理圖輸入系統ISIS、帶擴展的ProSpice混合模型仿真器、動態器件庫、高級圖形分析模塊和處理器虛擬系統仿真模型VSM（Virtual Simulation Model）。

Proteus可以實現模擬電路、數字電路、微控制器系統電路以及混合電路系統的電路仿真、軟件仿真，系統協同仿真和PCB設計等功能。Proteus支持主流單片機系統與各種常見的外圍芯片的仿真，目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、LPC21xx系列、PIC16系列等。本文提出的虛擬ARM實驗平臺采用NXP公司的LPC2106作為核心部件[3]。

2.2 NXP LPC2106簡介

LPC2106是Philips公司推出的一款基于ARM7TDMI-S的32位微控制器，帶有128KB的片內高速Flash存儲器和64KB的片內SRAM，與片內存儲器控制器接口的ARM7局部總線、與中斷控制器接口的AMBA高性能總線（AHB）和連接片內外設功能的VLSI外設總線（VPB）。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘頻率下運行。LPC2106具有非常小的尺寸和極低的功耗，因此它們非常適合于那些小型化作為主要需求的應用，帶有寬范圍的串行通信接口（雙UART、SPI、IIC），由于片內SRAM具有大的緩沖區規模和強大的處理能力，而多個32位定時器、PWM輸出和32個GPIO使它們特別適用于工業控制和醫療系統[4]。

3.Protues下ARM7的典型實驗

3.1 外部中斷實驗

LPC2106具有17個中斷通道，可將它們設置為FIQ、向量IRQ和非向量IRQ，通過編程不同設的向量IRQ中斷優先級，可以實現動態調整。FIQ中斷優先級最高，向量IRQ具有中等優先級，非向量IRQ的優先級最低。

實驗任務：

結合相關寄存器的使用方法、VIC基本操作步驟和LPC2106外部中斷寄存器，使用外部中斷0和中斷1控制8位流水燈流動方向。當KEY0按下時，D0～D7閃爍3次，由D0向D7流動。當KEY1按下時，D0～D7閃爍3次，由D7向D0流動。

3.2 矩陣鍵盤實驗

判斷鍵盤中有無鍵按下：將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵褲按下，而且閉合的鍵位于低電平線與行線相交叉的按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。

判斷閉合鍵所在位置：在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是依次將行線置為低電平，即在某根行線為低電平時，其他線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉外的按鍵就是閉合的按鍵。

實驗任務：

根據矩陣鍵盤掃描原理，設計4×4鍵盤，使用中斷方式讀取，并用2位數碼管顯示鍵值。

4.結束語

通過本文的介紹，我們知道Proteus是一種混合電路仿真工具，既可以仿真模擬電路又可以仿真數字電路以及數字、模擬混合電路。可以仿真各種電路和集成IC，支持多種型號單片機，元件庫齊全，使用方便。充分體現了使用用Proteus做單片機仿真實驗的諸多優點，譬如速度快，程序修改、編譯后馬上就可以看到效果，不需要拔片、寫片、插片這些過程，提高實驗效率；方便直觀形象，硬件電路隨時可以進行更改，教學演示非常容易；不受時間和空間的限制，可自主設計和驗證方案，有利于系統、科學、有效地培養科研工作者的專業實踐能力[5，6]。

參考文獻

[1]朱清慧，張風蕊.Proteus教程：電子線路設計、制版與仿真[M].清華大學出版社，2008.

[2]陳家義.基于Proteus的ARM虛擬實驗平臺[J].學周刊，2011（10）.

[3]楊增汪，戴新宇，李貴明.基于Proteus的嵌入式系統虛擬開發[J].機電產品開發與創新，2010（03）.

[4]孫立香.Proteus和Keil軟件在單片機中的應用[J].科技資訊，2009（36）.

[5]金輝，董全成，馮安.PROTEUS在實驗教學中的應用分析[J].科技信息，2009（24）.

[6]劉姝，徐全生.虛擬儀器在實驗教學中的應用[J].實驗室科學，2007（1）：110-111.

作者簡介：侯利明（1987—），男，河南新鄉人，碩士研究生，研究方向：智能信息處理。