基于Proteus的ARM7虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

【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(jī)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(nèi)置的虛擬器如過濾器、邏輯分析儀等可建立完整的ARM7實(shí)驗(yàn)平臺[1]。與此同時，Proteus可以和Keil uVision建立互動調(diào)試機(jī)制，展現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在線調(diào)試場景。本文主要介紹了在Proteus下如何建立ARM7基本實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

【關(guān)鍵詞】Proteus；單片機(jī)；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(yīng)用，目前，基于ARM的處理器以其高速度、低功耗等諸多優(yōu)異的性能而得到非常廣泛的應(yīng)用。

1.ARM7處理器特性及其應(yīng)用領(lǐng)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(fèi)類應(yīng)用。ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個領(lǐng)域：

（1）工業(yè)控制領(lǐng)域

作為32的RISC架構(gòu)，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)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(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)；

（2）無線通訊領(lǐng)域

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

（3）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外，ARM在語音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)；

（4）消費(fèi)類電子產(chǎn)品

ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛采用；

（5）成像和安全產(chǎn)品

現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用ARM技術(shù)。手機(jī)中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)[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(fā)的電子電路實(shí)物仿真軟件，它是完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)仿真平臺，包括原理圖輸入系統(tǒng)ISIS、帶擴(kuò)展的ProSpice混合模型仿真器、動態(tài)器件庫、高級圖形分析模塊和處理器虛擬系統(tǒng)仿真模型VSM（Virtual Simulation Model）。

Proteus可以實(shí)現(xiàn)模擬電路、數(shù)字電路、微控制器系統(tǒng)電路以及混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真，系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設(shè)計(jì)等功能。Proteus支持主流單片機(jī)系統(tǒng)與各種常見的外圍芯片的仿真，目前支持的單片機(jī)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(shí)驗(yàn)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(nèi)高速Flash存儲器和64KB的片內(nèi)SRAM，與片內(nèi)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(nèi)外設(shè)功能的VLSI外設(shè)總線（VPB）。128位寬度的存儲器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘頻率下運(yùn)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(yīng)用，帶有寬范圍的串行通信接口（雙UART、SPI、IIC），由于片內(nèi)SRAM具有大的緩沖區(qū)規(guī)模和強(qiáng)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(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)[4]。

3.Protues下ARM7的典型實(shí)驗(yàn)

3.1 外部中斷實(shí)驗(yàn)

LPC2106具有17個中斷通道，可將它們設(shè)置為FIQ、向量IRQ和非向量IRQ，通過編程不同設(shè)的向量IRQ中斷優(yōu)先級，可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整。FIQ中斷優(yōu)先級最高，向量IRQ具有中等優(yōu)先級，非向量IRQ的優(yōu)先級最低。

實(shí)驗(yàn)任務(wù)：

結(jié)合相關(guān)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(dāng)KEY0按下時，D0～D7閃爍3次，由D0向D7流動。當(dāng)KEY1按下時，D0～D7閃爍3次，由D7向D0流動。

3.2 矩陣鍵盤實(shí)驗(yàn)

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(tài)。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(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)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(tài)。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(shí)驗(yàn)任務(wù)：

根據(jù)矩陣鍵盤掃描原理，設(shè)計(jì)4×4鍵盤，使用中斷方式讀取，并用2位數(shù)碼管顯示鍵值。

4.結(jié)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(shù)字電路以及數(shù)字、模擬混合電路?？梢苑抡娓鞣N電路和集成IC，支持多種型號單片機(jī)，元件庫齊全，使用方便。充分體現(xiàn)了使用用Proteus做單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的諸多優(yōu)點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)效率；方便直觀形象，硬件電路隨時可以進(jìn)行更改，教學(xué)演示非常容易；不受時間和空間的限制，可自主設(shè)計(jì)和驗(yàn)證方案，有利于系統(tǒng)、科學(xué)、有效地培養(yǎng)科研工作者的專業(yè)實(shí)踐能力[5，6]。

參考文獻(xiàn)

[1]朱清慧，張風(fēng)蕊.Proteus教程：電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真[M].清華大學(xué)出版社，2008.

[2]陳家義.基于Proteus的ARM虛擬實(shí)驗(yàn)平臺[J].學(xué)周刊，2011（10）.

[3]楊增汪，戴新宇，李貴明.基于Proteus的嵌入式系統(tǒng)虛擬開發(fā)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010（03）.

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

[5]金輝，董全成，馮安.PROTEUS在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用分析[J].科技信息，2009（24）.

[6]劉姝，徐全生.虛擬儀器在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2007（1）：110-111.

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