基于Proteus的AVR單片機仿真和設計淺析

李玉貴

摘 ?要：以Atmega64單片機讀取DS18B20并在數(shù)碼管上顯示溫度為例，介紹了如何使把Proteus仿真應用在AVR單片機項目開發(fā)中，達到簡化步驟快速實現(xiàn)AVR單片機開發(fā)項目的目的。

關鍵詞：Proteus;AVR單片機;仿真

1 引言

隨著半導體技術的發(fā)展，單片機其實已經(jīng)滲透到我們工作和生活的方方面面，因此越來越多的技術人員加入到基于單片機系統(tǒng)的項目開發(fā)行列中來。然而傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)開發(fā)除了需要購置仿真開發(fā)板、下載器甚至價格不菲的示波器、網(wǎng)絡分析儀等儀器設備外，開發(fā)過程也較為繁瑣，因為單片機控制系統(tǒng)的設計一般要經(jīng)過硬件電路設計、軟件設計、系統(tǒng)調(diào)試3個階段，其中硬件電路設計又包括原理圖設計、PCB電路板設計、PCB制板和物理樣品制作等，且系統(tǒng)的總調(diào)試要在硬件電路板制作完成、元器件焊接完成之后才能進行，功能稍有變動又必須重新制板和焊接元器件，從而造成單片機系統(tǒng)開發(fā)周期變長、成本變高。而Proteus 等仿真軟件的出現(xiàn)很好的解決了這個矛盾，從原理圖設計，軟件調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試都可在Proteus仿真平臺上進行，若設計出錯，還可多次進行仿真設計，直到達到設計要求為止，在仿真的基礎上再進行實物制作，就能達到快速實現(xiàn)項目的目的。

2 ?仿真軟件及單片機簡介

2.1 ?Proteus

Proteus是英國Lab Center Electronics公司出品的一款EDA仿真軟件。具備原理圖布圖、代碼調(diào)試和單片機與外圍電路協(xié)同仿真等功能，能夠實現(xiàn)從想法到成品的完整設計。是一個集成電路仿真、PCB設計和虛擬模型仿真三合一的開發(fā)平臺，支持多種處理器模型，包括8051、AVR、ARM、8086和MSP430等等常見單片機，在編譯方面則支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。

2.2 ?AVR單片機

AVR單片機是ATMEL公司研發(fā)出的增強型內(nèi)置Flash的RISC精簡指令集高速8位單片機。具備高達1MIPS 每 MHz的處理能力和32個通用工作寄存器，解決了8051等單片機采用單一ACC進行處理造成瓶頸的現(xiàn)象，同時具有上電自動復位、看門狗、啟動延時等等功能，外圍電路簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。還具有RTC、SPI、UART、ISP、E2PROM、PWM等豐富的片上資源豐富，AVR單片機在成本和性能方面取得了不錯的平衡。

3 ?仿真設計步驟

3.1 ?硬件設計

本次仿真設計電路的基本功能為，Atmega64單片機實時采集溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)，并顯示在2個7段數(shù)碼管上，為檢驗溫度采集過程是否正確，還需添加一臺示波器對原始數(shù)據(jù)進行觀察。根據(jù)以上分析，電路圖所需的元器件有：Atmega64單片機、2位7段譯碼顯示器、DS18B20溫度傳感器、數(shù)字示波器、排阻、74LS47數(shù)碼管驅動器以及組成AVR最小系統(tǒng)所需的外圍元件（晶振、電容、電阻、按鈕、發(fā)光二極管等）。Proteus繪制原理圖和Protel等專業(yè)PCB畫圖軟件類似，首先從元件庫中取出所需元件并在繪圖區(qū)內(nèi)布局好，設置元器件屬性，接著進行連線、添加必要的網(wǎng)絡標示等，最后完成電氣檢測即可。

3.2 ?軟件設計

本次仿真的程序編寫是在ICCAVR集成開發(fā)環(huán)境下完成的，根據(jù)溫度監(jiān)測系統(tǒng)模擬仿真需求，程序設計主要流程包括：初始化單片機，設置定時器與引腳模式，然后在主程序循環(huán)中不斷通過DS18B20的單總線協(xié)議讀取實時溫度，最后將溫度推送至數(shù)碼管顯示。

3.3 ?固件下載仿真

在確認軟件代碼調(diào)試完成后，即可用ICCAVR將程序編譯為HEX二進制文件，然后在Proteus仿真軟件中雙擊原理圖中的Atmega64單片機，在彈出的對話框中的Program File選項載入編譯成功的HEX文件，點擊確定，代表著已經(jīng)將固件“燒寫”進單片機。接著單擊Proteus軟件左下角的運行按鈕就可以對整個系統(tǒng)的軟硬件進行仿真，仿真結果見圖1。

從仿真結果看，數(shù)碼管能按程序的要求顯示實際溫度，示波器的波形與代碼分析數(shù)值一致，意味著整個軟硬件系統(tǒng)工作正常，效果符合預期。所以基于Proteus的單片機仿真設計基本上可以脫離硬件屬性層面，整個系統(tǒng)調(diào)試工作都可以在一個軟件內(nèi)實現(xiàn)，任意改動和修改都不會降低開發(fā)效率和增加成本，只需要在調(diào)試仿真成功后導出PCB、焊接元器件、下載固件就能完成整個項目的開發(fā)工作。

4 ?結語

隨著技術的不斷進步，單片機性能一直在提高，應用場景還將會持續(xù)擴大，Proteus仿真軟件極大降低了AVR單片機項目開發(fā)的門檻，同時大大的提高了設計效率，對于單片機普及和應用起到了積極的推動作用。

參考文獻

[1] ?馬潮.AVR單片機嵌入式系統(tǒng)原理與應用實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[2] ?張軍，吳教育，朱海兵.Proteus軟件仿真與Keil的單片機系統(tǒng)設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2009年第1期 74-75，78，