基于Proteus 的STM32 嵌入式教學(xué)

彭皆彩 楊安德

0 引言

嵌入式軟件編程作為導(dǎo)航工程專業(yè)的核心課程，具有很強(qiáng)的理論性和實踐性。隨著單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)纹瑱C(jī)功耗、運(yùn)算性能、開發(fā)工具、系統(tǒng)整合等方面的要求越來越高，意法半導(dǎo)體（ST）公司推出的STM32F1 系列微處理器得到越來越多的應(yīng)用。其采用Cortex-M3 內(nèi)核，具有較低的電壓范圍、高速的運(yùn)算能力、優(yōu)異的實時性能、杰出的功耗控制、極低的開發(fā)成本、豐富的外設(shè)，在嵌入式系統(tǒng)中、低端領(lǐng)域應(yīng)用日漸廣泛。因此許多高校進(jìn)行了嵌入式課程的教學(xué)改革，引入STM32F1 系列微處理器的教學(xué)，該課程教學(xué)過程中實驗和實踐環(huán)節(jié)非常重要。但受新冠肺炎疫情影響，難以開展線下實驗課程，因此提出基于Proteus 的STM32 嵌入式線上課堂教學(xué)模式，將大量應(yīng)用實例通過軟件仿真實現(xiàn)，將工程實例貫穿理論教學(xué)過程，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識，降低理論學(xué)習(xí)的難度，并且提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

1 Proteus 軟件簡介

Proteus 8 軟件是英國Lab Center Electronics 公司開發(fā)的電路設(shè)計與分析、電路實物仿真以及印制電路板設(shè)計軟件，它可以仿真、分析各種模擬電路、集成電路和單片機(jī)及外圍器件。

目前，Proteus 支持主流的CPU 類型，如8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16/18/24/33、HC11、BasicStamp、MSP430、8086、DSP Piccolo、ARM7、CortexM3、Cortex- M0、Arduino等，并且隨著Proteus 版本升級支持的CPU 類型還在繼續(xù)增加。Proteus 也支持嵌入式系統(tǒng)的常見外圍電路的系統(tǒng)仿真：SPI 調(diào)試、RS232 動態(tài)調(diào)試仿真、LCD 系統(tǒng)仿真、I2C 模擬調(diào)試、輸出LED、輸入鍵盤等。

2 Proteus 在教學(xué)中應(yīng)用示例

2.1 硬件平臺搭建

圖1 STM32F103R6 實驗系統(tǒng)電路圖

Proteus 提供了豐富的器件庫，豐富的器件庫：超過50000種元器件，可以輕易完成電路原理圖的編輯。圖1 是在Proteus仿真軟件中搭建的基于STM32F103R6 芯片的嵌入式系統(tǒng)電路圖，系統(tǒng)包括STM32 的最小系統(tǒng)電路、AD 采樣、按鍵、LED、并口lcd1602 顯示等。

圖2 Keil 編程環(huán)境下編寫程序

圖3 測試效果圖

2.2 軟件編寫、下載測試

在Keil 編程環(huán)境下編寫STM32F103R6 應(yīng)用程序，并將編譯產(chǎn)生的可執(zhí)行HEX 文件下載到Proteus 中已經(jīng)搭建好的仿真平臺中運(yùn)行。

3 總結(jié)

本文介紹了一種基于Proteus 平臺的“嵌入式編程”課程教學(xué)的方法，Proteus 可以憑借其強(qiáng)大的仿真和在線調(diào)試能力在嵌入式的教學(xué)和嵌入式系統(tǒng)的人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮較大的作用。學(xué)生可以在沒有硬件平臺的情況下學(xué)習(xí)相關(guān)的實驗系統(tǒng)。實踐證明基于Proteus 的STM32 的仿真在教學(xué)和實際開發(fā)中具有較大的使用價值，提高了嵌入式線上課堂教學(xué)質(zhì)量，提升了學(xué)生嵌入式系統(tǒng)軟硬件綜合開發(fā)能力。