Proteus與Arduino的整合在單片機系統開發中的應用

　　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、編程環境簡便、自由度大與可拓展性強等優點.它基于AVR平臺，對AVR庫進行了二次編譯封裝，將復雜的單片機底層代碼封裝成簡單實用的函數，使使用者不用關心單片機編程繁瑣的細節，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開發難度，特別適合老師、學生和一些業余愛好者使用。

　　由于Arduino使用者一般都是那些對電路知識、電子技術及單片機技術等了解不深入的初學者，如何在Arduino開發過程中快速有效的提高他們的單片機系統開發能力及電子電路設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上對MCU編程。Proteus虛擬開發技術的應用，形成了一種全新的Arduino系統開發理念，其系統開發流程為：電路設計與仿真-電路修改與完善-繪制PCB與生成PCB三維效果圖-硬件組裝與調試，打破了傳統的系統設計模式，使Arduino使用者將系統設計缺陷暴露在設計初期，克服了因設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，給初學者帶來強烈的感官認識，從而加深他們對單片機系統設計的感悟。

　　2.Arduino虛擬系統設計

　　下面以四個按鍵分別控制四個不同顏色發光二極管的狀態為例子，介紹應用Proteus進行Arduino虛擬系統設計的方法。

　　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：

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

　　（2）元器件選取及放置：首先選取元件，點擊窗口左側的按鈕，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，重復操作，把系統所需的所有元器件添加到元器件列表區中；其次放置元件，依次選中元器件列表區的元器件，單擊鼠標左鍵將該器件放置到繪圖區，并進行參數設置。

　　（3）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，當鼠標指針靠近一個對象的引腳時，鼠標可自動捕獲該節點，并且出現一個以該節點為中心的紅色正方形，單擊鼠標左鍵進行連線，單擊鼠標右鍵取消操作。

　　根據以上步驟，應用Proteus ISIS繪制的硬件原理圖如圖1所示。

　　2.2 Arduino程序設計與。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即可，其中，Arduino端口與ATMEGA328P單片機的引腳對應關系如圖2所示。

　　根據圖2所示Arduino端口與單片機ATMEGA328P引腳的對應關系，應用Arduino軟件開發環境對圖1所示的硬件電路進行程序設計，其中按鍵K1控制發光二極管LED1點亮及熄滅的程序代碼如下所示，同樣地，可通過修改Arduino端口來實現按鍵K2~K4分別控制發光二極管LED2~LED4狀態的功能。