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科技论文基于Proteus的ARM7虚拟实验设计


所属栏目:电子技术论文
发布时间:2014-03-03 15:23:55  更新时间:2014-03-03 15:55:54

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  ARM处理器是一种低功耗高性能的32位RISC处理器,ARM处理器是一个综合体,ARM公司自身并不制造微处理器,而是同ARM的合作伙伴来制造,作为SOC(SystemOnChip)的典型应用,目前,基于ARM的处理器以其高速度、低功耗等诸多优异的性能而得到非常广泛的应用。

  【摘要】仿真软件Proteus是英国Labcenterelectronics公司的EDA工具软件,在全球广泛使用。它可以仿真常用单片机以及外围电路的工作情况,并能直接在原理图上建立互动的电路仿真,在配合其内置的虚拟器如过滤器、逻辑分析仪等可建立完整的ARM7实验平台[1]。与此同时,Proteus可以和KeiluVision建立互动调试机制,展现现实在线调试场景。本文主要介绍了在Proteus下如何建立ARM7基本实验环境。

  【关键词】Proteus,单片机,仿真,ARM7

  1.ARM7处理器特性及其应用领域

  ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器,最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域:

  (1)工业控制领域

  作为32的RISC架构,基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额,同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展,ARM微控制器的低功耗、高性价比,向传统的8位/16位微控制器提出了挑战;

  (2)无线通讯领域

  目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术,ARM以其高性能和低成本,在该领域的地位日益巩固;

  (3)网络应用

  随着宽带技术的推广,采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外,ARM在语音及视频处理上行了优化,并获得广泛支持,也对DSP的应用领域提出了挑战;

  (4)消费类电子产品

  ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用;

  (5)成像和安全产品

  现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术[2]。

  2.Proteus和NXPLPC2106简介

  2.1Proteus软件简介

  Proteus是英国Lab-centerElectronics公司开发的电子电路实物仿真软件,它是完整的嵌入式系统软、硬件设计仿真平台,包括原理图输入系统ISIS、带扩展的ProSpice混合模型仿真器、动态器件库、高级图形分析模块和处理器虚拟系统仿真模型VSM(VirtualSimulationModel)。

  Proteus可以实现模拟电路、数字电路、微控制器系统电路以及混合电路系统的电路仿真、软件仿真,系统协同仿真和PCB设计等功能。Proteus支持主流单片机系统与各种常见的外围芯片的仿真,目前支持的单片机类型有:68000系列、8051系列、AVR系列、LPC21xx系列、PIC16系列等。本文提出的虚拟ARM实验平台采用NXP公司的LPC2106作为核心部件[3]。

  2.2NXPLPC2106简介

  LPC2106是Philips公司推出的一款基于ARM7TDMI-S的32位微控制器,带有128KB的片内高速Flash存储器和64KB的片内SRAM,与片内存储器控制器接口的ARM7局部总线、与中断控制器接口的AMBA高性能总线(AHB)和连接片内外设功能的VLSI外设总线(VPB)。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟频率下运行。LPC2106具有非常小的尺寸和极低的功耗,因此它们非常适合于那些小型化作为主要需求的应用,带有宽范围的串行通信接口(双UART、SPI、IIC),由于片内SRAM具有大的缓冲区规模和强大的处理能力,而多个32位定时器、PWM输出和32个GPIO使它们特别适用于工业控制和医疗系统[4]。

  3.Protues下ARM7的典型实验

  3.1外部中断实验

  LPC2106具有17个中断通道,可将它们设置为FIQ、向量IRQ和非向量IRQ,通过编程不同设的向量IRQ中断优先级,可以实现动态调整。FIQ中断优先级最高,向量IRQ具有中等优先级,非向量IRQ的优先级最低。

  实验任务:

  结合相关寄存器的使用方法、VIC基本操作步骤和LPC2106外部中断寄存器,使用外部中断0和中断1控制8位流水灯流动方向。当KEY0按下时,D0~D7闪烁3次,由D0向D7流动。当KEY1按下时,D0~D7闪烁3次,由D7向D0流动。

  3.2矩阵键盘实验

  判断键盘中有无键按下:将全部行线置低电平,然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低,则表示键盘中有键裤按下,而且闭合的键位于低电平线与行线相交叉的按键之中。若所有列线均为高电平,则键盘中无键按下。

  判断闭合键所在位置:在确认有键按下后,即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是依次将行线置为低电平,即在某根行线为低电平时,其他线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后,再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低,则该列线与置为低电平的行线交叉外的按键就是闭合的按键。

  实验任务:

  根据矩阵键盘扫描原理,设计4×4键盘,使用中断方式读取,并用2位数码管显示键值。

  4.结束语

  通过本文的介绍,我们知道Proteus是一种混合电路仿真工具,既可以仿真模拟电路又可以仿真数字电路以及数字、模拟混合电路。可以仿真各种电路和集成IC,支持多种型号单片机,元件库齐全,使用方便。充分体现了使用用Proteus做单片机仿真实验的诸多优点,譬如速度快,程序修改、编译后马上就可以看到效果,不需要拔片、写片、插片这些过程,提高实验效率;方便直观形象,硬件电路随时可以进行更改,教学演示非常容易;不受时间和空间的限制,可自主设计和验证方案,有利于系统、科学、有效地培养科研工作者的专业实践能力[5,6]。

  参考文献

  [1]朱清慧,张风蕊.Proteus教程:电子线路设计、制版与仿真[M].清华大学出版社,2008.

  [2]陈家义.基于Proteus的ARM虚拟实验平台[J].学周刊,2011(10).

  [3]杨增汪,戴新宇,李贵明.基于Proteus的嵌入式系统虚拟开发[J].机电产品开发与创新,2010(03).

  [4]孙立香.Proteus和Keil软件在单片机中的应用[J].科技资讯,2009(36).

  [5]金辉,董全成,冯安.PROTEUS在实验教学中的应用分析[J].科技信息,2009(24).

  [6]刘姝,徐全生.虚拟仪器在实验教学中的应用[J].实验室科学,2007(1):110-111.



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