科技论文基于Proteus的ARM7虚拟实验设计

　　【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.