基于Protues的Arduino学习笔记01-Arduino UNO实验板设计

本文将带你使用protues 7.10搭建一个Arduino UNO的实验板,方便以后在protues仿真软件上进行Arduino的实验。参考本文，你还可以自己动手构建出Arduino MEGA 2560等一系列Arduino开发平台。
Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，是Arduino平台的参考标准模板。Arduino UNO的处理器核心是ATmega328，同时具有14路数字输入/输出口（其中6路可作为PWM输出），6路模拟输入，Flash Memory 32KB （其中0.5KB用于bootloader【注】）、SRAM 2KB、EEPROM 1KB，工作时钟 16 MHz【文献1】。
【注】：在仿真情况下，不需要bootloader去引导程序下载，只需要将Arduino IDE编译生成的HEX文件导入ATmega328P单片机即可。
以上对Arduino UNO的介绍摘自网上，通过这些介绍，我们可以知道Arduino UNO的资源分配情况。图1为Arduino UNO的引脚图，从图中我们可以清楚地看出ATmega328P的物理引脚与Arduino所定义的功能之间的关系，从而可以将功能引脚标注出来。

图1 Arduino UNO与ATmega328P引脚关系图【文献2】

Protues软件是英国Labcenter Electronics公司出版的EDA工具软件，不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件，是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具【文献3】。
下面我们打开protues 7.10软件，进入元器件的选择，在元器件一栏中输入“ATmega328P”,并选取ATmega328P单片机，如图2所示。然后，在元器件一栏中输入“RES”，选取电阻，如图3所示。接着，在元器件一栏中输入“LED-GREEN”，选取绿色的LED灯（你也可以选择红色或者黄色的），如图4所示。最后，在元器件一栏中输入“COMPIM”，并添加到元器件域中,如图5所示。

图2 选取ATmega328P控制器

图3 选取RES（电阻）

图4 选取LED-GREEN指示灯

图5 选取“COMPIM”串口通讯接口

将上述的元器件从选择框里放置到面板上，此处需要注意放置的位置需要合理，方便连线。可以双击元器件之后，选择将相应的元器件左旋、右旋、X对称或Y对称等。放置ATmega328P、RES、LED-GREEN、COMPIM并调整位置之后的布局如图6所示。

图6 元器件放置后的布局

元器件在合适的位置放置好了之后，需要将响应的管脚进行连接，连接之后的Arduino UNO实验板如图7所示。此时，已经初见UNO的样子了，然后还需要对其进行修饰，修饰之后的Arduino UNO实验板如图8所示。

图7 连线之后的Arduino UNO

图8 经过修饰之后的Arduino UNO

上面的这些工作已经完成了硬件搭建，但是要能正常的进行仿真还需要对仿真环境进行一下设置。首先，更改ATmega328P的参数，单击ATmega328P单片机，会弹出如图9所示的设置选框，对标注的地方进行修改，改为如图10所示的参数。

图9 ATmega328P初始设置

图10 ATmega328P更改后的设置

设置好了ATmega328P的参数之后，基本就完成了仿真环境的设置。另外，还需要对串口通讯接口进行设置，串口初始设置如图11所示，需要将波特率改为9600【注】。我们在设置时，还将串口号改为了COM2，如图12所示。因为在使用串口助手进行程序调试的时候，串口助手的端口号都一般默认为COM1，这样设置之后就可以直接打开串口助手使用，可以很方便的进行串口通讯与调试。其实，这也是在偷懒，不想每次都更改串口端口号。

【注】：9600为常用波特率，当然你也可以选择其他波特率，但是两个波特率必须要相同，否则不能通讯。

图11 COMPIM初始设置

图12 COMPIM更改后的设置

到这里，protues仿真环境下的工作就全部完成了，当然要想在protues里面仿真Arduino UNO还需要完成以下几个步。
1、安装虚拟串口程序Virtual.Serial.Port.Driver
安装完成之后并新建两个虚拟串口，这两个串口是相通的，也就说他们连接在一起。一般情况下，生成串口都为COM1和COM2，如果不包含上面COMPIM设置的串口号，还需要将COMPIM中的串口号改为虚拟生成的串口号之一，另一个作为串口助手使用的串口号。
2、更改Arduino IDE中的参数

 Arduino编译之后，Hex文件会自动删除，而在Proteus仿真的Arduino单片机中，需要使用Arduino软件产生的Hex文件，可是，Arduino  1.0默认使用完Hex文件会自动删除的，所以取不到hex文件，为了取出hex文件，加载到Porteus中的单片机ATMEGA328P，需要修改如下：

图13 Arduino IDE的参数设置

图14 Arduino IDE的具体设置

 
  首先要在D盘建立一个文件夹，用来专门放置Hex文件，文件名可以随便取名，我命名为Arduino_Hex，然后点击Arduino软件界面菜单栏的File->preferences，打开对话框，如图6，把Show verbose output during的两个参数项打勾，双击preferences.txt文件，找到文件所在位置，再双击，用记事本打开文件。这时要点击Arduino界面preferences对话框下方的OK按钮，接着关掉Arduino IDE编程界面。最后，在刚才打开的preferences文档的最后一行编辑加入build.path=d:\Arduino_Hex，保存文档。这样以后您再编译Arduino程序，就可以在d:\Arduino_Hex中，看到编译的Hex目标文件了。【文献4】（此部分摘自宜昌城老张的博客）
下面来一个点灯示例，验证我们设计的实验板是否能够仿真Arduino UNO的实际运行。
 
参考文献：
文献1：http://kb.open.eefocus.com/index.php?title=Arduino_Uno
文献2：http://www.geek-workshop.com/forum.php?mod=viewthread&tid=3499
文献3：http://baike.baidu.com/view/1639293.htm
文献4：http://www.eefocus.com/zhang700309/blog/12-10/287570_57f22.html