嵌入式開(kāi)發(fā)教程之基于Proteus的ARM虛擬開(kāi)發(fā)

嵌入式開(kāi)發(fā)教程之基于Proteus的ARM虛擬開(kāi)發(fā)1

引言1Proteus簡(jiǎn)介2

Proteus環(huán)境下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真2.1電路原理圖的設(shè)計(jì)2.2程序代碼的編寫(xiě)2.3仿真3

結(jié)語(yǔ)如今，人們生活中的每個(gè)角落都有嵌入式設(shè)備的存在，比如數(shù)碼相機(jī)、挪動(dòng)、TV機(jī)頂盒及掌上電腦等等。這些嵌入式設(shè)備多采用32位RISC嵌入式處置器作為中心部件。

其中基于ARM核的嵌入式處置器獨(dú)占鰲頭，在32位RISC處置器中占據(jù)超越75%的市場(chǎng)份額。ARM核嵌入式處置器通常采用C言語(yǔ)編程，目前ARM公司的開(kāi)發(fā)工具ADS、RealView以及Keil與arm核處置器結(jié)合較好，得到了寬廣嵌入式學(xué)習(xí)者的一致認(rèn)可。在傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)中，嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)是必不可少的。其中資源少的開(kāi)發(fā)平臺(tái)廉價(jià)但功能較少，資源多的開(kāi)發(fā)平臺(tái)又價(jià)錢(qián)不菲，這對(duì)寬廣的嵌入式喜好者無(wú)疑是個(gè)妨礙。然而，有沒(méi)有在不添加甚至降低開(kāi)發(fā)本錢(qián)的同時(shí)還能進(jìn)展同樣或更好的開(kāi)發(fā)呢？本文引見(jiàn)的Proteus軟件就是一個(gè)可以完全脫離硬件平臺(tái)來(lái)學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)展虛擬開(kāi)發(fā)的利器，可以說(shuō)是嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)的一次革命。引言Proteus軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司的EDA工具軟件，是一個(gè)電子設(shè)計(jì)的教學(xué)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和創(chuàng)新平臺(tái)，涵蓋了電工電子實(shí)驗(yàn)室、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、單片機(jī)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室等的全部功能。其革命性的功能是將電路仿真和微處置器仿真進(jìn)展協(xié)調(diào)，直接在基于原理圖的虛擬原型上進(jìn)展處置器編程調(diào)試，并進(jìn)展功能驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)器件〔如電機(jī)、LED、LCD、開(kāi)關(guān)等〕，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器〔如示波器、邏輯分析儀等〕，可實(shí)時(shí)看到運(yùn)轉(zhuǎn)后的輸入輸出的效果，其主要特點(diǎn)如下：(1)可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，其支持Pillips公司系列的arm〔LPC系列〕，Proteus的仿真是基于SPICE3F5的，因此它也能像其它的EDA軟件那樣進(jìn)展電路分析，如模擬分析、數(shù)字分析、混合信號(hào)分析、頻率分析等等；1Proteus簡(jiǎn)介(2)提供了虛擬示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、電表、VirtualTerminal等虛擬儀器儀表供選擇；(3)可以進(jìn)展SCH(原理圖)和PCB〔印刷板〕電路的設(shè)計(jì)；(4)其本身只帶匯編編譯器，不支持C言語(yǔ)。但可以將它與Keil、ADS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境銜接，將用匯編和C言語(yǔ)編寫(xiě)的程序編譯好之后，可以立刻進(jìn)展軟、硬件結(jié)合的系統(tǒng)仿真，到達(dá)很好的仿真效果。嵌入式開(kāi)發(fā)教程Proteus和PROTEL、EWB等軟件類(lèi)似，繪制原理圖都要先從器件庫(kù)里取出所需的元器件符號(hào)并在繪圖區(qū)規(guī)劃好，同時(shí)編輯好元件的參數(shù)，接著進(jìn)展連線，添加必要的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)等步驟。下面經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例闡明如何運(yùn)用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)arm〔以LPC2124為例〕系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真。實(shí)例以LPC2124控制器為中心，與L297、L298組成步進(jìn)電機(jī)控制器，添加必要的外圍電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制。2

Proteus環(huán)境下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真運(yùn)轉(zhuǎn)ProteusVSM的ISIS后出現(xiàn)如圖1所示的主窗口界面，點(diǎn)擊“File〞—“NewDesign〞新建一個(gè)設(shè)計(jì)工程。接下來(lái)就是在其中所需的添加元器件了，點(diǎn)擊元器件添加按鈕會(huì)彈出“PickDevices〞對(duì)話框，在其中選擇需求添加的元器件，添加到器件列表區(qū)中。然后再依次點(diǎn)擊列表區(qū)里的元器件，把它們放到繪圖區(qū)并編輯其屬性，接著進(jìn)展合理的規(guī)劃之后，就可以進(jìn)展連線了。與PROTEL類(lèi)似，Proteus也具有自動(dòng)捕捉節(jié)點(diǎn)和自動(dòng)布線功能，連線時(shí)當(dāng)鼠標(biāo)的指針接近一個(gè)對(duì)象的引腳時(shí)，跟著鼠標(biāo)的指針就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“×〞提示符號(hào)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵即可畫(huà)線，在終點(diǎn)再點(diǎn)擊確認(rèn)一下就完成一段導(dǎo)線，一切導(dǎo)線畫(huà)完后，點(diǎn)擊電源按鈕，添加必要的電源和接地符號(hào)，并編輯其屬性后，原理圖的繪制就完成了，如圖2所示。2.1嵌入式開(kāi)發(fā)教程之電路原理圖的設(shè)計(jì)圖1

Proteus主窗口圖2電路原理圖程序代碼的編寫(xiě)主要分四個(gè)部分進(jìn)展：(1)LPC2124的初始化代碼；(2)LPC2124異常向量入口及異常向量與C言語(yǔ)代碼的接口，包括初始化堆棧的代碼；(3)LPC2124目的板特殊的代碼，包括異常處置程序和目的板初始化程序；(4)根據(jù)我們實(shí)例要求，結(jié)合原理圖，編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的代碼，即通常的執(zhí)行代碼，代碼文件保管為“main.c〞。2.2嵌入式開(kāi)發(fā)教程之程序代碼的編寫(xiě)通常，為了節(jié)省開(kāi)發(fā)者的時(shí)間，通常把這些文件保管在一個(gè)文件夾里，暫且把文件夾命名為“l(fā)pc2124模塊〞，這樣在以后的程序代碼編寫(xiě)時(shí)就可以直接調(diào)用這個(gè)模塊，再根據(jù)不同的要求改寫(xiě)“main.c〞就行了，而不用要又重新編寫(xiě)這些程序，節(jié)省了大量時(shí)間，大大提高了任務(wù)效率。這里主要闡明“main.c〞的編寫(xiě)，要實(shí)現(xiàn)的功能是用LPC2124控制器、LP297、L298組成的步進(jìn)電機(jī)控制器，控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，原理圖中可以看到各元器件引腳的銜接，圖中還設(shè)置了七個(gè)電壓探針，用數(shù)字圖表顯示各電壓節(jié)點(diǎn)的電平隨時(shí)間變化的曲線。KEY鍵控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)〔KEY鍵按下那么電機(jī)反轉(zhuǎn)〕。程序流程圖如圖3所示。根據(jù)程序流程圖編寫(xiě)好執(zhí)行代碼文件“main.c〞。嵌入式開(kāi)發(fā)教程圖3程序流程圖圖4

ADS編譯環(huán)境窗口文中采用ADS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)展程序的編譯銜接設(shè)置，ADS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境是ARM公司推出的ARM核微控制器集成開(kāi)發(fā)工具，英文全稱(chēng)為ARMDeveloperSuite，成熟版本為ADS1.2。ADS1.2支持ARM10以前的一切arm系列微控制器，支持軟件調(diào)試，支持匯編、C和C++源程序，具有編譯效率高、系統(tǒng)庫(kù)功能強(qiáng)等特點(diǎn)。翻開(kāi)ADS1.2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CodeWarriorIDE，點(diǎn)擊Project→NewProject建立一個(gè)新的工程lcd.mcp，把以上編好的代碼文件全部添加進(jìn)工程，如圖4所示。進(jìn)展相關(guān)設(shè)置后，選擇Project→Make命令，編譯并銜接工程，生成stepper.hex文件。在原理圖中右擊微控制器LPC2124，再單擊，出現(xiàn)一屬性設(shè)置窗口EditComponent，如圖5。在其中的ProgramFile中添加上面生成的stepper.hex文件的途徑，單擊OK完成設(shè)置。2.3嵌入式開(kāi)發(fā)教程之仿真點(diǎn)擊原理圖左下角中的運(yùn)轉(zhuǎn)按鈕，即開(kāi)場(chǎng)仿真運(yùn)轉(zhuǎn)。

仿真結(jié)果如圖6所示。數(shù)字圖表顯示各電壓節(jié)點(diǎn)的電平值隨時(shí)間變化的曲線，步進(jìn)電機(jī)按要求運(yùn)轉(zhuǎn)，按下KEY鍵電機(jī)反轉(zhuǎn)。仿真結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)要求。嵌入式開(kāi)發(fā)教程圖5器件編輯窗口圖6

仿真結(jié)果圖經(jīng)過(guò)以上簡(jiǎn)單的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程可以看出，用Proteus軟件進(jìn)展ARM虛擬開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)所在。運(yùn)用Pr