基于Proteus仿真的Arduino学习（1）——Arduino Uno最小系统及LED的简单使用

一、前言： 

A、Arduino简介

　　Arduino是由一个欧洲开发团队于2005年冬季开发。其成员包括Massimo Banzi、David Cuartielles、Tom Igoe、Gianluca Martino、David Mellis和Nicholas Zambetti。据说Auduino开发团队的领袖Massimo Banzi 之前是意大利Ivrea 一家高科技设计学校的老师。他的学生们经常抱怨找不到便宜好用的微控制器。2005年冬天，Massimo Banzi 跟David Cuartielles 讨论了这个问题。David Cuartielles 是一个西班牙籍芯片工程师，当时在这所学校做访问学者。两人决定设计自己的电路板，并引入了Banzi 的学生David Mellis 为电路板设计编程语言。两天以后，David Mellis 就写出了程式码。又过了三天，电路板就完工了。这块电路板被命名为Arduino。几乎任何人，即使不懂电脑编程，也能用Arduino 做出很酷的东西，比如对传感器作出回应，闪烁灯光，还能控制马达。

2016-10-11

　　现在，Arduino是一个开源的项目，它所有的设计资料都可以在其官网免费得到。严格来说，Arduino这个术语涉及硬件、软件、开发团队、设计原理，以及用户的互助精神。从笔者的实际生活体验看，通常所说的Arduino在90%的情况下是指Arduino的硬件开发板，可能是硬件更显而易见吧。Arduino的硬件开发板有许多种型号。它是一个单片机集成电路，它的核心就是一个单片机，开发板上的其他电路用来供电和转换信号。官方Arduino使用的是megaAVR系列的芯片，特别是ATmega8、ATmega168、ATmega328、ATmega1280以及ATmega2560，还有一小部分使用的是Arduino兼容的处理器。常见的Arduino主板有：

Arduino UNO

（Arduino Uno开发板基于ATmega328）
Arduino Leonardo

（Arduino Uno基于ATmega328）

Arduino Due

（Arduino Due基于Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 CPU）

Arduino Yún

（Arduino Yún基于ATmega32U4和Atheros AR9331）

Arduino Micro

（Arduino Micro基于ATmega32U4）

以及Arduino Tre、Arduino Robot、Arduino Esplora、Arduino Nano、Arduino Zero等等。本文以Arduino系列的名星板——Arduino Uno R3为例进行仿真实验，其它板可以类推进行仿真。

B、实验开发工具介绍

1.Arduino IDE

Arduino IDE是专门为Arduino开发板量身定做的集成开发环境。

Windows下安装Arduino IDE教程：http://jingyan.baidu.com/article/ed15cb1b7a401e1be369811a.html

2.Proteus

　　Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，

proteus安装教程：http://jingyan.baidu.com/article/ce436649d086713772afd34b.html

二、Arduino如何用Proteus仿真

　　本文以Arduino Uno R3为例，仿真时一般选用ATMEGA328P单片机，仿真其他板时，选择对应的单片机即可，大体原理相似。

　　其基本过程是：软件在Arduino IDE编程软件里编写，硬件在Proteus ISIS软件模块里通过绘制电气原理图建立。程序编写完后，选择Arduino IDE编程界面菜单栏的Tools菜单项，再选择Board→Arduino Duemilanove w/ATmega328，也可以选择Board→Arduino Uno，然后点击编译按钮，生成Hex文件（二进制机器码文件）。有了Hex文件，接着转到Proteus电气原理图，双击原理图中的型号为ATMEGA328P 单片机芯片，出现对话框，通过文件目录浏览的方法确定Hex文件存储位置，并进行一些单片机芯片工作状态参数的设置，最后点击Proteus ISIS软件界面左下方的播放按钮，就可以看到Arduino单片机在Proteus仿真环境中的运行效果。

　　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  IDE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：

　　点击Arduino软件界面菜单栏的文件->参数设置，打开对话框，在输出时显示详细信息一栏勾选编译、下载，如下图：

然后就可以获得hex文件的地址了。

确定了Hex文件，还有三个参数项要修订，一是“CLKDIV8(Divide clock by 8)”参数项修改为“Unprogrammed”；二是“CKSEL Fuses”参数项修改为“(1111)Ext. Crystal 8.0-MHz”；三是Advanced Properties的Clock Frequency参数项设为16Mhz。最后点击编辑对话框的“确定”按钮，然后就可以仿真了，如图：(双击ATMEGA328P）

三、用Proteus仿真Arduino Uno最小系统

1. ATMEGA328P-PU引脚图

此外，还需振荡电路，将AVCC和AREF接+5v。

用到的元器件有：CRYSTAL、22pF电容、ATMEGA328P、POWER端口、GROUND端口。

然后按下图连线：

即得到Arduino Uno的最小系统。

建议将Arduino Uno的最小系统导出区域，这样下次用的时候可以直接引进来。

四、用Proteus仿真实现LED输出SOS

1.代码如下：

int ledPin=13;
void setup(){
  pinMode(ledPin,OUTPUT);
}
void loop(){
 
  for(int i=0;i<3;i++){
    digitalWrite(ledPin,HIGH);
    delay(300);
    digitalWrite(ledPin,LOW);
    delay(600);
  }
  delay(2100);
 
  for(int i=0;i<3;i++){
    digitalWrite(ledPin,HIGH);
    delay(900);
    digitalWrite(ledPin,LOW);
    delay(600);
  }
  delay(2100);
 
  for(int i=0;i<3;i++){
    digitalWrite(ledPin,HIGH);
    delay(300);
    digitalWrite(ledPin,LOW);
    delay(600);
  }
  delay(2100);
}

2.仿真图如下：

直接将前面最小系统引入，然后在digital pin13口加电阻（1k），LED即可。

3.仿真过程：

编译完毕后，下方窗口显示如下：

.hex即为我们要用到的hex文件。直接复制地址，然后粘贴到Program File处，点确定:

然后点右下角三角开始仿真，仿真结果如下，开始输出SOS信号：

至此，实验全部结束。

五、实验用到代码及仿真图:

Arduino最小系统仿真图：

http://files.cnblogs.com/files/liujw2114/arduino%E6%9C%80%E5%B0%8F%E6%A8%A1%E5%9D%97.7z

SOS仿真输出：

http://files.cnblogs.com/files/liujw2114/LED%E8%BE%93%E5%87%BASOS.7z