1.引言

　　Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，具有接口豐富、編程環(huán)境簡(jiǎn)便、自由度大與可拓展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn).它基于AVR平臺(tái)，對(duì)AVR庫進(jìn)行了二次編譯封裝，將復(fù)雜的單片機(jī)底層代碼封裝成簡(jiǎn)單實(shí)用的函數(shù)，使使用者不用關(guān)心單片機(jī)編程繁瑣的細(xì)節(jié)，如寄存器、地址指針等基本不用管，從而大大降低了單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)難度，特別適合老師、學(xué)生和一些業(yè)余愛好者使用。

　　由于Arduino使用者一般都是那些對(duì)電路知識(shí)、電子技術(shù)及單片機(jī)技術(shù)等了解不深入的初學(xué)者，如何在Arduino開發(fā)過程中快速有效的提高他們的單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)能力及電子電路設(shè)計(jì)能力是一個(gè)需要迫切解決的問題。

　　Proteus的引入較好的解決了存在的問題。

　　Proteus是一款電路分析與實(shí)物仿真軟件，它除了能進(jìn)行基本電子電路仿真外，還能直接在單片機(jī)虛擬系統(tǒng)上對(duì)MCU編程。Proteus虛擬開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用，形成了一種全新的Arduino系統(tǒng)開發(fā)理念，其系統(tǒng)開發(fā)流程為：電路設(shè)計(jì)與仿真-電路修改與完善-繪制PCB與生成PCB三維效果圖-硬件組裝與調(diào)試，打破了傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，使Arduino使用者將系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷暴露在設(shè)計(jì)初期，克服了因設(shè)計(jì)中不斷修改焊接電路帶來的弊端，此外PCB的三維效果圖使元件符號(hào)與實(shí)際封裝進(jìn)行形象的對(duì)接，給初學(xué)者帶來強(qiáng)烈的感官認(rèn)識(shí)，從而加深他們對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的感悟。

　　2.Arduino虛擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　下面以四個(gè)按鍵分別控制四個(gè)不同顏色發(fā)光二極管的狀態(tài)為例子，介紹應(yīng)用Proteus進(jìn)行Arduino虛擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。

　　2.1 Proteus仿真電路繪制

　　在Proteus ISIS中繪制原理圖主要分如下三步：

　?。?）新建設(shè)計(jì)：在Proteus ISIS開發(fā)環(huán)境中，點(diǎn)擊“文件-新建設(shè)計(jì)”,在打開的對(duì)話框中選中其中一個(gè)設(shè)計(jì)模板，本文選中LandscapeA4模板，確定后即打開一個(gè)Proteus工作區(qū)，保存該設(shè)計(jì)。

　?。?）元器件選取及放置：首先選取元件，點(diǎn)擊窗口左側(cè)的按鈕，在彈出的Pick Devices界面左上角的文本欄輸入要查找的元器件名稱，如ATMEGA328P,選中搜索到的元件，重復(fù)操作，把系統(tǒng)所需的所有元器件添加到元器件列表區(qū)中；其次放置元件，依次選中元器件列表區(qū)的元器件，單擊鼠標(biāo)左鍵將該器件放置到繪圖區(qū)，并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

　?。?）布局與布線：對(duì)所有元器件進(jìn)行合理布局后，點(diǎn)擊按鈕進(jìn)行連線；連線時(shí)，當(dāng)鼠標(biāo)指針靠近一個(gè)對(duì)象的引腳時(shí)，鼠標(biāo)可自動(dòng)捕獲該節(jié)點(diǎn)，并且出現(xiàn)一個(gè)以該節(jié)點(diǎn)為中心的紅色正方形，單擊鼠標(biāo)左鍵進(jìn)行連線，單擊鼠標(biāo)右鍵取消操作。

　　根據(jù)以上步驟，應(yīng)用Proteus ISIS繪制的硬件原理圖如圖1所示。

　　2.2 Arduino程序設(shè)計(jì)與。hex文件獲取

　　Arduino是以單片機(jī)ATMEGA328P為核心的控制板，在進(jìn)行Proteus仿真時(shí)，只需將Arduino控制板的接口與ATMEGA328P的端口進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)即可，其中，Arduino端口與ATMEGA328P單片機(jī)的引腳對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

　　根據(jù)圖2所示Arduino端口與單片機(jī)ATMEGA328P引腳的對(duì)應(yīng)關(guān)系，應(yīng)用Arduino軟件開發(fā)環(huán)境對(duì)圖1所示的硬件電路進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，其中按鍵K1控制發(fā)光二極管LED1點(diǎn)亮及熄滅的程序代碼如下所示，同樣地，可通過修改Arduino端口來實(shí)現(xiàn)按鍵K2~K4分別控制發(fā)光二極管LED2~LED4狀態(tài)的功能。