基于PROTEUS的ARM虚拟实验平台的设计毕业论文
2021-07-12 10:07
摘 要
本文基于Proteus绘制硬件原理图，与Keil uVision4程序调试软件相结合构建ARM虚拟实验平台，完成流水灯、中断、UART通信、SPI通信、I2C通信、PWM、看门狗、A／D转换器、定时、点阵LCD显示的硬件设计及软件调试，最终得到仿真结果。
研究结果表明：在Proteus与Keil uVision4软件构建的ARM虚拟实验平台上（使用的ARM芯片为Philips公司推出的LPC2124芯片），硬件电路通过仿真可以有效地得到所需结果。通过虚拟实验平台，不仅学生能有效地学习ARM芯片，同时节省了购买实物的钱财。
本文的特色：介绍了基于Proteus与Keil uVision4软件的虚拟实验平台实现仿真的过程，并通过实例表现虚拟实验平台的实用性及有效性。
关键词：LPC2124芯片；仿真；Proteus；Keil uvision4
Abstract
This design is based on Proteus rendering hardware schematics and the debugging software Keil uVision4 to build ARM virtual experimental platform.The design is going to complete the hardware design and software debugging of water lights, interrupts, UART communication, SPI communication, I2C communication, PWM, watchdog, A / D converter, timer and dot matrix LCD display ,.Finally it is get simulation results.
The result shows that: on the ARM virtual experiment platform(ARM chip used for the Philips company introduced LPC2124 chip) based Proteus and Keil uVision4 software , hardware circuitry may effectively obtain the desired result by simulation. Through the virtual experiment platform, not only can students effectively learn ARM chips, while money to buy physical hardware is saved.
Featured of the article: describes how the virtual experiment platform based on Proteus and Keil uVision4 software to realize the simulation and through examples shoe the practicality and effectiveness of the platform.
Key Words：LPC2124 Chip；Simulation；Proteus；Keil uvision4
目 录
第1章 绪论 1
1.1 研究的背景与意义 1
1.2 历史发展与现状 1
第2章 系统方案设计 3
2.1 系统设计要求分析 3
2.1.1 硬件需求分析 3
2.1.2 软件需求分析 4
2.2 虚拟平台设计原理 5
2.3 系统模型的搭建 5
第3章 系统设计与仿真 8
3.1 流水灯的设计 8
3.1.1 流水灯硬件电路的绘制 9
3.1.2 流水灯程序编译与仿真 9
3.2 EINT1外部中断 11
3.2.1 外部中断硬件电路的绘制 11
3.2.2 外部中断程序的编译与仿真 12
3.3 SPI通信的设计 13
3.3.1 SPI硬件电路的绘制 15
3.3.2 SPI程序的编译与仿真 16
3.4 I2C通信的设计 18
3.4.1 I2C硬件电路的绘制 20
3.4.2 I2C程序的编译及仿真 21
3.5 UART通信的设计 23
3.5.1 UART硬件电路的绘制 24
3.5.2 UART程序的编译与仿真 25
3.6 脉宽调制PWM的设计 26
3.6.1 PWM硬件电路的绘制 26
3.6.2 PWM程序的编译和仿真 27
3.7 A/D转换的设计 29
3.7.1 A/D转换硬件电路的绘制 30
3.7.2 A/D转换程序的编译与仿真 31
3.8 定时器的设计 32
3.8.1 定时器硬件电路的绘制 33
3.8.2 定时器程序的编译与仿真 33
3.9 看门狗的设计 34
3.9.1 看门狗硬件电路的绘制 35
3.9.2 看门狗程序的编译与仿真 36
3.10 点阵LCD显示的设计 37
3.10.1 LCD硬件电路的绘制 38
3.10.2 LCD程序的编译与仿真 39
第4章 结论 41
参考文献 42
附录 43
附A 43
附B 46
致 谢 48
第1章 绪论
1.1 研究的背景与意义
目前，嵌入式系统技术发展良好，在医疗系统、工业控制、访问控制和POS机中都有应用，且深深影响着人们的日常生活。随着信息及智能化的发展，未来对嵌入式的标准更高，未来的使得社会对嵌入式方向的软硬件工程师有极大地需求，嵌入式系统的学习就很是必要。
目前在各大高校的一些专业都开设有与嵌入式系统有关的课程。现在高校的ARM实验室的搭建都是通过购买硬件仿真设备。当前这些硬件仿真设备价格相对较高，而且ARM有很多类型，一个实验室不可能配备所有的ARM硬件仿真设备，并且硬件设备需要细心维护，够开设的实验项目有限，实验课时有限，限制了学习效率[1]。另外，实验设备种类繁多，使用说明比较复杂，老师不可能一一独个的指导每个学生学习使用实验设备，将使得实验效果大打折扣。因此，建立虚拟实验平台显得十分必要。虚拟实验平台由学生使用电脑操作，老师基于ARM虚拟实验室的教学采用局域网多媒体教学的方式，使得教学便于管理。教师可以通过多媒体演示电路图并讲解其原理[2]。虚拟实验室的建立，一是节省了购买实验设备所需的大量财力，二是虚拟ARM实验平台作为实际硬件实验平台的重要补充,兼具良好的可扩展性与灵活性，三是便于老师的教学与管理[3]。
本篇文章介绍Proteus软件是一个全面的嵌入式系统软件和硬件设计与仿真的平台。Proteus软件包含有原理图设计，原理图的仿真以及PCB设计，它实现了从一种概念到产品的过渡[4]。它具有几大功能模块，单片机仿真功能、原理图的灵活设计、倍全的电路仿真功能、实用的PCB设计平台。Proteus软件在运行时，不仅仅可以注意到语句执行时单片机寄存器和存储器内容的变化情况，还可以从工程的角度全程直接看程序运行和电路工作的过程和结果，非常适合ARM嵌入式技术的设计与开发。Proteus软件还支持多种编译器，例如Keil，MATLAB。。
1.2 历史发展与现状
嵌入式系统的出现已有一段较长的时间，其发展有了几个阶段，从具有一些功能的以单片机为核心的系统，到嵌入式系统具有简单的操作系统，到有嵌入式操作系统的嵌入式系统，目前是以Internet为标志的嵌入式系统。在通信方面，数字技术有着更多的应用。举例子来说，在个人用品方面，嵌入式产品主要用在个人移动端。在其他方面，嵌入式在工业过程控制、数字机床、电路系统、数据采集系统、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、机器人等方面也有大量的应用[5]。ARM公司为实际应用不断推出新的产品，ARM7系列，ARM9系列，ARM9E系列，ARM10E系列等[6]。
