Arduino UNO模擬開發環境設定和模擬執行

一. Proteus模擬平台簡介

Proteus軟體是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟體（該軟體中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟體的模擬功能，還能模擬微控制器及外圍器件。它是目前最好的模擬微控制器及外圍器件的工具。現已受到電子類特別是微控制器愛好者、從事微控制器教學的教師、致力於微控制器開發應用等的科技工作者的青睞。以前的如EWB等軟體只能模擬數位電路和類比電路，不能模擬CPU和程式。

當前網上Proteus有7.8 SP2，7.10 SP0，8.0等幾個版本，這幾個JM的版本都比較穩定。這些版本的元件模型格式是相容的，DSN模擬原理檔案是一樣的。8.0版本只是把DSN原理圖、軟體編輯環境和編譯器整合為一個工程檔案，成為一個象“傻瓜相機”一樣的東西，但對初學Proteus者比較方便，因為內部已經整合了程式編輯器和可下載不同的編譯器。

7.xx版本，DSN模擬原理、編輯器和編譯器三者是獨立的。而8.0版本是整合的。8.0版本在多CPU模擬時，設定不太容易；整合後軟體有點大，不如7.xx版本簡潔。

二. 開發三步曲

編輯器

使用者選擇用自己的喜歡的編輯器(如Notepad++，Utraedit，Source Insight，vim，slickedit，notepad等)，用此寫源程式。

C/C++編譯器

使用者按CPU型號選擇自己喜歡的C/C++編譯器(如Winavr，CodeSourcery，Keil，IAR，WinARM，Watcom等等)，一般的編譯器都可以生成標準的.hex，和.elf格式的可執行目標檔案。 Arduino IDE實際使用的是Winavr中的gcc。用此把第一步寫的源程式編譯成.hex和.elf檔案。

硬體模擬圖

Proteus中的Model下有元件模擬庫，使用者使用這些模擬元件，設計出自己的硬體模擬原理圖，也叫.dsn檔案。在Proteus環境下，用自己設計的.dsn檔案，在CPU中載入第二步生成的.hex或.elf檔案，就可以模擬執行了。.elf檔案內部包含偵錯資訊，可以單步、設定斷點偵錯程式。

三. Arduino UNO硬體模擬原理圖

本模擬電路圖(HW目錄下Arduino UNO.dsn檔案)可以模擬Arduino Diecimila，或Arduino UNO板。前者採用FT232晶片做為序列通訊模組，後都採用ATMEGA16U2微處理器代替了FT232，它們都是在USB上實現一個非同步序列通訊的功能。我們在模擬中，採用了Proteus中的序列口物理介面模型COMPIM，COMPIM完全可以代替序列通訊的功能，它實現了與實際PC機物理序列介面RS232的連線，使模擬的虛擬世界與真實的世界連線。

圖1-Arduino UNO硬體模擬原理圖

圖中左下角增加了兩個序列通訊虛擬終端VT1和VT2，用於偵錯序列通訊接收資料或傳送資料使用。其它為Arduino Diecimila或UNO的模擬電路，詳細標註了引腳名稱，與實現電路板一樣。用Proteus模擬工具可以雙擊Arduino UNO.dsn開啟Arduino模擬電路圖。

四. Arduino開發軟體下載及設定

1.下載並安裝Arduino整合式開發環境(Arduino IDE)

到官網上下載並安裝Arduino IDE，當前最新穩定版本為1.0.6版本。

http://arduino.cc

http://arduino.cc/en/Main/Software

2.選擇Arduino板型別及序列口

如圖2，模擬時，選擇前兩個板都可以，在與實際Arduino板連線時，選擇相對應的板，並選擇相對應的序列口。

***因本文使用Arduino模擬開發方法，在模擬電路圖中，只要選擇目標執行檔案.hex或.elf檔案就相當於載入程式，所以不用序列口載入程式。

圖2-選擇板子型號

圖3-選擇序列口

3.設定Arduino IDE個人偏好（重要）

選擇File->Preferences

圖4-選擇preferences

找到設定偏好檔案preferences.txt

圖5-選擇preferences.txt

用編輯器開啟偏好設定檔案preferences.txt

【1】.在arduino工具的File->preferences中找到preferences.txt檔案，用記事本開啟。

【2】.在preferences.txt檔案的最後加一行，編輯加入 build.path=d:MyHexDir，目錄名自己定。為了觀察方便，（本人設定是build.path=d:###ArduinoDbgDir ）。

【3】先關閉Arduino IDE；

【4】之後儲存preferences.txt；

以上順序不要變。這樣就可以在Arduino編譯時，看到d:MyHexDir目標下的目標檔案，而不會自動刪除。

4. 編譯

（1）雙擊SWBlink目錄下的原始檔Blink.ino，自動開啟Arduino IDE。

（2）點選Sketch->Verify/Compile編譯生成目標檔案，目標檔案在d:MyHexDir下（本人的在d:###ArduinoDbgDir目錄下 ）。

（3）點選CP.bat,會把.hex和.elf檔案複製更新到當前.ino所在目錄下。可以自己編輯CP.bat檔案，改變目錄。

（4）在Proteus中設定好一次.hex或.elf檔案的位置就可以，以後更新.hex或.elf檔案時，自動認為已經載入最新的。

五. 第一個Hello World程式模擬執行

Hello World程式就是在計算機螢幕上顯示“Hello，World!”的一個程式，在嵌入式系統開發中，LED的閃爍程式就是Hello World程式，Hello World程式很簡約，一般它是程式設計師在新的開發環境中第一個要執行的程式，但是簡約並不簡單。

雖然Hello World程式很簡約，但是，為了這個簡約的程式能夠執行，需要進行開發工具鏈的選擇、設定開發工具鏈，這需要大量繁瑣的工作要做。Hello World程式能否執行，可以驗證你的編譯、開發環境、執行環境是否正確。

第一個程式Blink.ino如下：
///0. 引腳定義
#define LED_PIN  13        //定義LED引腳為13號資料引腳(DIG13)

///1. 初始化
void setup() {
  pinMode(LED_PIN，OUTPUT); // 初始化DIG13為輸出
}

///2. 迴圈
void loop() {
      digitalWrite(LED_PIN，HIGH); //DIG13輸出高電平
      delay(1000);                //延時1秒
      digitalWrite(LED_PIN，LOW);  //DIG13輸出低電平
      delay(1000);                //延時1秒
}

（1）用Arduino IDE開啟Blink.ino，編譯之；
 （2）在d:MyHexDir目錄下會生成.hex和.elf檔案等；
 （3）點選.ino所在目錄下的CP.bat, 本目錄多了兩個檔案.hex和.elf；
 （4）用Proteus開啟HWArduino UNO.dsn，雙擊Atmga 328P微處理器，在Program file項中選擇上邊SWBlinkBlink.hex檔案，或Blink.elf檔案，若載入Blink.elf檔案，則可以單步或設定斷點偵錯；
 （5）在Proteus中點選左下角執行模擬，如果圖1中的LED小燈閃爍，則你的模擬執行環境設定正確。 

英特爾把小小的「Curie」放在一塊 Arduino 主機板上  http://www.linuxidc.com/Linux/2015-10/124258.htm

Arduino 與 Raspberry Pi: 哪個是更適合你的DIY平台？  http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/102470.htm

Arduino VS 樹莓派：哪個才是你的菜？ http://www.linuxidc.com/Linux/2013-06/85807.htm

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