1、基于基于Arduino可视化编程应用技术可视化编程应用技术主讲人：石从刚主讲人：石从刚项目项目1 LED二极管单灯的控制二极管单灯的控制l Proteus仿真软件绘制电路的步骤仿真软件绘制电路的步骤l 启动软件启动软件l 从元件库中挑选器件从元件库中挑选器件l 放置器件、端口、电源、网络标号等放置器件、端口、电源、网络标号等l 编辑器件、端口、电源、网络标号等属性编辑器件、端口、电源、网络标号等属性l 电气连线电气连线任务任务1 用用Proteus 软件绘制二极管单灯软件绘制二极管单灯电路电路u 任务目标任务目标使用使用Proteus仿真软件绘制出如图仿真软件绘制出如图1-1所示所示基于基于A
2、rduino的二极管单灯控制电路。的二极管单灯控制电路。图图1-1u任务实施任务实施1.1.1 启动启动PROTEUS仿真软件仿真软件 双击桌面上双击桌面上的的“PROTEUS ISIS”按按钮钮，进入如进入如图图1-2所示所示的的“主页主页”界面界面图图1-2 单击右侧单击右侧“开始设计开始设计”模块中的模块中的“新新建工程建工程”按钮，进入新建工程设置。按钮，进入新建工程设置。1.1.2 新建工程新建工程弹出弹出“新建项目向导：开始设计新建项目向导：开始设计”对话框对话框默认工程名（可以改）默认工程名（可以改）选择工程存放路径选择工程存放路径工程存放路径工程存放路径弹出弹出“新建项目向导：
3、原理图设计新建项目向导：原理图设计”对话框对话框任意选择任意选择都可以都可以弹出弹出“新建项目向导：新建项目向导：PCB布版布版”对话框对话框 弹出弹出“新建项目向导：固件新建项目向导：固件”对话框对话框弹出弹出“新建项目向导：概要新建项目向导：概要”对话框对话框弹出弹出“新工程新工程-Proteus 8 Professional-可视化设计可视化设计”界面界面 单击单击“原理图设计原理图设计”标签对应的原理图设计界面标签对应的原理图设计界面1.1.3 二极管单灯控制电路绘制二极管单灯控制电路绘制绘制电路时绘制电路时,从软件自带的元件库里从软件自带的元件库里选择要用到的器件，然后放置器件、选择
4、要用到的器件，然后放置器件、编辑器件参数和连线，电路图就绘制编辑器件参数和连线，电路图就绘制成功成功1、原理图设计界面介绍原理图设计界面介绍已选元器已选元器件件器器件件选选择择按按钮钮浏览窗口浏览窗口模式模式选择选择工具工具条条编辑区编辑区2、选择元器件选择元器件（1）选择二极管）选择二极管 单击图中单击图中“P”按钮，弹出按钮，弹出“选取元器件选取元器件”对话框对话框（2）选择电阻器）选择电阻器3、放置、移动、旋转元器件放置、移动、旋转元器件（1）放置元器件）放置元器件LED-YELLOW、RES（2）移动元器件）移动元器件单击选单击选中器件中器件在器件在器件上按住上按住左键左键按住左键移按
5、住左键移动到位置后松动到位置后松开，器件移动开，器件移动到指定位置到指定位置（3）元器件旋转元器件旋转4.放置电源、地（终端）放置电源、地（终端）5.放置缺省放置缺省IO端口并编辑端口端口并编辑端口输入端口输入端口号号IO126.电路图布线电路图布线7.设置、修改元器件的属性设置、修改元器件的属性1.1.4 保存文件保存文件 单 单击 文击 文件 菜件 菜单单单单击保击保存工存工程程选择保存路径选择保存路径输入工程文件名输入工程文件名1.1.5 Proteus软件介绍软件介绍1.Proteus的功能的功能 Proteus软件是英国软件是英国Labcenter electronics公司出公司出
6、版的版的EDA工具软件，可完成从原理图绘制、工具软件，可完成从原理图绘制、PCB设设计、代码调试到单片机与外围电路的协调仿真，真计、代码调试到单片机与外围电路的协调仿真，真正实现了从概念到产品的完整设计，是目前世界上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、唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其支持真软件三合一的设计平台，其支持8051、AVR、STM32、ARM、MSP430等主流处理器模型，并在等主流处理器模型，并在持续增加其他处理器模型。持续增加其他处理器模型。2.Proteus的常用操作的常用操作（1）打开工程
7、）打开工程（2）新建工程）新建工程（3）保存工程）保存工程（4）工程另存为）工程另存为（5）设置纸张）设置纸张（6）切换栅格）切换栅格1.1.6 Arduino Uno最小系统板功能简介最小系统板功能简介 Arduino Uno最小系统板是基于最小系统板是基于AVR单片机单片机Atmega328P微处理器，是高性能的微处理器，是高性能的8位单片机，位单片机，内含内含6路路10位的位的AD转换器、转换器、32KB的的Flash、2272B的的SRAM、1KB的的EEPROM、3个个8位的位的端口、还有端口、还有SPI、一个、一个USART接口和三个定时接口和三个定时器等。器等。IO14-IO19
8、可作可作AD转换模拟电压输入口，转换模拟电压输入口，IO3、IO5、IO6、IO9、IO10、IO11可作可作PWM调制波形输出口用。调制波形输出口用。（1）Arduino Uno仿真控制板仿真控制板（2）Arduino Uno最小系统控制板最小系统控制板 任务拓展任务拓展在图在图1-1中，将中，将IO12改为改为IO13，发光二，发光二极管为红色二极管，完成电路绘制极管为红色二极管，完成电路绘制任务任务1.2 LED二极管单灯点亮二极管单灯点亮 编写流程图程序、编译并运行程序，使编写流程图程序、编译并运行程序，使Arduino的数字的数字IO引脚第引脚第12脚控制单个发光二极管固定点亮脚控制
9、单个发光二极管固定点亮，仿真硬件电路如图，仿真硬件电路如图1-1所示所示l 用可视化的流程图相应图框编写绘制最简单的结用可视化的流程图相应图框编写绘制最简单的结构流程图（源程序）构流程图（源程序）l 可视化设计界面结构和相关图框的功能及应用可视化设计界面结构和相关图框的功能及应用l 编译并运行、观察仿真结果编译并运行、观察仿真结果u任务目标任务目标u任务实施任务实施 一个基于一个基于Arduino Uno的可视化流程图有的可视化流程图有且只能有一个初始化设置结构（即且只能有一个初始化设置结构（即SETUP结结构）和一个循环结构（即构）和一个循环结构（即LOOP结构），复结构），复杂的可视化流程
10、图还可以包含其他多个结构，杂的可视化流程图还可以包含其他多个结构，另外，一个可视化结构流程图可以包含多张另外，一个可视化结构流程图可以包含多张图纸。图纸。1.2.1 SETUP结构流程图绘制结构流程图绘制“新工程新工程-Proteus 8 Professional-可视化设计可视化设计”界面如图所示界面如图所示IO（外（外设）操设）操作图框作图框（1）通过通过“I/O操作操作”（IO Operation）图）图框命令放置框命令放置IO图框图框光光标移动到流程图框标移动到流程图框工具条的工具条的“I/O操作操作”图图框上，按住左键把框上，按住左键把IO操作图框拖动到操作图框拖动到SETUP结构流
11、程图的结构流程图的连线上并松开，放置连线上并松开，放置IO操作图框成功后，操作图框成功后，SETUP结构流程图如结构流程图如图图1-29所示所示图图1-292）双击双击IO操作图框，弹出操作图框，弹出“编辑编辑I/O块块”对话框，对话框，如图如图1-32所示所示图图1-321.2.2 LOOP结构流程图绘制结构流程图绘制1）将）将“I/O操操作作”图框拖动图框拖动到到LOOP结构结构流程图中，流程图中，LOOP结构流结构流程图如图程图如图1-32所示所示图图1-322）“I/O操作操作”图框属性编辑图框属性编辑双击双击IO操作操作框弹出框弹出“编编辑辑I/O块块”对话框，编对话框，编辑相关属性
12、辑相关属性，具体如图，具体如图1-33所示所示图图1-333）单击）单击“确定确定”按钮，得到按钮，得到LOOP结构流程图结构流程图如图如图1-34所示所示图图1-341.2.3 仿真运行仿真运行相关知识相关知识 1.2.4 数字数字IO引脚的模式定义引脚的模式定义1.2.5 数字数字IO引脚输出状态设置引脚输出状态设置 IO引脚输出的状态有引脚输出的状态有TURE（高电平）或（高电平）或FALSE（低电平），在图（低电平），在图1-33中的中的“State”文本文本框中设定框中设定IO引脚输出的状态。引脚输出的状态。SETUP结构流程图也叫初始化结构流程图，主要结构流程图也叫初始化结构流程图
13、，主要完成数字完成数字IO引脚模式的设置引脚模式的设置，变量的定义和初始值变量的定义和初始值的设置；外部中断和定时器的初始化等等的设置；外部中断和定时器的初始化等等。1.2.6 SETUP结构流程图和结构流程图和LOOP结构结构流程图的比较流程图的比较 LOOP结构流程图也叫循环结构流程图，结构流程图也叫循环结构流程图，是是CPU的监控程序部分，的监控程序部分，CPU总体上按顺序总体上按顺序从上往下依次执行结构流程图中的图框，最从上往下依次执行结构流程图中的图框，最后一个图框执行完后又自动返回到结构图的后一个图框执行完后又自动返回到结构图的第一个图框，再一次的重新开始执行第一个图框，再一次的重
14、新开始执行LOOP结构流程图，永不停止。结构流程图，永不停止。1.2.7 LED二极管的驱动电路二极管的驱动电路u任务拓展任务拓展1.利用单片机的利用单片机的0-13引脚中的任何一个引脚控引脚中的任何一个引脚控制外接的发光二极管固定点亮，引脚输出高电制外接的发光二极管固定点亮，引脚输出高电平二极管灯亮。修改硬件电路和结构流程图，平二极管灯亮。修改硬件电路和结构流程图，仿真观察结果。仿真观察结果。2.利用单片机的利用单片机的0-13引脚中的任何一个引脚控引脚中的任何一个引脚控制外接的发光二极管固定点亮，引脚输出为低制外接的发光二极管固定点亮，引脚输出为低电平时二极管灯亮。修改硬件电路和流程图，电
15、平时二极管灯亮。修改硬件电路和流程图，仿真观察结果。仿真观察结果。绘制结构流程图、编译并运行程序，使绘制结构流程图、编译并运行程序，使Arduino的的IO12引脚控制单个发光二极管按引脚控制单个发光二极管按秒闪烁，硬件电路如图秒闪烁，硬件电路如图1-1所示。所示。任务重点任务重点l 可视化的结构流程图绘制可视化的结构流程图绘制l 延时图框延时图框l 发光二极管按秒闪烁发光二极管按秒闪烁l 编译并运行、观察仿真结果。编译并运行、观察仿真结果。任务任务1.3 LED二极管单灯闪烁二极管单灯闪烁u任务目标任务目标u任务实施任务实施 由于硬件电路没变，所以由于硬件电路没变，所以SETUP结构流程结构
16、流程图和图图和图1-33一样。按照图一样。按照图1-31和图和图1-32顺序绘顺序绘制制SETUP结构图。结构图。1.3.1 SETUP结构流程图绘制结构流程图绘制1.3.2 LOOP结构流程图绘制结构流程图绘制 所谓的发光二极管按秒闪烁，就是发光二极管的所谓的发光二极管按秒闪烁，就是发光二极管的显示状态在亮显示状态在亮熄灭之间反复切换，并且状态切熄灭之间反复切换，并且状态切换的时间间隔为换的时间间隔为500ms。（1）IO12引脚输出高电平引脚输出高电平（2）放置延时放置延时500ms图框图框延时图框成功放置延时图框成功放置到到LOOP结构流程结构流程图后，图后，LOOP结构结构流程图如图流
17、程图如图1-41所所示。示。图图1-41（3）编辑延时图框编辑延时图框 （4）IO12引脚输出为低电平引脚输出为低电平（5）放置延时放置延时500ms图框图框1.3.3 仿真运行仿真运行单步运行按钮单步运行按钮相关知识相关知识1.3.4 延时图框完成微秒延时延时图框完成微秒延时1.3.5延时图框完成秒的延时延时图框完成秒的延时1.3.6 程序调试工具栏程序调试工具栏1）连续运行）连续运行2）单步运行）单步运行3）单步跳进子）单步跳进子程序程序4）跳出子程序）跳出子程序5）单步到）单步到6）切换断点）切换断点7）删除断点）删除断点切换断点切换断点u 任务拓展任务拓展1.修改任务中的硬件和结构流程图，使修改任务中的硬件和结构流程图，使IO2数数字管脚上的发光二极管按秒的时间闪烁。字管脚上的发光二极管按秒的时间闪烁。2.修改任务中的结构流程图，硬件不动，使修改任务中的结构流程图，硬件不动，使发光二极管按发光二极管按2秒的时间闪烁。秒的时间闪烁。
