Система моделирования ISIS Proteus. Быстрый старт.

Собранная виртуальная схема

Вообще существует масса систем моделирования электронных схем. Из всех, что я видел мне наиболее понравились Multisim и ISIS Proteus. Multisim обладает очень удобным интерфейсом, и в нем удобно отлаживать аналоговые девайсы, т.к. он позволяет использовать виртуальные (т.е. параметры ты указываешь сам) транзисторы и усилители, но совершенно не поддерживает сложные системы, вроде микроконтроллеров или разного рода драйверов. Точнее поддерживает, но крайне вяло. Только недавно в нем появилась поддержка древних АТ89C2051 и нескольких PICов

Напротив, Proteus умеет замечательно работать с контроллерами, но ограничен своей библиотекой реальных элементов, поэтому без знания какая тебе именно деталь нужна ты там мало что сделаешь, а ещё обладает ну просто убожеским интерфейсом, однако это лучшая система моделирования, что я когда либо видел. А потому буду описывать именно её.

Весит порядка тридцати метров в архиве, самая поздняя версия которая мне известна это 7.2 Учти только, что крякнутая версия Proteus работает порой ну очень странно, например код процессора ты видишь, а отладка не идет и в регистрах левые значения. Потому ищи тщательно ,))))

Предлагаю сразу же взять быка за рога и по быстрому смоделировать какую-нибудь несложную схему на микроконтроллере. Объяснять где что я буду по ходу процесса.

Запускай Proteus, сразу же должно отрыться бежевое окно в точечках. Это рабочее поле. Тут мы и будем строить нашу схему. Для примера сварганим схему на моем любимом контроллере АТ89С51 она не будет делать ничего путного, будет просто отсылать в окошко терминала буковки по нажатиям кнопок приделанных к портам контроллера.

Чтобы добавить компонент нужно выбрать вначале черную стрелку в левом верхнем углу, а потом нажать кнопочку с лупой и треугольничком она расположена на верхней панели инструментов в середине.

Откроется огроменный список элементов которые знает Proteus. Библиотеки постоянно дополняются и обновляются, поэтому пошарь по инету в поисках новых деталек.
В списке найди контроллер АТ89С51, чтобы не возиться заюзай поиск по ключевым словам – набери просто «АТ89» увидишь все семейство MSC-51 известные Proteus’у.

Выбирай нужный и тыкай «ОК». После чего размещай микросхему в удобное тебе место. Сразу оговорюсь, что модели процов в Proteus несколько упрощенные, поэтому они не требуют наличия в виртуальной схеме кварца, системы сброса (подтяжка RESET до нужного уровня), наличия сигнала на использования внутренней памяти (+5 на EA, особенность процов С51, умеющих работать от внешней ПЗУ) и об этом не стоит забывать когда в итоге будем делать реальную схему, а то, в итоге, искать причину неработающей схемы можно очень долго.

Хоть они и не нужны, но детали обвески мы все же добавим. Опять тыкай на лупу с треугольником и ищи там кварц, буржуи зовут его «crystal» вот его и ставь на схему рядом с выводами XTAL.

Библиотека элементов

Главная убогость интерфейса Proteus в том, что всегда правый клик сначала выделяет, а потом удаляет компонент, а левый ставит новый такой же. Ужасно напрягает, в Multisim все сделано в разы удобней и традиционней, но, увы, Multisim не столь могуч.

Теперь наведи курсор на вывод кварца и соедини его с выводом XTAL1 процессора, то же проделай с второй ногой кварца, только на XTAL2. Теперь нам нужны кондеры, опять лезь в библиотеку и ищи там Capacitors. Будет огромный список реальных кондеров, выбери какой нибудь SMT конденсатор емкостью порядка 33pF. В верхнем окошке справа будет его обозначение в схеме, а внизу габаритные размеры, а точнее контактные площадки под его запайку.

Кстати, обрати взгляд в окошко чуть ниже строки поиска. Видишь там строку Modeling Primitive? Вот там есть виртуальные примитивы. Они не имеют корпуса, потому при разводке печатной платы выскочат с ошибкой, но если ты не собираешься разводить плату, а лишь хочешь смоделить схему, то возьми лучше его – его значения можно менять как угодно.

Воткни пару кондеров рядом с кварцем и повесь их на ноги кварца одним выводом, а второй объедини и повесь на землю. Где взять землю? Хороший вопрос :). Ищи в левой панели инструментов такие две фиговины похожие на бирки, зовется Terminal mode. Тыкай в неё, откроется тут же рядом, слева, панелька где нужно выбрать строку GROUND это и есть земля. Установи ее где тебе удобно. Power там же это напряжение питания схемы. Обычно оно общее, но иногда могут быть замороки с тем, что у схемы множественное питание (как, например, в компе, там и 5 и 12 и 3.3 вольта и вообще тьма разных напряжений).

Далее надо собрать схему сброса. Протеусу это не требуется, он и так будет нормально отрабатывать, но реальной схеме это нужно. Делается это просто. Ставим резистор и конденсатор. При включении, когда конденсатор не заряжен, то его сопротивление равно нулю и на вывод RST подается +5 вольт, т.е. логическая 1, а как только кондёр зарядится, произойдет это через пару миллисекунд, то ножка через резистор будет лежать на земле, а это уже самый настоящий логический нуль и проц запустится в штатном режиме.

Сделай всё как на картинке и приступай к навеске кнопок на наш девайс. Вешать лучше на порт 1. Почему? А резисторы дополнительные не нужны. Дело в том, что у С51 порт 0 сделан с возможностью работы на шину данных, а это значит имеет так называемое Z состояние. Это когда на выходе не 1 и не 0, высокое сопротивление (импенданс), почти обрыв, но порт может без палева в это время снифферить шину на предмет пролетающих там значений, ничуть не выдавая себя и не мешая другим устройствам.

Порт 3 обвешан всякой дополнительной периферией, а порт 2 не очень удобно расположен в модели протеуса. Поэтому юзаем порт 1 :))))) . Ищи в библиотеке какой нибудь switch или button. Мне нравится компонент button, потому я заюзаю именно его. Поставлю четыре кнопочки и повешу их на выводы P1.0, P1.2, P1.4, P1.6, а другие выводы кнопки приложу всем скопом на землю. Как это будет работать?

Да просто! Вначале вывожу в порт единичку на все выводы. Ножки изнутри сразу же подтягиваются к логической единице. Теперь, чтобы считать данные, достаточно забрать значение из регистра порта P1, а если мы нажимаем какую-либо из кнопок, то эта ножка жестко сажается на землю, пересиливая внутренний подтяг до единицы. Т.е. нажатая кнопка дает в порту нуль на своем бите. Такой принцип определения нажатия кнопки во всех микроконтроллерах. Также настоятельно рекомендую шунтировать кнопки конденсаторами на 40pF – не будет ложных срабатываний от импульсных помех.

Но это только в реальных устройствах, в Proteuse это все равно не имеет значения, но я добавлю. Всё, ввод данных готов. Теперь надо сделать вывод. Для вывода можно тупо повесить на ножки виртуальные светодиоды и также виртуально ими помигать, но это моветон, хотя, не спорю, помогает зачастую отлаживать программу.

Я же предпочитаю побаловаться моим любимым UARTом. Проще говоря, терминалкой. Лезем в раздел виртуальных приборов. Ищи на левой панели инструментов пиктограмму с нарисованным стрелочным прибором и лезь туда. Тебе будет список всякого хлама который ты можешь юзать. Тут тебе и вольтметр, и амперметр, и осциллограф, цифровой анализатор и разные узкоспециализированные приблуды вроде монитора протокола SPI или I2C. Для прикола возьми осциллограф (oscilloscope) и повесь его одним каналом на вывод TxD. Еще нам нужен Virtual Terminal. Выбирай его и вставляй на схему. А теперь соединяй его выходы с выходами проца, крест накрест. Rx c Tx, Tx с Rx.

Готово! Ну и, для полного счастья, поставь еще светодиод на порт Р2. Как подключать светодиоды к портам проца? Да очень просто! Вешаешь плюс светодиода на питание, а минус на резистор, а этот резистор уже на выход процессора. Чтобы зажечь диод надо на эту ногу выдать 0.

Тогда разница напряжений между напряжением питания и напряжением нуля на ножке будет максимальной и диод будет гореть. Ищи в компонентах LED ну и втыкай его как я тебе сказал. Обратил уже наверное внимание, что чаще мы событие определяем или устанавливаем по нулю, а не по единице. Это связано с тем, что ноль легче получить принудительно, чем подтягивать ножки вверх. Но далеко не всегда так, например, контроллеры семейства AVR умеют свои ножки сажать наглухо и на нуль и на напряжение питания, так что там диод зажечь можно и единичкой. Для этого его надо будет перевернуть и вторым концом через резистор повесить не на Power, а на землю.

Так, аппаратную часть мы нарисовали. Пора приступать к настройке и отладке.

Выдели микроконтроллер и кликни на нем дважды, откроется окно свойств.
PCB Packadge это тип корпуса, он важен при разводке печатной платы. Пусть стоит DIL40

Program File – это собственно файл прошивки. Вот сюда нужно прописать путь к hex файлу.

Clock Frequency – частота на которой будет работать проц.

Отладка по исходному коду

В реале частота зависит от кварца, либо от встроенного тактового генератора. В Proteus она выставляется тут. Не забудь выставить ее правильно, так как дефолтные значения зачастую отличаются от тех что ты собрался юзать.
Выставь нужную частоту проца и пропиши путь к прошивке, на этом настройка схемы завершена. Можно запускать отладку.

Жми кнопку с значком Play, как на магнитофоне. Тут всё просто, никаких сложностей. Отмечу только, что пошаговый режим это просто прерывистый запуск с небольшой временной задержкой. Для отладки нужно юзать дебаг по коду.

Теперь твоя схема работает. Можешь понаблюдать процессы, происходящие в ней. Если выберешь в панели инструментов вольтметр, то увидишь напряжение, или можно измерить ток, если заюзать амперметр. Цветные квадратики, что зажглись на ножках процессора это логические уровни. Синий – ноль, он же земля. Красный – логическая единица, а серый это высокий импенданс, он же Hi-Z.

В принципе уже этого достаточно, чтобы отладить работу дейвайса. А что, прогу отлаживаем в Keil uVision (если речь идет о С51) или в AVR Studio, компилим и смотрим что получилось. Это отлично работает на простых девайсах с одним управляющим контроллером и обвязкой.

Но вот когда у тебя в системе работают несколько микроконтроллеров или контроллер и какое либо шибко умное устройство, например ключ Dallas, тотут начинается неслабый геморрой, так как трудно сказать в какой момент времени какой из контроллеров что выполняет. В такой ситуации нам на помощь придет внутренний отладчик Proteus, позволяющий отлаживать программу по исходному коду, не выходя из симуляции.

Отладка предыдущей версии контроллера робота

Пошаговая отладка одновременно двух процов связанных по программному i2c. МОЩЬ

Добавляем исходник.
Лезь в меню и ищи там пункт Source и смело тычь в него недрогнувшей рукой. Выбирай Add/Remove source и добавляй исходник. Советую сразу, чтобы компилятор не тупил, исходники ныкать по простым путям, без пробелов и русских букв. Например, как у меня: “d:codingC51hack_2.asm” Добавляя исходник не забудь указать компилятор которым его надо будет компилить. Для данного случая в “Code generation tools” надо указать “ASEM51”, то есть компилятор архитектуры MCS-51.

Жми ОК и в меню Source появится еще один пункт – добавленный исходный файл, выбрав который автоматом открывается редактор и можно по быстрому подправить текст программы.

Настройка компилятора.
Опять же лезь в меню Source и ищи там пункт “Define Code Generation Tools” это опции компилера. Изначально настроены они криво в разделе “Make rules” тычь в строку “Command Line” и выноси оттуда весь мусор, что там есть. Оставь только “%1” без кавычек. ASEM51 умная зараза, он сам добавит нужные файлы с описаниями регистров и переменных, тем более, что у всего семейства MСS-51 все адреса одинаковые.

Компиляция
Жми в том же меню Source пункт Build All и получай на выходе hex файл, но уже местной выделки. Там же моргнет окно комплиятора, в котором будут сведения об ошибках и ряд служебных данных.

Запуск
Запускай схему кнопкой Play в нижней панельке и сразу же нажимай либо паузу, либо пошаговый режим. Сразу же должно открыться окно с кодом программы как в уже привычном тебе отладчике. Если не открылось, то ты его найдешь в меню Debug -&gt, 8051CPU -&gt, Source Code U1

Там же будет масса других полезных вещей, как, например, содержимое регистров процессора или памяти программ/данных.

Ну, а далее всё просто – обычный отладчик в котором ты, надеюсь, работал уже не раз. Кнопочки вверху окна исходного кода управляют исполнением кода.

Красный бегущий чувак – запуск кода на исполнение.
Нога перепрыгивающая через фиговину – исполнение с пропуском процедур
Нога со стрелкой вниз – выполнить одну инструкцию, сделать шаг.
Нога со стрелкой вверх – выйти из подпрограммы.
Нога и стрелка вперед – исполнять до курсора.
Кружочки со стрелочками – установка/снятие/отключение точек останова BreakPoint. Бряк-поинт это такое место в программе, где твоя прога встанет как вкопанная и дальше пойдет лишь с твоего согласия – незаменимая вещь в отладке.

При добавлении в проект второго проца его код, регистры и память будут там же, но называться будет уже Source Code – U2 и так далее.
Кроме того, в директории Proteus’a есть папка SAMPLES вот в ней куча разных примеров, весьма сложных, показывающих возможности системы ISIS Proteus.