¿Qué es Proteo?
Proteus es actualmente la mejor herramienta para simular periféricos de microcontroladores. Es realmente buena. Puede simular la serie 51, AVR, PIC y otros MCU de uso común y sus circuitos periféricos (como LCD, RAM, ROM, teclado, motor, LED, AD/DA, algunos dispositivos SPI, algunos dispositivos IIC,...) En De hecho, proteus y multisim son similares, ¡excepto que pueden simular MCU! Por supuesto, la precisión de la simulación del software es limitada y es imposible encontrar modelos de simulación correspondientes para todos los dispositivos. El uso de placas de desarrollo y emuladores es, por supuesto, la mejor opción, pero se estima que las posibilidades para los principiantes son relativamente pequeñas, ¿verdad? Si estás aprendiendo 51 microcontroladores, si quieres hacer pequeños experimentos con LCD, LED, AD/DA, motor DC, SPI, IIC, teclado, etc., pruébalo, ¡no te decepcionarás! Utilice 51. Ya sea que esté programando en ensamblador o C, por supuesto que debe usar keil, ¡uvisoin3 tiene muchas características nuevas! Con keil c51 v7.50 proteus 6.7, puede depurar programas como si usara un emulador. En términos generales, en experimentos con microcomputadoras, puede usar el emulador Wanli para realizar experimentos en los tableros experimentales fabricados por el Departamento de Ingeniería Eléctrica. ¡Por supuesto, la práctica del hardware sigue siendo esencial! ! !
Esta solución solo le permite simular MCU y circuitos periféricos, como pspice simula circuitos analógicos/digitales sin hardware. Además, incluso si hay hardware, ¡no está mal utilizar software para simularlo en la etapa inicial de programación!
1 Introducción a Proteus
Proteus se diferencia de otros software de simulación de microcontroladores en que no solo puede simular las condiciones de trabajo de la CPU del microcontrolador, sino también los circuitos periféricos del microcontrolador. u otros circuitos que no involucren la situación de trabajo del microcontrolador. Por lo tanto, durante la simulación y la depuración de programas, la preocupación ya no son los cambios en el contenido de los registros y la memoria del microcontrolador cuando se ejecutan ciertas declaraciones, sino el proceso y los resultados de la operación del programa y el trabajo del circuito vistos directamente desde una perspectiva de ingeniería. En cierto sentido, estos experimentos de simulación compensan las contradicciones y los fenómenos de desconexión entre los experimentos y las aplicaciones de ingeniería.
(1) Proceso de trabajo de proteus
Después de ejecutar el programa ISIS de proteus, ingrese a la interfaz principal del software de simulación. Antes de trabajar, debe configurar la alineación rápida en el menú Ver y el color, el tamaño de la interfaz gráfica y otros elementos del sistema. A través del comando p (seleccionar componente del comando de biblioteca) en la barra de herramientas, seleccione los componentes necesarios para el circuito en la ventana de selección de dispositivos, coloque los componentes y ajuste sus posiciones relativas, establezca los parámetros de los componentes, conecte componentes entre componentes y escriba programas; En el comando del menú Definir herramientas de generación de código del menú fuente, seleccione las herramientas, rutas, extensiones y otros elementos para la compilación del programa; en el comando Agregar/eliminar archivos fuente del menú fuente, agregue el programa correspondiente para el circuito de hardware del microcontrolador; programa a través del comando correspondiente del menú de depuración y operación del circuito.
(2) Recursos de componentes proporcionados por el software Proteus El software Proteus proporciona más de 30 bibliotecas de componentes y miles de componentes. Los componentes incluyen digitales y analógicos, CA y CC, etc.
(3) Recursos de instrumentos proporcionados por el software Proteus
Para un laboratorio o software de simulación, el número, el tipo y la calidad de los instrumentos probados son una medida de si el laboratorio está calificado. un factor clave. En el paquete de software Proteus no cabe duda del número de instrumentos similares utilizados. Proteus también proporciona una función de visualización gráfica que puede mostrar gráficamente las señales cambiantes en la línea en tiempo real. Su función es similar a la de un osciloscopio pero tiene más funciones.
(4) Métodos de depuración proporcionados por el software Proteus
Proteus proporciona un conjunto relativamente rico de señales de prueba para pruebas de circuitos. Estas señales de prueba incluyen señales analógicas y señales digitales. Para depurar el circuito de hardware y software del microcontrolador, Proteus proporciona dos métodos: uno es el efecto de ejecución general del sistema y el otro es la depuración paso a paso del software para ver la ejecución específica.
Para el método de depuración del efecto de ejecución general, solo necesita ejecutar el elemento del menú Ejecutar en el menú de depuración o la tecla de acceso directo F12 para iniciar la ejecución, y usar el elemento del menú de animación de pausa en el menú de depuración. o la tecla de pausa para pausar el sistema; o Utilice el elemento del menú detener animación en el menú de depuración o la combinación de teclas mayúsculas y pausas para detener el sistema. Su modo de funcionamiento también se puede realizar seleccionando la herramienta correspondiente en la barra de herramientas.
Para la depuración paso a paso del software, primero debe ejecutar el comando del elemento del menú de depuración iniciar/reiniciar en el menú de depuración. En este momento, puede elegir los comandos paso a paso, entrada y salida. para ejecutar el programa (puede usar las teclas de acceso directo F10, F11 y Ctrl F11), el efecto de ejecución es la ejecución de una sola oración, ingresando a la ejecución de subrutina y saltando de la ejecución de subrutina. Después de ejecutar el comando de depuración de inicio/reinicio, aparecerá una lista del software involucrado en la simulación y los recursos del sistema del microcontrolador en el menú de depuración, que se pueden analizar y ver durante la depuración.
2 Organización de experimentos
En la enseñanza teórica y los experimentos de microcontroladores, los contenidos involucrados incluyen cuatro aspectos, a saber, recursos del sistema de microcontroladores, tecnología de software, circuitos de interfaz de hardware y aplicaciones de software. Sistema integrado con hardware. Por lo tanto, al enseñar, los profesores deben considerar plenamente las características del curso, hacer divisiones razonables de los módulos y hacer los preparativos adecuados antes de cada curso experimental para que las tareas docentes puedan concentrarse y resaltarse. Los microcontroladores involucrados en los siguientes ejemplos son todos de la serie 51.
(1) Enseñanza experimental de los recursos del sistema
Cualquier tipo de microcontrolador proporciona ciertos recursos del sistema. Para la serie 51 de microcontroladores, los recursos proporcionados se reflejan en registros y memorias. Para ver el contenido de los registros, puede utilizar una variedad de software que puede simular el microcontrolador 51. Para el software Proteus, puede ejecutar el comando del elemento del menú de registros en el menú de depuración para abrir la ventana correspondiente. Para ver la memoria interna del sistema, ejecute el comando del elemento del menú de memoria interna en el menú de depuración para abrir la ventana correspondiente.
(2) Tecnología de software
El contenido involucrado en el experimento de tecnología de software incluye principalmente la verificación del efecto de ejecución de declaraciones específicas en el lenguaje, la implementación específica del algoritmo, y la gramática en el programa Comprobación de errores y verificación de errores lógicos, etc. Para el contenido de enseñanza experimental de software puro, los profesores deben considerar plenamente las habilidades de los estudiantes y hacer preparativos específicos al configurar el experimento para lograr los propósitos de enseñanza esperados. Por ejemplo, para la implementación en lenguaje ensamblador de la operación de multiplicación de dos números binarios de 16 bits R4R5×R6R7=R3R4R5R6R7. Para verificar de manera más intuitiva la exactitud de la ejecución del programa, los maestros deben diseñar un circuito de hardware que pueda completar la entrada de datos (con pantalla) y la salida de resultados (pantalla), y diseñar el programa principal, conversión de código bcd a binario, binario Para el diseño Para programas como conversión de código a código BCD, conversión de código BCD a código de visualización y visualización, los estudiantes solo necesitan diseñar el algoritmo para las operaciones de multiplicación en el experimento y agregarlo al sistema como una subrutina.
(3) Circuito de interfaz de hardware
El conocimiento involucrado en el circuito de interfaz de un microcontrolador cubre los campos relevantes del diseño de circuitos electrónicos y también involucra las necesidades de trabajo específicas de la aplicación del microcontrolador. sistema.
La parte del circuito de interfaz implica la conexión de líneas, la selección de componentes, la configuración de modos de trabajo, la estabilidad y confiabilidad del funcionamiento del circuito, los requisitos de espacio de los circuitos y muchos otros aspectos de conocimiento y contenido, pero en lo que respecta a los experimentos de los estudiantes; En lo que respecta, no es necesario que sea tan completo. Como software de simulación Proteus, todavía existe una cierta diferencia entre las condiciones de trabajo reales de los componentes simulados al simular circuitos y el entorno de trabajo real del sistema de aplicación del microcontrolador. Por tanto, los estudiantes sólo pueden diseñar circuitos y configurar sus métodos de trabajo de acuerdo con las necesidades de la enseñanza. El experimento se puede organizar e implementar de dos maneras: una es permitir que los estudiantes diseñen circuitos de interfaz y escriban los programas correspondientes de acuerdo con requisitos específicos y la otra es diseñar circuitos de interfaz de microcontroladores de acuerdo con los requisitos del programa. Por ejemplo, para el diseño de circuitos de interfaz de entrada de teclado y pantalla (tubo Nixie), se pueden utilizar muchos métodos para lograrlo. El método a elegir está relacionado con la cantidad de teclas del teclado, la cantidad de tubos digitales y el método de visualización. Elija un teclado con una cantidad de teclas (como 12) y dígitos de visualización (como 4 o 4 dígitos y medio) que se pueden lograr usando varios métodos, y plantee requisitos específicos como la dirección del puerto que debe reservarse, control de costos, etc., para que los estudiantes diseñen circuitos de interfaz por sí mismos. Por supuesto, para el diseño de circuitos de interfaz como la conversión A/D, los profesores deben diseñar otras partes del circuito del microcontrolador con anticipación y procesarlas de manera modular para proporcionar a los estudiantes las señales de interfaz del circuito.
(4) Sistema de aplicación que combina software y hardware
La combinación de software y hardware es un sistema de aplicación de microcomputadora de un solo chip. El experimento en este paso se puede proponer como un tema en el diseño del curso, o se puede dividir en diferentes partes de la interfaz y completarse en múltiples experimentos en el circuito de la interfaz. En esta etapa, el diseño del circuito de hardware ya no es lo más crítico, sino que el diseño, la depuración y la operación del sistema de software son el contenido principal del experimento. Por lo tanto, se pueden dar circuitos de hardware específicos con opiniones sugerentes y se puede proponer el trabajo específico que debe completar el circuito, y los estudiantes pueden diseñar y depurar el software.
(5) Observar experimentos
Los sistemas de hardware y software diseñados por los estudiantes generalmente tienen ciertas deficiencias. Cuando se les asignan las tareas de diseño experimental correspondientes, los estudiantes pueden Se completó con éxito, pero algunas de ellas. Los métodos involucrados no pudieron entenderse completamente en mi propio diseño. El sistema Protues proporciona algunos ejemplos correspondientes, como el ejemplo de la calculadora en un sistema de microcontrolador. Cuando el profesor describe las funciones de todos los (sub)programas involucrados y los organiza juntos de manera razonable, combinados con el hardware del sistema, tendrá un efecto relativamente bueno. gran impacto en el diseño de programas de los estudiantes y los métodos de diseño de hardware del sistema.
3 Ventajas de utilizar el software Proteus para realizar experimentos con microcontroladores virtuales
El uso del software de simulación Proteus para realizar experimentos con microcontroladores virtuales tiene ventajas obvias, como un contenido de práctica experimental integral y una baja inversión en hardware. los estudiantes pueden experimentar por sí mismos, la pérdida durante el experimento es pequeña y es la más cercana a la práctica de ingeniería. Por supuesto, también existen deficiencias.
(1) Contenido completo
El contenido completo incluye el contenido experimental, incluido el ensamblaje de piezas de software, el proceso de depuración de C51 y otros lenguajes, y también incluye la mayoría de los tipos de circuitos de interfaz de hardware. . Se pueden construir circuitos de interfaz con el mismo tipo de funciones utilizando hardware diferente. Por lo tanto, el software de simulación Protues se utiliza para la enseñanza experimental, lo que supera las limitaciones del uso de la placa de enseñanza experimental del microcontrolador en la enseñanza, como los circuitos de hardware fijos, que los estudiantes no pueden cambiar y. Contenido experimental fijo. Puede ampliar las ideas de los estudiantes y mejorar el interés de los estudiantes en el aprendizaje.
(2) Menos inversión en hardware y ventajas económicas obvias
Para experimentos de enseñanza tradicionales que utilizan placas de enseñanza experimentales de un solo chip, debido al circuito de hardware fijo, la CPU del chip único computadora y el circuito de interfaz específico es fijo.
En la enseñanza real de microcontroladores, si están involucradas tanto la serie 51 como la serie PIC16, entonces se deben invertir en la enseñanza placas de enseñanza experimentales para ambos tipos de microcontroladores al mismo tiempo, y los circuitos de interfaz involucrados en el proceso de enseñanza también deben invertirse en la enseñanza; Se requieren grandes inversiones y reservas para facilitar la realización de experimentos y el reemplazo de componentes después de daños durante el experimento. La mayoría de las bibliotecas de componentes proporcionadas por Protues se pueden utilizar directamente para construir circuitos de interfaz. Al mismo tiempo, los instrumentos proporcionados por el software son confiables y económicos en términos de calidad y cantidad. Si estos instrumentos reales se utilizan para la enseñanza experimental, la carga de trabajo será relativamente grande sólo en términos de mantenimiento de los instrumentos. Por tanto, las ventajas económicas de utilizar software para enseñar son relativamente obvias.
(3) Los estudiantes pueden experimentar por su cuenta para ejercitar su capacidad para resolver problemas prácticos de ingeniería.
El cultivo de la capacidad experimental y la capacidad de diseño experimental es la parte más importante de los estudiantes de ingeniería. Capacidad para resolver problemas prácticos de ingeniería. En la enseñanza experimental tradicional, se ignora el cultivo de la capacidad experimental de los estudiantes y rara vez se involucra el cultivo de la capacidad de diseño experimental. Por lo tanto, una vez que los estudiantes han aprendido la teoría, es relativamente difícil aplicarla a la práctica real de la ingeniería. Además, después de graduarse, los estudiantes desean realizar investigaciones y estudios en profundidad sobre tecnología de control de microcontroladores o instrumentos inteligentes. Si se utilizan métodos de enseñanza experimentales tradicionales, los estudiantes necesitarán comprar más equipos, lo que aumentará su inversión en aprendizaje e investigación. Después de utilizar el software de simulación, la inversión en aprendizaje se vuelve relativamente pequeña y la investigación sobre problemas de ingeniería reales también se puede simular primero en el entorno del software y luego se realiza la inversión en hardware. Este proceso no solo ahorra tiempo y esfuerzo, sino que también ahorra. El costo de las soluciones. El desperdicio de inversión en hardware causado por un funcionamiento incorrecto.
(4) La pérdida durante el experimento es pequeña y básicamente no hay pérdida de componentes.
En el proceso de enseñanza experimental tradicional, están involucrados componentes y componentes causados por una operación incorrecta. El daño de instrumentos y medidores también involucra el consumo de energía causado por el trabajo de instrumentos y medidores. La enseñanza experimental utilizando el software de simulación Protues no presenta los problemas anteriores y es relativamente segura durante el experimento.
(5) Es lo más cercano a la práctica de la ingeniería y le permite comprender el proceso de solución de problemas reales.
Al diseñar cursos o realizar grandes experimentos, realmente puede hacer un proyecto en Protues. proyecto y finalmente trasplantarlo a un circuito de hardware específico, lo que permite a los estudiantes comprender cómo combinar el software de simulación con prácticas de ingeniería específicas, lo que favorece la comprensión y el aprendizaje de los estudiantes del proceso de práctica de ingeniería.
(6) Se puede utilizar una gran cantidad de ejemplos para que los estudiantes los consulten al diseñar el sistema. Hay referencias y referencias a los recursos existentes, y el sistema de simulación proporciona métodos y diseños de diseño más completos. Los ejemplos se pueden utilizar como referencia para los estudiantes. Al mismo tiempo también se pueden realizar modificaciones sobre el diseño original.
(7) Cultivo y ejercicio de la capacidad de colaboración
Un equipo de desarrollo completó un proyecto de diseño de ingeniería relativamente grande. Comprender y comprender las intenciones de diseño y los patrones de pensamiento de otras personas es la base de la unidad y la colaboración. Al realizar experimentos de simulación en Proteus, no todo el contenido involucrado es diseñado de forma independiente por los estudiantes, por lo que es beneficioso entrenar el sentido de unidad y cooperación de los estudiantes.
Sin embargo, dado que el software también tiene ciertos defectos, si quieres aprender bien el microcontrolador, aún tienes que comprar una placa de aprendizaje para aprender. . . De lo contrario, ¡no podrás entrar en absoluto! ! !