Симуляция работы микроконтроллеров. Симуляция работы микроконтроллеров Написание программы для микроконтроллера

Proteus – это универсальная программа, с помощью которой можно создавать различные виртуальные электронные устройства и выполнять их симуляцию. Она содержит огромную библиотеку аналоговых и цифровых микросхем, датчиков, дискретных элементов: резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов и т.п. Также имеется широкий набор компонентов оптоэлектроники: дисплеи, светодиоды, оптопары и др.

Главным преимуществом и отличием Протеус от других подобных программ для симуляции работы электрических цепей, — это возможность выполнять симуляцию работы микропроцессоров и микроконтроллеров (МК). Библиотека Proteus содержит такие основные типы МК: AVR, ARM, PIC, Cortex.

Как и в любом другом аналогичном софте, предназначенном для симуляции работы электрических цепей, данный софт имеет ряд виртуальных измерительных приборов: амперметры, вольтметры, ваттметр, осциллограф, логический анализатор, счетчик и т.п.

Также в Протеусе встроены инструменты для автоматизированной разработки печатных плат и для создания их 3D моделей.

Для симуляции нашей первой программы, из библиотеки нам понадобится только микроконтроллер ATmega8, резистор и светодиод.

Настройка Proteus 8.4

Любая настройка начинается с запуска. В появившемся окне кликаем по значку диода с конденсатором Schematic Capture (Схемотехника).

После этого откроется окно с пустым полем.

Теперь добавим микроконтроллер ATmega8, резистор и светодиод.

По умолчанию установлен подходящий режим Component Mode поэтому, чтобы попасть в меню выбора электронных и других элементов, достаточно кликнуть по кнопке P, расположенной на панели DEVICE (устройство). После этого откроется окно, в котором необходимо выбрать в меню Category (Категории) Microprocessors ICs (микропроцессоры), в Sub-Category (Подкатегории) – AVR Family . Далее в окне Results находим и выделяем МК ATMEGA8 . Кликаем по кнопке OK .

После этого он появится в меню окна DEVICE и его уже можно перетягивать мышкой в рабочую область.

Аналогичным образом добавляем резистор и светодиод.

Светодиоды находятся в категории Optoelectronics (Оптоэлектроника) и далее в подкатегории LEDs . В данном примере он выбран зеленого цвета LED-GREEN .

Теперь собираем схему, как показано на рисунке ниже. К выводу МК PC0 подсоединяем резистор R1, который соединяем с анодом светодиода D1. Катод светодиода соединяем с «землей». Элемент «земля» находится в меню вкладки Terminals Mode .

Чтобы изменить значение сопротивления резистора R1 нужно дважды кликнуть мышкой по нему. В открывшемся окне устанавливаем 300 Ом в строке Resistance (сопротивление).

Обратите внимание, что выводы микроконтроллера в Proteuse для удобства объединены в отдельные группы по портам. Однако это не соответствует расположению их в реальном МК. Кроме того отсутствуют выводы, к которым подается напряжение для питания МК. Эта функция установлена по умолчанию.

Запись программы в память микроконтроллера

Теперь осталось записать наш код в виртуальный МК. Дважды кликаем по нему мышкой и в появившемся новом указываем путь к файлу с кодом. Место расположения файла находим кликнув по значку в виде открытой папки в строке Program File .

В папке с проектом находим папку Debug и в ней выбираем файл с расширением HEX . После этого нажимаем кнопку Открыть .

Доброго времени суток. Продолжим. После того, как мы ознакомились с процессом отладки написанной нами программы в «atmel studio» и виртуально собрали схему с одним светодиодом в «proteus», пришло время собрать схему в «железе» и прошить микроконтроллер.

Для программирования опытного экземпляра (atmega 8 ) будем использовать программатор USBASP. Он выглядит следующим образом:

К разъему будет подключатся шлейф, в который подключаются джамперы, что в свою очередь будут подключены к гнездам макетной платы, на которой установлен микроконтроллер:

Первый вывод отмечен на разъеме стрелочкой.

После того, как разобрались с программатором. Переходим к сбору схемы в «железе». Монтируем микроконтроллер на макетную плату. Напоминаю — первая ножка отмечена на МК маленьким кружком.

Задача состоит в том, чтобы соединить выводы программатора с выводами «камня».

Подключаем джамперы в 10 контактный разъем. Задействуем следующие выводы MOSI, RST, SCK, MISO, VTG (VCC), GND.

Надеюсь вы уже скачали datasheet на atmega8. Если нет, его можно скачать . Смотрим на распиновку выводов микроконтроллера.

Соединяем джамперы со следующими выводами:

• VCC к 7 выводу МК;
• SCK к 19 выводу МК;
• MISO к 18 выводу МК;
• MOSI к 17 выводу МК;
• GND (10 вывод программатора) к 8 выводу МК;
• RST к 1 выводу МК;

Для дальнейшем успешной работы, операционная система при первом запуске шайтан-машины (программатора) предложить установить необходимые для работы устройства драйвера.

При работе с экспишкой проблем возникнуть не должно. Скачиваем . Создаём папку, в которую распаковываем скаченный архив. После чего в мастере установки оборудования указываем путь на папку с разархивированным драйвером.

Если вы работаете в windows 7 или выше, могут возникнуть небольшие трудности. Драйвера для программатора достаточно старые, поэтому у них нет цифровой подписи. При попытке установить такой драйвер операционка выдаст, что-то на подобии этого *

«Не удается проверить цифровую подпись драйверов, необходимых для данного устройства. При последнем изменении оборудования или программного обеспечения могла быть произведена установка неправильно подписанного или поврежденного файла либо вредоносной программы неизвестного происхождения. (Код 52)».

Чтобы исправить ситуацию нужно отключить проверку цифровой подписи драйвера. Описывать способы отключения не буду (у каждого своя операционная система), их можно найти в интернете.

После того, как отключите проверку подписи, в мастере установки оборудования укажите путь на папку с разархивированным драйвером.

Надеюсь у вас всё получилось и программатор готов к работе.

Переходим к сбору схемы со светодиодом.

Для прошивки микроконтроллера будем использовать программу «avrdudeprog». Она лежит в общем архиве.

Выбираем atmega8 из списка микроконтроллеров. После того, как выбрали МК появиться окошко, которое известит о том, что фьюзы и Lock биты установлены по умолчанию.

Затем открываем вкладку фьюзы (Fuses). Простыми словами Fuses - это конфигурационные настройки МК, с которыми лучше не играть. Для случая, когда вы приобрели такой же контроллер, как я и у вас нет внешнего кварцевого резонатора (вы используете внутренний генератор тактовой частоты), выставляете точно такие галочки, как представлены на картинке. Обязательно возле пункта «инверсные» должна стоять галочка.

Выставленные настройки «командуют» Atmega8A выполнять свою работу при условии тактирования от внутреннего генератора (частота тактирования 8 МГц). Для того, чтобы настройки вступили в силу нужно нажать кнопку «Программирование». Но перед нажатием еще два раза проверьте все ли выставили должным образом.

Возвращаемся на страницу «Program».

После того, как мы уже сообщили программе, какой именно микроконтроллер будем шить, выбираем файл прошивку, которую написали в прошлом уроке. Она имеет расширение HEX. Находится в папке «Debug»

Перед тем, как прошивать «камушек» нажимаем на кнопку «Стереть все». Это обезопасит вас от непонятных ошибок (вдруг камень уже шили):

Наслаждаемся результатом своей работы 🙂 Продолжение следует…

Наверняка, многие из читателей данного сайта хотели бы самостоятельно разработать и собрать какое-нибудь устройство на МК AVR. Но причин, по которым это затруднительно сделать в железе, может быть масса. Например, проживание в сельской местности, где нет радиомагазинов с большим выбором радиодеталей. Хотя в таком случае, как всегда, нам приходит на помощь сайт Али экспресс. Либо ограниченность бюджета. Особенно это актуально для школьников и студентов, еще не имеющих постоянного источника дохода.

Так как же быть в таком случае? Здесь на помощь нам приходят специальные программы-симуляторы, специально созданные для отладки схем.

Одну из них, Proteus версию 7.7, мы и разберем в этой статье применительно к нашему проекту. Скачать ее можно на Рутрекере.

Что же нам дает эта программа? Начинающие подумают, что она слишком сложная для освоения. Нет, это не так. Просто всеми функциями программы при эмуляции наших первых проектов мы пользоваться не будем. Освоить её основы реально за один-два вечера. Что она дает нам в плане изучения работы с микроконтроллерами? Там, например, есть визуальное представление работы светодиодов, дисплеев в реальном времени. Можно выбрать для эмуляции работы множество типов МК AVR, в том числе и те, на которых будут основаны наши уроки: Tiny2313 и Mega8. Что это означает и как это осуществляется? Мы пишем код нашей прошивки, компилируем его, получаем нужный нам HEX-файл и виртуально прошиваем наш МК в программе Proteus. Причем мы также можем изменить и фьюз биты нашего виртуального МК.

Давайте разберем, какие действия нам нужно произвести, чтобы собрать эту схему на рабочем поле самостоятельно и произвести эмуляцию.

Вот такое окно у нас открывается сразу после запуска программы (кликните для увеличения):

Затем нам нужно выбрать из библиотеки те радиодетали, которые нам нужны для проекта и поместить их в список деталей. Их мы затем сможем выбрать и установить на рабочее поле. В нашем проекте мы будем использовать МК Attiny2313, желтый светодиод LED-YELLOW (он хорошо «светится» в Протеусе) и резистор RES для ограничения тока, протекающего через светодиод. Иначе мы, как бы это смешно не звучало, «спалим» виртуальный светодиод:-).

Для того, чтобы выбрать эти радиоэлементы, мы должны кликнуть по буковке «Р»:

После того, как кликнули, выйдет вот такое окошко:

В поле «Маска» вбиваем то, что хотим найти, а именно, наш МК, светодиод и резистор

Набираем в поле Маска “Tiny2313” и кликаем по найденному нами МК в графе «Результаты(1)»:

Затем повторяем то же самое с резистором. Вбиваем «res»:

и точно также ищем светодиод:

Ну вот, теперь все эти три элемента у вас должны отобразиться в графе «Устройства»:

Теперь кликаем по черной стрелочке, и потом уже в списке выбираем нужный нам радиоэлемент:

Слева в вертикальной колонке мы видим значок «Терминал». Нас там интересуют две строчки: Power и Ground. Это соответственно в нашей схеме +5 вольт питания и земля. На МК питание подавать не надо, оно подается автоматически. Для схемы мы берем только значок «земля».

Вытаскиваем все радиоэлементы на рабочее поле

Затем нам нужно соединить их линией-связью, после этого они у нас будут все равно, что соединены проводником, например дорожкой на плате или проводком

Сразу скажу, не пытайтесь установить один вывод детали впритык к другому или даже внахлест, без использования линий-связей. Программа не поймет это как соединение и схема работать не будет.

Нам также нужно изменить номинал резистора. По умолчанию он не подходит для нашей схемы. Как это сделать?

Нажимаем правой кнопкой мыши на резисторе, выбираем Правка свойств

А потом меняем значение на 200 Ом. Вполне хватит, что наш виртуальный светодиод не помер)

Иногда рабочее поле у нас пытается убежать с экрана, тогда нам нужно, используя скроллинг колесика мыши изменить масштаб, и кликнуть, установив зеленую рамку в левом верхнем углу так, чтобы весь наш проект оказался внутри нее

Кстати, хочу сразу сказать, если мы совершили какое-то ошибочное действие, нам достаточно нажать кнопку «Отменить» и последнее действие будет отменено. Думаю, многие это знают из сторонних программ, но мало ли).

Итак, мы собрали схему. Теперь надо залить прошивку в наш микроконтроллер и посмотреть, как же это выглядит в действии. Для этого нам нужно кликнуть правой кнопкой мыши по МК и нажать иконку с изображением желтой папки в графе Program Files. Кстати, здесь же можно при необходимости выставить фьюз биты (кликните для увеличения картинки):

Затем нужно выбрать файл прошивки с расширением *.HEX и нажать «Открыть». Все готово, можно эмулировать проект.

(для увеличения кликните по картинке)

Для начала эмуляции нужно нажать кнопочку «треугольник» в нижнем левом углу программы «Протеус»:

У нас начнется эмуляция. Мы увидим, как мигает светодиод. В какой-то момент времени наш светодиод будет светиться. Смотрите как ярко горит желтым цветом 🙂

А потом он снова будет тухнуть:

Так выглядит иконка сохраненного проекта на рабочем столе:

Надеюсь, у вас, читатели, не составит труда собрать этот проект самостоятельно и в дальнейшем, прокачав скилл, вы легко сможете самостоятельно собрать любой более сложный проект. Готовый проект для программы Proteus 7.7 и прошивку прикрепил в этом архиве.

Ну вот и все! Ниже видео работы схемы, а также всех этапов эмуляции:

В этом учебном курсе будет рассказано и показано на простых примерах как:

• Начать программировать микроконтроллеры, с чего начать, что для этого нужно.
• Какие программы использовать для написания прошивки для avr, для симуляции и отладки кода на ПК,
• Какие периферийные устройства находятся внутри МК, как ими управлять с помощью вашей программы
• Как записать готовую прошивку в микроконтроллер и как ее отладить
• Как сделать печатную плату для вашего устройства

• Proteus - программа-эмулятор (в ней можно разработать схему, не прибегая к реальной пайке и потом на этой схеме протестировать нашу программу). Мы все проекты сначала будем запускать в протеусе, а потом уже можно и паять реальное устройство.
• CodeVisionAVR - компилятор языка программирования С для AVR. В нем мы будем разрабатывать программы для микроконтроллера, и прямо с него же можно будет прошить реальный МК.

Написание программы для микроконтроллера

• Выход

• DDRx.y = 0 - вывод работает как ВХОД
• DDRx.y = 1 вывод работает на ВЫХОД

#include //библиотека для создания временных задержек void main(void) { PORTB=0x00; DDRB=0x00; PORTC=0x00; DDRC=0x01; // делаем ножку PC0 выходом PORTD=0x00; DDRD=0x00; // Timer/Counter 0 initialization TCCR0=0x00; TCNT0=0x00; // Timer/Counter 1 initialization TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; // Timer/Counter 2 initialization ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; // External Interrupt(s) initialization MCUCR=0x00; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x00; // Analog Comparator initialization ACSR=0x80; SFIOR=0x00; while (1) { }; }

#include //библиотека для работы с микроконтроллером mega8 #include //библиотека для создания временных задержек void main(void) { DDRC=0x01; /* делаем ножку PC0 выходом запись 0x01 может показаться вам незнакомой, а это всего лишь число 1 в шестнадцатиричной форме, эта строка будет эквивалентна 0b00000001 в двоичной, далее я буду писать именно так.*/ while (1) { }; }

#include //библиотека для работы с микроконтроллером mega8 #include //библиотека для создания временных задержек void main(void) { DDRC=0x01; /* делаем ножку PC0 выходом запись 0x01 может показаться вам незнакомой, а это всего лишь число 1 в шестнадцатиричной форме, эта строка будет эквивалентна 0b00000001 в двоичной, далее я буду писать именно так.*/ while (1)//главный цикл программы {// открывается операторная скобка главного цикла программы PORTC.0=1; //выставляем на ножку 0 порта С 1 delay_ms(500); //делаем задержку в 500 милисекунд PORTC.0=0; //выставляем на ножку 0 порта С 0 delay_ms(500); //делаем задержку в 500 милисекунд };// закрывается операторная скобка главного цикла программы }