Мобильное ведущее usb hid-устройство на базе платформы Arduino micro

4.2 Моделирование в среде Proteus пользовательского интерфейса
Кроме обширной библиотеки, включающей цифровые и микропроцессорные устройства, в ISIS присутствует ряд виртуальных приборов (вольтметров, амперметров, осциллографов, логических анализаторов и генераторов аналоговых и дискретных сигналов), с помощью которых возможно анализировать построенные схемы, контролировать состояние выполняемой программы, состояния регистров МК (рис. 1) и текущее состояние выбранных устройств. Все эти операции могут выполняться в режиме реального времени простыми манипуляциями с объектами на экране, поэтому появляется иллюзия работы с реальным оборудованием. Однако режим реального времени возможен только на простых устройствах или при использовании мощных рабочих станций (современным компьютерам в большинстве случаев быстродействия не хватает). Сложные устройства требуют много времени для моделирования, что несколько уменьшает полезность пакета, однако существует ряд приемов, позволяющих преодолеть этот негативный момент.
Главная привлекательность Proteus состоит в том, что богатые средства симуляции позволяют успешно создавать виртуальный прототип устройства и тестировать его работу перед созданием реального прототипа. В программную среду пакета Proteus могут встраиваться сторонние компиляторы языков Assembler и C, что позволяет разработчику пользоваться привычной средой программирования.

Proteus содержит объемную качественную библиотеку элементов, которые соответствуют стандарту P-Spice, а также уникальные цифровые VSM-модели, которые симулируют и анимируют работу цифровых устройств, построенных с использованием VSM, с максимальной производительностью. Таким образом, с использованием технологии VSM можно эффективно производить отладку устройства как в режиме реального времени, так и в пошаговом режиме. В качестве примера на рисунке 4.1 изображены два окна, используемые для отладки схемы. Первое окно отображает регистры МК i8051, условное графическое обозначение которого приведено на рисунке 4.2.
Рисунок 4.1 – Графический интерфейс.
Изменения состояний регистров контролируются при выполнении подпрограммы обработки прерывания, исходный текст которой с добавлением адресов и, при необходимости, кодов ассемблированной программы представлен на рисунке 4.1. Строка графического интерфейса на рисунке 4.1 содержит органы управления режимом отладки (в виде командных кнопок) и индикаторы установленных точек прерывания программы. Для отладки используются средства установки и управления точками останова, а также запуском и прогоном программы или ее фрагментов.

Пакет Proteus в основном предназначен для проектирования цифровых устройств, однако в нем также предусмотрены возможности симуляции аналоговых устройств.
Рисунок 4.2 - МК i8051
Существует два режима симуляции устройств: цифровой режим с использованием только цифровых компонентов и смешанный режим. В цифровом режиме система VSM рассчитывает только логические состояния устройств. При этом достигается максимальная производительность симуляции. Такой режим целесообразно использовать для написания и отладки исходного текста программы устройства. Он особенно удобен для отладки программно-аппаратных взаимодействий за счет дополнительных особенностей ISIS, в частности цветовой маркировки пинов и проводников схемы.
Для обозначения логических уровней используются цветовые маркеры состояния пинов (квадратики рядом с номером) МК i8051: красный – высокий уровень; синий – низкий уровень; серый – z-состояние; желтый (только в смешанном режиме) – предупреждение (warning) – критическое нестандартное состояние уровня, например перегрузка.
Возможности пакета по использованию аналоговых устройств при их сопряжении с цифровыми элементами несколько ограничены производительностью Proteus VSM.
При исследовании аналого-цифровых моделей VSM работает в смешанном режиме (mixed mode).
При этом модель оперирует с реальными рассчитанными напряжениями и токами, большинство цифровых устройств рассматриваются как потребители мощности.
В реальных устройствах значения уровней логических нуля и единицы могут отличаться от стандартных и определяются характеристиками компонентов и требуемыми условиями работы устройства. При проектировании смешанной модели, использующей как цифровые, так и аналоговые элементы, необходимо это учитывать. В качестве примера рассмотрим устройство управления семисегментным жидкокристаллическим (LED) индикатором, схема которого представлена на рисунке 4.3.


Рисунок 4.3 - устройство управления семисегментным жидкокристаллическими (LED) индикатором

На основании всех этих информаций следует сделать вывод, что САПР Proteus является фактически единственной программой, в которой удобно совмещены основные средства и инструменты для эффективной разработки микропроцессорных устройств. Большое количество файлов-примеров облегчает разработчику понимание принципов работы программы, а также позволяет эффективно строить новые устройства. Легкость доступа к технической документации и простое управление пакетом делают его незаменимым виртуальным инструментом построения микропроцессорных устройств. Несмотря на трудности согласования аналоговых и цифровых устройств, существуют решения этой проблемы, что делает весьма полезным использование пакета для построения реальных устройств, а также для его использования на стадии начального изучения микропроцессорной техники.