Програмовані пристрої і їхні віртуальні аналоги в проектуванні і навчальному процесі

Технології схемотехнічного моделювання, реалізовані у вигляді VSM (Virtual System Modelleng) - віртуальних лабораторій, широко використовуються при проектуванні і вивченні електронних пристроїв, в тому числі, на основі мікроконтролерів і мікропроцесорів. Моделювання з використанням VSM Proteus застосовується в ряді наших навчальних дисциплін.
Поведінку пристроїв можна спостерігати з використанням моделей - віртуальних пристроїв. По виду вони в різному ступені відповідають виду фізичних пристроїв. У цьому можна переконатися на прикладах з ілюстраціями зі звітів студентів з лабораторних робіт.

Приклад 1. Модуль LCD індикатора з набором кнопок.

Так працює програма розпізнавання натиснутою кнопки і виведення на екран в модулі LCD.

А так програма працює в моделі модуля.

Відео звіт перевірки роботи програми в модулі.

Виведення дати, рахунок секунд і «рухомого рядка».

Відео звіт перевірки роботи програми.

Приклад 2. Малогабаритний монохромний OLED графічний індикатор 128 х 64 точок.
Кожен піксель може бути включений (світиться) або вимкнений (погашений). Для різних областей екрану можуть використовуватися різні кольори світіння. 

Процес виведення графічної і текстової інформації.

Виведення графічної і текстової інформації в моделі.

Приклад 3. Кольоровий графічний TFT сенсорний дисплей з роздільною здатністю 320 х 240 крапок. 

Виведення графічної і текстової інформації в модулі. Сенсорна панель забезпечує введення інформації.

Виведення графічної і текстової інформації в моделі.

Приклад 4. Серводвигун для радіокерованих моделей, дронів, роботів та інших додатків. Забезпечує управління кутом повороту вала на ± 60 .. 90⁰.

Модель серводвигуна візуально відрізняється за виглядом від зразка, але містить інформацію про поточний кут повороту вала, що важливо для налагодження пристроїв.

Приклад 5. 4 Channel Relay Shield.

4 реле дозволяють мікроконтролеру управляти потужним навантаженням - двигунами, освітленням і т.д. Модель відрізняється по виду і являє собою схему зі світлодіодами індикації стану реле, що важливо для налагодження пристроїв.

Приклад 6. Мікроконтроллерні пристрій Arduino (UNO, Nano, Mini, LilyPad) і численні клони з ATmega328.

У мікроконтролер ATmega328 записується програма користувача, створювана в середовищі IDE Arduino, мовами програмування C / C ++, Assembler, Basic, Pascal, промислових контролерів і графічних мовами, а також з використанням численних Web-сервісів. До роз'ємів Arduino UNO у вигляді «етажерочної» конструкції підключаються плати розширення (Shield - 4 Channel Relay, LCD, Motor, TFT і ще понад 200 типів) або безпосередньо датчики і виконавчі пристрої (до всіх видів плат).

Arduino UNO має вбудований світлодіод для користувача, кнопку скидання і USB для програмування і обміну з комп'ютером.

Модель Arduino 328 являє собою схему з умовним графічним позначенням мікроконтролера, найменуванням виводів на платі, інтерактивну кнопку скидання і світлодіод для користувача. Кольорові мітки на виводах позначають рівні цифрових сигналів. Посилання на файл з програмою задається при конфігурації моделі ATmega328.

VSM Proteus містить безліч готових моделей для різних мікроконтролерів і прикладів програм для них, а можливість використовувати самостійно розроблені програми робить його безцінним інструментом в навчальному процесі та для розробника.

Лабораторні роботи - свого роду мікро-проекти включають налагодження програм з використанням моделей, віртуальних осцилографів, аналізаторів, терміналів, вимірювальних приладів і тільки потім виконуються експерименти в лабораторії. Для цього достатньо демонстраційній версії Proteus, яка вільно розповсюджується (https://www.labcenter.com/downloads/).

Тепер кожен може мати свою власну віртуальну лабораторію для навчання і швидкої розробки додатків!