Программируемые устройства и их виртуальные аналоги в проектировании и учебном процессе

Технологии схемотехнического моделирования, реализованные в виде VSM (Virtual System Modelleng) - виртуальных лабораторий, широко используются при проектировании и изучении электронных устройств, в том числе, на основе микроконтроллеров и микропроцессоров. Моделирование с использованием VSM Proteus применяется в ряде наших учебных дисциплин.
Поведение устройств можно наблюдать с использованием моделей – виртуальных устройств. По виду они в различной степени соответствуют виду физических устройств. В этом можно убедиться на нескольких примерах с иллюстрациями из отчетов студентов по лабораторным работам.

Пример 1. Модуль LCD индикатора с набором кнопок.

Так работает программа распознавания нажатой кнопки и вывода на экран в модуле LCD.

А так программа работает в модели модуля.

Видео отчет проверки работы программы в модуле:

Вывод даты, счет секунд и «бегущей строки».

Видео отчет проверки работы программы.

Пример 2.  Малогабаритный монохромный OLED  графический индикатор 128 х 64 точек . Каждый пиксель может быть включен (светится) или выключен (погашен). Для  разных областей экрана  могут использоваться различные цвета свечения. 

Процесс вывода графической и текстовой информации.

Вывод графической и текстовой информации в модели.

Пример 3.  Цветной графический TFT сенсорный дисплей с разрешением 320 х 240 точек.

 Вывод графической и текстовой информации в модуле. Сенсорная панель обеспечивает ввод информации.

Вывод графической и текстовой информации в модели.

Пример 4.  Серводвигатель для радиоуправляемых моделей, дронов, роботов и прочих приложений.  Обеспечивает управление углом поворота вала на  ±60 .. 90⁰. 

Модель серводвигателя визуально отличается по виду от образца, но содержит информацию о текущем угле поворота вала, что важно для отладки устройств.

Пример 5. 4 Channel Relay Shield.

4 реле позволяют микроконтроллеру управлять мощной нагрузкой – двигателями, освещением и т.д. Модель отличается по виду и представляет собой схему со светодиодами индикации состояния реле, что важно для отладки устройств.

Пример 6. Микроконтроллерное устройство Arduino (UNO, Nano, Mini, LilyPad) и многочисленные клоны с ATmega328.

В микроконтроллер ATmega328 записывается программа пользователя, создаваемая в среде IDE Arduino, языках программирования C/C++, Assembler, Basic, Pascal, промышленных контроллеров и графических языках, а также с использованием многочисленных Web-сервисов. К разъемам Arduino UNO в виде «этажерочной» конструкции подключаются платы расширения (Shield – 4 Channel Relay, LCD, Motor, TFT и еще более 200 типов) или непосредственно датчики и исполнительные устройства (ко всем видам плат).

Arduino UNO имеет встроенный светодиод для пользователя, кнопку сброса и USB для программирования и обмена с компьютером.

Модель Arduino 328 представляет собой схему с условным графическим обозначением микроконтроллера, наименованием выводов на плате, интерактивную кнопку сброса и светодиод для пользователя. Цветовые метки на выводах обозначают уровни цифровых сигналов. Ссылка на файл с программой задается при конфигурации модели ATmega328.

VSM Proteus содержит множество готовых моделей для разных микроконтроллеров и примеров программ для них, а возможность использовать самостоятельно разработанные программы делает его бесценным инструментом в учебном процессе и для разработчика.

Лабораторные работы – своего рода микро-проекты включают отладку программ с использованием моделей, виртуальных осциллографов, анализаторов, терминалов, измерительных приборов и только затем выполняются эксперименты в лаборатории. Для этого достаточно демонстрационной версии Proteus, которая свободно распространяется (https://www.labcenter.com/downloads/).
Теперь каждый может иметь свою собственную виртуальную лабораторию для обучения и быстрой разработки приложений!