Proteus教程第三部分:VSM虛擬系統(tǒng)模型

介紹

真。本部分教程的重點(diǎn)將放在仿真器和 IDE 的實(shí)際使用上，針對每一個主題的詳細(xì)說明請參考幫助文檔中的內(nèi) 容。本部分教程不包含原理圖的繪制，如果你對 ISIS中的原理圖繪制不熟悉，你應(yīng)該先花時間學(xué)習(xí)第一部分教 程中的內(nèi)容。

通過本教程，我們不僅可以掌握 VSM Studio IDE 的基本仿真功能，還可以了解 Proteus VSM 中的各種調(diào)試和 測試工具。要學(xué)習(xí)本教程你將需要：

          必須安裝 Proteus 8.0 版本或更高版本的軟件。如果沒有購買專業(yè)版的軟件，可以從 Labcenter 的網(wǎng)站 上免費(fèi)下載這個軟件的試用版本，或者聯(lián)系 Proteus 軟件的大中華區(qū)總代理-廣州市風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司

          必須安裝 9.8 版本或以上的 Hi-Tech PIC16 編譯器軟件。在 Proteus 軟件(VSM Studio IDE)中就可以進(jìn) 行這個編譯器的下載和安裝，下載和安裝的過程將在本教程后面的工程設(shè)置部分進(jìn)行介紹。

建立工程

從 Proteus 的主頁啟動新建工程向?qū)�，選擇“從開發(fā)板”選項(xiàng)，在“微控制器系列”列表框中選擇 PIC16，然 后從“開發(fā)板”列表框選擇 F1 評估板（F1 Releas），點(diǎn)擊完成導(dǎo)入工程。

導(dǎo)入項(xiàng)目之后，在 Proteus 中可以看到兩個選項(xiàng)卡：F1 評估電路板的原理圖模塊和包含 Microchip 標(biāo)準(zhǔn)硬件驅(qū) 動源代碼的 VSM Studio IDE，如下圖所示：

編譯器配置

開源的編譯器能夠直接從 Labcenter 的服務(wù)器上下載和安裝。需要收費(fèi)的編譯器，Proteus 將提供鏈接到相應(yīng)供 應(yīng)商網(wǎng)站的下載頁面。在這個例子里，使用的是 Hi-Tech 編譯器，如果還沒有安裝，則需要從微芯的網(wǎng)站下載：

2.              下載并安裝編譯器，如果沒有購買，可以使用 Lite mode，或者選擇使用 45 天的評估版，如下圖所示：

3.              安裝完成后點(diǎn)擊對話框底部的“檢查全部”按鈕，Proteus 將自動重新檢查所有的編譯器并進(jìn)行配置， 使得它能夠在 Proteus 中編譯源代碼。

到了這里，編譯器、源代碼和原理圖已全部準(zhǔn)備好了，使用 VSM Studio“構(gòu)建”菜單下的“構(gòu)建工程”命令(或 構(gòu)建圖標(biāo))編譯固件。

編譯器的輸出將顯示在 IDE 的底部面板中，編譯完成以后，你能得到一個編譯成功的信息。

VSM Studio 會自動配置常見的編譯器選項(xiàng)用于正確編譯你的工程。如果你需要調(diào)整這些編譯器設(shè)置

運(yùn)行仿真

只需要簡單的按下 Proteus 左下角“仿真控制面板”中的運(yùn)行按鈕就可以運(yùn)行仿真。

F1 評估板的示例程序可以顯示三種模式，時間，一溫度，和電位器的 ADC 采樣值�？梢酝ㄟ^按下原理圖中的 控制按鈕來循環(huán)切換顯示模式，進(jìn)行交互式仿真。

當(dāng)處于溫度顯示模式時，你可以在 MCP9800 傳感器上通過點(diǎn)擊遞增或遞減按鈕來調(diào)整溫度值。當(dāng)前的溫度值 是通過 I2C 總線傳輸?shù)?PIC 處理器中，經(jīng)過處理以后顯示在 LCD 上的。

注意事項(xiàng)

首先，Proteus 原理圖中的微控制器執(zhí)行編譯后的固件文件與真實(shí)世界中的 PIC 執(zhí)行編程的固件完全一樣。使 用 VSM Studio IDE 只是把燒寫 PIC 芯片的過程，變成把編譯成功后得到的文件發(fā)送給原理圖。

其次，你可能會注意到，原理圖中幾乎所有導(dǎo)線都使用了終端來結(jié)尾，并且終端都有一個名字。在原理圖中， 相同名字的兩個終端被認(rèn)為是相連的（像有一根虛擬的導(dǎo)線）。例如，溫度傳感器旁邊的 RC3 和 RC4 終端連 接到了 PIC 處理器中的 I2C 接口的兩個引腳上。我們喜歡使用這種方式進(jìn)行原理圖連線，因?yàn)榭梢员苊鈱?dǎo)線的交叉，并且可以將原理圖分割成容易識別的邏輯塊。如果你要了解更多關(guān)于這種連接方式的信息，可以閱讀 ISIS 的參考手冊。

最后，在 Proteus 軟件底部的狀態(tài)欄顯示了仿真運(yùn)行的時間。仿真很可能不是實(shí)時的，這取決于你的計(jì)算機(jī)的

例如，對于一個特別慢的計(jì)算機(jī)，在這個仿真中調(diào)節(jié)到時鐘模式時，仿真中 LCD 屏上顯示的時鐘與現(xiàn)實(shí)世界墻 上的掛鐘不是同時前進(jìn)的，但它卻總是會和狀態(tài)欄的仿真時間同步前進(jìn)。

寫固件程序

按鍵可以在時間、溫度和電壓模式之間進(jìn)行切換，這樣我們就能很容易的在這里添加其它操作模式。首先，切 換到 VSM Studio IDE 選項(xiàng)卡，打開文件 main.c（在項(xiàng)目中雙擊 main.c）。

接下來，我們需要找到按鈕切換的程序塊來添加新的操作模式。最簡單的方法就是搜索已有模式中的一個，我 們可以在 VSM Studio 右鍵點(diǎn)擊編輯窗口，從彈出的菜單中選擇“查找”，在查找內(nèi)容下輸入“MODE_POT”。

查找到的第一個結(jié)果就是我們正要尋找的，也就是關(guān)于按鍵釋放后用于設(shè)置顯示模式的 switch 語句。在這里我 們只需要添加新的操作模式：

注意，MODE_TEST 前面的 case 語句也一樣需要修改顯示模式。

在這段代碼的下面還有另一個 switch 語句，用于執(zhí)行當(dāng)前的顯示模式。同樣，我們需要加入我們的 case 語句 來調(diào)用我們的函數(shù)。

最后一步是添加 display_test()函數(shù)，可以在這里添加進(jìn)入我們的操作模式后要做的事情。我們在 main.c 文件的

在這里你可以嘗試添加任何你想添加的動作，但我們只做一些簡單的動作，比如在顯示器上顯示一個固定值， 并在 LED 上顯示二進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。

最后一步是構(gòu)建工程。如果你的程序有錯誤，在輸出窗口會得到編譯錯誤，單擊這個錯誤，會指示出問題所在 的位置。

但有些錯誤，像鏈接錯誤，是不能指出具體出錯位置的。這種情況下，你可能需要修改工程設(shè)置選

項(xiàng)才能修正鏈接錯誤，例如需要在工程設(shè)置中加入“函數(shù)庫”的文件夾。 當(dāng)我們這次運(yùn)行仿真時，我們使用按鍵來切換操作模式，直到進(jìn)入我們自己的模式(時間->溫度->電位器->測試)，

調(diào)試彈出窗口

示器，可以把其中一個頁面拖到另一個顯示器中，在兩個顯示器中同時觀察這兩個頁面。 但我們在調(diào)試時，通常更感興趣的是觀察代碼的單步運(yùn)行，同時觀察原理圖的某一小部分進(jìn)行驗(yàn)證。Proteus

頁面之間進(jìn)行切換，大大提高我們的調(diào)試效率。 在我們的教程的例子中，可以以溫度傳感器來說明實(shí)時監(jiān)控窗口的使用，步驟如下：

1) 切換到 ISIS 選項(xiàng)卡，選擇“調(diào)試彈出模式”圖標(biāo)。

如果做的過程中出現(xiàn)問題，可以右鍵雙擊虛線框進(jìn)行刪除。同樣，如果虛線框的位置有問題，也可 以右鍵點(diǎn)擊虛線框然后選擇“移動對象”菜單進(jìn)行移動。

其它可能需要我們在仿真過程中進(jìn)行觀察和控制的對象有按鍵、電位器和顯示元件（LCD）。我們可以重復(fù)上 面的操作，圍繞這些器件各自拖出虛線框，完成以后，你的原理圖看起來應(yīng)和下圖一樣。

當(dāng)全速運(yùn)行代碼時，VSM Studio 頁面中的源代碼和變量的區(qū)域?qū)�顯示“仿真正在運(yùn)行”的消息。我 們將在下一節(jié)介紹調(diào)試工具的使用。

調(diào)試彈出窗口非常有用，它不僅將原理圖中標(biāo)記的區(qū)域顯示到調(diào)試環(huán)境中，而且還可以進(jìn)行交互仿真。例如， 如果點(diǎn)擊按鍵 S1，切換程序模式，你應(yīng)該會看到 LCD顯示 I2C 溫度傳感器的溫度值。如果你再調(diào)節(jié)溫度傳感 器的溫度，LCD 會反映出溫度的變化。

切換回到原理圖頁面，你會看到原理圖中的狀態(tài)和調(diào)試彈出窗口中的一樣。當(dāng)停止仿真（從仿真控制面板）， 調(diào)試彈出窗口會消失，VSM Studio 將從調(diào)試狀態(tài)切換回設(shè)計(jì)編輯狀態(tài)，你可以再次編輯和編譯你的源代碼。

只有當(dāng)仿真停止以后，你才能在原理圖中創(chuàng)建或調(diào)整調(diào)試彈出窗。仿真還在運(yùn)行時，你也可以在 VSM

Studio 頁面通過拖動來調(diào)整調(diào)試彈出窗口的大小。 現(xiàn)在我們已經(jīng)配置完調(diào)試彈出窗口，來看看如何進(jìn)行使用調(diào)試工具進(jìn)行代碼的調(diào)試。

基本調(diào)試

首先確保 Proteus 沒有運(yùn)行仿真，處于停止?fàn)顟B(tài)中。通過“仿真控制面板”暫停按鈕啟動仿真并暫停。

如上圖所示，Proteus 將自動切換到 VSM Studio 頁面，我們可以看到：調(diào)試彈出窗口顯示在右手邊；主面板報 告“沒有源代碼”的信息；程序變量的列表放在屏幕的底部。在這個階段，仿真處于“已經(jīng)啟動”的狀態(tài)，電 路處在一個穩(wěn)定的工作點(diǎn)，代碼還沒有執(zhí)行，也沒有時間的消逝。

源代碼窗口沒有顯示任何的源代碼，這是因?yàn)樵诋?dāng)前的程序計(jì)數(shù)器（PC＝0）中沒有源代碼可以顯示。 你可以從窗口頂部的下拉框中選擇這個工程的任何源文件進(jìn)行查看。但我們先從 main.c 文件開始，因?yàn)檫@個文

先來看看怎么設(shè)置斷點(diǎn)，舉一個簡單的例子——要在主函數(shù)的按鍵釋放處設(shè)置一個斷點(diǎn)。放置斷點(diǎn)最容易的方 法就是在希望放置斷點(diǎn)的代碼行進(jìn)行雙擊。斷點(diǎn)指示器（一個小紅點(diǎn)）將會出現(xiàn)在源代碼窗口的代碼行左邊。 如果你誤設(shè)了一個斷點(diǎn)，可以在這行再次雙擊（或從代碼窗口中點(diǎn)擊右鍵，在彈出的菜單中）進(jìn)行刪除或關(guān)閉。

到達(dá)斷點(diǎn)以后，我們可以通過源代碼窗口右上角或 VSM Studio 調(diào)試菜單中的常用命令單步執(zhí)行代碼。另外可 以使用快捷鍵 F10 和 F11 分別進(jìn)行單步跳過調(diào)試和單步進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部調(diào)試。

如果需要查看程序執(zhí)行的細(xì)節(jié)，具體到每一條指令的執(zhí)行過程。你可以在反匯編代碼中進(jìn)行代碼的匯編級單步 調(diào)試。右鍵點(diǎn)擊源碼窗口，從彈出的菜單中選擇“反匯編”，然后同之前一樣使用單步調(diào)試命令。

在單步調(diào)試的過程中，你可能會注意到調(diào)試彈出窗口中的 LCD 顯示的數(shù)字是不完整的。但這是正確

的，因?yàn)轱@示的結(jié)果就是由這些不完整的段組合起來的。 如果你想運(yùn)行到下一個按鍵釋放的狀態(tài)，只需要按下仿真控制面板中的“運(yùn)行”按鈕，然后在調(diào)試彈出窗口中

注意事項(xiàng)

電容不進(jìn)行放電，電機(jī)也失去了動力。當(dāng)通過單步調(diào)試執(zhí)行指令，這些指令對系統(tǒng)產(chǎn)生作用以后，系統(tǒng)將再次 停止。調(diào)試時，可以通過狀態(tài)欄看到時間前進(jìn)的信息。

還有一些其它非常有用的調(diào)試窗口，但在本教程沒有進(jìn)行介紹。這些調(diào)試窗口可以從 VSM Studio 的“調(diào)試” 菜單中啟動，并放到 IDE 的底部。在仿真暫停后，數(shù)據(jù)會顯示在相應(yīng)的窗口中。但是本教程將會在下一節(jié)單獨(dú) 介紹監(jiān)視窗口的功能和使用方法，因?yàn)樗�比較特殊。

監(jiān)視窗口

先點(diǎn)擊 Proteus 軟件底部的“運(yùn)行”按鈕開始仿真，然后從 VSM Studio 的“調(diào)試”菜單中啟動監(jiān)視窗口，監(jiān) 視窗口將出現(xiàn)在 IDE 的底部。

接下來，右鍵單擊監(jiān)視窗口從彈出的菜單中選擇“使用名字添加監(jiān)視項(xiàng)”。這里我們想添加 ADC 寄存器 ADRESH 和 ADRESL，可以通過雙擊寄存器進(jìn)行添加，完成以后退出對話框，在監(jiān)視窗口中應(yīng)該有兩個我們剛剛添加的 監(jiān)視項(xiàng)。

我們現(xiàn)在點(diǎn)擊電路中的按鈕來切換到電壓采集模式，可以使用調(diào)試彈出窗口（或切換到原理圖頁面）。點(diǎn)擊控

如果你覺得以二進(jìn)制的形式顯示結(jié)果會更容易理解，可以更改項(xiàng)目的顯示格式。在監(jiān)視窗口中右鍵點(diǎn)擊每一項(xiàng)， 將顯示格式改變成二進(jìn)制。

0x1FF 左右，所以我們可以在監(jiān)視項(xiàng)上設(shè)置觸發(fā)斷點(diǎn)的條件。通過右鍵點(diǎn)擊監(jiān)視項(xiàng)目，并從彈出菜單中選擇監(jiān) 視點(diǎn)的條件。在我們的例子中，即要在 ADRESH 等于0x01、ADRESL 小于或等于 0xFF 時暫停仿真。當(dāng)我們 從最大值開始向下調(diào)節(jié)電位器，調(diào)節(jié)到中間位置時將會第一次觸發(fā)斷點(diǎn)。

注意，你需要單獨(dú)配置 ADRESH 和 ADRESL，完成以后，監(jiān)視窗口的顯示應(yīng)該像下圖一樣。

設(shè)置好監(jiān)視條件以后，我們現(xiàn)在需要向下調(diào)節(jié)電位器，直到滿足條件時觸發(fā)斷點(diǎn)。同之前一樣，既可以在 VSM Studio 的調(diào)試彈出窗口中調(diào)節(jié)電位器，也可以切換到原理圖頁面進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)斷點(diǎn)被觸發(fā)后，你應(yīng)該能看到兩 個監(jiān)視項(xiàng)的值是 0x01 和 0xFF。如果有需要的話，你可以在條件觸發(fā)的這點(diǎn)開始單步執(zhí)行你的代碼進(jìn)行調(diào)試。

在調(diào)試定時器代碼時，如果想要捕獲溢出條件，使用監(jiān)視窗口中的監(jiān)視條件是非常有用的。

選項(xiàng)就可以關(guān)閉監(jiān)視點(diǎn)。 我們接下來討論硬件斷點(diǎn)，在此之前，要先禁止監(jiān)視條件或刪除監(jiān)視項(xiàng)，然后在仿真控制面板中按下停止按鈕

硬件斷點(diǎn)

硬件條件發(fā)生時檢查代碼，例如想在 I2C 總線剛開始動作時進(jìn)行捕獲，我們可以像下面介紹的一樣在 I2C 總線 上設(shè)置一個硬件斷點(diǎn)。

先切換到原理圖選項(xiàng)卡，然后從左邊的模式選擇器中選擇電壓探針圖標(biāo)。接下來在編輯窗口中單擊，開始進(jìn)行 探針的放置，移到鼠標(biāo)到總線的 SDA 線上，再次點(diǎn)擊左鍵放置探針。

點(diǎn)擊“確定”，按下運(yùn)行按鈕開始仿真，你應(yīng)該會發(fā)現(xiàn)仿真幾乎立刻停止，并且在 VSM Studio 的源窗口中顯 示只執(zhí)行了一個命令將 SDA 設(shè)置成低電平。

這個斷點(diǎn)實(shí)際上是發(fā)生在初始化程序中，如果想要跳過這個斷點(diǎn)，并且只在進(jìn)入 I2C 模式后被激活，這樣我們 就需要設(shè)置斷點(diǎn)的裝備時間，先要停止仿真，然后切換到原理圖模塊，像之前一樣編輯電壓探針 RC4 的屬性， 裝備時間設(shè)置成 1s。

交互式測量

假設(shè)我們想要檢查溫度傳感器 MCP9800 進(jìn)行 I2C 傳輸?shù)倪^程，無論是通過交互方式還是更傳統(tǒng)的圖表方式都 可以實(shí)現(xiàn)。

我們要做的第一件事就是整理原理圖，刪除我們先前使用過的各種斷點(diǎn)。你可以在原理圖中的探針上右鍵雙擊， 或點(diǎn)擊右鍵，從彈出的菜單中選擇“刪除”來刪除電壓探針，同樣，我們可以右鍵雙擊調(diào)試彈出窗口對象的邊 界刪除調(diào)試彈出窗口對象。