Electrònica en les telecomunicacions MANUAL PER SIMULAR PROJECTES ARDUINO EN EL LABORATORI VIRTUAL PROTEUS VSM

1. En primer lloc actualitzeu les llicències del Proteus tal com us indicarà el vostre instructor. En Proteus s’adquireixen llicències separades per cada família de µC que s’hagi d’usar per fer projectes. Actualment l’EETAC té actualitzades les llicències per a les famílies següents: - Microchip Proteus VSM for PIC16- Microchip Proteus VSM for PIC18- Atmel: Proteus VSM Starter Kit for AVR (ATTiny2313, ATMega8, ATMega8535.

La targeta Arduino NG (Nuova Generazione) funciona amb l’ATMega8, i per tant és possible de realitzar-hi projectes. Com que el µC ATMega328Pde la targeta Arduino UNO, és molt similar, les simulacions seran ben bé com si muntéssiu els circuits realment al laboratori amb la vostra targeta.

2. Necessiteu el fitxer de la targeta virtual i el fitxer de codi font (*.ino). Descarregueu-los de la web seguint els enllaços:

o Maquinari Arduino NG virtualo Programari Projecte_1

Fig. 1. Targeta virtual amb recursos per similar alguns projectes

Veureu La targeta Arduino NG (Nuova Generazione) funciona amb l’ATMega8, i per tant és possible de realitzar-hi projectes. Com que el µC ATMega328Pde la targeta Arduino UNO, és molt similar, les simulacions

3. Ara deseu els fitxers a la carpeta que usareu pel projecte. Usar una carpeta compartida del Dropbox (o del SkyDrive o del Google Drive) és molt bona idea si heu de realitzar projectes en grup.

Fig. 2. Fitxers acabats de copiar a la carpeta P3 instal·lada en el Dropbox.

4. Ara executeu Arduino IDE clicant sobre el fitxer “Projecte_1.ino“ i el mateix programa us realitzarà la carpeta del projecte i murà automàticament el fitxer font a dintre. Moveu-hi manualment també el fitxer del circuit i us quedarà tal com veieu a la Fig. 3.

Fig. 3. Fitxers acabats de copiar a la carpeta P3 instal·lada en el Dropbox.

5. Ara crearem una carpeta addicional anomenada per exemple “executables” en què l’Arduino col·locarà els fitxers que genera la compilació del codi font, i que usa per gravar la targeta, un procés que és transparent per nosaltres quan no simulem i treballem directament amb la targeta en el laboratori. Fixeu-vos doncs en la Fig. 4 en com ens queda la carpeta del Projecte_1.

Fig. 4. Carpeta addicional per col·locar executables.

6. Bé, doncs ara fixeu-vos en la direcció en què es troba el vostre fitxer particular de preferències quan obriu la pestanya del IDE (preferences.txt).

Fig. 5. Per trobar la vostra adreça del fitxer de preferències.

7. Ara, cal tancar el programa Arduino i anar a editar aquest fitxer de preferències al directori en qüestió, per exemple amb el programa WordPad. Si no tanqueu el programa Arduino, us gravarà al damunt i no serviran els canvis que haureu editat tot seguit.

Fig. 6. Localització de la carpeta on hi ha el vostre fitxer particular de preferències.

No us confoneu perquè el programa Arduino també té un fitxer de preferències general on s’ha instal·lat (C:\Program Files\Arduino\lib ) que no heu editar per a res.

Cal dir una cosa més, com veieu aquest directori està dins d’una carpeta especial (AppData) que normalment no veureu, a no ser que activeu aquesta opció a la secció d’organitzar carpetes, tal com mostra la Fig. 7. I de passada configureu l’opció de no amagar les extensions de fitxers, ja que com veureu l’extensió dels fitxers és determinant per manejar projectes d’aquesta mena.

Fig. 7. Localització de la carpeta on hi ha el vostre fitxer particular de preferències.

8. Editarem sols un parell de línies d’aquest fitxer, que estan al començament. Apuntarem l’adreça de la nostra carpeta “executables” per tal que puguem controlar on estan els fitxers amb els quals l’Arduino programa la targeta. I farem que el compilador ens mostri la feina que fa quan compila (vervose = true). Vegeu la Fig. 8.

Fig. 8. Edició de preferències. Bàsicament per tenir accessibles els executables.

9. Bé, ja quasi que està tot apunt. Simplement, com veieu a la Fig. 9 trieu la placa Arduino NG i tot seguit doneu l’ordre de compilar. La llista de fitxers generats us apareixerà dins de la carpeta executables.

Fig. 9. Selecció de la targeta Arduino NG basada en el xip ATMega8.

Fixeu-vos que si tot us ha anat bé heu generat un executable que ocupa 964 Bytes d’un total de 8 KBytes que té disponible el xip AVR ATMega8. Vegeu la Fig. 10.

Fig. 10. Resultat de la compilació a la consola del programari Arduino.

Si mireu la carpeta “executables” veureu una llarga llista de fitxers producte de la compilació, dels quals estem interessants concretament amb un parell:

o Projecte_1.ccp.elf : Veureu que és el més llarg (15kBytes aquí) perquè incorpora molta informació addicional per poder depurar el codi. Normalment a través d’un pas-a-pas, instrucció rere instrucció.

o Projecte_1.cpp.hex. És el que quan graveu a la placa, l’Arduino instal·la en el xip. És molt més compacte (sols 4kBytes).

10. Ara ja sols ens queda carregar el fitxer Projecte_1.elf al nostre microcontrolador virtual. Com veieu a la Fig. 11, per arrencar la placa virtual i el Proteus sols us cal clicar dues vegades sobre el nom de la targeta.

Fig. 11. Resultat de la compilació i arrencarà de la simulació del circuit en Proteus.

11. Assigneu al microcontrolador la propietat del fitxer Projecte_1.cpp.elf, i pràcticament ja heu acabat, perquè sols us quedarà córrer la simulació. Com mostra la Fig. 12, seleccioneu el component amb el botó dret del ratolí i cliqueu sobre “Edit Properties”.

Fig. 12. Assignació del fitxer de debugger Projecte_1.cpp.elf al microcontrolador. Aquesta acció és equivalent a descarregar el programa a la placa real.

12. Arrenqueu la simulació com heu fet ja abans a les altres pràctiques. Vegeu la Fig. 13.

Esteu simulant un circuit mixt amb components analògics i digitals. Tot un repte tecnològic el què ha resolt l’empresa Labcenter Electronics, propietària del Proteus. Una eina que sense cap dubte revoluciona la docència i l’aprenentatge de circuits analògics i digitals. Heu de recordar que si no poguéssim simular, l’única manera d’empènyer els projectes seria el muntatge del laboratori, molt més costós en recursos i en hores d’enginyer. La idea és que, en el procés de disseny, sols cal arribar a la fase prototipatge al laboratori quan “ja funciona” virtualment al nostre computador. Així, els errors que puguem observa sobre la placa prototip seran bàsicament deguts a soldadures, components mal inserits o amb referències canviades, cables mal connectats i altres assumptes pràctics, la gran feina de depurar el programa ja l’haurem resolt.

Una cosa més. En funció de la potència del vostre ordinador, veureu que ocupeu la CPU del PC amb un percentatge més o menys gran, per exemple un 45%, executar aquesta simulació mixta és molt costós a nivell computacional.

Fig. 13. Botons per a la simulació en “temps real” i pas-a-pas.

13. Us proposem l’execució pas-a-pas en què podeu visualitzar les instruccions en llenguatge C escrites per l’Arduino. Les finestres “Watch Window”, “Source code” i AVR variables són fonamentals perquè podeu veure com evolucionen les variables en “temps real” i seguir l’execució de les instruccions. L’entorn de treball típic que generareu per anar depurant es pot observar a la Fig. 14.

Fig. 14. Imatge típica d’execució amb possibilitat de seguiment del programa i monitorització de variables. Observeu que fins i tot podem veure el “Monitor Serial” en aquest simulador de terminal virtual.

ÚLTIMES CONSIDERACIONS

En el procés general de disseny d’un projecte, aquest manual correspon a la fase 4, la de test, mesures i verificació que el projecte funciona com esperàvem, tal com estava redactat a les especificacions inicials. En aquest exemple tutorial, cal que l’ona generada sobre el LED sigui quadrada (DC = 50%) i de període T = 1s, tal com veiem i podem mesurar amb l’oscil·loscopi. Recordeu que teniu molts altres instruments virtuals.

1) Especificacions2) Planificació3) Desenvolupament 4) Simulació , test, muntatge de laboratori i mesures.

Per començar altre projectes, prendrem també aquests fitxers de maquinari i programa inicials per anar retocant i adaptant a les noves especificacions. Per exemple, arrencar el Projecte_2, representaria crear les carpetes i copiar i anomenar els fitxers tal com s’observa a la Fig. 15.

Fig. 15. Si volem emprendre el Projecte_2 cal generar aquestes carpetes i reanomenar els fitxers de hardware i software del Projecte_1 una vegada aquest s’ha completat.

Així, seguint estrictament aquesta metodologia, podeu anar realitzant projectes. Recordeu que aquí no és vàlid “fer via” i empassar-se passos per arribar abans a la solució. No té cap sentit, no us funcionarà. I si us funciona, els instructors sospitaran que alguna cosa no s’ha fet correctament. Simplement perdríeu el temps i al final hauríeu de fer les coses tal com toca, poc a poc i controlant. Això sí, feu-nos tantes preguntes com siguin necessàries per anar avançant, no són eines fàcils de dominar, sinó que essencialment teniu a les mans un laboratori complet que no s’abasta ni amb diverses assignatures, amb tot les seves possibilitats.

Recordeu també que encara que treballeu en grup, aquesta mena de treball tots l’han de saber fer. És a dir tots l’heu d’intentar realitzar. Com que és un exercici “professional”, els instructors notem perfectament qui ha deixat que li faci la feina el seu company.

Esperem que el Proteus us sigui útil per avançar en el disseny de circuits electrònics analògics i digitals. Us encoratgen a que no us quedeu amb el simulador o amb els muntatges mínims que us demanem en el curs, sinó que exploreu pel vostre compte aquestes eines i altres circuits, kits, sensors, motors, etc. Veureu que la Internet va plena d’aplicacions de circuits electrònics que podeu muntar més enllà del que us demanem a les assignatures. Si heu de ser enginyers, recordeu que la competència que més es valora és la curiositat.