1.5 应用系统仿真与总结

在Proteus中绘制图如 1.15 所示电路，其中所涉及的典型器件参见表 1.14。

1．Proteus中的ATmega128 模型

Proteus中的ATmega128 位于Microprocessor ICs库的AVR Family子分类库中，该分类库提供了大量的各种AVR单片机器件，如图 1.23 所示。

在ATmega128 上双击，可以弹出图 1.24 所示的属性设置对话框，其中涉及的主要参数说明如下所示。

（1）Program File：编程文件。在仿真中ATmega128 所调用的可执行源文件。

（2）CKOPT：外部晶体选择控制。当选择programmed时可以使用高于 8MHz的外部晶体，否则只能使用 8MHz及 8MHz以下的外部晶体，内部RC振荡源不受该影响。通常来说，如果使用内部的振荡源，该位使用默认值即可。

（3）BOOTRST：决定ATmega128 复位之后时第一条执行指令的地址。默认状态为“Unprogrammed”，表示启动时从 0x0000 开始执行，否则启动时从Boot Loader区的起始地址处开始执行程序。

（4）WDTON：看门狗设置位，决定是否使用看门狗。“programmed”为使用看门狗，否则为不使用看门狗。

（5）CKSEL Fuses：熔丝设置位。决定ATmega128 使用的时钟源，本书的实例通常会使用Int RC 8MHz（内部 8MHz RC时钟源）。

（6）Boot Loader Size：Boot Loader区的大小。通常来说，使用默认值即可。

（7）SUT Fuse；启动时间长度选择。通常来说，使用默认值即可。

（8）Advanced Properties：高级选项设置。包括时钟频率、初始化E ² PROM和反编译 3 个选项。通常来说，都使用默认值即可。

2．使用Proteus和ICCAVR的联合调试

Proteus作为一个硬件仿真环境，它支持与ICCAVR开发环境进行联合调试，流程说明如下：

（1）新建一个Proteus ISIS电路图文件，添加对应的电路。

（2）在ICCAVR中新建一个的工程文件，输入对应的代码，并且编译生成对应的.hex文件和.cof文件。

（3）双击Proteus电路中的ATmega128，弹出如图 1.24 所示属性设置对话框，在Program File中选择上一步中生成的.cof文件，并且参考图 1.24 设置好ATmega128 的其他属性。

（4）点击运行。

仿真的运行控制包括“Start/Restart Debugging”（启动仿真）、“Pause Amiation”（暂停仿真）、“Stop Amiation”（停止仿真），同时也可以使用快捷工具栏中的相应按键控制仿真，如图 1.25 所示。这四个按钮功能分别是：启动仿真、单步运行、暂停仿真、停止仿真。

选择Debug菜单下的Simulation Log选项，会弹出如图 1.26 所示的记录窗体，其中记录了仿真中的一些相关信息，如果在仿真中出现错误或警告，也会在其中体现。用户也可以通过单击仿真运行控制快捷工具栏的右侧“Messages”按钮来调出该记录窗体。

单击暂停按钮，打开Debug菜单，可以看到如图 1.27 所示的ATmega128 单片机内部资源观测窗口，其详细说明如下所示。

注意： 在设置ATmega128 属性时，选择的执行文件必须为.cof格式，否则将不会出现AVR Source Code窗口和AVR Variables窗口。

（1）AVR Source Code：ATmega128 的源代码窗口，如图 1.28 所示，在其中可以进行相应的调试操作，如单步、断点等。

（2）AVR Variables：ATmega128 的代码变量窗口，用于跟踪调试，以及观察相应变量的数据，如图 1.29 所示。

（3）AVR CPU Registers：ATmega128 的内部寄存器观察窗口，用于显示仿真过程中ATmega128 的内部寄存器数据状态，如图 1.30 所示。

（4）AVR Data Memory：ATmega128 的内部数据存储器观察窗口，用于显示仿真过程中ATmega128 内部数据存储器数据状态，如图 1.31 所示。

（5）AVR EPROM Memory：ATmega128 的内部E ² PROM寄存器的观察窗口，用于显示ATmega128 内部E ² PROM的数据状态，如图 1.32 所示。

（6）AVR Program Memory：ATmega128 的程序存储器观察窗口，可以看到当前用户代码对应的机器码存放状态，如图 1.33 所示。

（7）AVR I/O Registers：ATmega128 的I/O寄存器观察窗口，用于显示当前ATmega128 的I/O状态，如图 1.34 所示。

3．Proteus中的虚拟示波器

虚拟示波器（OSCILLOSCOPE）是用来观察当前电路中某个点的波形变化的仪器，是Proteus仿真中最常用的虚拟仪器。

在Proteus中单击工具箱中的“Virtual Instrument Mode”按钮，此时当前窗口会出现包括虚拟示波器的所有虚拟仪器的列表，在该列表中选择虚拟示波器后，在电路图中单击则可放置虚拟示波器，如图 1.35 所示。

在仿真运行状态，单击Debug菜单下的Digital OSCILLOSCOPE选项，可以打开虚拟示波器的窗体，该窗体可以分为波形输出区域、触发（Trigger）设置区域、水平（Horizontal）设置区域、通道（Channel A～Channel D）设置区域，如图 1.36 所示。

波形输出区域用于显示待输出的波形，可以显示单通道到最多 4 个通道的输出波形。

触发设置区域的相关按键、波轮、开关等用于设置所有通道信号的触发方式，包括水平参考线位置设置（Level）、触发信号交/直流设置（AC、DC）、触发方式设置、光标设置、触发源设置。

（1）水平参考线位置设置（Level）：用于设置当前水平参考线的位置。通过拖动波轮可以使得其在-210～210 之间移动，同时波形输出区域的水平参考线将上下移动。

（2）触发信号交/直流设置：用于设置待监视信号是交流信号还是直流信号，有“AC”和“DC”两个开关选项， 。

（3）触发方式设置：当设置为“Auto”时，随着输入信号的刷新，虚拟示波器的输出波形会自动跟随刷新；当设置为“One-Shot”时，则只捕捉一帧波形，然后保持。

（4）光标（Cursors）设置：当该按钮被按下时，会在虚拟示波器的波形输出区域跟随鼠标状态放置一些参考线，显示对应点的电压、时间信息等，并且可以拖动。

（5）触发源设置：将虚拟示波器的触发源分别设置为通道A～通道D，在完成设置之后水平参考线会出现在当前选择通道上。

水平设置区域的相关按键、波轮、开关等用于设置所有通道信号输出的水平显示参数，包括参考源（Source）设置，位置设置（Position）和显示时间刻度设置。

（1）参考源设置：用于设置在显示区域中显示的波形的相对参考位置，包括水平、A、B、C、D五个不同选项，通常来说选择水平 即可。

（2）位置设置：用于控制显示的波形左右移动。

（3）显示时间刻度设置：用于调整波形输出区域一个刻度所代表的时间长度，取值范围为0.5μs～200ms，下方的大箭头用于整刻度调整，上面的小刻度用于小刻度调整。

通道设置区域用于设置各个通道的相关参数，分为通道A～通道D，它们是完全相同的，包括位置设置（Position）、触发设置、特殊功能开关、电压刻度设置。

（1）位置设置：用于设置该通道在波形输出显示区域的位置，该波轮与水平参考线位置设置波轮的使用方法类似，通过调节该波轮可以使对应的输出信号（A～D）在显示输出区域中移动。

（2）触发设置：单独设置该通道的触发信号，包括“交流（AC）”、“直流（DC）”、“地（GND）”、“关闭（OFF）”。

（3）特殊功能开关：包括Invert（翻转）和重叠，前者将对应的波形翻转，后者将对应的波形重叠，只有通道A和通道C具有该开关，分别对应“A+B”和“C+D”。

注意： 在使用“A+B”或者“C+D”功能时，对应的通道B或通道D的波形不会输出。

（4）电压刻度设置：与显示时间刻度设置类似，该波轮用于调整波形输出区域一个刻度所代表的电压宽度，取值范围为 2mV（毫伏）～20V，同样是大、小箭头配合使用。

4．呼吸灯应用实例的仿真

在如图 1.37 所示的电路中增加两个电压探针和一个虚拟示波器，单击运行，可以看到发光二极管以“呼吸”效果点亮和熄灭，同时在电压探针上可以看到对应的电压变化。

调节示波器，可以看到ATmega128 单片机PA7 引脚输出的波形如图 1.38 所示，这是一个高电平宽度连续变化的波形。

可以使用基于图表的仿真方式得到系统RCL电路的响应曲线，如图 1.39 所示，从中可以看发光二极管上电流的变化情况，与呼吸灯效果正好吻合。

总结： 在实际应用中，可以通过两种方式来调整呼吸灯的效果变化，第一种方式是修改ATmega128 单片机输出的PWM驱动波形；第二种方式是修改RCL电路中电阻、电容、电感的大小。通常来说，第一种方式更加方便一些，所以其应用更加广泛。具体到本实例中，只需要修改应用代码中MAX和MIN这两个宏定义对应的数值即可。 FqLSwtddb9W7HVq5FkTMFcSOX4iw3ZHmFAbUE39D2SaLA1kvpG2I5UqfOieg163H