Лабораторный стенд для изучения работы микроконтроллеров.
С того времени как Intel выпустил свой первый микроконтроллер i8048 в 1976 году до сегодняшнего времени прошло не так много времени, но за этот период микроконтроллеры незаметно завоевали весь мир. Мы привыкли к ним, поэтому часто даже не подозреваем, что во многих устройствах работает микроконтроллер. Микроконтроллерные технологии очень эффективны.
На сегодняшний день микроконтроллеры применяются повсеместно, обладают различными характеристиками и позволяют выполнять обширнейшие задачи от управления утюгом до контроля сложнейшего технологического оборудования. Они контролируют температуру, управляют двигателями, обеспечивают позиционирование и индикацию, применяются в различных сферах: в быту, в производстве, космосе, сельском хозяйстве, авиации, робототехнике, системах связи и везде где необходимо применение автоматизации, микроконтроллеры позволяют создавать нестандартные и вместе с тем достаточно гибкие решения.
Основываясь на выше изложенном, можно утверждать, что подготовка современного специалиста должна включать в себя изучение принципов работы, приобретение навыков построения схем, использующих микроконтроллеры, составления программ, программирования контроллеров и их последующей отладке.
Для освоения основных навыков работы с микроконтроллерами была спроектирована электрическая принципиальная схема лабораторного стенда, приведенная на рис. 1, и спроектирована его конструкция. Для лабораторных работ был выбран микроконтроллер фирмы AVR, так как микроконтроллеры этой фирмы в последнее время пользуются большой популярностью и на них реализуется огромное множество технических решений, они обладают высокой надежностью и отличаются от конкурентов стабильностью своей работы, семейства mega, а именно ATmega8515, он обладает следующими характеристиками:
• Высокоэффективный, экономичный 8-разрядный AVR микроконтроллер
• RISC архитектура
- Мощная система команд с 130 инструкциями, большинство из которых выполняются за один машинный цикл
- 32 восьмиразрядных рабочих регистров общего назначения
- Полностью статическое функционирование
- Производительность до 16 млн. оп./сек. при задающей частоте
16 МГц
- Встроенное умножение за 2 цикла
• Энергонезависимые память программ и данных
- 8 кбайт внутрисхемно программируемой флэш-памяти с возможностью самозаписи. Долговечность: 10,000 циклов «запись-стирание»
- Возможность создания сектора предварительной загрузки с раздельными битами защиты Возможность внутрисхемного программирования программой во встроенном секторе начальной загрузки Возможность считывания во время записи
- 512 байт ЭППЗУ (ЕЕРROM) Долговечность: 100.000 циклов «запись-стирание»
-512 байт внутреннего статического ОЗУ
- Возможность организации внешней области памяти размером до 64 кбайт
- Программирование битов защиты программного обеспечения • Периферийные устройства
- Один 8-разрядный таймер-счетчик с отдельным предделителем и режимом компаратора
- Один 16-разрядный таймер-счетчик с отдельным предделителем, режимом компаратора и режимом захвата фронтов
- Три канала ШИМ (широтно-импульсная модуляция)
- Программируемый последовательный УСАПП (устройство синхронной или асинхронной приемопередачи)
- Последовательный интерфейс SPI с режимами главный и подчиненный
- Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором
- Встроенный аналоговый компаратор
• Специальные функции микроконтроллера
- Сброс при подаче питания и программируемый супервизор питания
- Встроенный калиброванный RC-генератор
- Внутренние и внешние источники запросов на прерывание
- Три режима управления энергопотреблением: холостой ход (Idle), пониженное потребление (Power-down) и дежурный (Standby)
• Напряжение питания
- 4.5-5.5В
• Рабочая частота - 0 - 16 МГц
Рис. 1. Схема электрическая принципиальная.
Стенд объединяет в себе программатор и отладочную плату.
На отладочной плате смонтировано восемь кнопок SB5-12, имитирующих входное воздействие, семи сегментный индикатор HL1, восемь красных и два зеленых светодиода HL2-10, служащих для индикации выходных сигналов, один пьезокерамический излучатель и разъем JP2 предназначенный для подключения внешних устройств.
К компьютеру стенд подключается через LPT-порт, по средствам разъема типа cetronic.
Рис. 2. Лабораторный стенд.
Микроконтроллер, семи сегментный индикатор и светодиоды смонтированы на специальных панелях, что позволяет при необходимости изменять их тип.
Конструкция стенда позволяет подключать и отключать программатор, не прибегая к отключению разъема компьютера, а пользоваться переключателями, расположенными на передней стенке корпуса. Тоже относиться и к обеспечению стенда питающим напряжением. Помимо выключателя питания стенд снабжен светодиодом увеличенной яркости, который показывает наличие питающего напряжения.
Стенд обладает малыми габаритами и незначительным весом, что позволяет его использовать на нескольких машинах поочередно.
Так же разработано методическое пособие по проведению лабораторных работ, в котором подробно описан порядок работы со стендом, пример прошивки микроконтроллера с использованием программы CodeVisionAVR, приведен текст программы с описанием ее работы и рекомендации по отладке кода.
Методическое пособие и лабораторный стенд позволяют в короткие сроки освоить основные приемы работы с микроконтроллерами, освоить азы языка программирования Си и на с воем опыте убедиться в том, что микроконтроллеры при всех своих возможностях просты в эксплуатации и легки в настройке.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению лабораторных работ № 1—5
по курсу «Системы автоматизированного управления
оборудованием электронной промышленности»
для студентов специальности 210107
«Электронное машиностроение»
очной формы обучения
Составители:
Акулинин Станислав Алексеевич
Минаков Сергей Алексеевич
В авторской редакции
Компьютерный набор С.А. Минакова
Подписано к изданию 1.01.2011
Уч.-изд. л. 2,1. «С»
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»
394026 Воронеж, Московский пр., 14