Введение:
Можно считать что микроконтроллер (МК) – это компьютер, разместившийся в одной микросхеме. Отсюда и его основные привлекательные качества: малые габариты; высокие производительность, надежность и способность быть адаптированным для выполнения самых различных задач.
Микроконтроллер помимо центрального процессора (ЦП) содержит память и многочисленные устройства ввода/вывода: аналого-цифровые преобразователи, последовательные и параллельные каналы передачи информации, таймеры реального времени, широтно-импульсные модуляторы (ШИМ), генераторы программируемых импульсов и т.д. Его основное назначение – использование в системах автоматического управления, встроенных в самые различные устройства: кредитные карточки, фотоаппараты, сотовые телефоны, музыкальные центры, телевизоры, видеомагнитофоны и видеокамеры, стиральные машины, микроволновые печи, системы охранной сигнализации, системы зажигания бензиновых двигателей, электроприводы локомотивов, ядерные реакторы и многое, многое другое. Встраиваемые системы управления стали настолько массовым явлением, что фактически сформировалась новая отрасль экономики, получившая название Embedded Systems (встраиваемые системы).
Достаточно широкое распространение имеют МК фирмы ATMEL, функциональные возможности которых охватывают все перечисленные задачи [1,2].
Применение МК можно разделить на два этапа: первый – программирование, когда пользователь разрабатывает программу и прошивает ее непосредственно в кристалл, и второй – согласование спроектированных исполнительных устройств с запрограммируемым МК. Значительно облегчают отладку программы на первом этапе – симулятор, который наглядно моделирует работу микропроцессора. На втором этапе для отладки используется внутрисхемный эмулятор, который является сложным и дорогим устройством, зачастую недоступным рядовому пользователю.
В тоже время в литературе мало уделено внимания вопросам обучения программированию некоторых недорогих МК, в сочетании с реальными исполнительными устройствами.
Разработка макета программатора отличающегося простотой, наглядностью и низкой себестоимостью, становиться необходимой как для самого программирования кристаллов, так и для наглядного обучения широкого круга пользователей основам программирования МК.
Глава 3:
На приведенной схеме макета программатора кроме соединительных разъемов и контактных колодок МК находятся внешние элементы необходимые для обеспечения работы тактового генератора. Это конденсаторы С2=С1=39 пФ, С3=1000 пФ и кварц с частотой генерации колебаний 4 МГц. Кнопка В1 обеспечивает сброс МК в начальное состояние.
Подключение вспомогательных плат к макету программатора осуществляется через штыревые разъемы PLS.1, PLS.2 и PLS.3. Так как разъем PLS.1 соединен с дип панелью DIP2x10.1, в которую устанавливается МК серии AT90S2313 и AT90S1200, а разъемы PLS.2 и PLS.3 соединены с дип панелью DIP2x20.2, в которую устанавливается МК серий AT90S4414 и AT90S8515, то нумерация выводов разъема PLS.1 соответствует нумерации ножек AT90S1200, а нумерация выводов разъемов PLS.2 и PLS.3 соответствует нумерации ножек AT90S4414 и AT90S8515.
В макете программатора при программировании и последующей работе должен находиться только один (!) микроконтроллер, либо в панели DIP2x10.1 (AT90S1200 или AT90S2313), либо в панели DIP2x20.2 (AT90S4414 или AT90S8515). К разъемам PLS.n (n=1,2,3) через соответствующую колодку можно подсоединять любые внешние устройства: светодиоды, ССИ, кнопки, матричную клавиатуру, подавать сигнал на какой либо порт (вывод) микроконтроллера или считывать его. При этом надо помнить, что на контакт 20 разъема PLS.1 и на контакт 40 разъема PLS.3 подается напряжение Vcc=+5В.
Макет программатора имеет два режима работы. Первый – непосредственное программирование микроконтроллера с помощью компьютера. Как с подключенными внешними устройствами, так и без них. Второй режим – автономный, когда происходит работа с внешними устройствами, выполненными на вспомогательных платах. При этом режиме макет программатора должен быть отсоединен от компьютера.
Сначала обучающийся должен, получив задание, подготовить (написать и отладить) программное обеспечение с помощью AVR Studio (см. раздел 3.1.), согласно пп. 1-6 раздела 3.2. (Принципы выполнения заданий). Результатом данного этапа является безошибочная трансляция разработанной программы. Только после этого можно приступить к использованию макета программатора и построению внешнего устройства на вспомогательной плате, если это предусмотрено заданием.
Заключение:
Разработанные методические указания содержат описания программного обеспечения и аппаратных средств реализации набора примеров заданий, предназначенных для изучения как непосредственной архитектуры МК, так и для выработки конкретных навыков программирования.
Проведен анализ архитектуры современных микроконтроллеров. Уделено внимание систематизации аппаратных средств и общим вопросом методам отладки разрабатываемых программ.
Особое внимание уделено серийным МК фирмы ATMEL семейства AVR. Рассмотрены их особенности построения и функционирования. Анализ системы команд микроконтроллеров AVR и практические рекомендации работы в интегрированной среде разработки «AVR Studio» позволяет эффективно создавать и разрабатывать программы для AVR микроконтроллеров.
Представлен набор типовых примеров с наиболее распространенными задачами программирования МК. Предложены классификация и принципы выполнения заданий. Дано описание универсального макета программатора.
Изготовлен универсальный макет программатора, позволяющий проводить не только прошивку МК AVR четырех типов (AT90S1200, AT90S2313, AT90S4414, AT90S8515), но и управление проектируемыми внешними устройствами.
Реализован ряд задач по работе с памятью, по перекодировке, сложению и делению чисел, по работе с динамической индикацией и матричной клавиатурой. На основе этого смакетированы реальные устройства кодового замка на основе AT90S1200 и измерителя частоты в звуковом диапазоне на основе AT90S8515.
Предлагаемая на этой основе методика обучения программирования и применения МК позволяет ввести интересующихся в эту перспективную область