Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС)

Кафедра «Автоматика и системы управления»

ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Микропроцессорная техника»

Студентка гр. 10 Ж __________ А.С. Брюхова __________ Руководитель – Доцент кафедры «АиСУ» __________ Ф. В. Чегодаев __________

Омск 2012

Реферат

УДК 621.436

Курсовая работа содержит 26 страниц, 4 рисунка, 3 отлаженные программы на Ассемблере, 4 источника.

Микроконтроллер, архитектура, периферийные устройства, цифро-аналоговый преобразователь, адресация.

Объектом проектирования является генератор сигналов синусоидальной формы.

Цель работы – закрепление теоретических знаний в области программирования микроконтроллеров.

Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2007.

Содержание

Введение …………………………………………………………………………..4

1 Микроконтроллеры AVR. Назначение и внутренняя структура

1. Структура микроконтроллеров AVR……………………………......5

1.2 Периферийные устройства микроконтроллеров AVR…………….6

1.2.1 Порты ввода/вывода (I/O)…………………………………...6

1.2.2 Прерывания (INTERRUPTS)………………………………..7

1.2.3 Таймеры/счетчики (TIMER/COUNTERS)…………………..7

1.2.4 Сторожевой таймер (WDT)………………………………….7

1.2.5 Аналоговый компаратор (AC)………………………………8

1.2.6 Аналого-цифровой преобразователь (A/D CONVERTER)…8

1.2.7 Универсальный последовательный

приемопередатчик (UART или USART)…………………………...8

1.2.8 Последовательный периферийный интерфейс SPI…………9

1.2.9Двухпроводной последовательный интерфейс TWI………..9

1.2.10 Тактовый генератор…………………………………………9

1.2.11 Сброс при снижении напряжения питания (BOD)………..9

2 Описание ATtiny2313…………………………………………………………10

3 Способы генерации аналоговых сигналов

3.1 Генерация аналоговых сигналов с помощью ШИМ ……………….11

3.2 Генерация аналоговых сигналов с помощью R2R матрицы …....12

4 Разработка программ генерации синусоидального напряжения

4.1 Хранение значений синусоиды в памяти программ………………13

4.2 Хранение значений синусоиды в ОЗУ. Применение

косвенной адресации……………………………………………………………16

4.3 Хранение значений синусоиды в энергонезависимой

памяти (EEPROM)………………………………………………………………20

Заключение……………………………………………………………………….25

Библиографический список……………………………………………………..26

Введение

Цифровые микросхемы к настоящему времени достигли впечатляющего быстродействия при приемлемом токе потребления. Наиболее быстрые из цифровых микросхем обладают скоростью переключения порядка 3..5 нс. (серия микросхем 74ALS). В то же время приходится платить за быстродействие микросхем повышенным током потребления. Исключением являются микросхемы, построенные на основе КМОП технологии (например, микросхемы серий 1564, 74HC, 74AHC). В этих микросхемах потребляемый ток прямо пропорционален скорости переключения логических вентилей в микросхеме. Т.е. микросхема автоматически увеличивает ток потребления, если от нее требуется большее быстродействие, поэтому в настоящее время подавляющее большинство микросхем выпускается именно по этой технологии.

Часто цифровые устройства выполняют достаточно сложные задачи. Возникает вопрос, раз микросхемы достигли такого высокого быстродействия, то нельзя ли использовать одну и ту же микросхему многократно? Тогда можно будет обменивать быстродействие микросхем на сложность решаемой задачи. Именно этот обмен и позволяют осуществлять микропроцессоры. В этих микросхемах многократно используется одно и то же устройство  АЛУ (арифметико-логическое устройство). Поэтому возможен обмен предельного быстродействия микроконтроллера на сложность реализуемого устройства. Именно по этой причине стараются максимально увеличить быстродействие микропроцессоров, что позволяет реализовывать все более сложные устройства в одном и том же объеме.

Ещё одной причиной широкого распространения микропроцессоров стало то, что микропроцессор  это универсальная микросхема, которая может выполнять практически любые функции. Универсальность обеспечивает широкий спрос на эти микросхемы, а значит массовость производства. Стоимость же микросхем обратно пропорциональна массовости их производства, то есть микропроцессоры становятся дешёвыми микросхемами и тем самым ещё больше увеличивают спрос.

В наибольшей степени все вышеперечисленные свойства проявляются в однокристальных микроЭВМ или как их чаще называют по области применения: микроконтроллерах. В микроконтроллерах на одном кристалле объединяются все составные части компьютера: микропроцессор (часто называют ядро микроконтроллера), ОЗУ, ПЗУ, таймеры и порты ввода-вывода.

1 Микроконтроллеры avr. Назначение и внутренняя структура

1.1 Структура микроконтроллеров avr

Микроконтроллеры AVR содержат: быстрый RISK-процессор, два типа энергонезависимой памяти (Flash-память программ и память данных EEPROM), оперативную память RAM, порты ввода/вывода и различные периферийные интерфейсные схемы.

Рисунок 1 – Структура микроконтроллеров AVR

Сердцем микроконтроллеров AVR является 8-битное микропроцессорное ядро или центральное процессорное устройство (ЦПУ), построенное на принципах RISC-архитектуры. Основой этого блока служит арифметико-логическое устройство (АЛУ). По системному тактовому сигналу из памяти программ в соответствии с содержимым счетчика команд (Program Counter - PC) выбирается очередная команда и выполняется АЛУ. Во время выбора команды из памяти программ происходит выполнение предыдущей выбранной команды, что и позволяет достичь быстродействия 1 MIPS на 1 МГц.

Идея RISC  это тщательный подбор команд, которые можно было бы выполнить за один такт. Таким образом, упрощается аппаратная реализация процессора, сокращается число транзисторов, снижается потребляемая мощность и цена.

АЛУ подключено к регистрам общего назначения РОН (General Purpose Registers - GPR). Регистров общего назначения всего 32, они имеют байтовый формат, то есть каждый из них состоит из восьми бит. РОН находятся в начале адресного пространства оперативной памяти, но физически не являются ее частью. Поэтому к ним можно обращаться двумя способами (как к регистрам и как к памяти). Такое решение является особенностью AVR и повышает эффективность работы и производительность микроконтроллера.

Отличие между регистрами и оперативной памятью состоит в том, что с регистрами можно производить любые операции (арифметические, логические, битовые), а в оперативную память можно лишь записывать данные из регистров.

В микроконтроллерах AVR реализована Гарвардская архитектура, в соответствии с которой разделены не только адресные пространства памяти программ и памяти данных, но и шины доступа к ним. Каждая из областей памяти данных (оперативная память и EEPROM) также расположена в своем адресном пространстве. Гарвардская архитектура позволяет центральному процессору работать одновременно как с памятью программ, так и с памятью данных, что существенно увеличивает производительность.

1.2 Периферийные устройства микроконтроллеров avr

Периферия микроконтроллеров AVR включает: порты (от 3 до 48 линий ввода и вывода), поддержку внешних прерываний, таймеры-счетчики, сторожевой таймер, аналоговые компараторы, 10-разрядный 8-канальный АЦП, интерфейсы UART, JTAG и SPI, устройство сброса по понижению питания, широтно-импульсные модуляторы.

1.2.1 Порты ввода/вывода (I/o)

Порты ввода/вывода AVR имеют число независимых линий "вход/выход" от 3 до 53. Каждая линия порта может быть запрограммирована на вход или на выход. Мощные выходные драйверы обеспечивают токовую нагрузочную способность 20 мА на линию порта (втекающий ток) при максимальном значении 40 мА, что позволяет, например, непосредственно подключать к микроконтроллеру светодиоды и биполярные транзисторы. Общая токовая нагрузка на все линии одного порта не должна превышать 80 мА (все значения приведены для напряжения питания 5 В).

Архитектурная особенность построения портов ввода/вывода у AVR заключается в том, что для каждого физического вывода (пина) существует 3 бита контроля/управления, а не 2, как у распространенных 8-разрядных микроконтроллеров (Intel, Microchip, Motorola и т.д.). Это позволяет избежать необходимости иметь копию содержимого порта в памяти для безопасности и повышает скорость работы микроконтроллера при работе с внешними устройствами, особенно в условиях внешних электрических помех.