Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Программирование микроконтроллеров

.pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
07.01.2021
Размер:
115.2 Кб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

Программирование микроконтроллеров

Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.04 – Автоматизация

технологических процессов и производств

Воронеж 2016

2

УДК 004.384

Программирование микроконтроллеров: методические указания для са- мостоятельной работы студентов по направлению подготовки бакалавр 15.03.04

Автоматизация технологических процессов и производств для очной формы обу-чения / А.В. Стариков; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО

«ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 8 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ

Рецензент: заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», доктор технических наук, профессор Афоничев Д.Н.

3

Введение

Учебный план по направлению подготовки бакалавра 15.03.04 – «Авто- матизация технологических процессов и производств» включает изучение дис- циплины «Программирование микроконтроллеров» в течение 8-го семестра в объеме 108 часов, из которых 20 часов отводится для лекционных занятий, 30 часов для лабораторных работ, 58 часов для самостоятельной работы сту- дентов. Итоговый контроль осуществляется в виде сдачи дифференцированного зачёта.

Рабочая программа дисциплины определяет в качестве основной цели формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков про- граммирования микроконтроллеров семейства AVR фирмы Atmel (на примере использования 8-разрядного микроконтроллера ATmega8535).

Для достижения данной цели в ходе изучения дисциплины решаются сле- дующие задачи:

изучение архитектуры, системы команд, режимов адресации, а также возможностей языка Ассемблера микроконтроллеров семейства AVR;

ознакомление с составом и особенностями функционирования перифе- рийных устройств микроконтроллеров семейства AVR (на примере ис- пользования 8-разрядного микроконтроллера ATmega8535);

освоение методики разработки программного обеспечения на языке Ассемблера для микроконтроллеров семейства AVR в интегрирован- ной среде Atmel AVR Studio, включая выполнение отладки программы с использованием программного эмулятора;

приобретение навыков работы с микроконтроллерным блоком управ-

ления лабораторного комплекса «Программирование микроконтролле- ров».

В результате освоения дисциплины «Программирование микроконтрол- леров» студент должен:

знать: архитектуру, систему команд, режимы адресации, а также воз- можности языка Ассемблера, состав и особенности функционирования периферийных устройств микроконтроллеров семейства AVR;

уметь: строить алгоритмы и разрабатывать программы на языке Ас- семблера для микроконтроллеров семейства AVR для управления раз- личными технологическими объектами;

владеть: методикой подготовки и отладки программ в интегрированной среде разработки Atmel AVR Studio, приемами работы с блоком управ- ления лабораторного комплекса «Программирование микроконтролле- ров».

1 Содержание учебной дисциплины

В соответствии с рабочей программой освоение дисциплины «Програм- мирование микроконтроллеров» предусматривает изучение следующих разде- лов (тем) и вопросов, входящих в их состав:

4

Раздел 1. Архитектура и организация памяти микроконтроллеров семейства AVR. Общие сведения о микроконтроллерах. Микроконтроллеры семейства AVR. Архитектура 8-разрядных микроконтроллеров семейства AVR. Организация памяти 8-разрядных контроллеров семейства AVR. Система ко- манд и режимы (способы) адресации микроконтроллеров семейства AVR.

Раздел 2. Язык Ассемблера микроконтроллеров семейства AVR. Ди-

рективы Ассемблера. Структура программы на языке Ассемблера. Методика

разработки программы на языке Ассемблера в интегрированной интерактивной среде Atmel AVR Studio. Средства отладки программ для микроконтроллеров семейства AVR.

Раздел 3. Состав, особенности работы и программирование периферийных устройств 8-разрядных микроконтроллеров семейства AVR. Па-

раллельные порты ввода-вывода. Система прерываний. Программирование внешних прерываний. Таймеры-счетчики. Аналоговый компаратор. Аналого- цифровой преобразователь. Интерфейсы связи для микроконтроллеров семей- ства AVR: последовательный интерфейс SPI, универсальный асинхронный приемо-передатчик USART. Защита кода и данных. Конфигурационные и ка- либровочные ячейки микроконтроллеров семейства AVR. Режимы параллель- ного и последовательного программирования, самопрограммирования.

Назначение лекционных занятий по дисциплине «Программирование микроконтроллеров» − получение теоретических знаний студентами по важ- нейшим разделам дисциплины, а также формирование общего представления по обзорным темам (вопросам) дисциплины.

Помимо лекционных занятий, обязательным элементом изучения дисци- плины «Программирование микроконтроллеров» является прохождение сту- дентом лабораторного практикума. Согласно Положению о сдаче экзаменов и зачётов в ФГБОУ ВО ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова студент, не выполнивший ла- бораторный практикум, не допускается к сдаче экзамена или зачёта.

В соответствии с рабочей программой дисциплины «Программирование микроконтроллеров» предусматривается следующая тематика лаборатор-

ных работ (в скобках указано нормативное количество времени, отводимое на выполнение и защиту лабораторной работы):

1.Общее знакомство с интегрированной средой разработки программ

AVR Studio (4 часа).

2.Блок управления учебно-лабораторного комплекса «Программирова- ние микроконтроллеров» (2 часа).

3.Управление параллельными портами ввода-вывода МК ATmega8535 (6 часов).

4.Изучение системы внешних прерываний МК ATmega8535 (6 часов).

5.Изучение работы таймеров-счётчиков МК ATmega8535 (6 часов).

6.Изучение работы аналого-цифрового преобразователя МК ATmega8535 (6 часов).

Каждая работа лабораторного практикума предполагает выполнение практической части с использованием учебно-лабораторного оборудования, подготовку письменного отчёта о выполненной лабораторной работе и его за-

5

щиту. Требования к оформлению отчёта обычно излагаются в методических указаниях к лабораторным работам. При защите отчёта студент должен проде- монстрировать знание необходимого теоретического минимума по теме лабора- торной работы, аргументировано ответить на вопросы преподавателя, касаю- щиеся практической части работы.

При изучении дисциплины используются:

мультимедийная техника (ноутбук, видеопроектор, интерактивная дос- ка) при чтении лекций;

интегрированная среда AVR Studio фирмы Atmel для разработки про- грамм на языке ассемблера;

специальное прикладное ПО для работы с блоком управления учебно-

лабораторного комплекса «Программирование микроконтроллеров».

В соответствии с учебным планом на самостоятельную работу студента предусматривается более 50 % общего времени, отводимого на изучение дис- циплины. При этом одну часть времени, планируемого для самостоятельной ра- боты, предполагается использовать для самостоятельного изучения отдельных вопросов лекционного курса, другую для доработки отчётов о выполненных лабораторных работах и подготовки к их защите, третью для выполнения курсовой работы и подготовки к её защите.

2 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы

При осуществлении самостоятельной работы студент должен руково- дствоваться указаниями преподавателя, данными методическими указаниями, методическими указаниями к лабораторным работам, методическими указа- ниями к выполнению курсовой работы, материалами конспекта лекций, реко- мендованной основной и дополнительной учебной литературой, включая элек- тронные источники информации.

Ниже приведен перечень основной и дополнительной литературы, имеющейся в учебной библиотеке ВГЛТУ.

Основная литература

1. Новожилов, О. П. Основы микропроцессорной техники [Текст] : учеб. пособие: в 2 т. / О. П. Новожилов. – М. : РадиоСофт, 2007. – Т. 1. – 432 с.; Т. 2.

– 336 с.

Дополнительная литература

1.Предко, М. Руководство по микроконтроллерам [Текст]: в 2 т. Т. 1 / М. Предко; пер. с англ. под ред. И.И. Шагурина, С.Б. Лужанского. – М.: Постмар-

кет, 2001. – 416 с.

2.Предко, М. Руководство по микроконтроллерам [Текст]: в 2 т. Т. 2 / М. Предко; пер. с англ. под ред. И.И. Шагурина, С.Б. Лужанского. – М.: Постмар-

кет, 2001. – 488 с.

3.Воробьева, Г. С. Микроконтроллеры семейства AVR [Электронный ре- сурс]: Лаб. практикум. Методич. рекомендации к выполнению цикла лабора- торных работ по дисциплине «Основы микропроцессорной техники» для сту-

6

дентов направлений 210100 «Электроника и микроэлектроника» и 200300 «Биомедицинская инженерия» / Г. С. Воробьева, М. В. Журавлев, Д. П. Упады- шев, А.М. Штейн. − Томск: Изд-во ТПУ, 2009. − 90 с. − ЭБС «Единое окно дос- тупа к образовательным ресурсам».

Для качественного освоения дисциплины, возможно, потребуются сле- дующие ресурсы информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»:

ЭБС «Единое окно доступа к образовательным ресурсам»: http://window.edu.ru/;

сайт фирмы Atmel: http://www.atmel.com;

сайт для тех, кто интересуется электроникой, микроконтроллерами,

программированием: http://chipenable.ru;

сайт с обширной подборкой научной, учебной и учебно-методической литературы, представленной в виде библиотеки открытых электронных источников: http://www.twirpx.com (информация о микроконтроллерах

AVR: http://www.twirpx.com/library/comp/microcontrollers/avr/).

Поскольку лекции читаются не в полном объёме дисциплины, то студен- там на самостоятельное изучение выносится ряд тем (табл. 1). Преподаватель сообщает студентам их общее содержание и организует контроль знаний по за- явленным темам.

 

 

 

Таблица 1

 

 

 

№ п/п

Тема самостоятельной работы

Номер источника

 

 

 

 

1

 

2

3

 

 

 

 

Методика разработки программы на языке Ас-

2, 3 (доп.)

1

семблера

в интегрированной интерактивной

 

 

AVR Studio.

 

2

Средства отладки программ для микроконтрол-

2, 3 (доп.)

леров семейства AVR.

 

 

 

 

Интерфейсы связи для микроконтроллеров се-

1-3 (доп.)

3

мейства

AVR: последовательный интерфейс

 

SPI, универсальный асинхронный приемо-

 

 

 

 

передатчик UART.

 

4

Конфигурационные и калибровочные ячейки

2, 3 (доп.)

микроконтроллеров семейства AVR.

 

 

 

5

Режимы параллельного и последовательного

2, 3 (доп.)

программирования, самопрограммирования.

 

 

 

Проверка качества освоения разделов (тем) дисциплины осуществляется

посредством текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации студентов. Результаты текущего контроля отражаются в баллах модульно- рейтинговой системы оценки знаний.

После завершения лекционного курса, выполнения лабораторного практи- кума и защиты курсовой работы студент допускается к сдаче дифференцирован- ного зачёта по дисциплине «Программирование микроконтроллеров». Перечень вопросов для подготовки к зачёту приведен ниже.

7

Перечень вопросов для подготовки к дифференцированному зачёту

1.Типовая структура микроконтроллерной системы управления.

2.Классификация микроконтроллеров семейства AVR.

3.Описание архитектуры 8-разрядных микроконтроллеров семейства

AVR.

4.Описание разрядов регистра состояния (SREG) микроконтролллеров семейства AVR.

5.Организация памяти микроконтроллеров семейства AVR.

6.Программная модель микроконтроллеров семейства AVR.

7.Перечень этапов разработки программного обеспечения для встраи- ваемых микроконтроллеров.

8.Описание программных средств, используемых для разработки про- граммного обеспечения.

9.Определение понятия кросс-разработки программного обеспечения.

10.Система команд микроконтроллеров семейства AVR.

11.Способы (режимы) адресации микроконтроллеров семейства AVR.

12.Директивы ассемблера микроконтроллеров семейства AVR.

13.Структура программы на языке ассемблера микроконтроллеров се- мейства AVR.

14.Описание методики разработки программы на языке ассемблера в ин- тегрированной среде разработки Atmel AVR Studio.

15.Перечислить средства отладки программ для микроконтроллеров се- мейства AVR.

16.Описать возможности и особенности программного управления па- раллельными портами ввода-вывода микроконтроллеров семейства

AVR.

17.Описать возможности и особенности системы прерываний микро- контроллеров семейства AVR.

18.Описать особенности программирования внешних прерываний мик- роконтроллеров семейства AVR.

19.Описать работу с таймерами-счётчиками микроконтроллеров семей- ства AVR.

20.Описать работу аналогового компаратора микроконтроллеров семей- ства AVR.

21.Описать работу аналого-цифрового преобразователя микроконтрол- леров семейства AVR.

22.Интерфейсы связи для микроконтроллеров семейства AVR: последо- вательный интерфейс SPI.

23.Интерфейсы связи для микроконтроллеров семейства AVR: универ- сальный асинхронный приемо-передатчик USART.

24.Защита кода и данных. Конфигурационные и калибровочные ячейки микроконтроллеров семейства AVR.

25.Режимы параллельного и последовательного программирования, самопрограммирования.

8

Стариков Александр Вениаминович

Программирование микроконтроллеров

Методические указания для самостоятельной работы по направлению подготовки бакалавра 15.03.04 – «Автоматизация технологических процессов и

производств» для очной формы обучения

Редактор С.Ю. Крохотина

Подписано в печать

Формат бумаги

Заказ

Объем

п.л.

Усл. п.л.

Уч-изд. л.

Тираж

 

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»