Старооскольский технологический институт

(филиал) Федерального государственного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Государственный технологический университет

«Московский институт стали и сплавов»

Кафедра АиСУ

Кузнецов в.Н., Лисютченков с.Н. Цифровые и микропроцессорные устройства

Часть 3

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

для студентов специальности

220301– Автоматизация технологических процессов и производств

(очная форма обучения)

Старый Оскол

2010

УДК 004.38

ББК 32.973.2

Рецензент: к.т.н., доцент кафедры электронных и вычислительных машин Харьковского национального университета радиоэлектроники С.С. Танянский

Кузнецов В.Н., Лисютченков С.Н. Цифровые и микропроцессорные устройства. Часть 3. Методические указания к выполнению лабораторных работ. Старый Оскол. СТИ МИСиС, 2010. – 302 с.

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Цифровые и микропроцессорные устройства», Часть 3, для студентов специальности: 220301– Автоматизация технологических процессов и производств, очной формы обучения.

 Лисютченков С.Н.

 СТИ МИСиС

Содержание

Предисловие………………………….…………………………………………5

Содержание 3

Лабораторная работа №1 7

«Освоение среды разработки VMLAB 3.12» 7

Лабораторная работа №2 36

«Изучение микроконтроллера ATmega128 и основы программирования» 36

Лабораторная работа №3 76

«Изучение простейших операций микроконтроллера» 76

Лабораторная работа №4 95

«Выполнение арифметических операций» 95

Лабораторная работа №5 122

«Изучение логических операций» 122

Лабораторная работа №6 «Изучение портов ввода/вывода и их программирование» 140

Лабораторная работа №7. 172

Лабораторная работа №8 192

«Связь двух микроконтроллеров» 192

Лабораторная работа №9 «Изучение принципа работы таймеров/счетчиков микроконтроллера» 219

Лабораторная работа №10 «Обработка аналоговых сигналов» 257

ПРИЛОЖЕНИЕ 292

Перечень сокращений условных обозначений и терминов

АЛУ – арифметико-логическое устройство;

АЦП − аналого-цифровой преобразователь;

БИС – большая интегральная схема;

ВСП − внутрисистемное программирование;

МК – микроконтроллер;

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;

ПК – персональный компьютер;

ПЛИС – программируемая логическая интегральная схема;

ПО − программное обеспечение;

ПЭВМ – персональная электронная вычислительная машина;

ЭВМ – электронная вычислительная машина;

ШИМ − широтно-импульсный модулятор;

CISC – процессоры со сложной системой команд;

EEPROM − электрически перепрограммируемая память данных;

FLASH − электрически перепрограммируемая память программ;

RISC – процессоры с сокращенной системой команд;

SPI − синхронный последовательный интерфейс;

USART – aсинхронный/синхронный последовательный интерфейс.

Предисловие

Развитие микроэлектроники и широкое ее применение в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно технического прогресса.

Использование микроэлектронных средств в изделиях промышленного и культурно-бытового назначения не только приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет много кратно сократить сроки разработки, но и придает им принципиально новые потребительские качества (расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность и т.д.).

В микроэлектронике бурное развитие получило направление, связанное с выпуском однокристальных микроконтроллеров, которые предназначены для "интеллектуализации" оборудования различного назначения. Однокристальные микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде БИС и включающие в себя все составные части микроЭВМ: микропроцессор, память программ и память данных, а также программируемые интерфейсные схемы для связи с внешней средой.

Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости (во многих применениях система может состоять только из одной БИС микроконтроллера), что микроконтроллерам, видимо, нет разумной альтернативной элементной базы для построения управляющих и регулирующих систем, и в будущем микроконтроллеры будут находить все большее применение.

В связи с этим встает вопрос об подготовки специалистов, которые работали бы в данном направлении микроэлектроники. По завершению выполнения курса лабораторных работ, представленных в данном методическом пособии выпускаемые специалисты овладеют навыками программирования и конструирования микроконтроллерных систем на базе микроконтроллеров фирмы ATMEL, что повысит их профессиональную подготовку.

В настоящее время AVR-микроконтроллеры фирмы ATMEL завоевали широкую популярность на российском рынке и выбор данного семейства микроконтроллеров для построения лабораторного практикума целесообразен, так как по количеству моделей в семействе они занимают первое место в мире среди ФЛЕШ-микроконтроллеров и по совокупности своих характеристик опережают большинство аналогичных изделий, занимая одно из первых мест в мире по соотношению цена/производительность. Высокая производительность достигнута не в последнюю очередь благодаря мощному и удобному набору команд, существенно повышающему эффективность кода по сравнению с микроконтроллерами других семейств.

Совокупность характеристик - современная RISC-архитектура, многократно перепрограммируемые ФЛЕШ-ПЗУ программ и ЭСПЗУ данных, возможность программирования в системе и наличие битов защиты от несанкционированного копирования – делает AVR-микроконтроллеры исключительно удобной элементной базой для построения разнообразных приборов – от простейших домашних игрушек до серьезных систем промышленной автоматики и устройств автомобильной электроники.

Данное методическое пособие посвящено изучению микроконтроллеров AVR серии Mega фирмы «Atmel». Обучающий комплекс состоит из сборника лабораторных работ, выполняемых в лицензионной интегрированной системе программирования «VMLAB 3.12».

При выполнении лабораторного практикума студенты могут изучить:

• архитектуру микроконтроллеров AVR;

• основные периферийные модули МК;

• систему команд МК и методы адресации;

• методы программирования МК на языке ассемблер.