- •Кузнецов в.Н., Лисютченков с.Н. Цифровые и микропроцессорные устройства
- •Часть 3
- •220301– Автоматизация технологических процессов и производств
- •Содержание
- •Предисловие
- •Лабораторная работа №1 «Освоение среды разработки vmlab 3.12»
- •1.2 Теоретическое введение
- •1.2.1 Общие сведения
- •1.2.2 Среда разработки vmlab
- •1.2.3 Описание пользовательского интерфейса
- •1.2.4 Команды меню
- •Save All − сохранить все файлы Save As − сохранить файл текущего окна под новым именем
- •1.2.5 Доступные окна
- •1.2.6 Аппаратные компоненты
- •1.2.7 Формат программы на ассемблере
- •1.3 Порядок выполнения лабораторной работы
- •1.3.1 Создание нового проекта
- •1.3.2 Редактирование файла ассемблера
- •1.3.3 Ассемблирование и выполнение программы
- •1.4 Задание на лабораторную работу
- •1.5 Контрольные вопросы
- •1.6 Содержание отчета по лабораторной работе
- •Лабораторная работа №2 «Изучение микроконтроллера aTmega128 и основы программирования»
- •2.2.1 Общие сведения о микроконтроллере aTmega128
- •Регистры ввода/вывода (рвв)
- •Организация памяти
- •Внешние прерывания
- •2.2.9 Директивы транслятора ассемблера
- •2.2.10 Выражения
- •2.2.11 Операнды
- •2.2.12 Функции
- •2.2.13 Операции
- •2.3 Порядок выполнения лабораторной работы
- •2.4 Задание на лабораторную работу
- •Задание для индивидуальной работы
- •2.5 Контрольные вопросы
- •2.6 Содержание отчета по лабораторной работе
- •3.2.2 Адресация в микроконтроллере
- •3.2.3 Команды пересылки данных
- •Mov Rd,Rr(пересылка между рон) – копирует содержимое регистра Rrв регистр Rd. Регистр-источник Rrне изменяется.
- •3.2.4 Команды передачи управления
- •3.3 Порядок выполнения лабораторной работы
- •3.4 Задание на лабораторную работу
- •3.5 Контрольные вопросы
- •3.6 Содержание отчета по лабораторной работе
- •Лабораторная работа №4 «Выполнение арифметических операций»
- •4.2 Теоретическое введение
- •4.3 Порядок выполнения лабораторной работы
- •4.4 Задание на лабораторную работу
- •4.5 Контрольные вопросы
- •4.6 Содержание отчета по лабораторной работе
- •Лабораторная работа №5 «Изучение логических операций»
- •5.2 Теоретическое введение
- •Управление энергопотреблением и режимы сна.
- •5.3 Порядок выполнения лабораторной работы
- •5.4 Задания на лабораторную работу
- •5.5 Контрольные вопросы
- •5.6 Содержание отчета по лабораторной работе
- •Лабораторная работа №6 «Изучение портов ввода/вывода и их программирование»
- •6.2 Теоретическое введение
- •6.2.1 Общие сведения
- •6.2.2 Порты в качестве универсального цифрового ввода-вывода
- •6.2.3 Настройка выводов
- •6.2.4 Неподключенные выводы
- •6.2.5 Альтернативные функции порта
- •6.2.5.1 Альтернативные функции порта a
- •6.2.5.2 Альтернативные функции порта в
- •6.2.5.3 Альтернативные функции порта c
- •6.2.5.4 Альтернативные функции порта d.
- •6.2.5.5 Альтернативные функции порта e
- •6.2.5.6 Альтернативные функции порта f
- •6.2.5.1 Альтернативные функции порта g
- •6.2.6 Описание регистров портов ввода-вывода
- •6.2.7 Обращение к портам ввода/вывода
- •6.3 Порядок выполнения лабораторной работы на симуляторе
- •6.4 Задание на лабораторную работу
- •Задания для индивидуальной работы
- •Контрольные вопросы
- •6.6 Содержание отчета по лабораторной работе
- •Лабораторная работа №7.
- •7.2.1 Общие сведения о Память
- •7.2.2 Статическое озу памяти данных
- •7.2.3 Организация памяти
- •7.2.4 Запоминающее устройство sram
- •7.2.5 Временная диаграмма доступа к памяти
- •7.3 Память данных на эсппзу
- •7.3.1 Чтение и запись эсппзу
- •7.3.2 Адресные регистры эсппзу
- •Порядок выполнения
- •7.4 Память ввода-вывода
- •Порядок выполнения
- •Порядок выполнения
- •7.5 Задание на лабораторную работу
- •Задание для индивидуальной работы
- •7.6 Контрольные вопросы
- •7.7 Содержание отчета по лабораторной работе
- •Генерация тактовых импульсов
- •Инициализация усапп
- •8.2.2 Передача данных - Передатчик усапп
- •8.2.3 Прием данных - Приемник усапп
- •Асинхронный прием данных
- •8.2.4 Многопроцессорный режим связи
- •8.2.5 Описание регистров усапп
- •8.2.6 Последовательный периферийный интерфейс - spi
- •8.2.7 Функционирование вывода ss
- •8.2.8 Связь двух мк
- •8.3 Задание на лабораторную работу
- •Задание для индивидуальной работы
- •8.6 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №9 «Изучение принципа работы таймеров/счетчиков микроконтроллера»
- •9.2 Теоретическое введение
- •9.2.1 Общие сведения о таймерах/счетчиках
- •9.2.2 Назначение выводов таймеров/счетчиков
- •9.2.5 Выбор источника тактового сигнала
- •9.2.6 Режим таймера
- •9.2.7 Функция захвата (Capture)
- •9.2.8 Функция сравнения (Compare)
- •9.2.9 Режим шим
- •9.2.10 Сторожевой таймер
- •9.2.11 Общие сведения о работе клавиатуры
- •9.2.12 Ввод кода нажатой клавиши
- •9.2.13 Сканирование и идентификация
- •Листинг проектного файла №9
- •На эмуляторе
- •9.4 Задание на лабораторную работу
- •Задания для индивидуальной работы
- •9.5 Контрольные вопросы
- •10.2.2 Функционирование модуля ацп
- •10.2.3 Принцип действия
- •10.2.4 Каналы дифференциального усиления
- •10.2.5 Изменение канала или выбор опорного источника
- •10.2.6 Входные каналы ацп
- •10.2.7 Источник опорного напряжения ацп
- •10.2.8 Повышение точности преобразования
- •10.2.9 Методы компенсации смещения
- •10.2.10 Описание получения результата преобразования
- •10.2.5 Параметры ацп
- •10.2 Порядок выполнения работы на симуляторе
- •На эмуляторе
- •10.3 Задание на лабораторную работу
- •Задания для индивидуальной работы
- •10.4 Контрольные вопросы
- •Приложение
- •Список литературы
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.