Министерство ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский Государственный Университет

Физический факультет

№______________________ кафедральной регистрации

“К ЗАЩИТЕ ДОПУЩЕНА” Зав. кафедрой физики полупроводников и микроэлектроники проф. __________ Петров Б.К. “____”__________2002 г.

УДК.681.3 КОРОБКОВ Георгий Николаевич

Разработка программной и аппаратной поддержки к методическим указаниям «программирование микроконтроллеров»

Магистерская диссертация по направлению «Физика»

Научный руководитель

доц. ___________ Клюкин В.И.

ВОРОНЕЖ 2002

Реферат

УДК. 681.3 КОРОБКОВ Георгий Николаевич

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОЙ И АППАРАТНОЙ ПОДДЕРЖКИ К МЕТОДИЧЕСКИМ УКАЗАНИЯМ «ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ». – Магистерская диссертация по направлению «Физика», Воронеж, ВГУ, 2002. – 93 с., илл. 45, табл. 4, прилож. 5, библ. 21 назв.

В настоящее время микроконтроллеры принимают все большее распространение. Однако информации по вопросам обучения программированию микроконтроллеров в соединении с внешними исполнительными бывает не достаточно.

В работе рассмотрены архитектура, аппаратные и программные средства распространенных и недорогих микроконтроллеров фирмы ATMEL серии AVR типа AT90S1200, AT90S2313, AT90S4414 и AT90S8515. Анализ методики программирования в интегрированной среде разработке позволил объединить практические рекомендации с некоторыми особенностями обучения программирования микроконтроллеров. На основании этого предложен алгоритм обучения.

Предложен макет программатора, который позволяет, как программировать, так и обучать этому процессу. Приведен набор типовых задач которые могут быть реализованы на вспомогательных платах внешних устройств, подключаемых к программатору через соответствующие порты.

Так же приведены решения четырех типовых задач по работе с памятью, индикацией, устройство «кодовый замок» и устройство измерителя частоты звукового диапазона. В приложениях приведены тексты программ и справочные данные на рассмотренные AVR микроконтроллеры.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРЫ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ 7

1.1. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ И ИХ АРХИТЕКТУРА 7

Система команд. 9

Типы памяти МК. 9

1.2. Аппаратные средства 11

1.2.1. Запуск микроконтроллера 11

Сброс в начальное состояние. 11

1.2.2. Тактирование и командные циклы 11

1.2.3. Программный счетчик и АЛУ 12

1.2.4. Подпрограммы и функции 14

Прерывания. 15

Таймеры. 17

1.2.5. Ввод/вывод данных 18

Аналоговый компаратор. 19

Программирование устройств. 20

Безопасность памяти программ. 21

1.3. Инструментальные и программные средства разработки и отладки 21

Симуляторы 22

Интегрированные среды разработки 24

Язык Ассемблера. 26

Языки программирования высокого уровня. 26

1.4. Основные типы интерфейсов МК. 28

1.4.1. Подключение переключателей и подавление «звона» контактов. 28

1.4.2. Световая индикация. 29

Семи сегментный индикатор. 29

1.4.3. Ввод с матричной клавиатуры. 31

2. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ ФИРМЫ ATMEL СЕМЕЙСТВА AVR 33

2.1. Архитектура микропроцессорного ядра AVR-микроконтроллеров 33

Программная модель AVR и система команд. 35

Адресация регистров ввода/вывода и памяти SRAM. 36

Программный счетчик и стек 38

Регистр состояния. 40

Прерывания. 41

2.2. Аппаратные средства AVR. 42

Системный тактовый генератор. 42

Таймеры. 42

Сторожевой таймер. 44

Устройство внешнего вывода. 44

Аналоговый ввод/вывод. 45

Конфигурирование МК 46

Память данных EEPROM. 47

Подключение питания и запуск. 48

Программирование в системе. 49

2.3. Система команд микроконтроллера AVR 51

Способы адресации данных 51

Команды пересылки данных. 54

Команды арифметических и логических операций. 55

Команды ветвления 56

Битовые команды и команды тестирования битов. 57

3. ПРОГРАММНОЕ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПРОГРАММИРОВАНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ 58

3.1. Написание и отладка программного кода с помощью AVR Studio 58

3.1.1. Обзор AVR Studio 59

3.1.2. Создание нового проекта 62

3.1.3. Исполнение программного кода 66

3.2. Анализ методики реализации разработки программного обеспечения 74

3.2.1. Классификация вариантов заданий 74

Варианты заданий 75

Основные принципы выполнения заданий. 78

3.2.2. Рассмотрение типовых примеров 79

3.3. Описание макета программатора. 84

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 89

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Инструкции процессоров AVR. 91

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Таблица регистров микроконтроллера AT90S1200 96

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Программа для измерителя звуковой частоты 97

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Программа для устройства «кодовый замок» 100

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Основные характеристики микроконтроллеров AVR 104