Описание

Стенд предназначен для проведения лабораторно-практических работ для студентов высших, средних специальных и профессионально-технических учебных заведений с целью получения опыта и навыков программирования основных на данный момент времени микроконтроллеров.

В стенде рассмотрены 4 наиболее распространённых типов микроконтроллеров, каждый из которых обладает своими достоинствами и областью применения:

• PIC16F877 (Microchip)
• ADuC812 (Analog Devices)
• STM32F100 (ST)
• AT91SAM7S256 (Atmel)

Не обязательно заказывать все блоки микроконтроллеров. Вы можете заказать любой из них с целью изучения данного типа микроконтроллера.

Комплектации поставки стенда

Базовая комплектация:

1. Встроенный ПК (1 шт.)
2. Блок «Модуль периферийных устройств» (2 шт.)
3. Блок «Микроконтроллер PIC16F877A» (1 шт.)
4. Блок «Микроконтроллер AT91SAM7S256» (1 шт.)
5. Блок «Микроконтроллер STM32F100» (1 шт.)
6. Блок «Микроконтроллер ADuC812» (1 шт.)
7. Соединительные, приборные провода (20 шт.)
8. Учебно-методическое пособие (электронный вариант)
9. Программное обеспечение.

Состав стенда

Стенд выполнен в виде моноблока, состоящего из набора блоков. На лицевой панели модулей выведены основные узлы и органы управления. Выводы на лицевой панели имеют защиту от некорректной коммутации, что позволяет защитить порты микросхем от работы в нештатных режимах и последующего выхода из строя.

 Модули периферийных устройств

Поскольку микроконтроллеры рассматривать в отрыве от реальных устройств управления неуместно, в состав стенда входят модули периферийных устройств, на которых смонтированы типовые устройства, подключаемые к микроконтроллерам: жидкокристаллический дисплей, семисегментный индикатор, светодиоды, кнопки, матричная клавиатура, микросхемы часов реального времени, энергонезависимая память и другие. При выполнении лабораторных работ преследуется цель не просто изучить работу конкретного типа микроконтроллеров, а создать макет законченного устройства, к примеру, термометра или часов. Это на порядок увеличивает полезность стенда в учебном процессе.

Модули содержат в себе следующие устройства:

1. Жидкокристаллический четырехстрочный цифробуквенный дисплей.
2. Семисегментный четырехразрядный индикатор.
3. Пьезоизлучатель.
4. Модуль связи с компьютером (виртуальный COM-порт).
5. 4 кнопочных выключателя.
6. 4 светодиода.
7. 2 потенциометра для генерации аналогового напряжения.
8. Цифровой вольтметр.
9. Матричная клавиатура.
10. Фильтры низких частот с различными параметрами.
11. Часы реального времени.
12. EEPROM-память объемом 64 кБит.
13. Микросхема Data Flash AT45DB161 (Flash c объемом 16 Мбит) с интерфейсом SPI.
14. Микросхема DS18B20 с интерфейсом 1-wire.

Блок «Микроконтроллер PIC16F877A»

Блок содержит в себе микроконтроллер PIC16F877A (далее целевой микроконтроллер) фирмы Microchip. Также модуль включает в себя внутрисхемный отладчик/программатор ICD2, который позволяет программировать и отлаживать целевой микроконтроллер с помощью специального ПО (программная среда MPLAB IDE 8 корпорации Microchip или аналогичная). Блок соединяется с ПК при помощи интерфейса USB и содержит кнопку сброса целевого микроконтроллера и светодиоды состояния отладчика.

Характеристики микроконтроллера:

• Высокопроизводительный RISC-процессор;
• Тактовая частота до 20 МГц;
• FLASH память программ до 8K x 14 слов
• Память данных (ОЗУ) до 368 x 8 байт
• ЭСППЗУ память данных до 256 x 8 байт
• Механизм прерываний (до 14 внутренних/внешних источников прерываний)
• Восьмиуровневый аппаратный стек
• 5 раздельных портов ввода-вывода с настраиваемыми линиями.

Блок «Микроконтроллер ADuC812»

Блок содержит микроконтроллер ADuC812 фирмы Analog Devices. В блоке выполнена вся необходимая аналоговая обвязка, все входные и выходные аналоговые порты защищены буферными операционными усилителями Rail-To-Rail. На лицевой панели выведена кнопка PSEN, предназначенная для входа в режим программирования микроконтроллера. Загрузка программы осуществляется через виртуальный СОМ-порт. Для программирования используется среда KEIL uVision C51 или аналогичная, допускающая программирования микроконтроллеров с ядром MCS-51.

Характеристики микроконтроллера:

• Совместимость с 8051/8052;
• Тактовая частота до 12МГц;
• Встроенный 8-ми канальный 12-ти разрядный АЦП с быстродействием 200Квыб/c;
• Встроенный источник опорного напряжения Uоп=2,5В;
• Два 12-ти разрядных ЦАП с Uвых, время установления 10мкс;
• Флэш-память: 8Кбайт программ, 640байт данных;
• Встроенное ОЗУ: 256байт данных;
• Объём адресуемой внешней памяти: 16 Мбайт;
• DMA режим;
• Порт последовательного ввода/вывода UART2;
• 3х проводной порт совместимый с I2C и SPI.

Блок «Микроконтроллер AT91SAM7S256»

Блок содержит в себе микроконтроллер AT91SAM7S256 и включает в себя внутрисхемный отладчик/программатор, который позволяет программировать и отлаживать целевой микроконтроллер через интерфейс JTAG. Блок соединяется с ПК через интерфейс USB и имеет кнопку сброса целевого микроконтроллера, и светодиоды состояния отладчика. Также на задней панели расположен USB-разъем, соединенный с аппаратным интерфейсом микроконтроллера, что дает возможность изучать интерфейс USB. Программирование может осуществляться в средах Atollic TrueStudio и Eclipse.

Характеристики микроконтроллера:

• Ядро процессора ARM7TDMI® ARM® Thumb®;
• Внутренняя высокоскоростная флэш-память размером 256 кбайт и организацией 1024 страниц по 256 байт в каждой;
• 64 кбайт внутреннего высокоскоростного СОЗУ, однотактный доступ при максимальном быстродействии;
• Контроллер памяти (MC);
• Контроллер сброса (RSTC);
• Контроллер управления энергопотреблением (PMC);
• Усовершенствованный контроллер прерываний (AIC);
• Интервальный таймер (PIT);
• Сторожевой таймер (WDT);
• Таймер реального времени (RTT);
• Один контроллер параллельного ввода/вывода (PIOA);
• 11 канальный контроллер периферийных данных (PDC);
• Один Full Speed контроллер USB 2.0 (12 Мбит/сек), режим устройства;
• Два универсальных синхронно-асинхронных приемопередатчиков (УСАПП);
• Последовательный периферийный интерфейс SPI с режимами ведущий/подчиненный;
• Один трехканальный 16-разр. таймер-счетчик (TC);
• Один четырехканальный 16-разр. ШИМ-контроллер (PWMC);
• Один двухпроводной интерфейс (TWI);

Блок «Микроконтроллер STM32F100»

Блок содержит в себе микроконтроллер STM32F100 и включает в себя внутрисхемный отладчик/программатор, который позволяет программировать и отлаживать целевой микроконтроллер с помощью специального ПО (CoCoox IDE, Atollic TrueStudio) через интерфейс SWD. Блок соединяется с ПК через интерфейс USB. На лицевой панели находится также кнопка сброса целевого микроконтроллера, и светодиоды состояния отладчика.

Характеристики микроконтроллера:

• Максимальная тактовая частота 24 МГц (30 DMIPS);
• Умножение и деление за 1 такт;
• От 4 до 8 Кб ОЗУ;
• От 16 до 128 Кб флэш-памяти;
• Два встроенных и откалиброванных тактовых генератора на 40 КГц и 8 МГц;
• 7-канальный DMA контроллер;
• 16-канальный 12-битный АЦП (1.2 мкс) с датчиком температуры;
• Два 12–битных ЦАП;
• До 80 быстрых портов ввода – вывода;
• До 16 внешних прерываний;
• Два сторожевых таймера (IWDG и WWDG);
• До 10 таймеров общего и расширенного назначений;
• До 2х I2C (SMBus/PMBus);
• До 3х USART (Lin, IrDa, modem control);
• До 2 SPI (2 Мбит/с).

Лабораторные работы

Стенд характеризует также и хорошо продуманная методическая часть. Предполагается использование стенда для проведения лабораторных работ по дисциплинам «Микропроцессорные системы», «Архитектура ЭВМ» и «Встраиваемые системы». Лабораторные работы заключаются в написании программ для различных типов микроконтроллеров (лабораторные работы можно выполнять на языке С, С++, а также ассемблер), их отладке и проверки работы готового устройства. Таким образом, проведение лабораторных работ позволяет не только изучить микроконтроллеры, но и повысить уровень алгоритмического мышления и уровень программирования в целом. Также рассматриваются некоторые распространенные интерфейсы периферийных устройств, такие как 1-wire, I2C и SPI. На модуле микроконтроллера AT91SAM7S256 выведен разъем, позволяющий изучать интерфейс USB. Таким образом, на данном стенде можно провести часть лабораторных работ по дисциплине «Интерфейсы периферийных устройств».

1. Знакомство со стендом, изучение программного и аппаратного обеспечения модуля периферийных устройств.
2. Изучение способов управления портами ввода-вывода. Написание программы «бегущий огонь» на светодиодах, подключение кнопочных переключателей к микроконтроллеру.
3. Матричная клавиатура. Способы опроса, подавление дребезга контактов. Написание программы, считывающей нажатую клавишу и отображающей код клавиши на светодиодах.
4. Динамическая индикация. Режимы работы, способы программной генерации таких режимов. Написание программы-счетчика входных импульсов с отображением на семисегментном индикаторе.
5. ЖКИ-дисплей. Инициализация, работа в различных режимах. Написание программы вывода на дисплей пользовательской информации.
6. ЖКИ-дисплей. Задание пользовательских символов. Написание программы рисования графических изображений на индикаторе при помощи определенных пользователем символов.
7. Изучение универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика (USART). Задание режимов обмена, скорости обмена, прерывания по приему и передаче. Программа, отображающая принятые символы на ЖКИ-индикаторе.
8. Цифро-аналоговое преобразование. Режимы R2R, ШИМ, ШИМ с обратной связью по АЦП. Использование фильтров нижних частот в режиме ШИМ. Написание программы генерации синусоидального сигнала.
9. Генерация звука микроконтроллером. Режимы программной генерации, ШИМ. Режимы работы пьезоизлучателя. Написание программы – музыкальной шкатулки.
10. Интерфейс I2C. Адресация, доступ, режимы обмена. Режимы программной и аппаратной реализации I2C интерфейса. Написание программы, обеспечивающей формирование необходимых интерфейсу последовательностей.
11. Интерфейс I2C. Микросхема часов реального времени DS1307. Режимы работы, установка даты и времени, считывание. Написание программы, считывающей текущее время и выводящей на ЖКИ-дисплей.
12. Интерфейс I2C. Микросхема EEPROM 24LC64. Чтение, запись, адресация блоков. Написание программы – «энергонезависимого хранилища», обеспечивающей прием по UART массива данных, запись этого массива в EEPROM, а по запросу с компьютера выдающей их обратно.
13. Интерфейс SPI. Адресация, режимы обмена, программная и аппаратная реализация. Написание программы, обеспечивающей формирование необходимых интерфейсу последовательностей.
14. Интерфейс Микросхема Data Flash AT45DB161. Режимы работы, стирание, запись, использование внутренних буферов ввода-вывода. Написание программы, хранящей в памяти микросхеме RAW звуковой файл, а при нажатии кнопки воспроизводящей его с использованием ЦАП на основе ШИМ.
15. Интерфейс 1-wire. Адресация, режимы обмена, режимы питания, реализация. Границы временных интервалов, требуемая точность их соблюдения. Написание программы, обеспечивающей формирование необходимых интерфейсу последовательностей.
16. Интерфейс 1-wire. Микросхема температурного датчика DS18B20. Режимы измерения температуры, зависимость точности преобразования от времени преобразования. Написание программы, считывающей текущую температуру и отображающей ее на семисегментных индикаторах.