Хартов В.Я. Микроконтроллеры AVR. Практикум для начинающих (2007)

УДК 621.396!075.8) ББК 32.81 Х201 ОГЛАВЛЕНИЕ 4 7 8 32 37 43 49 50 53 59 59 60 62 63 69 73 82 107 108 1!О 118 !8ВЪ1 978-5-7038-3051-2 123 132 137 137 152 163 191 191 203 213 213 215 221 221 227 231 239 УДК 621.3961075.8) ББК 32.81 ьЗ Хартов В.Я., 2007 сз Оформление. Издательство МГТУ нм. Н.Э. Баумана, 2007 18В)з 978-5-7038-3051-2 Рецензенты; проф„зам. зав.

кафедрой «Вычислительная техника» МИРЭА Е.Л. Иванов; зам. ген. директора ЗАО «РБК софт» холдинга «Росбнзнесконсадтннг» С.И Коновалов; доц. МГТУ нм. Н,Э. Баумана В. М Недашковский Хлртов В.Я. Х201 Микроконтроллеры АЧИ. Практикум для начинающих.— Мл Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. — 240 сл нл. Практикум содержит материалы для изучения микроконтроллеров АЧи с архитектурой К!БС.

Рассмотрены необходимые инструментальные средства — интегрированный пакет для разработки и отладки программ АЧВ Бшйо 4, стартовый набор разработчика БТК500, Предложен комплект программ для изучения функциональных возможностей микроконтроллеров (27 учебных проектов). Тематика охватывает практически все аспекты архитектуры микроконтроллеров: работу портов, таймеров, арифметическую обработку данных, организацию ввода~вывода по параллельным и последовательным (1)АкТ, БР! н 12С) каналам связи, устройств обработки аналоговых сигналов, системы прерывания.

Базовые программы могут быть использованы в качестве основы для обучения и самостоятельного программирования на языке Ассемблер АЧВ в курсовом и дипломном проектировании. Материалы книги автор использует в учебном процессе в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для студентов высших и средних специальных учебных заведений, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника». Предисловие 1. Инструментальные средства практикума ....................... 1.1. Микроконтроллеры АТх8515... 1.2. Интегрированная отладочная среда АЧВ 81яйо 4 ......,............. 1.3.

Стартовый набор ЯТК500 фирмы АТМЕС ............................,..., 1.4. Интерфейс ЬТК500 в АЧй Бшйо 4 и программирование микроконтроллера. 2. Программирование портов ввода/вывода...................................... 2.1. Взаимодействие микроконтроллера с кнопками и светодиодами., 2.2. Обработка внешних прерываний........................,...,.............,.„... 3. Арифметическая обработка данных.....,.........„„„„, „„„„, „„„„„, 3,1. Представление чисел в микроконтроллерах ........... 3.2. Сложение и вычитание чисел в дополнительном коде 3.3.

Умножение чисед без знака.. 3.4. Деление целых чисел . 3.5. Сложение и вычитание двоично-десятичных чисел .................. 3.6. Программирование арифметических операций...................... 3.7. Операции над числами с плавающей точкой 4. Таймеры микроконтроллеров АТх8515.................. 4.1. Таймер!счетчик ТО микроконтроллера АТ9088515 4.2. Таймер/счетчик Т! микроконтроллеров АТх8515 4.3. Программирование таймера ТО ................,............ 4.4. Программирование функций сравнения, захвата и ШИМ таймера Т1 4.5. Сторожевой таймер. 5. Обмен данными по последовательному интерфейсу....................

5.1. Последовательный обмен данными по каналу 1)АкТ ............,. 5,2. Работа последовательного канала ЯР! ................................. 5.3. Обмен данными по интерфейсу 12С(Т%!) . 6. Организация ввода/выводя данных по паралледьному интерфейсу.. 6.1. Взаимодействие с клавиатурой и ЖК-дисплеем ...........,.........,. 6.2. Организация асинхронного параллельного обмена данными с квитированием...

7. Устройства для обработки аналоговых сигналов......................... 7.1. Аналого-цифровой преобразователь ......... 7.2, Аналоговый компаратор... 8. Программирование и отладка программ на языке Си ................ 8.1, Среда СобеЧ)а!оп АЧК 8.2. Отладка в АЧй Мийо .. Приложения... Список литературки ПРЕДИСЛОВИЕ Появление новых семейств микроконтроллеров с К18С-архитектурой (Кебцсес$1цмпзсг)оп дег Сошрцгег), выполненных с Р)ааЬ- памятью для программ, не могло не привлечь внимания специалистов, занятых разработкой компьютерных систем управления. Высокие технические и конструктивные характеристики, низкая цена и невысокая потребляемая мощность способствовали их признанию; они быстро завоевали популярность, потеснив на мировом рынке широко известное семейство МСЯ-51 и ему подобные. Сказанное относится прежде всего к микроконтроллерам общего назначения семейств Р)сМ1сго, АЧК Ацпе1 и др. Но если первые имеют сравнительно небольшой набор операций (до 35), то вторые с системой команд, насчитывающей до 120 и более, практически ни в чем не уступают микроконтроллерам с С18С-архитектурой (Сошр!ех 1пзггцсйоп Бег Сошршег).

Эти микроконтроллеры имеют более развитую систему адресации данных, что чрезвычайно важно при создании эффективного программного обеспечения. Наряду с новыми технологическими решениями разработчики компьютерных управляющих систем получили в свое распоряжение удобный аппарат в виде интегрированных систем проектирования и отладки программ (1пгедгагед Рече!оршепг Епцзгоппзепг, П)Е) и стартовых наборов (Бгаггег Кй, БТК), которые при совместном использовании являются неоценимым инструментом, ускоряющим процесс разработки и повышающим его эффективность.

Вместе с тем обучающий процесс в высших и средних специальных технических заведениях зачастую опирается на старые технологические решения и программное обеспечение, работающее в среде 008. Предлагае-' мый практикум является попыткой преодоления разрыва между современным состоянием микроконтроллерной техники и образовательными инструментами в этой области. Излагаемый материал базируется на трех «китах». Во-первых„это архитектура 8-разрядных микроконтроллеров АЧК, относящихся к средним по своим функциональным характе- ристикам семействам микроконтроллеров общего применения (например, АТ9088515 семейства С!ааа1с или его аналога АТшеда8515 семейства Меда).

Знание архитектуры этих микроконтроллеров позволит быстро освоить иные модели микроконтроллеров этих семейств, а также микроконтроллеры других' фирм-изготовителей. Во-вторых, использование интегрированной среды проектирования АЧК Ягцсйо 4, свободно распространяемой в сети 1пгегпег, дает возможность не только разрабатывать, но и отлаживать создаваемое программное обеспечение с помощью встроенного симулятора.

Наконец, подключив к АЧК Яшйо 4 стартовый набор разработчика 8ТК500, можно проверить созданную программу непосредственно в целевом микроконтроллере, а подключив через разъем расширения дополнительные устройства, — и в составе системы. Попутно отметим сравнительно невысокую стоимость БТК500, что немаловажно для учебных заведений.

В лаборатории микропроцессорных систем кафедры «Компьютерные системы и сети» МГТУ им. Н.Э. Баумана под руководством доктора технических наук, профессора В.В. Сюзева был разработан учебный комплекс лабораторных работ, послуживший основой данного учебного пособия. Комплекс содержит ряд учебных проектов, предназначенных для изучения студентами основ микроконтроллсрной техники.

Пособие построено следующим образом. Вначале дается краткое описание основных компонентов обучающего комплекса: микроконтроллеров АЧК, отладочной среды АЧК дшйо 4 и стартового набора БТК500. Освоение архитектуры микроконтроллеров начинается с изучения приводимых в пособии проектов и программ (всего 27), знакомящих с функциями портовой системы микроконтроллера, возможностями арифметической обработки данных, разнообразными функциями таймеров, организацией ввода/вывода по параллельным и последовательным каналам связи, с устройствами обработки аналоговых сигналов. Помимо текстов на сайте ц"в ю.Ьпмц.гц/-1цб/ можно найти файлы программ, готовые для загрузки в АЧК Ягцйо 4.

Освоение системы команд и архитектуры микроконтроллеров АЧК идет постепенно — сначала модернизация предложенных программ (изменение или добавление каких-либо функций исследуемого функционального узла), в дальнейшем самостоятельное программирование, Такой подход показал, что в условиях временных ограничений на лабораторные Предисловие занятия удается совместить самостоятельную подготовку с эффективной работой в лаборатории без больших потерь времени, которые неизбежно возникают при отладке программного обеспечения. Вместе с тем самостоятельное изучение предложенных программ способствует усвоению приемов программирования микроконтроллеров на языке АЧК Ассемблер.

Автор далек от мысли, что предложенные в пособии и протестированные во время учебных занятий программы являются оптимальными. В ряде случаев программы на Ассемблере, например для исследования таймеров, выглядят громоздкими, хотя, линейные по структуре, они достаточно просты. Данное обстоятельство привело к необходимости включения в пособие раздела, посвященного технологии работы над проектом, использующим программы, написанные на языке Си, и компилятор Сог1е Ч)яоп С Сошр)1ег фирмы-производителя НР !пГо ТесЬ. В процессе рабаты автор был вынужден обратиться помимо основных интегрированных систем проектирования к другим, в частности к программе 1818 из пакета Ргосецз 6 РгоГеззюпа1 фирмы ЕаЬсепсег Е!есггоп)с, что позволило провести совместную симуляцию программ в проектах, содержащих более одного микроконтроллера, вместе с виртуальными периферийными устройствами, для которых есть функциональные логические модели. Эти возможности обсуждаются в разд.

5.2, посвященном исследованию интерфейса ЯР1. Все разделы пособия с проектами содержат альтернативные задания разной сложности для самостоятельного программирования, которые могут быть реализованы на основе полученных знаний, а также контрольные вопросы. Автор надеется, что их выполнение будет способствовать развитию творческих способностей студентов при проектировании сложных систем управления. Внимательный читатель, возможно, найдет в пособии и приводимых программах недостатки или более рациональные пути решения. Все вопросы, замечания и предложения можно посылать автору по е-ша)1: )йаг1ои®Ьшзгц.гц. 1.