Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Локомотивы»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой

__________А.К. Пляскин

«____»________20___г.

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ СЕМЕЙСТВА PIC

Пояснительная записка к дипломному проекту

ДП 23.05.03.16.152.ПЗ

Хабаровск – 2017

ABSTRACT

For a fairly long time, the microcontrollers of the PIC family have firmly occupied their niche of electronic devices and automation systems and, in the near future, they are not going to take positions. Monitoring and automation systems, control systems, measuring equipment are their direction of use in the present and future.

The constant development of the industry requires the introduction of new developments based on microcontrollers. Therefore, there is a need to teach future specialists the basics of working with microcontroller technology. Learning the basics with the example of PIC controllers will have a positive impact on learning speed and knowledge level due to their simple architecture and wide capabilities.

This complex of laboratory works will help students to take the first steps in the study of PIC controllers. The laboratory works is basis at microcontroller PIC18F452.

After explore this complex of laboratory works, students will have a basic knowledge of the MPLAB IDE software, will know the principles of its operation and its interaction with microcontrollers of the PIC family. He will also make it clear the hardware capabilities of the microcontrollers.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 8

1 КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗРАБОТКИ И ВЫХОДА НА РЫНОК PIC КОНТРОЛЛЕРОВ 9

2 ОБЗОР АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ PIC КОНТРОЛЛЕРОВ 12

2.1 Архитектура PIC контроллеров 12

2.1.1 Гарвардская архитектура 12

2.1.2 Порты ввода/вывода 15

3 ОБЗОР ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЫ КОНТРОЛЛЕРА PIC18F452 18

4 ОБЗОР ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ MPLAB IDE 31

4.1 Что такое MPLAB IDE 31

4.2 Средства разработки MPLAB IDE 32

4.3 План создания проекта в среде MPLAB IDE 34

4.3.1 Установка MPLAB IDE 34

4.3.2 Создание проекта в MPLAB IDE 35

4.3.4 Написание кода в среде MPLAB IDE 44

4.3.5 Прошивка проекта в микроконтроллер 50

5 СОЗДАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 55

5.1 Обзор программного комплекса Sprint-Layout 55

5.2 Обзор модулей для выполнения лабораторных работ 57

5.2.1 Общие сведения 57

5.2.2 Базовая плата с микроконтроллером PIC18F452 60

5.2.3 Блок восьми светодиодов 63

5.2.4 Блок тактовых кнопок 65

5.2.5 LCD знакосинтезирующий дисплей 67

5.2.6 Трехвыводной потенциометр 70

5.2.7 Одноразрядный семисегментный индикатор 72

5.2.8 Четырехразрядный семисегментный индикатор 74

5.2.9 Копия прогамматора PICkit 2 78

5.2 Перечень выполняемых лабораторны работ 83

5.3.1 Лабораторная работа №1 83

5.3.2 Лабораторная работа №2 85

5.3.3 Лабораторная работа №3 87

5.2.4 Лабораторная работа №4 90

5.2.5 Лабораторная работа №5 92

5.2.6 Лабораторная работа №6 95

5.2.7 Лабораторная работа №7 98

6 ЗАТРАТЫ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ОБСЛУЖИВАНИЕ СТЕНДА 100

6.1 Общая характеристика экономического эффекта и эффективности 100

6.2 Расчет расходов на проектирование и эксплуатацию модулей лабораторного стенда 101

6.2.1 Расчет расходов на заработную плату рабочих 101

6.2.2 Расчет материальных и материально-технических затрат на изготовление модулей стенда 107

6.2.3 Расчет расхода потребляемой электроэнергии 112

6.2.4 Полный перечень расходов на изготовление и обслуживание лабораторного комплекса 118

6.2.5 Расчет амортизации проекта за один час 118

7 ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА ПРИ РАБОТЕ И ОБСЛУЖИВАНИИ СТЕНДА 120

7.1 Общие сведение о безопасности жизнедеятельности 120

7.2 Основы безопасности при работе с электрооборудованием 122

7.3 Анализ условий поражения в электроустановках 123

7.4 Классификация электроустановок и помещений 125

7.5 Организационные и технические мероприятия по обеспечению электробезопасности при работе со стендом 127

7.6 Освобождение человека от действия электрического тока 129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 131

Список использованных источников 132

Приложение А 134

Приложение Б 135

Приложение В 136

Приложение Г 138

Приложение Д 140

Приложение Е 144

Приложение Ж 146

Уменьшенные копии демонстрационных листов 149

ВВЕДЕНИЕ

С начала 90-х годов прошлого века и до настощего времени 8-ми битные микроконтроллеры (МК) не уходят с рынка электронных устройств. Более того они получают все большее распространение в автоматических системах управления различными техническими объектами. В связи с этим возникает задача по обучению студентов практическим вопросам программирования микроконтроллеров, построению устройств на их основе и самостоятельной разработки законченных проектов.

В данной дипломной работе рассмотрены архитектура, аппаратные и программные средства микроконтроллеров фирмы Microchip семейства PIC, на примере микроконтроллера Microchip PIC18F452.

Анализ методики программирования работы различных устройств в интегрированной среде разработки MPLAB IDE позволяет объединить теоретические понятия и практические рекомендации в процессе обучения разработке микроконтроллерных систем управления.

Также в дипломной работе рассматривается аппаратная реализация семи лабораторных работ на основе методических указаний по выполнению лабораторных работ в среде MPLAB IDE, написанных А.В. Духовниковым [1]. В комплекс лабораторных работ входят типовые задачи, возникающие перед разработчиком микроконтроллерных систем: управление блоком светодиодных индикаторов, обработка команд по нажатию тактовых кнопок, задание интервалов времени и настройка прерываний, вывод информации на знакосинтезирующие и семисегментные цифровые индикаторы, а также чтение и обработка аналоговых сигналов при использовании аналого-цифрового преобразования.

В работе приведены справочные данные о системе команд микроконтроллера PIC18F452, таблица прерываний и устройства таймера/счетчика.

Данный комплекс лабораторных работ позволяет получить базовые знания о программном обеспечении MPLAB IDE, основных принципах его работы и взаимодействии с микроконтроллерами семейства PIC, а также даст понимание аппаратных возможностей микроконтроллеров.

1 Краткая история разработки и выхода на рынок PIC контроллеров

Microchip is the Embedded Control Solutions Company, что в переводе означает – «компания по внедрению технологий управления». Компания Microchip Technology Inc. специализируется на выпуске электронных компонентов для построения систем контроля и управления. Основные виды выпускаемой продукции:

• восьми разрядные универсальные микроконтроллеры (mcu);

• впециализированные микросхемы энергонезависимой памяти;

• устройства ограничения доступа (keeloq);

• программное обеспечение и инструментальные средства проектирования.

Ранее в традиционных 8-ми разрядных микроконтроллерах применялась массочная технология памяти ROM (Read Only Memory). Данная технология подразумевала занесение кода в кристалл на этапе изготовления контроллера, то есть еще до его корпусировки. Однако, такая технология не позволяет записать или изменить информацию в памяти контроллера, заносимого на этапе производства МК, так как доступ к ней физически отсутствует [2].

В 2010 году компания Microchip занимала лидерующие позиции в производстве однократно программируемых по внешнему интерфейсу OTP (Open Telecom Platform, технология открытой телеметрии) микроконтроллеров, которые в свою очередь имели более низкую стоимость и больший срок эксплуатации по сравнению с ROM версиями. В последствии технология памяти ROM была заменена на перезаписываемую память EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory, стираемая перепрограммируемая память ) технологию для организации памяти программ в микроконтроллерах PIC.

Microchip минимизировала разницу в стоимости между микросхемами выполненными по EPROM и ROM технологиями, что естественно положительно сказалось на доле их использования в условиях современных рыночных отношений. Завоевание доли рынка 8-ми разрядных MCU (Micro Controller Unit) компания Microchip завершила разработкой микроконтроллеров PIC, способных удовлетворить требования разработчиков для большинства приложений.

Архитектура микроконтроллеров PIC является одной из трех наиболее распространенных архитектур, доступных на сегодняшний день на мировом рынке электронных компонентов. Широкому распространению использования PIC способствовало предвидение компанией Microchip выгоды от применения не дорогостоящего решения OTP.

К основным преимуществам применения микроконтроллеров PIC можно отнести:

• малое время проектирования устройства;

• возможность изменение кода программы на этапе выпуска изделий;

• низкую стоимость изменение программы (не требуется изменять маску);

• возможность последовательно присвоения номера изделиям;

• возможность сохранения калибровочной информации без дополнительных аппаратных решений;

• уменьшение потерь при создании проектов, т.к. одна и та же микросхема может использоваться при проектировании и в готовом устройстве.

Восьми разрядные микроконтроллеры PIC имеют наилучшее соотношение цена/качество, позволяя их использовать в традиционных 8-ми разрядных приложениях и в некоторых 4-х разрядных приложениях (базовое семейство). МК позволяют заменить специализированные логические элементы, DSP (Digital Signal Processor, Цифровой Сигнальный Процессор) приложения (высококачественное семейство). Эти особенности, совместно с ценовой эффективностью, делают микроконтроллеры PIC привлекательными для использования в большом количестве приложений [3].

Некоторое время спустя спектр выпускаемых микроконтроллеров был значительно расширен несколькими моделями с FLASH-памятью (память на основе полевого транзистора с плавающим затвором), используемой для записи программ, хотя по-прежнему делался упор на однократно программируемые модели. Осенью 2001 года компания представила свою новую технологию производства кристаллов FLASH-микроконтроллеров – PEEC(PMOS Electrically Erasable Cell, Электрическая стираемая ячейка на основе p-канального полевого транзистора с изолированным затвором), сообщив при этом, что отныне все новые модели будут разрабатываться на их основе. Первыми были выпущены модели PIC16F73 и PIC18F452. Кроме того, в течение 2002 года выпущено целое семейсво FLASH-микроконтроллеров на любой вкус – от дешевых PIC12F629/675 в 8-ми выводном корпусе до многофункциональных PIC18F8720, который представлял из себя 80-ти выводного гиганта. Прежде чем подробнее рассмотреть новые модели, остановимся на достоинствах технологии PEEC. Применение новейшей архитектуры построения памяти FLASH с использованием технологии PEEC позволяет получить отличные характеристики – низкую цену при высокой надежности и малым временем записи ячейки. Программирование микроконтроллеров, выпускаемых по этой технологии, оптимизировано так, что массив данных размером в 1 Мбит (128 Кбайт) может быть стерт и запрограммирован менее чем за 2 секунды. Отдельное слово в памяти программ может быть стерто и вновь запрограммировано менее чем за 3 миллисекунды. Число гарантированных циклов стирания/записи данных в EEPROM-памяти (Electricaly Erasable Programmable Read Only Memory, Электрически стираемая перепрограммируемая память) составляет более одного миллиона циклов, а FLASH-памяти программ – более ста тысяч циклов. При этом длительность хранения данных в EEPROM и FLASH-памяти составляет более 40 лет. Это позволяет хранить огромное число данных непосредственно в энергонезависимой FLASH-памяти и оперативно работать с ними, используя команды чтения/записи. Применение технологии PEEC существенно улучшило частотные показатели микроконтроллеров, что позволило отказаться от выбраковки изделий по максимальной тактовой частоте. Поэтому на маркировке новых микроконтроллеров не указана тактовая частота, т.к. подразумевается, что она максимальна для данного семейства [4].

2 Обзор аппаратного обеспечения PIC контроллеров

2.1 Архитектура PIC контроллеров

Микроконтроллеры PIC построены на базе архитектуры RISC (Reduced Instruction Cet Computer). Это предполагает, что все инструкции имеют одну длину и выбираются за один машинный цикл. Набор инструкций этих микроконтроллеров широкий, тщательно подобранный специально для задач управления.

Особенности гарвардской архитектуры позволили добиться очень высокого быстродействия и получить очень компактный код. Все команды микроконтроллера, за исключением команд перехода, выполняются за один машинный цикл, который составляет 4 периода тактового генератора. Так, например, на тактовой частоте 20 МГц производительность микроконтроллеров достигает 5 MIPS (пять миллионов машинных операций за одну секунду при тактовой частоте в 20 Мгц).

2.1.1 Гарвардская архитектура

Основное отличие гарвардской архитектуры от предыдущих заключается в разделении памяти программ и памяти данных. Обращение к памяти происходит по отдельным шинам адреса и данных, что значительно повышает производительность процессора по сравнению с традиционной архитектурой. В микроконтроллерах с традиционной архитектурой ядра команды и данные запрашиваются по одной и той же шине. Чтобы выполнить выборку команды необходимо сделать несколько запросов по 8-ми разрядной или кратной 8-ми разрядам шине. Затем, если необходимо, запросить данные, выполнить команду и сохранить результат. Как может быть замечено шина с традиционной архитектурой ядра значительно загружена.

В микроконтроллерах с гарвардской архитектурой ядра выборка команды происходит за один цикл так как все команды 14-ти разрядные. При обращении к памяти программ можно выполнить запись или чтение данных, т.к. память данных подключена к ядру микроконтроллера по отдельной шине. Раздельные шины доступа к памяти программ и к памяти данных позволяют исполнять текущую команду и производить выборку следующей команды, организуя конвейерную обработку команд. Сравнение гарвардской и традиционной архитектуры показано на рисунке 2.1.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР