Методические указания для практических занятий по дисциплине мдк. 02. 01
 Скачать 7.37 Mb.
|
|
Порядок выполнения работы Последовательность действий, которую нужно выполнить: -создание проекта; -создание файла программы; 204 -компиляция; -симуляция. 1.Запустить программу: из меню Пуск->Все программы->AtmelAVR Tools->AVRStudio 4. 2.В появившемся окне выберите New Project или то же самое можно сделать из меню Project/New Project. 3.Укажите имя и расположение проекта на жестком диске, например, как на рис. 2 введено имя My project и указано его расположение D:\AVR\ Project. Нажмите Next. 4. В появившемся окне (рис. 3) выберите AVR Simulator и ATmega8515. Нажмите Finish. Рис. 3. Окно для выбора платформы для отладки и марки МК 5. В открывшемся окне редактора наберите исходный текст программы (комментарии на русском языке можно не набирать): .include "8515def.inc" .def Temp =r16 ; Регистр хранения временных данных .def Delay =r17 ; Переменная 1 для генерации задержки .def Delay2 =r18 ; Переменная 2 для генерации задержки ;***** Инициализация RESET: 205 ser temp out DDRB, temp ; Настройка порта В (PORTB) на вывод ;**** Тестирование ввода/вывода LOOP: out PORTB,temp ; Обновление состояния светодиодов sbis PIND,0x00 ; Если PortD.0 = 0, inc temp ; то уменьшение на 1 двоичного кода, формируемого свечением светодиодов sbis PIND,0x01 ; Если PortD.1 = 0, dec Temp ; то увеличение на 1 двоичного кода, формируемого свечением светодиодов sbis PIND,0x02 ; Если PortD.2 = 0, ror Temp ; то циклический сдвиг состояния светодиодов на 1 вправо sbis PIND,0x03 ; Если PortD.3 = 0, rol Temp ; то циклический сдвиг состояния светодиодов на 1 влево sbis PIND,0x04 ; Если PortD.4 = 0, com Temp ; то инверсия состояния всех светодиодов sbis PIND,0x05 ; Если PortD.5 = 0, neg Temp ; то инверсия состояния и прибавление 1 sbis PIND,0x06 ; Если PortD.6 = 0, swap Temp ; то обмен тетрадами светодиодов ;*** Далее необходима задержка, чтобы сделать проделанные изменения видимыми DLY: dec Delay 8 brne DLY dec Delay2 brne DLY rjmp LOOP ; Повторение цикла заново В практической работе эта программа будет запрограммирована в МК ATMega8515 и будет управлять включением светодиодов на плате STK 500. Так как симуляция проекта выполняется во много раз медленнее, чем выполнение программы реальным МК, на время 206 симуляции отключите задержку, которая записана в последних строчках программы. Для этого поставьте знак точка с запятой «;» в начале четырех строчек программы между строчками DLY иrjmp LOOP. 6.Запустите компиляцию проекта командой Build/Build или клавишей F7. При появлении сообщения об ошибке наведите на него указатель мышки и щелкните левой кнопкой. Строка с ошибкой в тексте программы будет указана синей стрелкой. Если ошибок нет, выполните симуляцию проекта. 7.Запустите отладку из меню Debug/Start Debugging. В окне I/O View раскройте меню I/O ATMEGA8515, а затем PORT B и PORT D (рис. 4). Запустите программу на выполнение из меню Debug/Auto Step или кнопкой на панели инструментов. Строка программы, которая выполняется в текущее время указывается в окне редактора желтой стрелкой (см. рис.4). Имитировать нажатие кнопок можно щелчком кнопки мыши, когда её указатель наведен на соответствующий бит врегистре PIN D. 8.Продемонстрируйте работу в режиме отладки преподавателю. Контрольные вопросы 1.Чем отличается микроконтроллер от микропроцессора? 2.Чем отличается симуляция от эмуляции? Практическая работа №41. Программирование микроконтроллера на языке ассемблера. Цель работы: научиться использовать ЖКИ совместно с микроконтроллером. Краткие теоретические сведения Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) являются одними из основных средств вывода информации для современных цифровых систем. Представляют собой недорогое и удобное решение, позволяющее сэкономить время и ресурсы при разработке новых устройств. Обеспечивают отображение большого объема информации при хорошей различимости и низком энергопотреблении, благодаря чему широко используются в измерительных приборах, медицинском оборудовании, промышленном оборудовании, информационных системах, аппаратуре с автономным питанием. Основу составляет специализированный контроллер, обычно выполненный в виде одной или двух «микросхем-капелек», реже − в виде фирменной SMD-микросхемы. Контроллер синхронизируется внутренним RC- генератором G1, имеющим частоту 250 ±50 кГц, и управляет интерфейсом, а драйвер "зажигает" сегменты. Напряжение подсветки подается через вы- воды А и К на светодиоды, которые освещают ЖК-панель с торца или об- ратной стороны корпуса. Светодиоды включены матрицей и соединены параллельно-последовательно. В связи с этим напряжение подсветки довольно высокое 4,0...4,2 В. 207 Электрический интерфейс ЖКИ состоит из 3-х шин: шины данных (DB0…DB7), шины управления (RS, R/W, E) и шины питания (Vss, Vdd, Vee). Выполняемые функции каждого вывода ЖКИ приведено в таблице 11. В практической работе используется 2-строчный 8-символьный ЖКИ WH0802A-NGA-CT, который подключается к микроконтроллеру ATtiny2313 согласно схеме, представленной на рисунке 5. Для передачи данных используется 4-битная шина DB4-DB7, то есть байт данных будет передаваться в 2 этапа: сначала старший полубайт, затем − младший. Микроконтроллер ATtiny2313 управляет работой WH0802A через си- стему команд. Все команды можно посмотреть в Datasheet ЖКИ. Основ- ные приведены в таблице 12. 208 Для отправки команды ЖКИ необходимо, чтобы на выводах RS и R/W было напряжение низкого уровня. Для отправки данных требуется, чтобы на выводе RS было напряжение высокого уровня, а на выводе R/W – низкого. В обоих случаях разрешение записи осуществляется изменением состояния вывода E с высокого напряжения на низкое. Функция отправки команды в ЖКИ на языке СИ может выглядеть так: Аргументом функции является 8-битная команда cmd, отправка которой происходит по полубайтам. Обязательным условием является передача данных контроллеру ЖКИ с паузами не менее 40 мкс, чтобы контроллер ЖКИ успел выгрузить полубайт и загрузить новый, так как частота работы ATtiny2313 в несколько раз превышает частоту работы контроллера ЖКИ; для этой цели в примере программы используется функция задержки _delay_ms(). Функция отправки символа в ЖКИ на языке СИ может выглядеть так: Как и в предыдущем случае передача байта символа осуществляется по полубайтам. 209 Используя ЖКИ, можно выводить результат вычислений над значениями в регистрах на дисплей. Однако следует помнить, что ЖКИ кодирует символы согласно таблице «ASCII» кода и символу 0 , например, соответствует десятичный код 48, а символу 9 – код 57. Контрольные вопросы 1. Для чего используют жидкокристаллические индикаторы? 2. Какова структура ЖКИ? 3. Какие выводы ЖКИ используются для ввода данных от микро- контроллера? 4. Для чего требуется производить инициализацию ЖКИ перед выводом информации? 5. Какую кодировку использует ЖКИ при выводе символов на экран? Практическая работа №42.Электронное сопряжение компонентов схем. Цель работы: ознакомление с программой Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies Ltd, приобретение навыков моделирования электрических схем. Основные теоретические сведения. Моделирующие программы широко используются в процессе проектирования радиоаппаратуры предприятиями, производящими современную электронную технику. Наибольшее распространение в мире получила программа PSpice фирмы MicroSim, ставшая де- факто стандартом профессиональной моделирующей программы для ПЭВМ. Эта программа, использующая адекватные математические модели компонентов электронных схем и совершенные вычислительные алгоритмы. Позволяет с высокой достоверностью оценить поведение схемы во временной и частотной областях с учетом технологического разброса параметров компонентов и влияния температуры окружающей среды. В ряде задач, например при проектировании больших интегральных схем, моделирующая программа становится единственным средством анализа работоспособности устройства ввиду очевидной невозможности подключения измерительного оборудования к внутренним структурам кристалла. Однако мощные и многофункциональные программы такого уровня требуют от пользователя определенной квалификации уже при подготовке исходных данных для моделирования. Поэтому для учебных целей в качестве инструмента анализа электронных схем предлагается использовать программу Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies Ltd., отличающуюся наглядностью и простотой использования даже новичками. Обладая меньшей точностью и функциональными возможностями по сравнению с PSpice, эта программа позволяет решать основные задачи, возникающие при проектировании схем, и получать результаты в виде показаний виртуальных измерительных приборов: мультиметра, осциллографа и т.д. Принцип компьютерного макетирования Система Electronics Workbench представляет собой комплекс программ, функционирующих на ПЭВМ IBM PC под управлением WINDOWS и предназначена для проектирования аналоговых и цифровых электронных схем с визуализацией исходных данных и результатов проводимых анализов. Процесс проектирования и анализа происходит во взаимодействии студента с диалоговым интерфейсом программы. Объекты выполняемой лабораторной работы имитируют свои реальные прототипы как по внешнему виду, так и по способу манипуляции их органами управления. Так, создаваемая с помощью встроенного графического редактора принципиальная схема собираемого из радиодеталей устройства, уже является достаточной информацией для ее моделирования. Номиналы и типы радиоэлементов (компонентов схемы) выбираются в процессе создания схемы и автоматически проставляются рядом с их условными графическими обозначениями (УГО). Для визуализации результатов анализа схемы на монтажном столе - рабочем поле экрана размещается нужные виртуальные (не существующие реально) измерительные приборы: осциллограф, вольтметр и т.д. Виртуальные приборы воспроизводят свои реальные прототипы. В результате моделирование как таковое скрыто от пользователя программы, а процесс выполнения лабораторной работы сводится к привычной для лабораторной практики сборке 210 испытуемого макета схемы, подключению и настройке приборов и, наконец, проведению измерений. Отличие состоит в том, что работа выполняется не на физических, а на виртуальных объектах на экране монитора ПЭВМ. Таким образом, экран представляет собой как бы поверхность монтажного стола с размещенными, а ней макетом и набором измерительных приборов, подключенных к макету. Состав монтажного стола После запуска программы Electronics Workbench, на экране появляется изображение монтажного стола (рис.1). Монтажный стол содержит все, что может понадобиться для построения макета схемы и его испытания. Основные составные части стола перечислены ниже : 1 рабочее поле - большая центральная часть экрана, на которой размещаются компоненты схемы и измерительные приборы; 2 магазин компонентов и панель измерительных приборов, расположенный над рабочим полем; 3 разделы магазина компонентов; 4 строка меню в верхней части экрана, предназначенная для выбора операций со схемой (загрузка, сохранение, удаления, правка и т.д ) 5 клавиша включения питания в правом верх углу экрана, которой запускается процесс моделирования. Рабочее поле монтажного стола используется для сборки подключения приборов. Рабочее поле представляет собой окно, которое можно перемещать, изменять его размеры и просматривать подобно другим окнам операционной среды WINDOWS. 1.3. Магазин компонентов Магазин компонентов появляется после запуска программы в виде вертикальной полосы с условным графическими обозначениями (УГО) компонентов электрических схем. Кроме того, непосредственно над рабочим полем появляются клавиши с пиктограммами разделов магазина, один из которых является активным. Активизация раздела осуществляется щелчком на клавише. Разделы магазинов приведены на рис. 2 211 Разделы содержат: 1 заказные компоненты, которые могут формироваться пользователем, например путем создания подсхем (функциональных узлов, состоящих из компонентов других разделов и изображаемых в виде единого блока). Этот раздел на рис.2 не показан; 2 пассивные компоненты (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и пр.); 3 активные компоненты (диоды ,транзисторы , операционные усилители и пр.); 4 управляемые компоненты , значения параметров которых можно изменять в процессе моделирования (потенциометром, управляемые переключатели и пр.); 2 гибридные микросхемы , главным образом цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи; 3 элементы индикации; 4 логические элементы цифровых схем; 5 комбинационные цифровые узлы (мультиплексоры, дешифраторы и пр.); 6 последовательные цифровые узлы (триггеры, счетчики, регистры и пр.); 7 конкретные микросхемы из типовых серий микросхем. Некоторые особенности размещения и обозначения аналоговых и цифровых компонентов схем рассмотрены в разделе 2. Разделы ( Basic и Sources ) содержит главным образом пассивные компоненты электронных схем. Основные представители раздела перечислены ниже: соединитель в виде круглой точки используется для соединения проводников и создания контрольных точек в схеме. Соединитель появляется автоматически при выполнении соединения, когда перемещаемый конец линии связи совмещается с изображением уже имеющегося проводника. Соединитель можно также перетащить мышью из магазина компонентов на рабочее поле. Каждый соединитель обеспечивает подключение до четырёх проводников к одному с каждой из ортогонально ориентированных сторонисточников назначаются после двойного щелчка на их изображении. При установке параметров напряжения назначаются среднеквадратические значения тока и напряжения I и U, связанные с амплитудными значениями Ia , Ua отношением U=Ua/2 Следует иметь в виду , что все источники в схеме , включая внешний измерительный генератор, должны иметь одну и ту же частоту. Поэтому назначение частоты одного источника приводит к автоматической установке частоты остальных источников; 212 резистор, конденсатор и катушка индуктивности являются наиболее распространенными пассивными компонентами схем. Сопротивление резистора (Ом) конденсатора (Ф) и индуктивность катушки (Гн) назначаются после двойного щелчка на их изображениях. трансформатор: представляет собой пару связанных между собой общим магнитопроводом катушек индуктивности. Коэффициент n трансформации напряжения характеризует отношение амплитуд переменных напряжений в выходной и входной обмотках и назначается после двойного нажатия на изображении трансформатора. Направления намотки провода на катушках трансформатора отмечаются точками рядом с началом обмотки. Если обмотки трансформатора ориентированы согласно, то его коэффициент трансформации положителен, в противном случае коэффициент трансформации отрицателен; плавкий предохранитель предназначен для защиты схемы, как правило по входу, выходу и цепи питания, от токовой перегрузки. Раздел Sources содержит также стандартный источник питания 5В для питания цифровых микросхем и переменные резистор, конденсатор и катушку индуктивности. Разделы (Basic, Diodes, Transistors) включает распространенные полупроводниковые приборы, используемые для построения аналоговых схем: диод, представляющий собой р-п переход, пропускающий ток только в одном направлении. По умолчанию предполагается идеальный диод, однако после двойного щелчка можно назначите модель реального диода из числа имеющихся моделей в библиотеке программы; стабилитрон, или диод Зенера, использующий участок стабильного напряжения на обратной ветви вольт-амперной характеристики диода. Напряжение стабилизации можно назначить в пределах от 2,4 В до 200 В или же выбрать модель реального стабилитрона; светодиод, который применяется для излучения света при протекании через него тока. Для идеального светодиода назначается пороговый ток, после превышения, которого начинается свечение светодиода. С помощью диалогового окна можно также задать модель реального светодиода; биполярные транзисторы n-p-n и р-п-р типов. По умолчанию программа предлагает модели идеальных транзисторов, выбор модели реального транзистора из числа имеющихся в библиотеке осуществляется посредством диалогового окна после двойного щелчка на его изображении; операционные усилители - это усилители с гальванической связью выхода со входами В магазине компонентов содержатся два вида моделей операционного . усилителя, вторая из которых учитывает цепи его питания. Входным сигналом операционного усилителя служит разность его входных напряжений, т.е. Uвых=K(U++U-) По умолчанию программа предлагает модель идеального операционного реального прибора из числа имеющихся в библиотеке. Основными параметрами модели, которые можно корректировать, являются; коэффициент усиления, напряжение смещения нуля, разность и абсолютные значения входных токов, частота единичного усиления (частота входного синусоидального напряжения усилителя без обратной связи, при которой коэффициент усиления уменьшается до единицы). Данный раздел включает также разновидности тиристоров и типовых диодных схем. Раздел ( Transistors ) включает модели полевых транзисторов с каналами п- и р-типов с управляющим р- n переходом и с изолированным затвором. Конкретный тип полевого транзистора назначается посредством диалогового окна. По умолчанию программа предлагает модели идеальных транзисторов Раздел ( |