Назначение.
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.
Название комплектации | Состав |
исполнение настольное, МК | Содержит базовую комплектацию, настольный вариант |
исполнение настольное с консолью, МК-КОНСОЛЬ | Дополнительно к базовой комплектации МК содержит монитор, клавиатуру и мышь |
исполнение стендовое, МК-СТЕНД | Дополнительно к комплектации МК-КОНСОЛЬ содержит стендовый стол |
Базовая комплектация:
- Встроенный ПК (1 шт.)
- Блок «Модуль периферийных устройств» (2 шт.)
- Блок «Микроконтроллер PIC16F877A» (1 шт.)
- Блок «Микроконтроллер AT91SAM7S256» (1 шт.)
- Блок «Микроконтроллер STM32F100» (1 шт.)
- Блок «Микроконтроллер ADuC812» (1 шт.)
- Соединительные, приборные провода (20 шт.)
- Учебно-методическое пособие (электронный вариант)
- 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:
- Жидкокристаллический четырехстрочный цифро-буквенный дисплей.
- Семисегментный четырехразрядный индикатор.
- Пьезоизлучатель.
- Модуль связи с компьютером (виртуальный COM-порт).
- 4 кнопочных выключателя.
- 4 светодиода.
- 2 потенциометра для генерации аналогового напряжения.
- Цифровой вольтметр.
- Матричная клавиатура.
- Фильтры низких частот с различными параметрами.
- Часы реального времени.
- EEPROM-память объемом 64 кБит.
- Микросхема Data Flash AT45DB161 (Flash c объемом 16 Мбит) с интерфейсом SPI.
- 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).
Лабораторный практикум.
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».
- Знакомство со стендом, изучение программного и аппаратного обеспечения модуля периферийных устройств.
- Изучение способов управления портами ввода-вывода. Написание программы «бегущий огонь» на светодиодах, подключение кнопочных переключателей к микроконтроллеру.
- Матричная клавиатура. Способы опроса, подавление дребезга контактов. Написание программы, считывающей нажатую клавишу и отображающей код клавиши на светодиодах.
- Динамическая индикация. Режимы работы, способы программной генерации таких режимов. Написание программы-счетчика входных импульсов с отображением на семисегментном индикаторе.
- ЖКИ-дисплей. Инициализация, работа в различных режимах. Написание программы вывода на дисплей пользовательской информации.
- ЖКИ-дисплей. Задание пользовательских символов. Написание программы рисования графических изображений на индикаторе при помощи определенных пользователем символов.
- Изучение универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика (USART). Задание режимов обмена, скорости обмена, прерывания по приему и передаче. Программа, отображающая принятые символы на ЖКИ-индикаторе.
- Цифро-аналоговое преобразование. Режимы R2R, ШИМ, ШИМ с обратной связью по АЦП. Использование фильтров нижних частот в режиме ШИМ. Написание программы генерации синусоидального сигнала.
- Генерация звука микроконтроллером. Режимы программной генерации, ШИМ. Режимы работы пьезоизлучателя. Написание программы – музыкальной шкатулки.
- Интерфейс I2C. Адресация, доступ, режимы обмена. Режимы программной и аппаратной реализации I2C интерфейса. Написание программы, обеспечивающей формирование необходимых интерфейсу последовательностей.
- Интерфейс I2C. Микросхема часов реального времени DS1307. Режимы работы, установка даты и времени, считывание. Написание программы, считывающей текущее время и выводящей на ЖКИ-дисплей.
- 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.
- Интерфейс SPI. Адресация, режимы обмена, программная и аппаратная реализация. Написание программы, обеспечивающей формирование необходимых интерфейсу последовательностей.
- Интерфейс SPI. 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.
- Интерфейс 1-wire. Адресация, режимы обмена, режимы питания, реализация. Границы временных интервалов, требуемая точность их соблюдения. Написание программы, обеспечивающей формирование необходимых интерфейсу последовательностей.
- 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.
Отдельно следует отметить, что данный стенд совместим с другими стендами нашей компании: «Сети сотовой связи GSM», «Сенсорные сети ZigBee», «Системы спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС», «Интерфейсы периферийных устройств» и «Программируемые логические интегральные схемы». Это означает, что если в лаборатории установлены эти стенды, у обучаемых появляется возможность комбинировать модули из разных стендов, создавая разнообразные сложные системы. В качестве примеров таких систем можно привести, GPS-трекер, систему сбора данных с удаленных датчиков по беспроводным интерфейсам, систему «умный дом» и многое другое. Таким образом, появляется база для курсового и дипломного проектирования студентам технических специальностей.