Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
Программирование микроконтроллеров для
мехатронных и робототехнических систем
Методические указания для самостоятельной работы по направлению подготовки
15.03.06 Мехатроника и робототехника
Воронеж 2018
2
УДК 004.384
Программирование микроконтроллеров для мехатронных и робототехнических систем [Электронный ресурс]: методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.06 Мехатроника и робототехника / А. В. Стариков; М-во науки и высшего образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2018. – 8 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ
Рецензент: заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», доктор технических наук, профессор Афоничев Д.Н.
3
Введение
Учебный план по направлению подготовки бакалавра 15.03.06 – «Мехатроника и робототехника» включает изучение дисциплины «Программирование микроконтроллеров для мехатронных и робототехнических систем» в течение 7-го семестра в объеме 144 часов, из которых 18 часов отводится для лекционных занятий, 36 часов для лабораторных работ, 54 часа для самостоятельной работы студентов, 36 часов на подготовку к прохождению итогового контроля (сдача экзамена). Кроме того, по данной дисциплине предусматривается выполнение и защита курсовой работы.
Рабочая программа дисциплины определяет в качестве основной цели формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков программирования микроконтроллеров семейства AVR фирмы Atmel (на примере использования 8-разрядного микроконтроллера ATmega8535).
Для достижения данной цели в ходе изучения дисциплины решаются следующие задачи:
изучение архитектуры, системы команд, режимов адресации, а также возможностей языка Ассемблера микроконтроллеров семейства AVR;
ознакомление с составом и особенностями функционирования периферийных устройств микроконтроллеров семейства AVR (на примере использования 8-разрядного микроконтроллера ATmega8535);
освоение методики разработки программного обеспечения на языке Ассемблера для микроконтроллеров семейства AVR в интегрированной среде Atmel AVR Studio, включая выполнение отладки программы с использованием программного эмулятора;
приобретение навыков работы с микроконтроллерным блоком управления лабораторного комплекса «Программирование микроконтролле-
ров».
В результате освоения дисциплины «Программирование микроконтроллеров» студент должен:
знать: архитектуру, систему команд, режимы адресации, а также возможности языка Ассемблера, состав и особенности функционирования периферийных устройств микроконтроллеров семейства AVR;
уметь: строить алгоритмы и разрабатывать программы на языке Ассемблера для микроконтроллеров семейства AVR для управления различными технологическими объектами;
владеть: методикой подготовки и отладки программ в интегрированной среде разработки Atmel AVR Studio, приемами работы с блоком управления лабораторного комплекса «Программирование микроконтроллеров».
1 Содержание учебной дисциплины
В соответствии с рабочей программой освоение дисциплины «Программирование микроконтроллеров» предусматривает изучение следующих разделов (тем) и вопросов, входящих в их состав:
4
Раздел 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ В МЕХАТРОННЫХ И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Применение микропроцессорной техники для обработки информации и управления в мехатронных и робототехнических системах. Общие сведения о микроконтроллерах. Особенности использования микроконтроллеров в мехатронных и робототехнических системах.
Раздел 2. АРХИТЕКТУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА AVR
Классификация микроконтроллеров семейства AVR. Архитектура 8- разрядных микроконтроллеров семейства AVR. Организация памяти 8- разрядных контроллеров семейства AVR. Система команд и режимы (способы) адресации микроконтроллеров семейства AVR.
Раздел 3. ЯЗЫК АССЕМБЛЕРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА AVR
Директивы Ассемблера. Структура программы на языке Ассемблера. Методика разработки программы на языке Ассемблера в интегрированной интерактивной среде Atmel AVR Studio. Средства отладки программ для микроконтроллеров семейства AVR.
Раздел 4. СОСТАВ, ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ 8-РАЗРЯДНЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА AVR
Параллельные порты ввода-вывода. Система прерываний. Программирование внешних прерываний. Таймеры-счетчики. Аналоговый компаратор. Ана- лого-цифровой преобразователь. Интерфейсы связи для микроконтроллеров семейства AVR: последовательный интерфейс SPI, универсальный асинхронный приемо-передатчик USART. Защита кода и данных. Конфигурационные и калибровочные ячейки микроконтроллеров семейства AVR. Режимы параллельного и последовательного программирования, самопрограммирования.
Назначение лекционных занятий по дисциплине «Программирование микроконтроллеров для мехатронных и робототехнических систем» получение теоретических знаний студентами по важнейшим разделам дисциплины, а также формирование общего представления по обзорным темам (вопросам) дисциплины.
Помимо лекционных занятий, обязательным элементом изучения дисциплины «Программирование микроконтроллеров для мехатронных и робототехнических систем» является прохождение студентом лабораторного практикума. Согласно Положению о сдаче экзаменов и зачётов в ФГБОУ ВО ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова студент, не выполнивший лабораторный практикум, не допускается к сдаче экзамена или зачёта.
В соответствии с рабочей программой дисциплины «Программирование микроконтроллеров» предусматривается следующая тематика лаборатор-
ных работ (в скобках указано нормативное количество времени, отводимое на выполнение и защиту лабораторной работы):
1.Блок управления учебно-лабораторного комплекса «Программирование микроконтроллеров» (4 часа).
5
2.Общее знакомство с интегрированной средой разработки программ
AVR Studio (6 часа).
3.Управление параллельными портами ввода-вывода МК ATmega8535 (8 часов).
4.Изучение системы внешних прерываний МК ATmega8535 (6 часов).
5.Изучение работы таймеров-счётчиков МК ATmega8535 (6 часов).
6.Изучение работы аналого-цифрового преобразователя МК ATmega8535
(6 часов).
Каждая работа лабораторного практикума предполагает выполнение практической части с использованием учебно-лабораторного оборудования, подготовку письменного отчёта о выполненной лабораторной работе и его защиту. Требования к оформлению отчёта обычно излагаются в методических указаниях к лабораторным работам. При защите отчёта студент должен продемонстрировать знание необходимого теоретического минимума по теме лабораторной работы, аргументировано ответить на вопросы преподавателя, касающиеся практической части работы.
При изучении дисциплины используются:
мультимедийная техника (ноутбук, видеопроектор, интерактивная доска) при чтении лекций;
интегрированная среда AVR Studio фирмы Atmel для разработки программ на языке ассемблера;
специальное прикладное ПО для работы с блоком управления учебнолабораторного комплекса «Программирование микроконтроллеров».
В соответствии с учебным планом на самостоятельную работу студента предусматривается более трети от общего времени, отводимого на изучение дисциплины. При этом одну часть времени, планируемого для самостоятельной работы, предполагается использовать для самостоятельного изучения отдельных вопросов лекционного курса, другую для доработки отчётов о выполненных лабораторных работах и подготовки к их защите, третью для выполнения курсовой работы и подготовки к её защите.
2 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
При осуществлении самостоятельной работы студент должен руководствоваться указаниями преподавателя, данными методическими указаниями, методическими указаниями к лабораторным работам, методическими указаниями к выполнению курсовой работы, материалами конспекта лекций, рекомендованной основной и дополнительной учебной литературой, включая электронные источники информации.
Ниже приведен перечень основной и дополнительной литературы, имеющейся в учебной библиотеке ВГЛТУ, а также представленной в открытом доступе в электронных библиотечных системах (ЭБС): Знаниум, Единое окно доступа к образовательным ресурсам и других.