Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
Программирование микроконтроллеров
Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.04 – Автоматизация
технологических процессов и производств
Воронеж 2016
2
УДК 004.384
Программирование микроконтроллеров: методические указания для са- мостоятельной работы студентов по направлению подготовки бакалавр 15.03.04
– Автоматизация технологических процессов и производств для очной формы обу-чения / А.В. Стариков; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО
«ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 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 15.03.04 – «Авто- матизация технологических процессов и производств» включает изучение дис- циплины «Программирование микроконтроллеров» в течение 8-го семестра в объеме 108 часов, из которых 20 часов отводится для лекционных занятий, 30 часов − для лабораторных работ, 58 часов − для самостоятельной работы сту- дентов. Итоговый контроль осуществляется в виде сдачи дифференцированного зачёта.
Рабочая программа дисциплины определяет в качестве основной цели − формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков про- граммирования микроконтроллеров семейства AVR фирмы Atmel (на примере использования 8-разрядного микроконтроллера ATmega8535).
Для достижения данной цели в ходе изучения дисциплины решаются сле- дующие задачи:
∙изучение архитектуры, системы команд, режимов адресации, а также возможностей языка Ассемблера микроконтроллеров семейства AVR;
∙ознакомление с составом и особенностями функционирования перифе- рийных устройств микроконтроллеров семейства AVR (на примере ис- пользования 8-разрядного микроконтроллера ATmega8535);
∙освоение методики разработки программного обеспечения на языке Ассемблера для микроконтроллеров семейства AVR в интегрирован- ной среде Atmel AVR Studio, включая выполнение отладки программы с использованием программного эмулятора;
∙приобретение навыков работы с микроконтроллерным блоком управ-
ления лабораторного комплекса «Программирование микроконтролле- ров».
В результате освоения дисциплины «Программирование микроконтрол- леров» студент должен:
∙знать: архитектуру, систему команд, режимы адресации, а также воз- можности языка Ассемблера, состав и особенности функционирования периферийных устройств микроконтроллеров семейства AVR;
∙уметь: строить алгоритмы и разрабатывать программы на языке Ас- семблера для микроконтроллеров семейства AVR для управления раз- личными технологическими объектами;
∙владеть: методикой подготовки и отладки программ в интегрированной среде разработки Atmel AVR Studio, приемами работы с блоком управ- ления лабораторного комплекса «Программирование микроконтролле- ров».
1 Содержание учебной дисциплины
В соответствии с рабочей программой освоение дисциплины «Програм- мирование микроконтроллеров» предусматривает изучение следующих разде- лов (тем) и вопросов, входящих в их состав:
4
Раздел 1. Архитектура и организация памяти микроконтроллеров семейства AVR. Общие сведения о микроконтроллерах. Микроконтроллеры семейства AVR. Архитектура 8-разрядных микроконтроллеров семейства AVR. Организация памяти 8-разрядных контроллеров семейства AVR. Система ко- манд и режимы (способы) адресации микроконтроллеров семейства AVR.
Раздел 2. Язык Ассемблера микроконтроллеров семейства AVR. Ди-
рективы 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 3. Состав, особенности работы и программирование периферийных устройств 8-разрядных микроконтроллеров семейства AVR. Па-
раллельные порты ввода-вывода. Система прерываний. Программирование внешних прерываний. Таймеры-счетчики. Аналоговый компаратор. Аналого- цифровой преобразователь. Интерфейсы связи для микроконтроллеров семей- ства AVR: последовательный интерфейс SPI, универсальный асинхронный приемо-передатчик USART. Защита кода и данных. Конфигурационные и ка- либровочные ячейки микроконтроллеров семейства AVR. Режимы параллель- ного и последовательного программирования, самопрограммирования.
Назначение лекционных занятий по дисциплине «Программирование микроконтроллеров» − получение теоретических знаний студентами по важ- нейшим разделам дисциплины, а также формирование общего представления по обзорным темам (вопросам) дисциплины.
Помимо лекционных занятий, обязательным элементом изучения дисци- плины «Программирование микроконтроллеров» является прохождение сту- дентом лабораторного практикума. Согласно Положению о сдаче экзаменов и зачётов в ФГБОУ ВО ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова студент, не выполнивший ла- бораторный 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.Общее знакомство с интегрированной средой разработки программ
AVR Studio (4 часа).
2.Блок управления учебно-лабораторного комплекса «Программирова- ние микроконтроллеров» (2 часа).
3.Управление параллельными портами ввода-вывода МК ATmega8535 (6 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 за-
5
щиту. Требования к оформлению отчёта обычно излагаются в методических указаниях к лабораторным работам. При защите отчёта студент должен проде- монстрировать знание необходимого теоретического минимума по теме лабора- торной работы, аргументировано ответить на вопросы преподавателя, касаю- щиеся практической части работы.
При изучении дисциплины используются:
∙мультимедийная техника (ноутбук, видеопроектор, интерактивная дос- ка) при чтении лекций;
∙интегрированная среда AVR Studio фирмы Atmel для разработки про- грамм на языке ассемблера;
∙специальное прикладное ПО для работы с блоком управления учебно-
лабораторного комплекса «Программирование микроконтроллеров».
В соответствии с учебным планом на самостоятельную работу студента предусматривается более 50 % общего времени, отводимого на изучение дис- циплины. При этом одну часть времени, планируемого для самостоятельной ра- боты, 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 руково- дствоваться указаниями преподавателя, данными методическими указаниями, методическими указаниями к лабораторным работам, методическими указа- ниями к выполнению курсовой работы, материалами конспекта лекций, реко- мендованной основной и дополнительной учебной литературой, включая элек- тронные источники информации.
Ниже приведен перечень основной и дополнительной литературы, имеющейся в учебной библиотеке ВГЛТУ.
Основная литература
1. Новожилов, О. П. Основы микропроцессорной техники [Текст] : учеб. пособие: в 2 т. / О. П. Новожилов. – М. : РадиоСофт, 2007. – Т. 1. – 432 с.; Т. 2.
– 336 с.
Дополнительная литература
1.Предко, М. Руководство по микроконтроллерам [Текст]: в 2 т. Т. 1 / М. Предко; пер. с англ. под ред. И.И. Шагурина, С.Б. Лужанского. – М.: Постмар-
кет, 2001. – 416 с.
2.Предко, М. Руководство по микроконтроллерам [Текст]: в 2 т. Т. 2 / М. Предко; пер. с англ. под ред. И.И. Шагурина, С.Б. Лужанского. – М.: Постмар-
кет, 2001. – 488 с.
3.Воробьева, Г. С. Микроконтроллеры семейства AVR [Электронный ре- сурс]: Лаб. практикум. Методич. рекомендации к выполнению цикла лабора- торных работ по дисциплине «Основы микропроцессорной техники» для сту-