Микроконтроллеры для чайников

.

 

Учебники

Автор Название Описание Издатель-
ство
Год
выпуска
Баранов В.Н.
Применение Микроконтроллеров AVR: схемы алгоритмы программы.
Материал основан на рассмотрении реально работающих устройств и излагается по принципу «от простого к сложному». Книга знакомит с действиями, необходимыми для начала применения микроконтроллеров. Показаны все этапы разработки устройств на микроконтроллерах. Особое внимание уделено связи предлагаемых схемных решений с программным обеспечением разрабатываемых устройств. Додэка-XXI 2006
Белов А.В.
Конструирование устройств на микроконтроллерах
Данная книга призвана продемонстрировать основные приемы проектирования конкретных микропроцессорных узлов. Формат книги — это учебник в примерах. Набор конкретных, проверенных в работе схемных и программных решений может очень пригодиться в разработке самого широкого спектра микропроцессорных устройств. Наука и техника 2005
Белов А.В.
Микроконтроллеры AVR в радиолюбительской практике
Данная книга представляет собой справочник, в котором представлено полное и подробное описание одной конкретной микросхемы – микроконтроллера ATiny2313 семейства AVR фирмы Atmel. Описание построено на основе оригинальной технической документации на микросхему и содержит описание всех регистров, всех видов памяти и всех внутренних систем микроконтроллера.

Имеется и практический раздел для радиолюбителей.

Устройство и программирование микроконтроллеров для начинающих

Книга содержит описание нескольких практических схем, выполненных с применением данного микроконтроллера. Каждая схема снабжена подробным описанием и примером управляющей программы. Каждая программа приведена в двух вариантах: на языке Ассемблера и языке СИ.

Наука и техника 2007
Белов А.В.
Микроконтроллеры AVR. От азов программирования до создания практических устройств
За шесть шагов новый практический самоучитель позволит пройти путь от «чайника», изучающего азы цифровой техники, до вполне готового специалиста, умеющего самостоятельно разрабатывать схемы любых устройств на микроконтроллерах и составлять для них программы.
Изучив базовые элементы цифровой логики, читатель осваивает основы микропроцессорной техники, возможности семейства микроконтроллеров AVR, основы схемотехники и конструирования микроэлектронных устройств.
Читатель изучит сразу два языка программирования для микроконтроллеров (язык Ассемблера и язык СИ), учится транслировать, отлаживать программы, прощивать их в память микроконтроллера, самостоятельно разрабатывать собственные микроконтроллерные устройства.
Наука и техника 2016
Белов А.В.
Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах AVR
Самоучитель раскрывает секреты микропроцессорной техники, затрагивает основы цифровой логики, принципы программирования. Написан простым, понятным языком, снабжен схемами, иллюстрациями и практическими примерами. После популярной теоретической части автор переходит к практике реализации устройств на микроконтроллерах. В качестве примера используются микроконтроллеры AVR фирмы Atmel. Рассматриваются их принципы построения и особенности архитектуры. После описания микросхем в книге дается несколько практических уроков по их применению. В них на примерах читатель пошагово учится как способам построения электронных схем с применением микроконтроллеров, так и приемам программирования. Одновременно идет изучение языков программирования. Все программные примеры даны на Ассемблере и СИ. Наука и техника 2008
Белов А.В.
Создаем устройства на микроконтроллерах
Cпециально разработанные примеры вводят читателя в мир программирования с самых азов, пройти по всем этапам усложнения задачи и заканчиваются описанием нескольких интересных конструкций имеющих определенную практическую ценность. После урока по программированию и схемотехники читатель получает подробные сведения о том, как происходит написание трансляция и отладка программ, познакомится с программными средствами, облегчающими редактирование и отладку программ Наука и техника 2007
Голубцов М.С.
Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному
Прочитав эту книгу, читатели познакомятся с микроконтроллерами семейства AVR, программным обеспечением, необходимым для конструирования и программирования схем на основе этих микроконтроллеров, а при желании познакомятся с их применением на практике, собрав какую-либо из описанных в книге практических конструкций. СОЛОН-
Пресс
2003
Иноземцев В.А.,
Иноземцева С.В.

Введение в электронику
Пособие позволит ориентироваться среди различных электронных устройств, определять их параметры, выбирать режим их работы в соответствии с заданными требованиями; рассмотрены параметры резисторов, конденсаторов, транзисторов, описана работа различных типов выпрямителей переменного тока, усилителей электрических колебаний на биполярных и полевых транзисторах, рассмотрено применение осциллографа для измерения параметров электрических сигналов. БГПУ 2001
Кравченко А.В.
10 практических устройств на AVR-микроконтроллерах. Книга 1
В данной книге рассмотрены десять завершённых устройств на базе микроконтроллеров AVR, которые можно легко собрать в домашних условиях и применять в быту или профессиональной деятельности: генератор светорых эффектов, счётчик событий, музыкальный звонок, индикатор уровня звука, повышающий преобразователь, схема управления шаговым двигателем, цифровой термометр и др. Додэка-XXI

МК-Пресс

2008
Кравченко А.В.
10 практических устройств на AVR-микроконтроллерах. Книга 2
В данной книге рассмотрены десять завершённых устройств на базе микроконтроллеров AVR, которые можно легко собрать в домашних условиях и применять в быту или профессиональной деятельности: генератор световых эффектов с помощью АЦП, схема управления шаговым двигателем, автомат освещения шкафа-купе, схема управления вентилятором, простой термометр, световой эффект «Призма», микроконтроллерный генератор, робот, который двигается на свет и умеет обходить преграды, система радиоуправления моделью автомобиля, схема цифрового управления паяльником.
Каждому устройству посвящена отдельная глава, где подробно описаны все этапы создания микроконтроллерной модели и программ, начиная со структуры и блок-схемы, и заканчивая самой программой и готовым рабочим кодом.
КОРОНА-ВЕК

МК-Пресс

2009
Манаев Е.И.
Основы радиоэлектроники
В данной книге излагаются основы радиоэлектроники; описываются элементы электронных цепей, рассматриваются основые электронные устройства: усилители, генераторы, модуляторы, детекторы и т.п.; методы передачи и приёма сигналов; влияние шумов и помех Радио и связь 1990
Мортон Дж.
Микроконтроллеры AVR. Вводный курс
Данное издание представляет собой практическое руководство, с помощью которого можно изучить, а в последствии и использовать микроконтроллеры AVR.
В книге рассмотрены 16 проектов, охватывающих все наиболее популярные микроконтроллеры AVR, включая модели семейства Tiny.
Додэка-XXI 2006
Партин А.С.,
Борисов В.Г.

Введение в цифровую технику
Через опыты, эксперименты, конструирование генераторов, игровых автоматов и аттракционов, электронных переключателей, измерительных приборов на интегральных микросхемах широкого применения книга знакомит с основами цифровой техники. Радио и связь 1987
Ревич Ю.В.
Занимательная микроэлектроника
Книга на практических примерах рассказывает о том, как проектировать, отлаживать и изготавливать современные электронные устройства в домашних условиях. Теоретические основы, физические принципы работы элетронных схем и различных типов радиоэлектронных компонентов иллюстрируются практическими примерами в виде законченных радиолюбительских конструкций и дополняются советами по технологии изготовления любительской аппаратуры. На доступном уровне излагаются теоретические основы цифровой техники — математическая логика и различные системы счисления. Вторая часть книги полностью посвящена программированию микроконтроллеров, как основы современной электроники. Особое внимание уделяется обмену данными микроэлектронных устройств с персональным компьютером, приводятся примеры программ на Delphi. БХВ-Петербург 2007
Ревич Ю.В.
Занимательная электроника. 3-е издание.
На практических примерах рассказано о том, как проектировать, отлаживать и изготавливать электронные устройства в домашних условиях. От физических основ электроники, описания устройства и принципов работы различных радиоэлектронных компонентов, советов по оборудованию домашней лаборатории автор переходит к конкретным аналоговым и цифровым схемам, включая устройства на основе микроконтроллеров. Приведены элементарные сведения по метрологии и теоретическим основам электроники. Дано множество практических рекомендаций: от принципов правильной организации электропитания до получения информации о приборах и приобретении компонентов применительно к российским условиям. Третье издание дополнено сведениями о популярной платформе Arduino, с которой любому радиолюбителю становятся доступными самые современные радиоэлектронные средства. БХВ-Петербург 2015
Рюмик С.М.
Микроконтроллеры AVR.

10 ступеней.

Цикл статей о микроконтроллерах в журнале «Электроника и компьютер» 2005
Савельев А.Я.
Прикладная теория цифровых автоматов
В книге излагаются способы представления информации в цифровых автоматах, методы выполнения арифметических и логических операций в них, а также методы логического описания и основанные на них методы логического проектирования цифровых устройств. Уделяется внимание разработке способов контроля правильности функционирования цифровых автоматов при выполнении различных операций, методам минимизации логических выражений. Теоретический материал иллюстрируется примерами и сопровождается вопросами для самоконтроля. Высшая школа 1987
Самофалов К.Г.
Прикладная теория цифровых автоматов
В учебнике рассмотрены вопросы проектирования и теории цифровых автоматов: арифметические основы, элементы теории, структурные методы синтеза на интегральных микросхемах, элементы теории помехоустойчивого кодирования и методы аппаратного контроля. Высшая школа 1987
Самофалов К.Г., Викторов О.В.
Микропроцессоры
В книге описаны структуры и организация функционирования различных типов микропроцессорных БИС. Тэхника 1989
Трамперт В.
AVR-RISC Микроконтроллеры
В книге дано исчерпывающее описание базовой серии микроконтроллеров семейства AVR, построенных на базе прогрессивной архитектуры RISC с применением программируемой флэш-памяти EEPROM. Кроме того, подробно рассматривается программирование микроконтроллеров данной серии на языке ассемблера, а также среда отладки AVR-Studio и программно-аппаратный набор STK200 МК-Пресс 2006
Трамперт В.
Измерение, управление и регулирование с помощью AVR-микроконтроллеров
Книга описывает особенности применения AVR-микроконтроллеров в технике измерения, управления и регулирования. При этом основной акцент поставлен на измерении напряжения, выводе и отображении результатов измерений, а также на регулировании аналоговых напряжений. Изложенный материал дает возможность поэтапно проследить весь процесс разработки устройства, понять, почему программное и аппаратное обеспечение скомпоновано именно таким, а не каким-либо другим образом, и суметь в случае необходимости выполнить самостоятельную разработку. МК-Пресс 2006
Хартов В.Я.
Микроконтроллеры AVR.

практикум начинающих.

Практикум содержит материалы для изучения микроконтроллеров AVR с арихитектурой RISC. Рассмотрены необходимые инструментальные средства — интегрированный пакет для разработки и отладки программ AVR Studio 4, стартовый набор разработчика STK500. Предложен комплект программ для изучения функциональных возможностей микроконтроллеров (27 учебных проектов). Тематика охватывает практически все аспекты архитектуры микроконтроллеров: работу портов, таймеров, арифметическую обработку данных, организацию ввода/вывода по параллельным и последовательным (UART, SPI и I2C) каналам связи, устройств обработки аналоговых сигналов, системы прерывания.<br>
Базовые программы могут быть использованы в качестве основы для обучения и самостоятельного программирования на языке Ассемблер AVR в курсовом и дипломном проектировании.
МГТУ 2007

 

Урок 0.

Итак, сегодня мы открываем цикл уроков программирования микроконтроллеров семейства AVR.

Сегодня будут рассмотрены следующие вопросы:

  1. Что такое микроконтроллер?
  2. Где применяются микроконтроллеры?

Вступление.

Микроконтроллеры везде. В телефонах, стиральных машинах, «умных домах»,станках на заводе а так же ещё в бесчисленном множестве технических устройств. Их повсеместное применение позволяет заменить сложные аналоговые схемы, более сжатыми цифровыми.

Так что же такое, микроконтроллер?

Микроконтроллер (Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами.Можно представить его в виде простейшего компьютера, способного взаимодействовать с внешними устройствами.Например, открывать и закрывать транзисторы, получать данные с датчиков температуры, выводить данные на lcd экраны и т. д.

Устройство и программирование микроконтроллеров для начинающих

. К тому же, микроконтроллер может производить различную обработку входных данных, как и Ваш персональный компьютер.

То есть, микроконтроллеры открывают нам практически безграничные возможности управления какими либо устройствами, благодаря наличию портов I/0(портов ввода(input)/вывода(output)), а так же возможности их программирования.

Где используются микроконтроллеры?

  1. Бытовая техника(Стиральные машины, микроволновые печи и.т.д.).
  2. Мобильная техника(Роботы, робототехнические системы, средства связи и др.).
  3. Промышленное оборудование(Системы управления станками).
  4. Вычислительная техника(Материнские платы,системы управления периферийными устройствами).
  5. Развлекательная техника(Детские игрушки, украшения).
  6. Транспорт(Системы управления двигателем автомобиля, системы безопасности)

Это далеко не полный список сфер применения микроконтроллеров. Часто, очень выгодно заменить набор управляющих микросхем одним микроконтроллером, ввиду упрощения производства, снижения энергопотребления.

Начало знакомства с AVR

AVR — семейство микроконтроллеров фирмы Atmel.Обладают достаточной производительностью для большинства любительских устройств. Так же находят широкое применение в промышленности.

Для их программирования используются языки AVR C и AVR Assembler.

Начать работу с ними достаточно просто. Существует несколько способов приступить к разработке устройств на базе микроконтроллеров AVR, о них мы поговорим в следующей части.

Спасибо за внимание!

Администрация сайта MKPROG.RU.

Другие уроки цикла.

Раздел: Микроконтроллеры AVRУроки

Выражение: прожиг EPROM, в нашем беглом обзоре подразумевает процесс внесения нужной информации в ПЗУ мс. По инструкции, прожиг нужной схемы (перепрограммирование), происходит с помощью специальных приборов кокретно, программатора.

Аксиома- при изучении характеристик данных прогеров целесообразно иметь адекватное понятие о описываемых микросхемах из-за манипуляций с которыми устройства проектируются. Группа микроэлектронных мс. получивших возможность сохранять нужную информацию достаточно открыт и динамичен.

Востребованный spi программатор может не только заносить, но и получать данные, а в ряде случаев, производить и вспомогательные операции с поддерживаемым устройством и информацией находящейся в ней. В зависимости от особенности мс со встроенной EEPROM, это может оказаться: очистка, блокировка чтения, блокировка программирования и т.п.

Программирование мс преподается в разных учебных программах. Слушатели данных ВУЗов, обычно, проходят необходимую практическую подготовку. Сейчас, учащимся доступны специализированные учебные курсы посвященные проблемам программирования микроконтроллеров.

Наш экскурс ориентирован не на прошлых выпускников технических ВУЗов, а на тех, кто самостоятельно дерзает обучиться и не робеть при столкновении с потребностью перепрограммировать микроконтроллер или ПЛИС. Теперь фактически каждый нормальный школяр, бывает знаком с этим предметом.

Используя различные характеристики, все множество мс со встроенной энергонезависимой памятью общепринято представить подобным образом:

По допустимому назначению.

A.

AVR для начинающих.Урок 0.Знакомство с микроконтроллерами.

мс EEPROM;

B. MCU с встроенным постоянным запоминающим устройством;

C. EPLD

По реальности программирования.

A. Однократно записываемые – схемы, предполагающие одноразовый сеанс записи;

B. Многократно прошиваемые (переписываемые) — схемы, предполагающие большое количество сеансов записи .

По допустимым методам перепрограммирования.

А. Микросхемы, программируемые в особом устройстве – программаторе. Для осуществления необходимой функции (запись, стирание, запрет чтения, блокировка программирования, верификация и т.п.), подобные микросхемы вставляются в специальную колодку программатора, реализующую электрический контакт со всеми выводами микросхемы. Для осуществления нужного режима, универсальный программатор создает, в соответствии с предписаниями производителя описанные последовательности напряжений, которые через сокетку подаются на соответствующие выводы мс.

Б. Мс, реализующие метод внутрисистемного программирования , и поддерживаемые в макете потребителя.

Подобные микросхемы допускают выполнение соответствующей функции (запись, стирание, запрет чтения, защита от программирования, верификация и т.п.) в макете пользователя. Все действия реализуются посредством внешнего программатора, необходимым методом подключенного к плате разработчика. Необходимо что бы плата пользователя должно быть произведено с применением специальных требований данного метода.

Для перепрограммирования подобных микросхем чаще всего привлекается внутрисхемный универсальный программатор. Для более полного изучения полезно прибегнуть к многочисленной учебной литературе.

И так, обзор совсем не урок, и не учебный материал к семинару. Неправильно в нашем обзоре пытаться подменить методическое написание учебного материала, свойственного учебному курсу в институте.

К сожалению, в полупрофессиональных обсуждениях в наше время вставляется некорректный ярлык: программатор для AVR.

Лавинообразный рост объемов применяемой памяти, заметно увеличивает значимость следующей особенности универсального средства программирования, как время записи EEPROM. Отличие в скорости записи FLASH большой плотности превышает 20 раз, в случае использования различных типов современных средств программирования.

Помимо отмеченных характеристик, профессиональные прогеры проектируются с набором специфических характеристик.

Как правило это пользовательские соредакторы и умение изменять временные значения формируемых напряжений.

Иногда — умение интерактивно варьировать топологию используемых сигналов подводимых на выводы программаторной ZIFsocket.

За последнее время некоторые свойства подобных устройств потеряли прежнюю важность.

Самые существенные изменения наблюдаются в части способов интерфейса обсуждаемого устройства и компьютера с установленным пакетом рассматриваемого приспособления.

Канули в лету внешние коммутационные платы и интерфейсы LPT. Кстати, так называемые независимые программаторы теперь создаются по современным методам.

Современные аналитики утверждают: большинство пользователей создают программатор всего лишь при необходимости программирования FLASH NAND. Тем не менее — при бесспорной актуальности этой функции: универсальный программатор позволяет решать гораздо больший массив задач.

Языки программирования микроконтроллеров

Языки программирования микроконтроллеров по своей структуре мало отличаются  от классических языков для компьютеров. Единственным отличием становится ориентированность на работу со встроенными периферийными устройствами. Архитектура микроконтроллеров требует, например, наличия битово-ориентированных команд. Последние позволяют выполнять работу с отдельными линиями портов ввода/вывода или флагами регистров. Подобные команды отсутствуют в большинстве крупных архитектур. Даже ядро ARM, активно применяемое в микроконтроллерах, не содержит битовых команд, вследствие чего разработчикам пришлось создавать специальные методы битового доступа.

Ассемблер

Ассемблер является  языком самого низкого уровня. При этом он позволяет наиболее полно раскрыть все возможности микроконтроллеров и получить максимальное быстродействие и компактный код. В некоторых случаях альтернативы ассемблеру нет, но тем не менее он имеет множество недостатков. Несмотря на получаемую компактность машинного кода, программа, написанная на языке Ассемблер, громоздка и труднопонимаема. Для ее создания требуется отличное знание архитектуры  и системы команд микроконтроллеров.
Ассемблер отлично подходит для программирования микроконтроллеров, имеющих ограниченные ресурсы, например 8-ми битных моделей с малым объемом памяти. Для больших программ и тем более 32-разрядных контроллеров, лучше использовать другие языки,  отличающиеся более высоким уровнем. Это позволит создавать более сложные и при этом понятные программы.

С/С++

Язык программирования С/С++, относится к языкам более высокого уровня, по сравнению с  Ассемблером. Программа на этом языке лучше понятна человеку. Достоинством С/С++ является огромное число программных средств и библиотек, позволяющих просто создавать необходимый код. Фактически, С/С++ сегодня стал основным языком разработки управляющих программ. Компиляторы данного языка реализованы практически для всех моделей микроконтроллеров. Стандартный язык дает возможность переноса программ с одной платформы на другую. Теоретически, используя разные компиляторы, можно преобразовать любую программу в команды микроконтроллера нужного типа. На практике дополнительно требуется учитывать архитектуру микроконтроллера каждого типа. 
Язык С/С++ имеет достаточно сложную для изучения структуру. Получаемый программный код конкретной задачи, имеет больший объем, чем код той же задачи, реализованной на Ассемблере. Тем не менее язык С/С++ следует признать единственным правильным выбором для профессионального программирования микроконтроллеров.

// Пример программы на языке С
// Мигание встроенным светодиодом Arduino
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT); // Инициализация выхода 13
}

void loop() {
digitalWrite(13, HIGH); // Зажечь светодиод
delay(1000); // Задержка
digitalWrite(13, LOW); // Зажечь светодиод
delay(1000); // Задержка
}

Pascal

Язык Pascal еще более удобен для восприятия и изучения. Тем не менее, он не имеет такого распространения как C/C++, особенно при программировании микроконтроллеров. Некоторые отдельные фирмы поддерживают данный язык, с целью упрощения перехода на контроллеры с больших ПК. В частности вариант языка под названием MicroPASCAL входит в состав поставки отладочных средств фирмы Mikroelektronika.

// Пример программы на языке MicroPASCAL
// Мигание светодиодом
program LED_Blinking;

begin
PORTC := 0; // Инициализация PORTC
TRISC := 0; // Настройка PORTC

while TRUE do // Начало бесконечного цикла
begin
PORTC := not PORTC; // Инвертирование PORTC
Delay_ms(1000); // Задержка
end;
end.

BASIC

Старинный язык первоначального обучения программированию, в настоящее время в основном сохранился в виде реализации Visual BASIC от Microsoft. Используется он и для программирования микроконтроллеров. Реализаций этого языка гораздо больше, чем того же Pascal. Связано это в первую очередь с простотой языка. BASIC часто выбирают разработчики программно-аппаратных платформ, нацеленных на упрощенную разработку электронных устройств. Можно назвать такие проекты,  как PICAXE, Amicus18, microBASIC и некоторые другие. Недостатком BASIC является плохая структурированность кода. Этот язык не стоит выбирать для первоначального изучения с целью дальнейшего перехода на С/С++.  Программирование микроконтроллеров на BASIC можно рекомендовать любителям, не нацеленным на создание, в основном, простых устройств. 

‘ Пример программы на ProtonBASIC
‘ Мигание светодиодом на PORTB.0 Amicus18.

While 1 = 1 ‘ Начало бесконечного цикла
High RB0 ‘ Включить PortB.0
DelayMS 500 ‘ Задержка полсекунды
Low RB0 ‘ Выключить PortB.0
DelayMS 500 ‘ Задержка полсекунды
Wend ‘ Закрытие цикла

Визуальные языки

В отличие от классических языков программирования, визуальные языки позволяют разрабатывать программы в виде изображений. Среди таких языков можно выделить FlowCODE или Scratah. Достоинством визуальных языков является хорошо воспринимаемая структура алгоритма. Это позволяет просто разобраться в его функционировании любому человеку, знающему основные символы языка. Перевод структурных схем в команды микроконтроллера, как правило, выполняется не сразу. Вначале алгоритм транслируется в команды ассемблера или какого-либо языка высокого уровня.

AVR для начинающих.Урок 0.Знакомство с микроконтроллерами.

Только затем, все преобразуется в машинный код. Такая схема, несмотря на свою сложность, позволяет использовать наиболее удобные компиляторы разных разработчиков.

Еще одним достоинством визуального программирования становится простота изучения, поэтому подобные языки часто используются для обучения детей. Недостатком визуального подхода является громоздкость исходных материалов. Тем не менее, подобные языки программирования нашли очень большое распространение для решения специальных задач.

Заключение

Выбор того или иного языка программирования зависит от множества факторов. В первую очередь необходимо определиться с типом решаемых задач и необходимым качеством кода. Если не требуется разработка объемных и сложных программ, то можно использовать практически любой язык. Для обеспечения компактности кода подойдет Ассемблер, а если ставятся серьезные задачи, то альтернативы С/С++ практически нет. Также необходимо учитывать доступность компилятора. В некоторых случаях, реализация языка может вообще отсутствовать, или предлагаться за солидные деньги. В итоге самым универсальным решением можно назвать связку Ассемблера и  C/C++.

You have no rights to post comments

Программирование микроконтроллеров

План

Введение

Раздел 1. Назначение и область применения, их архитектура

Раздел 2. Среды программирования. Схемы подключения микроконтроллера

Раздел 3. Практическая реализация программы на микроконтроллере

Вывод

Список использованных источников

Введение

Актуальность темы. Микроконтроллеры используются во всех сферах жизнедеятельности человека, устройствах, которые окружают его. Простота подключения и большие функциональные возможности. С помощью программирования микроконтроллера можно решить многие практические задачи аппаратной техники.

Цель работы . На основе практического примера показать преимущественные характеристики использования микроконтроллеров, необходимости их внедрения в различные устройства.

Можно считать что микроконтроллер (МК) — это компьютер, разместившийся в одной микросхеме. Отсюда и его основные привлекательные качества: малые габариты; высокие производительность, надежность и способность быть адаптированным для выполнения самых различных задач.

Микроконтроллер помимо центрального процессора (ЦП) содержит память и многочисленные устройства ввода/вывода: аналого-цифровые преобразователи, последовательные и параллельные каналы передачи информации, таймеры реального времени, широтно-импульсные модуляторы (ШИМ), генераторы программируемых импульсов и т.д. Его основное назначение — использование в системах автоматического управления, встроенных в самые различные устройства: кредитные карточки, фотоаппараты, сотовые телефоны, музыкальные центры, телевизоры, видеомагнитофоны и видеокамеры, стиральные машины, микроволновые печи, системы охранной сигнализации, системы зажигания бензиновых двигателей, электроприводы локомотивов, ядерные реакторы и многое, многое другое. Встраиваемые системы управления стали настолько массовым явлением, что фактически сформировалась новая отрасль экономики, получившая название EmbeddedSystems (встраиваемые системы).

Достаточно широкое распространение имеют МК фирмы ATMEL, которые располагают большими функциональными возможностями.

Применение МК можно разделить на два этапа: первый — программирование, когда пользователь разрабатывает программу и прошивает ее непосредственно в кристалл, и второй — согласование спроектированных исполнительных устройств с запрограммируемым МК. Значительно облегчают отладку программы на первом этапе — симулятор, который наглядно моделирует работу микропроцессора.

На втором этапе для отладки используется внутрисхемный эмулятор, который является сложным и дорогим устройством, зачастую недоступным рядовому пользователю.

В тоже время в литературе мало уделено внимания вопросам обучения программированию некоторых недорогих МК, в сочетании с реальными исполнительными устройствами.

Разработка макета программатора отличающегося простотой, наглядностью и низкой себестоимостью, становиться необходимой как для самого программирования кристаллов, так и для наглядного обучения широкого круга пользователей основам программирования МК.

Раздел 1. Назначение и область применения, их архитектура

Микроконтроллер — компьютер на одной микросхеме. Предназначен для управления различными электронными устройствами и осуществления взаимодействия между ними в соответствии с заложенной в микроконтроллер программой. В отличие от микропроцессоров, используемых в персональных компьютерах, микроконтроллеры содержат встроенные дополнительные устройства. Эти устройства выполняют свои задачи под управлением микропроцессорного ядра микроконтроллера.

К наиболее распространенным встроенным устройствам относятся устройства памяти и порты ввода/вывода (I/O), интерфейсы связи, таймеры, системные часы. Устройства памяти включают оперативную память (RAM), постоянные запоминающие устройства (ROM), перепрограммируемую ROM (EPROM), электрически перепрограммируемую ROM (EEPROM). Таймеры включают и часы реального времени, и таймеры прерываний. Средства I/O включают последовательные порты связи, параллельные порты (I/O линии), аналого-цифровые преобразователи (A/D), цифроаналоговые преобразователи (D/A), драйверы жидкокристаллического дисплея (LCD) или драйверы вакуумного флуоресцентного дисплея (VFD). Встроенные устройства обладают повышенной надежностью, поскольку они не требуют никаких внешних электрических цепей.

В отличие от микроконтроллера контроллером обычно называют плату, построенную на основе микроконтроллера, но достаточно часто при использовании понятия "микроконтроллер" применяют сокращенное название этого устройства, отбрасывая приставку "микро" для простоты. Также при упоминании микроконтроллеров можно встретить слова "чип" или "микрочип", "кристалл" (большинство микроконтроллеров изготавливают на едином кристалле кремния), сокращения МК или от английского microcontroller — MC.

микроконтроллер программа микросхема электронный

Микроконтроллеры можно встретить в огромном количестве современных промышленных и бытовых приборов: станках, автомобилях, телефонах, телевизорах, холодильниках, стиральных машинах.

и даже кофеварках. Среди производителей микроконтроллеров можно назвать Intel, Motorola, Hitachi, Microchip, Atmel, Philips, Texas Instruments, Infineon Technologies (бывшая Siemens Semiconductor Group) и многих других. Для производства современных микросхем требуются сверхчистые помещения.

Основным классификационным признаком микроконтроллеров является разрядность данных, обрабатываемых арифметико-логическим устройством (АЛУ). По этому признаку они делятся на 4-, 8-, 16-, 32 — и 64-разрядные. Сегодня наибольшая доля мирового рынка микроконтроллеров принадлежит восьмиразрядным устройствам (около 50 % в стоимостном выражении). За ними следуют 16-разрядные и DSP-микроконтроллеры (DSP — Digital Signal Processor — цифровой сигнальный процессор), ориентированные на использование в системах обработки сигналов (каждая из групп занимает примерно по 20 % рынка). Внутри каждой группы микроконтроллеры делятся на CISC — и RISC-устройства. Наиболее многочисленной группой являются CISC-микроконтроллеры, но в последние годы среди новых чипов наметилась явная тенденция роста доли RISC-архитектуры.

Тактовая частота, или, более точно, скорость шины, определяет, сколько вычислений может быть выполнено за единицу времени. В основном производительность микроконтроллера и потребляемая им мощность увеличиваются с повышением тактовой частоты. Производительность микроконтроллера измеряют в MIPS (Million Instruсtions per Second — миллион инструкций в секунду).

Термин контроллер образовался от английского слова to control — управлять. Эти устройства могут основываться на различных принципах работы от механических или оптических устройств до электронных аналоговых или цифровых устройств. Механические устройства управления обладают низкой надежностью и высокой стоимостью по сравнению с электронными блоками управления, поэтому в дальнейшем мы такие устройства рассматривать не будем. Электронные аналоговые устройства требуют постоянной регулировки в процессе эксплуатации, что увеличивает стоимость их эксплуатации. Поэтому такие устройства к настоящему времени почти не используются. Наиболее распространенными на сегодняшний день схемами управления являются схемы, построенные на основе цифровых микросхем.

В зависимости от стоимости и габаритов устройства, которым требуется управлять, определяются и требования к контроллеру. Если объект управления занимает десятки метров по площади, как, например, автоматические телефонные станции, базовые станции сотовых систем связи или радиорелейные линии связи, то в качестве контроллеров можно использовать универсальные компьютеры. Управление при этом можно осуществлять через встроенные порты компьютера (LPT, COM, USB или Ethernet). В такие компьютеры при включении питания заносится управляющая программа, которая и превращает универсальный компьютер в контроллер.

Использование универсального компьютера в качестве контроллера позволяет в кратчайшие сроки производить разработку новых систем связи, легко их модернизировать (путём простой смены программы) а также использовать готовые массовые (а значит дешёвые) блоки.

Если же к контроллеру предъявляются особенные требования, такие, как работа в условиях тряски, расширенном диапазоне температур, воздействия агрессивных сред, то приходится использовать промышленные варианты универсальных компьютеров. Естественно, что эти компьютеры значительно дороже обычных универсальных компьютеров, но всё равно они позволяют экономить время разработки системы, за счёт того, что не нужно вести разработку аппаратуры контроллера.

Контроллеры требуются не только для больших систем, но и для малогабаритных устройств, таких как радиоприёмники, радиостанции, магнитофоны или сотовые аппараты. В таких устройствах к контроллерам предъявляются жёсткие требования по стоимости, габаритам и температурному диапазону работы. Этим требованиям не могут удовлетворить даже промышленные варианты универсального компьютера. Приходится вести разработку контроллеров на основе однокристальных ЭВМ, которые в свою очередь получили название микроконтроллеры. Любые устройства, в том числе и устройства связи, радиоавтоматики или аудиовизуальной аппаратуры требуют присутствия в своем составе устройства управления (контроллера). Контроллеры требуются практически во всех предметах и устройствах, которые окружают нас. Наиболее распространёнными в настоящее время являются микроконтроллеры семейства MCS-51. Это семейство поддерживается рядом фирм — производителей микросхем. Не менее распространёнными в мире являются микроконтроллеры фирмы Motorola. Это такие семейства как HC05, HC07, HC11 и многие другие. Пожалуй, не менее популярными микроконтроллерами являются микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel. Если представить все типы современных микроконтроллеров (МК), то можно поразиться огромным количеством разнообразных приборов этого класса, доступных потребителю. Однако все эти приоры можно разделить на следующие основные типы: встраиваемые (embedded) 8-разрядные МК; 16 — и 32-разрядные МК; цифровые сигнальные процессоры. Промышленностью выпускаются очень широкая номенклатура встраиваемых МК. В них все необходимые ресурсы (память, устройства ввода-вывода и т.д.) располагаются на одном кристалле с процессорным ядром [3]. Если подать питание и тактовые импульсы на соответствующие входы МК, то можно сказать, что он как бы "оживет" и с ним можно будет работать. Обычно МК содержат значительное число вспомогательных устройств, благодаря чему обеспечивается их включение в реальную систему с использованием минимального количества дополнительных компонентов. В состав этих МК входят:


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *