Лабораторный практикум по дисциплине «ЭВМ и переферийные устройства»
Методические указания
Ангарск, 2016
Основные сведения о микроконтроллерах Atmel AVR
Цель лабораторных работ – помочь студенту быстрее освоить основы и принципы работы микропроцессорных систем и периферийных устройств на базе микроЭВМ.
Одним из активно развиваемых направлений современной микроэлектроники является линейка высокопроизводительных RISC (Reduced Instruction Set Computers) микроконтроллеров общего назначения. В компании Atmel Corp такие контроллеры объединены общей маркой AVR. Серийное производство AVR началось в 1996 году.
AVR - микроконтроллеры представляют собой мощный инструмент для создания современных высокопроизводительных и экономичных контроллеров многоцелевого назначения, в том числе и встраиваемых.
Микроконтроллер семейства AVR фирмы Atmel представляет собой восьмиразрядную однокристальную микро-ЭВМ с сокращенной RISC системой команд.
Большинство команд, входящих в систему команд. выбираются из памяти за один такт и выполняются зa один такт работы микроконтроллера. При выполнении последовательно таких команд выборка из памяти очередной команды совмещается во времени с исполнением ранее выбранной команды. При этом число команд, выполняемых за 1 с, совпадает с тактовой частотой работы микроконтроллера.
Микроконтроллеры изготавливаются по высококачественной КМОП (СМОS) технологии, содержат энергонезависимые запоминающие устройства для хранения программы и данных, выполненные по Flash и EEPROM технологиям, и отличаются низким энергопотребление при высокой тактовой частоте. Запись программы и исходных данных в память может выполняться после установки микроконтроллера в аппаратуре, где ему предстоит работать.
Основными характеристиками процессора микроконтроллеров AVR семейства Mega являются:
· полностью статическая архитектура, минимальная тактовая частота равна нулю;
· арифметико-логическое устройство (АЛУ) подключено непосредственно к регистрам общего назначения (32 регистра);
· большинство команд выполняются за один период тактового сигнала;
· векторная система прерываний, поддержка очереди прерываний;
· большое число источников прерываний (до 45 внутренних и до 32 внешних);
· наличие аппаратного умножителя.
Подсистема ввода/вывела микроконтроллеров AVR семейства Mega имеет следующие особенности:
· программное конфигурирование и выбор портов ввода/вывода;
· выводы могут быть запрограммированы как входные или как выходные независимо друг от друга;
· входные буферы с триггером Шмитта на всех выводах;
· имеется возможность полного отключения цифрового порта ввода/вывода от физического вывода микросхемы;
· на всех входах имеются индивидуально отключаемые внутренние подтягивающие резисторы сопротивлением 20...50 кОм.
Комплект EasyAVR v7 является средством разработки систем для AVR микроконтроллеров в DIP корпусах. EasyAVR v7 позволяет программировать, отлаживать работу систем с 64 типами AVR-микроконтроллеров. Плата имеет USB 2.0 программатор и многие важные и необходимые модули ввода/вывода. Комплект EasyAVR v7 поставляется с ATmega32.
Сочетание функциональных модулей в микроконтроллере ATmega32, аналогичных производительным микропроцессорным системам, и наличие популярных периферийных устройств и интерфейсов на отладочной плате EasyAVR v7, позволяет в учебном процессе формировать у обучающихся необходимые компетенции:
ОПК-2 способностью решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной и библиографической культуры с применением информационно-коммуникационных технологий и с учетом основных требований информационной безопасности;
ОПК-3 способность использовать современные информационные технологии, технику, прикладные программные средства при решении задач профессиональной деятельности;
ПК-7 способность участвовать в разработке проектов по автоматизации производственных и технологических процессов, технических средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний, управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством, в практическом освоении и совершенствовании данных процессов, средств и систем.
Требования к технике безопасности при выполнении лабораторных работ
Продукт MIKROELEKTRONIKA EasyAVR v7 предназначен для использования в учебных и исследовательских целях и не может быть применен качестве оборудования для управления в опасных средах, например, при эксплуатации ядерных установок, воздушных судов или навигационных систем связи, управления воздушным движением, прямой поддержки жизни, машин или систем вооружения, в которых сбой программного обеспечения может непосредственно привести к смерти, травмам или тяжелой физической или экологического ущерба.
Помещение лаборатории по степени опасности поражения электрическим током относится к категории II – помещение с повышенной опасностью, то есть сухое отапливаемое помещение с относительной влажностью воздуха не выше 75% и температурой от 5 до 30°С, возможность прикосновения к элементам системы центрального отопления.
Комплекты EasyAVR v7 питаются напряжением 5В от системных блоков ПЭВМ и электрические цепи платы не представляют угрозы для жизни и здоровья обучающихся. Однако компьютеры, к которым подключаются комплекты EasyAVR v7, питаются от сети 220 В, поэтому требуется соблюдать меры электробезопасности:
- не допускать одновременного прикосновения к металлическим корпусам и деталям ПЭВМ и металлоконструкциям, имеющим соединение с землей;
- при возникновении нарушений в работе электрооборудования (розеток электросети, освещения, кондиционера и т.п.) обесточить лабораторию;
- при обнаружении нарушений защитного заземления доложить об этом преподавателю;
- не нарушать маркировку розеток и элементов оборудования, расположение информационных табличек.
Пол и мебель лаборатории, а также одежда могут создавать большие потенциалы статического электричества. В целях комфортной работы с оборудованием и недопущением повреждения цепей плат рекомендуется:
- производить подключение модулей только при отключенном питании платы;
- не менять положение переключателей при включенном питании;
- не прикасаться к деталям и контактам платы без необходимости;
- после завершения работы убирать платы в специальную антистатическую упаковку.