Тема: Модернізація навчального стенду для дослідження

мікроконтролерів

Зміст

1. ОПИС ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДУДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ КОНТРОЛЕРІВ PIC 16F877 ……………...……………………………….8

1.1 Лабораторній стенд для вивчення цифрових пристроїв та

мікроконтролерів………..…………………………………………...………..8

1.2 Перелік лабораторних робіт, що підтримуються стендом …………………………………………………………………………..………9

1.3 Технічна характеристика стенду ………………...……………………..12

1.4 Опис мікроконтролера РІС 16F877………………..……………………13

1.5 Характеристика периферійних модулів …………..………………. 14

1.6 Призначення виводів мікроконтроллерів PIC 16F874 і PIC 16F877…16

1.7 Організація пам'яті……………………………………………………….17

1.8 Регістри загального призначення………………………………………..19 ЗАГАЛЬНИЙ ОПИС ПОРТУ USB….………..…………...…….………..... 21 2.1Специфікація USB.…………………………………………..……………21

2.2 Види периферійного устаткування, які підтримує USB та програмне забезпечення, яке потрібне для роботи USB...…………………………… 22 2.3 Технологія USB 2.0 …………………….…………………………..….. 23 2.4 Концентратор.......................................................................……………. 25 2.5 Функціональний пристрій.…………………………………...…...……. 26 2.6 Топологія USB.……………………….……………….……………...… 29

3 ОПИС МІКРОКОНТРОЛЕРА РІС18F4550………..………………….. 35

3.1 Деталізація індивідуального сімейства ………………………………..38

3.2 Призначення виводів мікроконтролерів PIC18F4455 і PIC18F4550….40

3.3 Розробка електрично принципової схеми для підключення мікро контролерів PIC18F4550 до ПК через порт USB……………………….….42 3.4 Розробка програмного драйверу незалежної пам'яті для зв’язку із PIC18F4550……………………………………………………………………43 3.5 Розробка програмного модуля РІС18F4550 для зв’язку з ПК через нтерфейс SB……………………………..……………………………………48

4 ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ РОЗРОБКИ НАВЧАЛЬНОГО СТЕНДУ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ МІКРОКОНТРОЛЕРІВ……………………………………………….62

5 Охорона праці……………..…………………………..………....…... 68

6 ВИСНОВКИ……………………………………………………………...…81

2.

ОПИС ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДУДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ КОНТРОЛЕРІВ PIC 16F877

1.1 Лабораторній стенд для вивчення цифрових пристроїв та

Мікроконтролерів

Стенд призначений для освоєння архітектури та методів проектування інформаційно-керуючих систем, систем збору і оброблення інформації на базі найпоширеніших мікроконтролерів та однокристальних ЕОМ, вбудованих контролерів та систем збору даних, розробки та відладки вузлів інформаційних систем, підсистем вводу-виводу, керуваня, а також для відладки програмного забезпечення для мікроконтролерів.

Стенд може бути використаний для вивчення вузлів мікроконтролерних інформаційно-вимірювальних систем, промислових інтерфейсів, пристроїв вводу-виводу; виконання курсових, дипломних та науково-дослідних робіт; розробки і відладки апаратно-орієнтованого програмного забезпечення; взаємодії із аналоговими та цифровими первинними перетворювачами та виконавчими органами.

Стенд складається із однокристальної мікро-ЕОМ ADuC-841, набору периферійних вузлів, в які входять – клавіатура 3х4, рідкокристалічний індикатор, чотири семисегментні світлодіодні індикатори для статичної індикації, один знакосинтезуючий індикатор, увімкнений за схемою динамічної індикації, 8 індикаторних світлодіодів, 2х мікросхем FRAM-пам’яті типу FM24C256, мікросхеми FLASH пам’яті типу AT45D161, 2х4 ключі для керування кроковими двигунами. Аналогова частина стенду включає блок буферів-підсилювачів, генератор прямокутних імпульсів, АЦП, побудоване на компараторі.
Стенд дозволяє здійснювати підключення периферійних пристроїв по інтерфейсах І2С, SPI RS-232, RS-485 та 1-Wire.
Програмування контролера відбувається через інтерфейс RS-232 із ПК з допомогою утиліт фірми Analog Devices або із IDE середовища Keil.
У середовищі Keil можна проводити внутрішньосхемну відладку програми за допомогою вбудованого монітора ADI monitor driver, що працює через СОМ порт.
Розроблено 5 типових лабораторних робіт для роботою зі стендом, які включають ознайомлення з архітектурою і командами мікроконтролера, роботу із клавіатурою індикацією, драйвером крокового двигуна та датчиком температури DS18B20.

Призначення стенду:

- проведення лабораторних робіт з вивчення цифрових компонентів;

- проектування і наладка цифрових схем в інтерактивному режимі з використанням програмованої логічної інтегральної схеми (ПЛІС) в складі стенду;

- проведення лабораторних робіт з вивчення мікроконтролерів;

- розробка програм для мікроконтролерів і їх наладка в інтерактивному режимі;

- проектування систем на базі мікроконтролера і їх наладка в інтерактивному режимі.

1.2 Перелік лабораторних робіт, що підтримуються стендом:

- дослідження роботи простих комбінаційних логічних схем;

- дослідження роботи комбінаційних цифрових пристроїв (компаратора, суматора, мультиплексора);

- дослідження роботи тригерів;

- дослідження роботи регістрів;

- дослідження роботи лічильників;

- дослідження роботи цифрового автомата;

- дослідження роботи оперативного запам’ятовуючого прибудові;

- дослідження функцій паралельного вводу/виводу мікроконтролера;

- дослідження арифметичних функцій мікроконтролера;

- дослідження інтерфейсу UART мікроконтролера;

- дослідження SPI-інтерфейсу мікроконтролера.

1.3 Технічна характеристика стенду:

число розрядів арифметико-логічного блоку мікроконтролера 8;

тактова частота роботи мікроконтролера, Мгц 22;

об’єм FLASH-пам’яті для зберігання коду програм, кБайт 8;

кількість циклів перезапису FLASH-пам’яті 10000;

об’єм оперативної пам’яті, байт 256;

об’єм пам’яті типу EEPROM для зберігання даних, кБайт 2;

кількість циклів перезапису пам’яті типу EEPROM, тис. 100;

тактова частота опорного генератора стенду, Мгц 10;

число розрядів двонаправленої шини введення/виведення стенду 8;

число розрядів світлодіодного індикатора 16;

число символів модуля алфавітно-цифрової індикації 2х16;

кількість вентилів ПЛІС, тис. 10;

максимальна тактова частота роботи цифрових компонентів ПЛІС, Мгц 250;

напруга живлення стенду, В + 5;

габаритні розміри стенду, мм 330х280х50.

1.4 Опис мікроконтролера РІС 16F877

Рис . 1 Мікроконтролер РІС 16F877

Характеристика мікроконтролерів :

Високошвидкісна RISC архітектура 35 інструкцій.

Всі команди виконуються за один цикл, окрім інструкцій переходів, що виконуються за два цикли.

Тактова частота :

- DC - 20, тактовий сигнал

- DC - 200, один машинний цикл

До 8 x 1 4 слів FLASH пам'яті програм

До 368 x 8 байт пам'яті даних ()

До 256 x 8 байт EEPROM пам'яті даних

Сумісність по висновках з PIC 6C73B/74B/76/77

Система переривань ( 1 4 джерел )

8-рівневий апаратний стек

Прямий, непрямий та відносний режими адресації:

· Скидання за включенням живлення (POR);

· Таймер скидання (PWRT) і таймер очікування запуску генератора (OST) після включення живлення

· Сторожовий таймер WDT з власним RC генератором

· Програмований захист пам'яті програм

· Режим енергозбереження SLEEP

· Вибір параметрів тактового генератора

· Високошвидкісна, енергозберігаюча CMOS FLASH/EEPROM технологія

· Повністю статична архітектура

· Програмування в готовому пристрої (......два виведення мікроконтролера )

· Низьковольтний режим програмування

· Режим внутрішньосхемної відладки (.......два виведення мікроконтролера )

· Широкий діапазон напруг живлення від 2.0 до 5.5

· Підвищена здатність навантаження портів введення / (25 )

Мале енергоспоживання : - < 1мкА в режимі енергозбереження

1.5 Характеристика периферійних модулів :

Таймер 0: 8-розрядний таймер /......с 8-розрядним програмованим перед дільником

Таймер 1 : 1 6-розрядний таймер /......с можливістю підключення зовнішнього резонатора

Таймер 2: 8-розрядний таймер /......с 8-розрядним програмованим перед дільником і вихідним лителем

Два модулі порівняння // (CCP):

- 1 6-розрядне