Здесь можно найти образцы любых учебных материалов, т.е. получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Разработка устройств на основе микроконтроллеров AVR фирмы Atmel Corporation

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 04.12.2012. Сдан: 2012. Страниц: 29. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Вступление……………………………………………………………………………...3
Раздел 1. Разработка устройств на основе микроконтроллеров AVR фирмы Atmel Corporation……………………………………………………………………………....4
      1.1. Общий обзор микроконтроллеров AVR…………………………………...4
      1.2. Программное обеспечение…………………………………………………8
            1.2.1. AVR Studio…………………………………………………….……8
            1.2.2. Code Vision AVR…………………………………………………...9
      1.4. Обзор микроконтроллеров AVR семейства Tiny………………………..10
Раздел 2. Задание на разработку устройства на основе микроконтроллера AVR..13
    2.1. Выбор элементов системы управления и разработка принципиальной схемы……………………………………………………………………………13
      2.2 Разработка алгоритма управляющей программы………………………...16
Раздел 3. Программная  реализация задачи………………………………………….18
Вывод…………………………………………………………………………………..29
Список использованной литературы………………………………………………...30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Вступление
     Научно-технический прогресс неутомимо идет вперед, в результате не только в промышленной, но и в бытовой технике все шире используются встроенные компьютерные системы на основе микроконтроллеров. Они широко применяются в персональных компьютерах и их периферийных устройствах, стиральных машинах, музыкальных центрах и т. д. Средний импортный автомобиль имеет порядка 15 микроконтроллеров, управляющих различными системами автомобиля.
     Современную микроэлектронику трудно представить  без такой важной составляющей, как микроконтроллеры. Микроконтроллеры незаметно завоевал весь мир. В последнее время на помощь человеку пришла целая армия электронных помощников. Мы привыкли к ним, поэтому часто даже не подозреваем, что во многих таких устройствах работает микроконтроллер. Микроконтроллерные технологии очень эффективны.
     Одно  и то же устройство, которое раньше собиралось на традиционных элементах, будучи собрано с применением микроконтроллеров* становится проще, не требует регулировки и меньше по размерам* Кроме того, с применением микроконтроллеров появляются практически безграничные возможности по добавлению новых потребительских функций и возможностей к уже существующим устройствам. Достаточно просто поменять программу!
Мировая промышленность выпускает огромную номенклатуру микроконтроллеров. Специализированные контроллеры предназначенны для применения в какой-либо одной конкретной области, например:
¦  контроллер для телевизора;
¦  контроллер для модема;
¦  контроллер для компьютерной мышки и т. п.
     Особый  же класс составляют универсальные  микроконтроллеры. Они не имеют конкретной специализации и могут применяться  в самых различных областях микроэлектроники. В частности, при желании их с успехом можно применить для создания перечисленных выше устройств. Но главное в том, что можно создать любое, может даже принципиально новое устройство.
     Одна  из самых популярных серий универсальных микроконтроллеров— это микроконтроллеры AVR выпускаемые американской фирмой Atmel. Микросхемы AVR широко используются в самых различных конструкциях.
     Можно заранее отметить, что компания Atmel, благодаря комбинации прогрессивной архитектуры RISC и программируемой флэш-памяти EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory — стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство), разработала очень эффективное решение для всех мыслимых задач внутриплатного управления и установила новые масштабы в соотношении цены и производительности.
     Современный микроконтроллер — довольно сложное  устройство, работу которого не удается описать в деталях вне связи его с дополнительными внешними устройствами. Поэтому в работе будет разработана схема и управляющая программа устройства на основе микроконтроллера. 
 

Раздел 1. Разработка устройств  на основе микроконтроллеров AVR фирмы Atmel Corporation.
      1.1. Общий обзор микроконтроллеров AVR.
     За  последние годы микроконтроллеры AVR приобрели большую популярность, привлекая разработчиков достаточно выгодным соотношением показателей «цена/быстродействие/энергопотребление», удобными режимами программирования, доступностью программно-аппаратных средств поддержки и широкой номенклатурой выпускаемых кристаллов.  Микроконтроллеры этой серии представляют собой удобный инструмент для создания современных высокопроизводительных и экономичных встраиваемых контроллеров многоцелевого назначения. В частности, они используются в автомобильной электронике, бытовой технике, сетевых картах и материнских платах компьютеров, в мобильных телефонах нового поколения и т.д.
В рамках единой базовой архитектуры AVR-микроконтроллеры подразделяются на три семейства:
- Classic AVR — базовая линия микроконтроллеров;
- Mega AVR — микроконтроллеры для сложных приложений, требующих большого объема памяти программ и данных;
- Tiny AVR — низкостоимостные микроконтроллеры в 8-выводном исполнении.
     Фирма Atmel не стоит на месте. Микросхемы этой серии достаточно распространены и популярны во всем мире.
     Устаревшее  семейство «Classic» в настоящее время уже не используется. Основу серии составляет семейство «Tiny» и семейство «Mega», Семейство микроконтроллеров «Tiny» — это микроконтроллеры минимальной конфигурации и, преимущественно, небольших габаритов, предназначенные для простых недорогих и миниатюрных электронных устройств управления. Они имеют минимальный набор возможностей и невысокую цену.
     Микроконтроллеры  семейства «Mega», напротив, имеют  развитую архитектуру и предназначены для более мощных микропроцессорных систем. Кроме того, фирма Atmel выпускает еще несколько видов микроконтроллеров, которые она также относит к серии AVR. Полный состав этой серии приведен далее в табл. 3.1.
     В данной главе мы рассмотрим основные возможности и особенности построения всей серии микроконтроллеров AVR. Таким образом, мы перейдем от теоретических рассуждений к практическим вопросам конкретного устройства микросхем. Все микросхемы AVR строятся по единому принципу и имеют единую систему команд, которая для разных моделей микроконтроллеров может отличаться лишь в наличии либо отсутствии нескольких непринципиальных команд. Поэтому целесообразно изучать всю серию микросхем как единое целое.
     Если  попытаться сравнить микросхемы AVR с  предыдущей серией микросхем (серия АТ89), то мы обнаружим очень много отличий. Разрабатывая новую серию, компания Atmel решила не привязываться к старым своим разработкам и кардинально изменила как внутреннюю архитектуру новых микроконтроллеров, так и систему команд.
     Итак, что же представляют собой микроконтроллеры серии AVR Семейство AVR включает в себя микроконтроллеры самой разной конфигурации, с разным объемом памяти и разным количеством встроенных портов ввода-вывода и других дополнительных устройств.
     Конструктивное  исполнение микроконтроллеров также очень разнообразно. Применяется несколько типов корпусов (см. рис, ЗЛ). Это традиционные корпуса типа PDIP с количеством ножек от 8 до 40. Корпуса типа SOIC с количеством выводов от 8 до 20. А вот большинство микроконтроллеров семейства Mega AVR выполнятся либо в сорокавыводных PDIP-корпусах, либо в современных многовыводных корпусах типа TQFP или MLF (до 64 выводов).
     Микроконтроллеры  серии AVR относятся к классу восьмиразрядных микроконтроллеров. Это значит, что подавляющее большинство операций процессоры производят с восьмиразрядными двоичными числами. По этой причине встроенная шина данных у этих контроллеров тоже восьмиразрядная. Все ячейки памяти и большинство регистров микроконтроллера также восьмиразрядные.
Для обработки  шестнадцатиразрядных чисел некоторые  внутренние регистры могут объединяться попарно. Каждая такая пара может работать как один шестнадцатиразрядный регистр. Исключение составляет память программ. Она целиком состоит из шестнадцатиразрядных ячеек.
     Микроконтроллеры AVR изготавливаются по КМОП-технологии, благодаря которой они имеют достаточно высокое быстродействие и низкий ток потребления. Большинство команд микроконтроллера выполняется за один такт. Поэтом)7 быстродействие контроллеров может достигать 1 миллиона операций в секунду при тактовой частоте 1 МГц.
     Внутренняя  память
     Микроконтроллеры AVU имеют в своем составе три вида памяти. Во-первых,
это ОЗУ (оперативная память для данных). В документации фирмы Atmel эта память называется SRAM. Объем ОЗУ для разных контроллеров варьируется от полного ее отсутствия (в микросхеме AT90S1200) до 2 Кбайт. Подробнее смотрите графу «SRAM» в табл. 3.1.
     Второй  вид памяти—это память программ. Она выполнена по Flash-технологии и предназначена для хранения управляющей профаммы. В фирменной документации она так и называется—Flash-память. Объем программной памяти в разных микросхемах этой серии составляет от 1 до 64 Кбайт. Подробнее смотрите графу «Flash» табл. 3.1. Программная память допускает стирание записанной туда информации и повторную запись. Однако количество циклов записи/стирания ограничено.
Программная память микроконтроллеров AVR допускает  до 1000 циклов записи/стирания. Запись информации в память программ производится при
помощи  специальных устройств (программаторов). Последние модели микроконтроллеров AVR имеют режим автоперезаписи памяти программ. То есть управляющая программа самого микроконтроллера способна сама себя переписывать.
     Третий  вид памяти —  это энергонезависимая память для данных. Она также выполнена по Flash-технологии, но в технической документации она называется EEPROM. Основное назначение этого вида памяти — долговременное хранение данных. Данные, записанные в эту память, не теряются даже при выключенном источнике питания.
     Управляющая программа микроконтроллера может  в любой момент записать данные в EEPROM или прочитать их оттуда. Память EEPROM допускает до 100000 циклов записи/стирания. Количество циклов чтения из EEPROM неограниченно. Объем памяти EEPROM сравнительно небольшой. Дня разных микросхем он составляет от 64 байт до 2 Кбайт. Для большинства задач этого вполне достаточно. Объем EEPROM для разных микросхем вы можете узнать из соответствующей колонки табл. 3.1.
     Записывать  информацию в EEPROM можно также при  помощи программатора. Причем для записи информации в память программ и в EEPROM используется один и тот же программатор. Такой порядок доступа к памяти позволяет при необходимости отказаться от программной перезаписи EEPROM и использовать эту память для хранения любых неизменяемых констант. Это увеличивает гибкость системы.
     Способы программирования Flash- и EEPROM-памяти
Микроконтроллеры AVR допускают несколько способов программирования Flash- и EEPROM-памяти. Основные способы такие:
¦  параллельное программирование (Self-Prog);
     ¦  последовательное программирование с  использованием SPI-интерфейса.
     При параллельном программировании программатор передает в микросхему
записываемые  данные побайтно, параллельным способом. То есть при помощи восьмипроводной  шины.
     При последовательном программировании используется специальный последовательный интерфейс, получивший название SPI. Посредством этого интерфейса данные передаются в микросхему последовательно, бит за битом, с использованием всего трех проводников. Последовательный способ гораздо медленнее, чем параллельный. Зато он более универсален и допускает программирование микросхемы без извлечения ИМС из схемы. В табл. 3.1 в графе «ISP (I), Self-Prog (S)» для каждой микросхемы показаны поддерживаемые способы программирования. Буква I означает наличие ISP, а буква S — наличие режима Self-Prog.
     Порты ввода—вывода
     Порты ввода—вывода — это обязательный атрибут любого микроконтроллера. Их количество для каждой конкретной микросхемы разное. Все порты микроконтроллеров AVR восьмиразрядные, но в некоторых случаях отдельные разряды не используются. Это связано с ограниченным количеством выводов (ножек) у микросхемы. У одних портов используются все восемь его линий. У других семь, шесть или даже три. Но для процессора порты остаются восьмиразрядными. Процессор всегда пишет в такие порты и читает из них полноценный байт информации. Неиспользуемые биты при записи просто теряются. При чтении байта из порта неиспользуемые разряды равны нулю.
     Периферийные  устройства
     Кроме указанных выше элементов, любой  микроконтроллер AVR обязательно содержит набор так называемых периферийных устройств. Периферийные они по отношению к центральному процессорному устройству (ЦПУ) микроконтроллера. Но находятся они также внутри микросхемы. Ниже перечислены все возможные периферийные устройства, которые могут входить в состав микроконтроллера AVR.
     Встроенные  таймеры/счетчики. Микроконтроллеры AVR могут содержать от одного до четырех таймеров/счетчиков. Причем используются как восьми-, так и шестнадцатиразрядные таймеры. Их количество на один микроконтроллер может составлять от одного до шести.
     Генератор сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Генерация сигнала ШИМ —  это просто один из режимов работы таймера/счетчика.
     Одна  микросхема может иметь от 2 до 12 каналов ШИМ, а может не иметь ни одного. Подробнее смотри в соответствующей графе в табл. 3.1.
     Аналоговый  компаратор. Входит в состав практически  во всех микроконтроллеров AVR.
     Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП микроконтроллеров AVR могут иметь от четырех до шестнадцати  каналов. То есть могут преобразовывать в цифровой эквивалент до 16 входных аналоговых сигналов. На самом деле канал АЦП всегда один. Но на его входе стоит система переключения (аналоговый мультиплексор). Поэтому АЦП способен подключаться к нескольким разным источникам аналогового сигнала.
     Последовательный интерфейс. Микросхемы AVR способны поддерживать несколько разных видов последовательных интерфейсов. Каждый такой интерфейс реализует один или несколько известных стандартов передачи информации. Один из видов такого интерфейса поддерживает тот же стандарт, что и СОМ-порт персонального компьютера. Есть также интерфейс, поддерживающий стандарт широко известной в микроэлектронике так называемой 12С шины.
     Сюда  же относится и SPl-интерфейс, который может использоваться как для последовательного программирования памяти программ, так и для связи нескольких микроконтроллеров в мультипроцессорной системе. Любой последовательный интерфейс предназначен для передачи информации последовательным способом. Каждый байт передается последовательно, бит за битом.
     Другие  устройства
     Кроме перечисленных выше устройств, микроконтроллеры серии AVR обязательно содержат систему прерывании, охранный таймер, систему начального сброса, систему контроля питающего напряжения и т. д. Все описанные выше устройства управляются центральным процессором при помощи регистров. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2. Программное обеспечение
            1.2.1. AVR Studio
     Фирма Atmel разработчик микроконтроллеров AVR, очень хорошо позаботилась о сопровождении своей продукции. Для написания программ, их отладки, трансляции и прошивки в память микроконтроллера фирма разработала и бесплатно распространяет специализированную среду разработчика под названием «AVR Studio». Инсталляционный пакет этой инструментальной программы можно свободно скачать с сайта фирмы.
     Программная среда «AVR Studio» — это мощный современный программный продукт, позволяющий производить все этапы разработки программ для любых микроконтроллеров серии AVR. Пакет включает в себя специализированный текстовый редактор для написания программ, мощный программный отладчик.
     Кроме того, «AVR Studio» позволяет управлять  целым рядом подключаемых к компьютеру внешних устройств, позволяющих выполнять аппаратную отладку, а также программирование («прошивку») микросхем AVR.
     Познакомимся  подробнее с этим удобным программным инструментом для программистов. Программная среда «AVR Studio» работает не просто с программами, а с проектами. Для каждого проекта должен быть отведен свой отдельный каталог на жестком диске. В AVR Studio одновременно может быть загружен только один проект.
     При загрузке нового проекта предыдущий проект автоматически выгружается. Проект содержит всю информацию о разрабатываемой программе и применяемом микроконтроллере. Он состоит из целого набора файлов.
     Главный из них — файл проекта. Он имеет  расширение aps. Файл проекта содержит сведения о типе процессора, частоте тактового генератора и т. д. Он также содержит описание всех остальных файлов, входящих в проект. Все эти сведения используются при отладке и трансляции программы.
     Кроме файла aps, проект должен содержать хотя бы один файл с текстом программы. Такой файл имеет расширение asm. Недостаточно просто поместить файл asm в директорию проекта. Его нужно еще включить в проект. Как это делается, мы увидим чуть позже. Проект может содержать несколько файлов asm. При этом один из них является главным. Остальные могут вызываться из главного при помощи оператора .include. На этом заканчивается список файлов проекта, которые создаются при участии программиста.
     Но  типичный проект имеет гораздо больше файлов. Остальные файлы проекта появляются в процессе трансляции. Если ваша программа не содержит критических ошибок и процесс трансляции прошел успешно, то в директории проекта автоматически появляются следующие файлы: файл, содержащий результирующий код трансляции в hex формате, файл тар, содержащий все символьные имена транслируемой программы со своими значениями, листинг-трансляции (1st) и другие вспомогательные файлы. Однако для нас будет важен лишь hex-файл (файл с расширением hex). Именно он будет служить источником данных при прошивке программы в программную память микроконтроллера. 
 
 

     1.2.2. Code Vision AVR
     С системой Code Vision AVR мы уже немного  знакомы. Ранее подробно рассматривалась  работа с мастером-построителем проектов. Теперь настал момент познакомиться с программой Code Vision AVR подробнее. Эта программа разработана румынской фирмой «HP Infotech», специализирующейся на разработке программного обеспечения.
     Инсталляционный пакет свободно распространяемой версии программы, рассчитанной на создание программ, результирующий код которых не превышает 2 Кбайт, можно скачать в Интернете. Там же можно скачать архив с полной и облегченной коммерческими версиями той же программы, защищенные паролем. Эти версии платные.
     Как по назначению, так и по структуре и устройству, программа Code Vision AVR очень напоминает AVR Studio. Главное отличие — отсутствие собственных средств отладки. Для отладки программ Code Vision AVR пользуется отладочными средствами системы AVR Studio.
     Система Code Vision AVR, так же как AVR Studio, работает не с программами, а с проектами. Она может проверять программу на наличие синтаксических ошибок, производить трансляцию программы и сохранение результатов трансляции в НЕХ-файле, а также производить расширенную трансляцию.
     В процессе расширенной трансляции программы формируется не только НЕХ-файл, но и файл той же программы, переведенный на язык Ассемблер, а также специальный файл в COF-формате, предназначенный для передачи программы в AVR Studio для отладки. После создания и расширенной трансляции проекта его директория будет содержать файлы со следующими расширениями:
prj — файл проекта Code Vision AVR;
txt — файл комментариев. Это простой текстовый файл, который вы заполняете по своему усмотрению;
с     — текст программы на языке СИ;
asm — текст программы на Ассемблере (сформирован Code Vision);
cof — формат для передачи программы в другие системы для отладки:
еер — содержимое EEPROM (формируется одновременно с НЕХ-фай-
лом);
hex — результат трансляции программы;
inc — файл-дополнение к программе на Ассемблере с описанием всех зарезервированных ячеек и определением констант;
1st   — листинг трансляции программы на Ассемблере;
mар — распределение памяти микроконтроллера для всех переменных
программы на СИ;
obj — объектный файл (промежуточный файл, используемый при трансляции);
гоm — описание содержимого программной памяти (та же информация,
что и в НЕХ-файле, но в виде таблицы);
vec — еще одно дополнение к программе на Ассемблере, содержащее команды переопределения векторов прерываний;
cwp — файл построителя проекта. Содержит все параметры, которые вы
ввели в построитель. 

       1.4. Обзор микроконтроллеров AVR семейства Tiny.
     Основные  характеристики
     Микросхема ATtiny2313 представляет собой восьмиразрядный микроконтроллер с внутренней программируемой Flash-памятью размером 2 Кбайт.
     Общие сведения:
- использует AVR® RISC архитектуру;
¦ AVR — это  высокое быстродействие и специальная RISC-архитектура с низким потреблением;
- 120 мощных инструкций, большинство из которых выполняется за один
машинный цикл;
- 32 восьмиразрядных  регистра общего назначения;
полностью статическая  организация (минимальная частота может быть равна 0);
до 20 миллионов  операций в секунду (MIPS/Sec) при тактовой частоте 20 МГц.
     Сохранение  программ и данных при выключенном питании:
- 2 Кбайт встроенной программируемой Flash-памяти, до 10000 циклов записи/стирания;
¦  128 байт встроенной программируемой энергонезависимой  памяти данных (EEPROM);
¦  до 100000 циклов записи/стирания;
¦  128 байт внутреннего  ОЗУ (SRAM);
и программируемые биты защиты от чтения и записи программной памяти и EEPROM.
     Периферийные  устройства:
¦  один 8-разрядный таймер/счетчик с программируемым предделителем и режимом совпадения;
¦  один 16-разрядный  таймер/счетчик с программируемым  предделителем, режимом совпадения и режимом захвата;
¦  четыре канала ШИМ (PWM);
- встроенный аналоговый компаратор;
- программируемый сторожевой таймер и встроенный тактовый генератор;
- универсальный последовательный интерфейс USI (Universal Serial Interface);
- полнодуплексный USART.
     Особенности микроконтроллера:
- специальный вход debugWIRE для управления встроенной системой отладки;
- внутрисистемный программируемый последовательный интерфейс SPI;
¦  поддержка  как внешних, так и внутренних источников прерываний; я три режима низкого потребления (Idle, Power-down и Standby);
- встроенная система аппаратного сброса при включении питания; я программируемая схема контроля снижения напряжения питания;
¦  внутренний перестраиваемый тактовый генератор; я цепи ввода—вывода и корпус;
- 18 программируемых линий ввода-—вывода; » три вида корпусов:
PDIP — 20 контактов;
SOIC — 20 контактов;
QFN/MLF — 20 контактных площадок.
     Напряжения  питания:
- 1,8 — 5,5 В (для ATtiny2313V); - 2,7 — 5,5 В (для ATtiny2313).
     Диапазон  частот тактового генератора ATtiny2313V:
- 0—4 МГц при напряжении 1,8—5,5 В; и 0—10 МГц при напряжении 2,7—5,5 В.
     Диапазон  частот тактового генератора ATtiny2313:
- 0—10 МГц при напряжении 2,7—5,5 В;
¦  0—20 МГц  при напряжении 4,5—5,5 В.
     Ток потребления в активном режиме:
- 1 МГц, 1,8 В: 230 мкА;
- 32 кГц, 1,8 В: 20 мкА (с внутренним генератором).
     Ток потребления в  режиме низкого потребления:
¦  не более 0,1 мкА при напряжении 1,8 В.
     Блок-схема  микроконтроллера
     Назначение  выводов микросхемы ATtiny2313 приведено на рис. 1.1. Блок-схема микроконтроллера ATtiny2313 приведена на рис. 1.2.
     Ядро AVR имеет большой набор инструкции для работы с 32 регистрами общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (ALU), которое позволяет выполнять одну команду для двух разных регистров за один такт системного генератора. Такая архитектура позволила достигнуть производительности в десять раз большей, чем у традиционных микроконтроллеров, построенных по CISC-технологии.
     Особенности микросхемы ATtiny2313
Микросхема ATtiny2313 имеет следующие особенности:
¦  2 Кбайт  системной программируемой Flash-памяти программ;
¦  128 байт EEPROM;
¦  128 байт SRAM (ОЗУ);
¦  18 линий  ввода—вывода (I/O);
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.