Федеральное агентство по образованию
Сарапульский политехнический институт (филиал)
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Ижевский государственный технический университет»
Кафедра КиПР
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОГО ПРОЕКТА (РАБОТЫ)
По дисциплинам: «Микропроцессорные системы»,
Для специальности
230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
Разработал к.т.н., доцент кафедры КиПР: Чикуров Т.Г.
г. Сарапул 2006
Цели и задачи дисциплин «Микропроцессорные системы», «Микропроцессоры в измерительных системах», а также «Микроконтроллеры» имеют ряд общих моментов. Так, например, можно выделить, что после изучения этих дисциплин студент должен знать
не только структуры микропроцессорных систем, но и структуры микро-ЭВМ и контроллеров, а также уметь
проектировать на базе микроконтроллеров системы, синтезировать для них алгоритмы и производить их отладку. Поэтому в качестве объекта курсового проектирования или работы по указанным дисциплинам выбран микроконтроллер, как наиболее распространенный элемент встраиваемых систем.
На сегодня микроконтроллерные системы находят все большее применение, а рынок микроконтроллеров соизмерим с рынком микропроцессоров. Крупных производителей микроконтроллеров – десятки, а разновидностей выпускаемых ими микроконтроллеров – тысячи. Поэтому при выборе МК опирались на соотношение цена-производительность-энергопотребление, а также удобство использования. По этому соотношению наиболее удачными признаны микроконтроллеры фирмы ATMEL
, а для конкретного изучения МК AtMEGA
16
.
2. Содержание и оформление работы или проекта.
Курсовая работа или проект состоит из пояснительной записки и графической части – чертежей необходимых схем, алгоритмов и листингов программ.
2.1. Пояснительная записка
Пояснительная записка - это документ, содержащий описание устройства и принцип действия разрабатываемого изделия, а также обоснование принятых при его разработке технических и/или технико-экономических решений.
Общие требования к выполнению пояснительной записки следующие:
- текст набирается на компьютере шрифтом 14 кегль;
- поля: сверху и снизу 20, слева 30, справа 15 мм, объем не регламентируется
, формат А4;
- разрешается выделять цветом заголовки, особые расчетные параметры и т.п.
- листы записки должны быть пронумерованы и подшиты в папку или обложку;
- лицевая сторона обложки выполняется в соответствии с требованиями оформления титульного листа (приложение 1).
Последовательность размещения материала в пояснительной записки следующая:
1) Титульный лист;
2) Задание на курсовой проект (работу);
3) Оглавление (перечень разделов записки с указанием страниц);
4) Текстовая часть;
5) Приложение.
Текстовая часть пояснительной записки должна содержать:
а) анализ задания;
б) обоснование выбора функциональной схемы;
в) разработка общего алгоритма работы устройства;
г) разработка частных алгоритмов;
д) разработка программы и подпрограмм;
к) выводы (анализ соответствия разработанной функциональной схемы и программы техническому заданию).
При указании перечня использованной при работе над проектом литературы необходимо придерживаться следующих правил:
а) список литературы приводится в алфавитном порядке фамилий авторов, либо по первичности появления в тексте пояснительной записки. ГОСТы указываются в порядке возрастания их номеров;
б) после фамилий, и., о., автора (ов) дается заголовок книги или статьи;
в) для книг указывается место изделия, издательство, год издания, число страниц;
г) для журналов указывается название журнала, год издания, том, номер журнала, номер страницы.
Допускаются ссылки на Интернет сайты, содержащие справочную и иную информацию.
В тексте записки ссылка на литературный источник дается в квадратных скобках с указанием номера источника согласно списку литературы.
2.2. Графическая часть
Графическая часть курсового проекта выполняется в виде комплекта документов на разрабатываемое изделие, располагается в приложении и содержит:
а) функциональную схему устройства;
б) блок-схему алгоритма работы устройства;
в) блок-схемы частных алгоритмов;
г) текст программы с комментариями.
3. Ход работы
Курсовая работа (проект) ориентирована, в основном, на разработку блок-схем алгоритмов и программы работы микроконтроллера, обеспечивающих работу устройства в целом. Функциями микроконтроллера являются: управление функциональными частями устройства, обмен с ними данными, выполнение требуемых математических операций, подготовка информации к выводу и вывод результатов. Для работы используется микроконтроллер AVR
фирмы ATMEL
– AtMEGA
16
.
Для выполнения курсовой работы необходимо выполнить следующее:
1. Получить задание и внимательно ознакомиться с ним (Приложение 2).
2. Представить разрабатываемое устройство в виде функциональной схемы
3. Разработать алгоритм работы устройства
4. Разработать программу работы микроконтроллера для функциональной схемы устройства.
5.
Проверить работу программы в симуляторе AVRStudio
4.02
6. Оформить
А) После получения задания, необходимо представить себе те функции, которые должно выполнять устройство и перечислить их. Далее необходимо подумать, какие функциональные части должны входить в систему, чтобы обеспечить выполнение этих функций. Каким образом эти части соединялись бы с выводами микроконтроллера, как управлялись, при этом прикинуть необходимые форматы обмена данными. Так требуется рассуждать по каждой функциональной части. В результате такого осмысления задания можно переходить к следующей части работы – оформлению функциональной схемы устройства (системы).
Б) При оформлении функциональной схемы требуется нарисовать условное графическое обозначение микроконтроллера AVR
AtMEGA
16
со всеми выводами [1]. Далее требуется нарисовать другие части разрабатываемого устройства (системы) в виде прямоугольников (их устройство в работе не рассматривается, но кратко поясняется принцип действия). Исходя из соображений (см. пункт А) необходимо нарисовать столько выводов у функциональных частей системы, сколько необходимо, чтобы обеспечивался интерфейс микроконтроллера и этих частей. Каждый вывод функциональной части должен быть обозначен. При выборе выводов у функциональных частей желательно опереться на аналогичные реальные устройства, а можно исходить из логических заключений о необходимости того или иного вывода. Хотя первое предпочтительнее.
Для обеспечения интерфейса каждый вывод каждой функциональной части должен быть описан по трем позициям: назначение, электрические уровни работы, таблица истинности связывающая состояние вывода с каким-либо сигналом от функциональной части. (Например, для схемы на рис.1 вывод 8 блока отображения – вход управления включением 4-го разряда, обеспечивает включение (засвечивание) сегментов 4-го разряда индикатора в соответствии с поданным кодом на входы 1 – 7, уровень входного сигнала уровня ТТЛ, логическая «1» включает разряд, логический «0» выключает).
После такого подробного описания каждого вывода становится понятно, какой вывод за что отвечает и можно присоединять их к выводам микроконтроллера, их описание в источнике [1]. В результате получается функциональная схема системы с подробным описанием выводов. Например, на рис. 1 представлена функциональная схема 3-х канального вольтметра.
После такой подготовки можно переходить к разработке блок-схемы алгоритма работы.
Рис.1 Пример оформления функциональной схемы трехканального цифрового вольтметра на базе микроконтроллера AVR
AtMEGA
16
В) При разработке алгоритма необходимо вначале составить наиболее общий алгоритм, в котором отразить основные действия системы. Для этой цели можно использовать текстовую форму алгоритма, в виде простого описания последовательности действий системы (текстовая форма), а можно использовать графическое оформление в виде блок-схем, рис.2. Тогда в отношении функциональной схемы, представленной на рис.1 текстовая форма алгоритма будет следующая:
1. Считать состояние выходов блока выбора каналов.
2. Определить номер канала для работы.
3. Включить АЦП и определить напряжение на выходе выбранного канала.
4. Преобразовать код к виду для отображения на семисегментном индикаторе.
5. Отобразить результат на индикаторе.
6. Вернуться к пункту 1 и повторить последовательность.
В отношении представленной функциональной схемы графическая форма алгоритма (блок-схема) будет, рис.2. В представленном примере блоки 2, 3 и 4 являются процедурами или модулями программы.
lign:center;">
Рис.2. Пример блок-схемы общего алгоритма работы цифрового трехканального вольтметра
Далее по каждому элементу общего алгоритма необходимо составить частные алгоритмы, более детально описывающие необходимые действия. Хотя, если программа незначительная, то частные алгоритмы можно не составлять, а ограничиться более подробными комментариями в программе.
Г) При разработке программы необходимо пользоваться интегрированной средой разработки программ AVR
Studio
4.02
фирмы Atmel
. Эта среда позволяет не только создавать программы, но и отлаживать ход их выполнения благодаря наличию встроенного симулятора. Особенности работы со средой программирования, а также особенностями и примерами разработки программ для AtMEGA
16 с помощью AVR
Studio
4.02
можно узнать в источнике [2].
Д) Симуляцию работы программы производить в той же среде AVR
Studio
4.02
. При необходимости продемонстрировать работу программы преподавателю.
Ж) Перечень заданий приведен в приложении 2.
Список используемых источников
1. Discription of AVR microcontroller AtMega16. AMEL
Corporation
,
2003 г.
2. Чикуров Т.Г. Применение микроконтроллеров AVR
ATMEL
в схемотехнике радиоэлектронных средств: метод. указания к лабораторным работам. – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2006. – 80 с.
3. www.atmel.ru или www
.
atmel
.
com
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Федеральное агентство по образованию
Сарапульский политехнический институт (филиал)
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Ижевский государственный технический университет»
Кафедра КиПР
УДК______________
КУРСОВОЙ(АЯ) ПРОЕКТ(РАБОТА)
по дисциплине: «Название дисциплины»
на тему: «Название темы»
Выполнил студент гр. ______ : подпись И.О.Фамилия
Проверил: к. т. н., доцент кафедры КиПР Т. Г. Чикуров
г. Сарапул 200_
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Список заданий на курсовую работу (проект)
1. 1. Разработать устройство управления игрушечной подводной лодкой на базе МК AtMEGA16
. При этом она должна отрабатывать алгоритмы: полного и частичного погружения (всплытия), движения вперед, назад, влево, вправо, поднятия спуска перископа. Считать, что команды о том или ином действии поступают в виде кода с модуля радиоканала.
2. Разработать устройство управления установкой для пайки волной на базе МК AtMEGA16
, с возможностями: автоматической регулировки температуры припоя, индикации низкого уровня припоя в ванночке, индикации низкого уровня щелочи в ванночке, автоматического подсчета числа печатных узлов прошедших через установку.
3. Разработать устройство управления электромагнитным замком на базе МК AtMEGA16
, с возможностями: отпирания замка при введении кодовой комбинации из 6 цифр при алфавите в 10, перепрограммирования кода замка.
4. Разработать на базе МК AtMEGA16
устройство управления системой охранной сигнализации на 5 пар концевых выключателей, 5 фотоприемников, с возможностью включения сирены, а также светового индикатора.
5. Разработать устройство управления фотокамерой, фиксирующей номер автомобиля превысившего скорость. Определение скорости производится по времени, за которое автомобиль пересечет границы двух разнесенных фотодатчиков. Для установки предельной скорости используется ряд переключателей с дискретностью установки - 1 км/час.
6. Разработать на базе МК AtMEGA16
устройство управления детским автомобильчиком, который автоматически огибает препятствия. Наличие или отсутствие препятствия определяется путем сканирование переднего пространства фото излучателем и приемником.
7. Разработать цифровой вольтметр на базе МК AtMEGA16
для измерения параметров кривых переменных напряжений. Вольтметр должен вычислять и выдавать на индикаторы любую из следующих величин: максимум, размах, среднее квадратичное среднее абсолютной величины и среднее алгебраическое.
8. Разработать на базе МК AtMEGA16
устройство управления электронным табло, состоящим из матрицы светодиодов количеством 10 штук в ширину, 50 штук в длину. Организовать прием сообщений до 100 символов (включая пробел) с клавиатуры, затем их непрерывный вывод на табло.
9. Разработать на базе МК AtMEGA16
устройство управления светофором с контролем текущего потока автотранспорта на 20 метров от границы перекрестка в каждом направлении, с возможностью включения красного света пешеходами одной из четырех кнопок. В случае отсутствия транспорта светофор должен переходить в режим желтого мигающего света, до появления первого транспорта.
10. Разработать на базе МК AtMEGA16
кодер из кода ASCII в код морзе с возможностью установки начального адреса и конечного адреса передаваемой за сеанс информации из ОЗУ.
11. Разработать на базе МК AtMEGA16
устройство сигнализации автомобиля состоящее из 4 аналоговых датчиков и 6 концевых выключателей с управлением аварийной сиреной и ближним светом. При срабатывании устройства на аналоговые датчики в случае отсутствия повторного срабатывания устройство должно отключаться через 5 секунд.
12. Разработать на базе МК AtMEGA16
электронный навигатор для автомобиля выполняющий функции тахометра, расходомера, индикатора температуры снаружи и в салоне, с возможностью ведения учета средней скорости движения, среднего расхода бензина, пройденного километража, с возможностью сброса показаний и использованием энергонезависимой памяти.
13. Разработать на базе МК AtMEGA16
электронные весы с возможностью установки цены и получением итоговой стоимости. С возможностью накопления итоговой стоимости по результатам взвешивания различных продуктов.
14. Разработать на базе МК AtMEGA16
детский музыкальный синтезатор, который воспроизводил бы мелодию, записанную в главной памяти. Предусмотреть клавиатуру на 2 октавы с сохранением в ПЗУ таблицы с кодами для частот на 20 инструментов и 10 ритмов.
15. Разработать на базе МК AtMEGA16
устройство логического управления магнитофоном, содержащее: электронный счетчик ленты, память (закладку) на 3 позиции, перемотку к выбраной позиции, перемотку на кол-во единиц вперед-назад, запись на ленту спец. метки, поиск на ленте спец. метки, воспроизведение в режиме от начальной и до конечной позиции.
16. Разработать на базе МК AtMEGA16
устройство управления купюросчетной машинкой с датчиком на магнитную полоску, ширину купюры соответствующего типа, с остановкой на купюре неудовлетворяющей типу проверки. Обеспечить индикацию количества пересчитанных, возможность сброса и возможность отсчета требуемого числа купюр
17. Разработать на базе МК AtMEGA16
устройство автоматического отпирания и запирания дверей с набором фотодатчиков и возможностью закрытия дверей по специальному заданию. Устройство должно обслуживать десять дверей и 40 датчиков (по 4 на каждую дверь). Предусмотреть кнопки экстренного отпирания и запирания дверей.
18. Разработать на базе МК AtMEGA16
музыкальный автомат-проигрыватель на 100 компакт дисков. Автомат должет обеспечивать возможность выбора диска, песни на диске, запоминание последовательности выбора дисков и песен на этих дисках с возможностью автоповтора, просмотра на индикаторе и запуске в режиме ознакомления (15 секунд на песню). Предусмотреть возможность проигрывания диска целиком. Зарезервировать подключение датчика приемника монет.
19. Разработать на базе МК AtMEGA16
телефон-автомат, работающий с магнитной карточкой, учитывающий время разговора допустимое карточкой, сохранение результатов на карточке, автозагрузку и автоподачу карточки, индикацию оставшегося времени, предоставление услуг междугородней связи с учетом тарифа, хранящегося в ПЗУ для каждого региона.
20. Разработать на базе МК AtMEGA16
систему управления 8 инкубаторами с возможностью установки рабочей температуры для каждого инкубатора с возможностью включения/выключения каждого инкубатора по программе (при задании длительности замера) или вручную ("выключить"). Сигнал текущей температуры представляется в аналоговой форме, включение и выключение производиться с помощью управляющего реле.
21. Разработать на базе МК AtMEGA16
устройство автоматического слежения положения стержня на столике. Набор датчиков и возможность управления 2-мя двигателями, движущими столик позволяет удержать стержень в вертикальном положении.
22. Разработать на базе МК AtMEGA16
систему автоматического огня с наведением на цель по четырем локаторам. Захват цели происходит при равенстве показаний всех четырех локаторов. Управление ведется двумя двигателями с коммутацией питающего напряжения. Hаведение на цель должно вестись одновременно по двум координатам, а не последовательно
23. Разработать на базе МК AtMEGA16
устройство управления вращением механической части принтера с функциями: определения наличия листа в лотке при подаче сигнала печати, выдачи сигнала отсутствия листа, включения и выключения вращения, определения заданного положения начала печати, выдачей сигнала готовности при выполнении всех условий.