Магистерская диссертация на тему: Основы архитектуры микроконтроллеров. Основные типы микроконтроллеров и их архитектура

Введение

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 Embedded Systems (встраиваемые системы).

Достаточно широкое распространение имеют МК фирмы ATMEL, функциональные возможности которых охватывают все перечисленные задачи [1,2].

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.

Оглавление

- Введение 4

- Основы архитектуры микроконтроллеров

- Основные типы микроконтроллеров и их архитектура

- Аппаратные средства

- Запуск микроконтроллера

- Тактирование и командные циклы

- Программный счетчик и АЛУ

- Подпрограммы и функции

- 1.2.5. Вводвывод данных 17

- Инструментальные и программные средства разработки и отладки

- Основные типы интерфейсов МК

- Подключение переключателей и подавление звона контактов

- Световая индикация

- Ввод с матричной клавиатуры

- Особенности построения и функционирования микроконтроллеров фирмы atmel семейства avr

- Архитектура микропроцессорного ядра AVR-микроконтроллеров

- Аппаратные средства AVR

- Система команд микроконтроллера AVR

- Программное и инструментальное обеспечение процесса программирования микроконтроллеров

- Написание и отладка программного кода с помощью AVR Studio

- Обзор AVR Studio

- Создание нового проекта

- Исполнение программного кода

- Анализ методики реализации разработки программного обеспечения

- Классификация вариантов заданий

- Рассмотрение типовых примеров

- Описание макета программатора

- Заключение 80

- Библиографический список использованных источников

- ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Инструкции процессоров AVR

- ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Таблица регистров микроконтроллера AT90S1200

- ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Программа для измерителя звуковой частоты

- ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Программа для устройства кодовый замок

- ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Основные характеристики

- микроконтроллеров AVR

Заключение

Разработанные методические указания содержат описания программного обеспечения и аппаратных средств реализации набора примеров заданий, предназначенных для изучения как непосредственной архитектуры МК, так и для выработки конкретных навыков программирования.

Проведен анализ архитектуры современных микроконтроллеров. Уделено внимание систематизации аппаратных средств и общим вопросом методам отладки разрабатываемых программ.

Особое внимание уделено серийным МК фирмы ATMEL семейства AVR. Рассмотрены их особенности построения и функционирования. Анализ системы команд микроконтроллеров AVR и практические рекомендации работы в интегрированной среде разработки "AVR Studio" позволяет эффективно создавать и разрабатывать программы для AVR микроконтроллеров.

Представлен набор типовых примеров с наиболее распространенными задачами программирования МК. Предложены классификация и принципы выполнения заданий. Дано описание универсального макета программатора.

Изготовлен универсальный макет программатора, позволяющий проводить не только прошивку МК AVR четырех типов (AT90S1200, AT90S2313, AT90S4414, AT90S8515), но и управление проектируемыми внешними устройствами.

Реализован ряд задач по работе с памятью, по перекодировке, сложению и делению чисел, по работе с динамической индикацией и матричной клавиатурой. На основе этого смакетированы реальные устройства кодового замка на основе AT90S1200 и измерителя частоты в звуковом диапазоне на основе AT90S8515.

Предлагаемая на этой основе методика обучения программирования и применения МК позволяет ввести интересующихся в эту перспективную область.