Структура и принципы работы комплекса

Лабораторный комплекс «Микроконтроллеры и автоматизация» предназначен для обучения студентов различных специальностей, изучающих дисциплины по автоматизации различных отраслей производства, программированию интегральных микроконтроллеров (однокристальных микро-ЭВМ). Комплекс включает центральный персональный компьютер (ноутбук) со специальным программным обеспечением и 8 учебных микроконтроллерных модулей на базе AVR-микроконтроллеров ATmega8535 (рис. 4). К каждому модулю подключается клавиатура для ввода и редактирования текста программ. Питание рабочих мест осуществляется от блоков питания БП через блоки связи с компьютером (USB-хабы) по кабелям рабочих мест.

Рис. 4. Функциональная схема лабораторного комплекса

Студент на рабочем месте набирает программу как при обычной работе на персональном компьютере, но контролирует набор программы не по монитору, а по жидкокристаллическому индикатору (ЖКИ), установленному в модуле рабочего места. В процессе набора программы необходимо перевести тумблер «Режим» учебного модуля в положение «Ред».

На мониторе преподавательского компьютера в восьми рабочих окнах (по чиклу рабочих мест) индицируются тексты программ, набираемые студентами на рабочих местах. Преподаватель имеет возможность отслеживать работу студентов, проверять работоспособность набранных ими программ, а также помогать студентам в работе. Создаваемые программы сохраняются в памяти компьютера преподавателя.

Готовая программа может быть отправлена на компиляцию как со студенческого рабочего места, так и с преподавательского. Если ошибок в тексте программы нет и компиляция завершилась успешно, то запускается процесс записи программы во флэш-память микроконтроллера. Процесс записи программы индицируется на экране рабочего места, при этом горит светодиод «Блокировка» сигнализируя о том, что редактирование программы на время процесса компиляции и программирования отключено. Если светодиод «Блокировка» в процессе компиляции программы студентом несколько раз мигает, это сигнал наличия ошибок в тексте программы.

Светодиод «Блокировка» включается также при редактировании текста программы преподавателем или в режиме демонстрации преподавателем примера программ всем рабочим местам.

Функционирование запрограммированного микроконтроллера может быть проверено при переключении тумблера «Режим» учебного модуля в положение «Работа».

Каждый вариант лабораторной работы предусматривает ввод каких-либо команд в микроконтроллерный модуль в виде нажатия – отпускания кнопок или включения – выключения тумблеров и наблюдение реакции на эти команды по загоранию – потуханию светодиодов, включению – изменению тона звукогенератора или индикации информации на семисегментных индикаторах. Например, поставлена задача: «Реализовать сложение двух чисел. При нажатии одной кнопки на индикаторах высвечивается первое слагаемое, при нажатии второй кнопки – второе слагаемое, при нажатии третьей кнопки дается команда на выполнение операции сложения. Нажатие четвертой кнопки выводит на индикацию содержимое ячейки результата как до, так и после операции сложения». В данной задаче используются четыре кнопки и индикаторы. Необходимо выбрать, какие кнопки будут использованы, т.е. определить их адреса, и разобраться с адресацией индикаторов и принципом управления ими.

В схеме учебного модуля (рис. 5) в качестве органов управления использованы восемь тумблеров, которые в верхнем положении фиксируются, а в нижнем положении не имеют фиксации. В среднем положении тумблера на соответствующие выводы микроконтроллера подаётся уровень логического нуля, а в верхнем и нижнем положениях – уровень логической единицы.

Вращением движка потенциометра обеспечивается изменение значения напряжения Uвх на входе аналого-цифрового преобразователя.

Рис. 5. Внешний вид модуля микроконтроллера

В качестве выходных элементов используются восемь светодиодов VD1...VD8, звукоизлучатель НА1 и четыре семисегментных индикатора НG1...НG4.

На лицевой панели блока управления рядом с каждым элементом указана его адресация. Например, светодиод VD5 имеет адрес РORTB.4 (PB4), а сегмент «d» индикаторов – РОRTС.3 (PC3).

На рисунке 6 представлены обозначения сегментов индикаторов а...h, которые имеют соответственно адреса РORTC.0...РORTC.7.

Рис. 6. Семисегментный индикатор

Лабораторный комплекс может также использоваться для микроконтроллерного управления виртуальными объектами, которые имитируются программно с помощью персонального компьютера. В этом случае тумблер «Режим» учебного модуля необходимо переключить в положение «Авт». В лабораторном комплексе реализованы четыре варианта виртуальных объектов.