22

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени АЛЬ-ФАРАБИ

С.А. Кульмамиров М.Е. Мансурова

СПОСОБЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ НА ЯЗЫКЕ С++

Учебно-методическое пособие

Часть 2

Алматы «Қазақ университеті»

2020

1

УДК 004.4 ББК 32.973.202

К 90

Рекомендовано к изданию Ученым советом факультета информационных технологий и РИСО КазНУ им. аль-Фараби (Протокол №3 от 13 марта 2020 года)

Рецензенты:

доктор технических наук, доцент Б.А. Бельгибаев

PhD, доцент Г.К. Балбаев

Кульмамиров С.А.

К 90 Способы генерирования сигналов микроконтроллером на языке С++: учебно-методическое пособие / С.А. Кульмамиров, М.Е. Мансурова. – Ч. 2. – Алматы: Қазақ университеті, 2020. – 69 с.

ISBN 978-601-04-5108-7

Данное пособие составлено в виде сборника лабораторных работ и содержит теоретические сведения и методические рекомендации по выполнению 6 видов работ по программированию микроконтроллеров, генерации входных сигналов и регистрации отклика контроллера на эти сигналы.

Предназначено для бакалавров и магистров университетов, получающих квалификацию по специальности «Автоматизация и управление» и «Информационные системы», а также может быть полезным инженерно-техническим работникам, программирующим электронные платы с микроконтроллерами и системы промышленной автоматики.

УДК 004.4 ББК 32.973.202

2

3

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Квниманию читателей авторы пособия предлагают пособие

ввиде сборника лабораторных работ, выполняемых обучающимися при изучении соответствующих дисциплин образовательных программ «Автоматизация и управление» и «Информационные системы». Авторы намерены продолжить публиковать материалы обучающихся технических университетов по изучению цифровых модулей контроллеров и управлению ими на базе языков программирования.

В данном издании приведены результаты исследований авторов по программированию 16-разрядных МК семейства «HCS 12» компании «Freescale Semiconductor». Полученные положительные экспериментальные исследования переоформлены в виде лабораторных работ, где читателю можно повторить составленные контрольные примеры по оценке функционирования периферийных модулей контроллера. Практикум содержит составленные многочисленные примеры программирования режима работ контроллеров и около 100 сформулированных задач для их решения в самостоятельном виде.

Пособие относится к четвертому направлению серий практикумов по микропроцессорным устройствам и интерфейсам, где выбрана продукция компании «Freescale Semiconductor» (семейство микроконтроллеров «HCS12»).

Все описанные в пособии лабораторные работы можно выполнить на учебно-исследовательском стенде NI ELVIS II, где устанавливается плата с 16-разрядным микроконтроллером. Несколько кафедр КазНУ им. аль-Фараби оснащены комплектом такого учебного оборудования с развертыванием в учебной лаборатории в форме автоматизированных рабочих мест, пробный пуск и эксплуатация которых позволили выполнить исследовательскую работу авторов данного пособия.

Целью составления сборника является самостоятельное изучение обучающимися (или пользователями микроконтроллеров) представленных контрольных примеров и сформулированных задач по микропроцессорным (МП) модулям и контроллерам с участием преподавателя. В содержании пособия имеются все

5

сведения по поиску и нахождению правильных ответов на комплекс вопросов и проблем в виде разработанных пользовательских программ с применением языка С.

Для оперативного усвоения теории МП техники в начале сборника предусмотрены списки использованных обозначений и сокращений, а также терминов и определений. Список литературы включает в себя ряд востребованных изданий и учебных пособий, а также ставшие классическими научными изданиями и учебными курсами, наиболее полно отражающие рассмотренные вопросы и полезные для их углубленного изучения. Ссылки на них в тексте помещены в квадратных скобках для случая, когда читателю рекомендуется обратиться к указанному источнику.

Авторы благодарят рецензентов пособия за ценные советы и представленные практические рекомендации по улучшению содержания сборника лабораторных работ.

Свои важные замечания и полезные рекомендации направляйте на электронную почту kulmamirov@mail.ru, которые будут учтены при формировании дальнейшей версии издания.

Все права защищены. Никакая часть пособия не может быть воспроизведена в любой форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

6

1. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА ПО ВЫПОЛНЕННОЙ РАБОТЕ

В учебно-методическом пособии приведено описание 6 лабораторных работ, успешное выполнение которых позволяет обучающимся освоить технологию управления микроконтроллерами (МК). Основным преимуществом данного практикума является выбор широко применяемого языка программирования С.

Целью выполнения комплекса лабораторных работ является изучение архитектуры МК семейства HCS12, структуры его центрального процессора и периферийных модулей, а также освоение методов программирования для эффективного функционирования контроллера.

Обучающимся рекомендуется более расширенно изучить основы и функционирование МП модулей, и по полученным результатам (данным и диаграммам) научиться формулировать выводы и предложения с учетом особенностей выполненных исследований. Анализ полученных результатов оформляется отчетом по выполненной работе.

Содержание отчета сопровождается следующими разделами:

1.Цель работы.

2.Подготовка к работе.

3.Порядок выполнения работы.

4.Предложения по совершенствованию методики выполнения лабораторной работы (этот раздел приводить не обязательно, если обучающийся в полном объеме выполнил лабораторную работу).

5.Задания для самостоятельной работы (только текст выданного преподавателем задания).

6.Выводы и заключения.

Содержание каждого раздела отчета должно отвечать следующим требованиям:

1.В этом разделе, обучающийся приводит полный текст цели работы.

2.Рекомендуется приводить краткие теоретические выкладки по рассматриваемым вопросам (максимум 1-2 страницы).

7

При защите лабораторной работы, обучающийся использует содержание этого раздела как справочный материал для ответа на поставленные преподавателем вопросы.

3.Раздел «Порядок выполнения работы» должен содержать полный текст выполненной работы.

4.Ход и подробности исполнения лабораторной работы приводится в этом разделе с названием «Методика выполнения работы». При выявлении ошибок, неточности исполнения работы или регистрации некорректных данных, следует указать эти неточности в данном разделе с рекомендуемым наименованием «Предложения по совершенствованию методики выполнения лабораторной работы».

Здесь указывается новое предлагаемое словосочетание или возможно описывается предложение с полной заменой целого абзаца на новый сформулированный абзац.

В случае выявления ситуации, приводящей к нарушению режима функционирования (неисправного или аварийного состояния) учебного стенда, конкретной платы или виртуального прибора, рекомендуется составить конкретный текст исправления возникшей ситуации с пометкой «Примечание».

5.В этом разделе необходимо привести полный текст выданного преподавателем задания. После решения задания описывается ход его выполнения (принятого решения) и приводятся результаты произведенных расчетов (регистрированных данных

ипроведенных исследований).

Если в задании составляется пользовательская программа, то приводится исходный текст разработанной программы и временные диаграммы (данные), регистрированные в виде виртуальных измерительных приборов.

6. Данный раздел должен называться «Выводы и предложения», где учащийся формулирует важные выводы по полученным результатам и составит заключение о достижении цели, поставленной в работе.

Преподаватель указывает обучающимся на контрольные вопросы. По итогам ответа преподаватель принимает решение о принятии отчета по выполненной работе.

8

2. МЕТОДИКА И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

В данном пособии предлагается цикл лабораторных работ по изучению периферийных модулей МК марки MC9S12C128 с применением языка С. Преследуется цель изучения периферийных модулей МК.

Следует отметить, что при чтении соответствующей дисциплины образовательной программы в 1-м семестре, обучающиеся могут заниматься с использованием лишь одной платы CSMB12C128. В итоге пользователь получит представление о центральном процессоре и об однокристальном МК в целом.

При чтении курса во втором семестре, преподаватель в первом семестре может использовать работы, посвященные таймеру и АЦП, а во втором семестре – заменить их более усложненными работами, например, 5 и 6 лабораторными работами. В этих работах рассмотрены последовательные синхронные и асинхронные интерфейсы, часто применяемые в МП комплексах в промышленности.

Рассматриваемые лабораторные работы предполагают достаточно глубокое изучение периферийных модулей МК семейства HCS12, а именно модулей «Процессора временных интервалов», «АЦП», обмена данными «SCI» и «SPI». Для каждого из модулей изучению подлежат следующие важные вопросы, позволяющие обучающимся освоить навыки по эксплуатации МК:

–структура, типовые алгоритмы работы модулей МК;

–регистры специальных функций;

–алгоритмы программного обслуживания модуля в реальном времени для решения типовых задач управления;

–программное обслуживание интерфейсов микроконтроллера в программной среде CodeWarrior;

–отладка режимов работы периферийного модуля под управлением пользовательской программы.

Занятия проводятся на основе третьей и второй конфигурации лабораторного стенда, описанные в [6]. Третья конфигура-

ция «Плата CSMB12C128 + плата PBMCUSLK + стенд ELVIS II» –

основная. Для неё написаны примеры реализации в каждом ла-

9

бораторном занятии. Эта конфигурация предполагает, что входные импульсные воздействия формируются виртуальными приборами стенда ELVIS II. Микроконтроллер, используя свои периферийные модули, преобразует эти сигналы в цифровые коды или импульсные сигналы с заданными в программе пользователя временными характеристиками. Отображение полученных результатов преобразования осуществляется на экране монитора компьютера средствами виртуальных приборов.

Вторая конфигурация стенда «Плата CSMB12C128 + плата PBMCUSLK» является длополнительной. Для ее использования нет необходимости конструктивно разбирать стенд третьей конфигурации. Достаточно лишь подключить проводами кнопки и светодиоды платформы PBMCUSLK к желаемым выводам контроллера и написать соответствующую программу его управления. Описаны дополнительные эксперименты, описание которых выдаются студентам в виде самостоятельных заданий.

После выполнения всех 6 лабораторных работ, обучающийся может получить объем знания по настройке режимов работы МК, программированию его модулей и выработке управляющих сигналов для контроллера.

Содержание освоенного знания можно представить следующими позициями:

–освоение принципов создания программы на языке С;

–изучение техники создания и отладки пользовательской программы для МК в среде CodeWarrior;

–систематизация списка и имен регистров и битов специальных функций для управления каждым периферийным модулем МК.

Каждая лабораторная работа данного пособия снабжена серией примеров по изучению выбранного режима работы конкретного периферийного модуля МК и набор из индивидуальных заданий трех степеней сложности:

–задачи начального уровня сложности;

–задачи средней сложности;

–сложные задачи для непосредственного выполнения самостоятельной работы обучающимся.

Задания первой группы предполагают незначительное изменение текста программного кода представленных примеров с

10