Poznańskie Warsztaty Telekomunikacyjne PWT2004

www.pwt.et.put.poznan.pl
Sławomir Sambor
Jarosław Emilianowicz
Zbigniew Sałamacha
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji i Akustyki
ul. Janiszewskiego 7/9, 50-372 Wrocław
[email protected]
[email protected]
[email protected]
2004
Poznańskie Warsztaty Telekomunikacyjne
Poznań 9 - 10 grudnia 2004
LABORATORIUM TECHNIKI MIKROPROCESOROWEJ
Z MIKROKONTROLERAMI ST7
Streszczenie: W artykule opisano laboratorium Techniki
Mikroprocesorowej w którym wykorzystano mikrokontrolery rodziny ST7 produkowane przez firmę STMicroelectronics. Przedstawiono krótki opis możliwości mikrokontrolerów, opisano również narzędzia sprzętowe (emulatory)
i programowe. W laboratorium zastosowano system ochrony przed elektrycznością statyczną. W końcowej części
referatu przedstawiono przykłady ćwiczeń realizowanych
w opisywanym laboratorium.
1. WSTĘP
bajtów pamięci RAM. Kontroler wyposażono również w
efektywny system resetowania, 3 poziomowy detektor
niskiego napięcia, oraz 4 tryby obniżonego poboru mocy. System przerwań składa się z 10 wektorów, tym 4
wektory przerwań zewnętrznych dostępnych aż na 15
liniach. Podstawowe urządzenia peryferyjne mikrokontrolera to watchdog, zegar czasu rzeczywistego, 2 bardzo
rozbudowane 16 bitowe liczniki pozwalające między
innymi generować sygnał PWM, interfejs SPI oraz SCI,
także 8 bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy.
Mikrokontrolery pojawiają się obecnie w prawie
wszystkich dziedzinach życia, a szczególnie często w
dziedzinach takich jak telekomunikacja, dlatego każdy
absolwent tego kierunku powinien posiadać praktyczna
wiedzę dotycząca techniki mikroprocesorowej. Zdobycie
takiej wiedzy możliwe jest tylko na laboratorium. Na
rynku dostępnych jest obecnie wiele różnych mikrokontrolerów. O wyposażeniu laboratorium w mikrokontrolery ST7 zadecydował fakt obdarowania Uczelni przez
STElectronics zestawami składającymi się emulatora
sprzętowego oraz płytki treningowej.
2. MIKROKONTROLERY ST7
Rodzina mikrokontrolerów ST7 jest bardzo bogata.
Należą do niej bardzo proste układy serii ST7Lite, układy serii ST7232x czy bardzo rozbudowane
mikrokontrolery wyposażone w interfejsy CAN/LIN
oraz USB. Wszystkie mikrokontrolery należące do tej
rodziny charakteryzują się 8-bitowym rdzeniem, oraz
bardzo rozbudowanym systemem obsługi przerwań.
Rdzeń tych mikrokontrolerów jest zoptymalizowany do
programowania w językach wyższego poziomu.
Dostępnych jest 17 trybów adresowania. Układy
należące do rodziny ST7 charakteryzują się organizacją
pamięci typu Von Neuman, czyli pamięć programu i
danych umieszczona jest w jednej przestrzeni adresowej.
Dzięki takiej organizacji do odczytu pamięci programu
jak i pamięci danych mogą być używane te same
rozkazy.
Jak wspomniano wcześniej rodzina ST7 jest bardzo
bogata, trudno więc opisywać wszystkie kontrolery.
Podane zostaną więc podstawowe cechy kontrolera używanego na laboratorium ST72334. Mikrokontroler ten
posiada w zależności od wersji 8 lub 16 KB pamięci
programu (ROM lub FLASH) z zabezpieczeniem przed
odczytem oraz możliwością programowania w układzie
(ISP), 256 bajtów pamięci EEPROM oraz 384 lub 512
PWT 2004, Poznań 9 - 10 grudnia 2004
Rys. 1. Schemat blokowy mikrokontrolera
ST72334 [1]
3. EMULATOR SPRZĘTOWY
Aby umożliwić pisanie, uruchamianie i testowanie
oprogramowania laboratorium zostało wyposażone w
emulatory sprzętowe STMTD2-DVP2. Jest to prosty, ale
w pełni funkcjonalny emulator dla kontrolerów serii
ST7232x. Emulator łączy się z komputerem poprzez port
równoległy LPT. Dzięki zastosowaniu kilku wymiennych sond możliwe jest emulowanie kontrolerów o różnych rodzajach obudów. Przy pomocy opisywanego
emulatora możliwe jest również bezpośrednie programowanie mikrokontrolerów wyposażonych w pamięć
FLASH. Emulator posiada również możliwość programowania układów wlutowanych w płytkę aplikacyjną
poprzez mechanizm ISP. Opisywany emulator
1
www.pwt.et.put.poznan.pl
wraz z oprogramowanie ST7 – Visual Develop tworzy
bardzo wydajne i przyjazne dla użytkownika środowisko
pisania i uruchamiania programów.
Podstawowe cechy tego systemu to:
• Możliwość pracy w trybie krokowym.
• Możliwość pracy z normalną prędkością.
• Pułapki na danych. Pułapka może być ustawiona na dowolnej komórce pamięci zarówno przy odczycie, jak i przy zapisie.
• Pułapki na instrukcjach.
• Podgląd pamięci oraz rejestrów kontrolera.
• Bufor ścieżki o pojemności 256 operacji.
Funkcja ta pozwala na zapamiętanie w czasie rzeczywistym informacji o adresach i
danych, bitach statusu oraz 4 wybranych
przez użytkownika sygnałów.
• Możliwość wyzwalania zapisywania ścieżki
poprzez zewnętrzne zdarzenie.
• Możliwość generowania zewnętrznego sygnału synchronizującego po wystąpieniu
określonego zdarzenia.
Przy użyciu opisywanego środowiska można uruchamiać programy pisane w asemblerze jak również w
języku C.
4. PŁYTKA TRENINGOWA
treningowa. W laboratorium zastosowano płytki treningowe ST7MDT2. Płytka ta wyposażona jest następujące
elementy:
• Podstawka TQFP-64 do zamontowania kontrolera, lub sondy emulatora.
• Diody LED podłączone do portów kontrolera.
• Cztery przyciski podłączone do portów
mogących
generować
przerwania
zewnętrzne. Umożliwia to obsługę klawiszy
w trybie przerwania, jak i przepytywania.
• Dwa 7-segmentowe wyświetlacze.
• Przetwornik piezoelektryczny (brzęczyk).
• Potencjometr podłączony do przetwornika
analogowo-cyfrowego.
• Pamięć EEPROM do testowania interfejsu
SPI.
• Układ translatora poziomów MAX322 do
testowania interfejsu SCI.
• Złącze do programowania przy pomocy mechanizmu ISP.
• Miejsce na wlutowanie dodatkowych
elementów.
Jak widać płytka treningowa posiada zestaw elementów pozwalający realizować podstawowe ćwiczenia
pozwalające zapoznać się z techniką mikroprocesorową.
Aby umożliwić wykonywanie ćwiczeń oprócz opisywanego wyżej emulatora potrzebna jest jeszcze płytka
STEROWNIK
SILNIKA KROKOWEGO
7805
WYŚWIETLACZ LCD 3X24 znaki typ: DM 157 A
KONTRAST
2004-11-15
UKŁAD
SYNTEZY ZDAŃ ZE SŁÓW
2004-11-15
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na jednej płycie.
5. SYSTEM OCHRONY PRZED
ELEKTRYCZNOŚCIĄ STATYCZNĄ
Aby zabezpieczyć opisywane wyżej układy przed
przypadkowymi uszkodzeniami umieszczono je na jednej płycie. Na płycie tej umieszczono również dodatkowe płytki uniwersalne przeznaczone do wykonywania
projektów, oraz zasilacze załączane przy pomocy jednego wyłącznika.
PWT 2004, Poznań 9 - 10 grudnia 2004
W laboratorium wykonano również instalację
uziemiającą, dzięki czemu możliwe było wyposażenie
stanowisk w opaski uziemiające zabezpieczające przed
elektrycznością statyczną. Zastosowano opaski firmy
3M. Schemat dołączenia opasek przedstawiono na rys. 3.
2
www.pwt.et.put.poznan.pl
R1
R2
R3
R4
R5
R6
•
R1, R2, R3, R4, R5, R6 - 6 X 520kOhm
•
do zacisku
uziemiającego
Rys. 3. Schemat połączenia opasek uziemiających.
6. ĆWICZENIA REALIZOWANE W LABORATORIUM
Zakres ćwiczeń realizowanych w laboratorium pozwala zapoznać się z podstawowymi cechami mikrokontrolerów. Poniżej opisano krótko podstawowe ćwiczenia:
• Pierwsze z ćwiczeń pozwala zapoznać się z oprogramowaniem ST7 – Visual Develop oraz strukturą pamięci mikrokontrolera. Zadaniem wykonującego ćwiczenie jest napisanie prostego programu pozwalającego na przenoszenie danych między różnymi obszarami pamięci.
•
•
•
Ćwiczenie drugie pozwala na zapoznanie się z
obsługą portów mikrokontrolera. Studenci zapoznają się tu również z obsługą podstawowych
elementów peryferyjnych takich jak wyświetlacz
siedmio segmentowy czy klawiatura. Należy napisać program odczytujący klawiaturę i wyświetlający liczbę przyciśniętych klawiszy.
Trzecie ćwiczenie pozwala zapoznać się możliwościami układów licznikowych. Należy stworzyć procedury pozwalające generować opóźnienia o określone czasy, oraz program pozwalający
regulować intensywność świecenia diody LED
poprzez wykorzystanie mechanizmu modulacji
szerokości impulsu.
Następne ćwiczenie pozwala zapoznać się z techniką multipleksowania przy obsłudze większej
liczby wyświetlaczy 7-segmentowych.
Kolejne ćwiczenie dotyczy sytemu przerwać oraz
obsługi pamięci EEPROM. Należy napisać program zapisujący w pamięci EEPROM podstawowe dane o członkach grupy laboratoryjnej.
Ćwiczenie następne to obsługa przetwornika analogowo-cyfrowego. Zadaniem wykonujących
ćwiczenie jest napisanie programu mierzącego
Rys. 4. Stanowisko laboratoryjne z mikrokontrolerami ST7
PWT 2004, Poznań 9 - 10 grudnia 2004
3
www.pwt.et.put.poznan.pl
•
•
napięcie na potencjometrze i wyświetlającego to
napięcie na wyświetlaczu.
Ostatnie ćwiczenie to transmisja szeregowa. Podczas wykonywania tego ćwiczenia studenci zapoznają się z możliwościami układu transmisji szeregowej SCI. Należy napisać program przesyłający do komputera PC podstawowe informacje o
grupie laboratoryjnej.
7. PODSUMOWANIE
Opisane w tym artykule laboratorium pozwala zapoznać się w sposób praktyczny z możliwościami jakie
oferują nowoczesne mikrokontrolery. Mnogość mikrokontrolerów, architektur i rozwiązań dostępnych na
rynku, nie pozwala na uczenie studentów obsługi tylko
jednego konkretnego procesora. Studenci więc uczą się
nie tyle obsługi procesora, ale metodologii poznawania
nowych architektur, list rozkazów oraz poprawnej i skutecznej pracy z notami aplikacyjnymi. Pomoże im to w
przyszłości w pracy zawodowej, w której będą musieli
stykać się z różnymi mikrokontrolerami. W laboratorium
studenci zapoznają się również z metodami obsługi różnych układów peryferyjnych, których obsługa jest niezależna od stosowanego mikrokontrolera. Kolejnym bardzo istotnym elementem dydaktycznym jest utrwalenie
nawyku stosowania zabezpieczeń przeciwko elektryczności statycznej. Dzięki temu studenci kończący studia
będą zaznajomieni z podstawowymi zabezpieczeniami
stosowanymi podczas pracy z elementami czułymi na
ładunki elektrostatyczne, co jest normą w nowoczesnych
laboratoriach projektowych i produkcyjnych.
SPIS LITERATURY
[1] www.st.com
PWT 2004, Poznań 9 - 10 grudnia 2004
4