Кучерук А.Д., Комиссаров А.С.
Херсонский национальный технический
университет
ЛАБОРАТОРНЫЙ
УЧЕБНЫЙ КОМПЛЕКС «KAD-01»
Ключевые слова: контроллер, лабораторный учебный комплекс, учебный стенд
Введение. Одной из главных проблем в ИТ на сегодняшний день является качественная подготовка специалистов для работы в сфере обслуживания микроконтроллеров. Решением данной проблемы может стать разработка универсальных аппаратно-виртуальных обучающих стендов для начальной подготовки специалистов.
Анализ исследований и публикации. Современные учебные стенды должны отвечать следующим критериям: быть универсальными (охватывать весь спектр обучения всех существующих модификаций контроллеров), виртуальными (поддерживать все существующие стандарты и интерфейсы и быть способным и работать с любым из них), недорогими, обладать максимально дружественным и удобным для работы интерфейсом, быть малогабаритными и способными к транспортировке [1].
При указанных условиях учебными заведениями делаются попытки разработки учебного оборудования с дальнейшим мелкосерийным выпуском.
В качестве примеров можно привести комплексы следующих фирм:
− аппаратно-программный комплекс для изучения 8-, 16- и 32-разрядных микроконтроллеров [2] разработка фирмы Mikroelektronika;
− программно-аппаратный комплекс "EV8031 / AVR", который предназначен для применения в учебных целях для курсов программирования (Ассемблер, Си) фирмы «OpenSystem»[3];
− Лабораторный стенд на базе AVR-микроконтроллеров для изучения основ микропроцессорной техники учебно-научного центра "Паллада" [4] и др..
Рассмотренные примеры указанных приборов достаточно хорошо зарекомендовали себя в ВУЗах, но реализация оставляет желать лучшего как в плане удобства использования (из-за больших габаритов, избыточности и сложности освоения на начальном уровне изучения), так и в плане цены - все они достаточно дорогие.
Целью статьи является разработка лабораторного учебного комплекса, который позволит студентам приобрести навыки создания как аппаратной, так и программной части микропроцессорной системы.
Основная часть: Лабораторный учебный комплекс состоит из следующих частей:
1. Лабораторный стенд «KAD-01» на основе микроконтроллера ATmega16A.
2. Методические указания для выполнения лабораторных работ;
3. Виртуальная модель для схемотехнического моделирования в среде Proteus;
Стенд лабораторный «KAD-01» предназначен для изучения основ проектирования микропроцессорных систем. Структурная схема лабораторного стенда представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема лабораторного стенда
Центральным узлом лабораторного стенда является микроконтроллер ATmega16A. Выбор данного микроконтроллера объясняется тем, что существует большое количество литературы, примеров, средств разработки для данного семейства микроконтроллеров. Данный контроллер имеет сбалансированную систему команд.
Матричная клавиатура служит основным устройством ввода данных в диалоге «пользователь-стенд».
Знакосимвольный индикатор служит для отображения важных на текущий момент времени данных, а также в качестве устройства вывода информации при использовании диалоговых меню. Для удобства использован дисплей на контроллере Hitachi HD44780. Размерность дисплея - 16 символов в 2х строках.
Учитывая, что внутренний 10-разрядный АЦП МК мультиплексирован получаем возможность оцифровки уровней напряжения на 8 входах универсального расширителя.
Разные стандартные протоколы (I2C, SPI, UART) можно реализовать программно с использованием любых выводов порта «С» - все они двунаправленные, а быстродействия ядра хватает для реализации несложных (но достаточных в большинстве случаев для практического использования) функций последовательного ввода-вывода.
Лабораторно-учебный стенд выполнен в виде приставки, которая подключается к компьютеру с помощью SPI- интерфейса. Питание стенда обеспечивается непосредственно через шину USB.
Дополнительно стенд может быть использован в качестве универсального контроллера, который может обеспечивать функции измерения, контроля, хранения и передачи данных с использованием подключения к компьютеру с помощью интерфейса USART.
Лабораторно-учебный стенд, разработан с учетом специфики учебного процесса. Основное внимание уделено интуитивности и понятности строения стенда и работы с ним. Начало работы со стендом сводится к нескольким простым шагам:
1. Подключение стенда к компьютеру с помощью кабеля USB;
2. Открытие программы (среда для написания, компиляции и отладки программного кода AvrStudio);
3. Выполнение процесса ввода программы, компиляции и отладки;
4. Используя среду Proteus – выполнить контроль функциональности написанной программы;
5. Сохранение программы в памяти микроконтроллера, используя загрузчик;
6. Работа с устройством в соответствии с выполняемым алгоритмом программы.
Литература
1. Зак Е.А., Жиребин С.В., Литвинов А.С., «Идеология построения учебных стендов для изучения контроллеров»// Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». – Т.1. - 2006.
2. Бродин В. Перевозчиков П. Аппаратно-программный комплекс на базе универсального лабораторного стенда для изучения 8-, 16- и 32-разрядных микроконтроллеров // Компоненты и технологии.- № 8.- 2008.- 154 – 160С.
3. Программно-аппаратный комплекс "EV8031/AVR" / ПМП «OpenSystem» [Електроний ресурс] // Режим доступа: http://opensys.com.ua/Stend/Ev8031.
4. Лабораторные стенды для изучения микропроцессорной на базе AVR-микроконтроллеров фирмы ATMEL // Официальный сайт компании ТОВ «Учбово-науковий центр «Паллада» [Електроний ресурс] - Режим доступу: http://pallada.vinnitsa.com/products/prod05.html.