Министерство образования и науки Российской Федерации
Министерство образования Саратовской области
Национальный исследовательский Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Саратовский областной институт развития образования
Комитет по информатизации Саратовской области
Комитет по образованию администрации муниципального образования «Город Саратов»
Автономная некоммерческая организация «Информационные технологии в образовании»
Автономная некоммерческая организация «Научно-исследовательский центр «Образование. Качество. Отрасль»»
IX Всероссийская (с международным участием) научно-практическая конференция
«Информационные технологии в образовании»
«ИТО-Саратов-2017»
2-3 ноября 2017 года, г. Саратов

РАЗРАБОТКА УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ ПО ПРОГРАММИРОВАНИЮ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА HCS12

Авторы: Смагин Владислав Дмитриевич 1, Савин Александр Николаевич 2, доцент кафедры ДМиИТ
1 ФГБОУ ВО "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского", 2 ФБГОУ НИУ СГУ им. Чернышевского
В лаборатории ТПИиП кафедры ДМиИТ имеется оборудование компаний National Instruments и FreeScale Semiconductor. Имеющийся материал по программированию данного оборудования предполагает длительное обучение, поэтому возникла задача разработки учебного пособия, обеспечивающего эффективное обучение студентов программированию микроконтроллеров семейства HCS12 в течение одного семестра.

РАЗРАБОТКА УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ ПО ПРОГРАММИРОВАНИЮ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА HCS12

В.Д. Смагин, А. Н. Савин

Саратовский государственный университет

им. Н. Г. Чернышевского, Саратов, Россия

 

В настоящее время преподавание ряда технических дисциплин, в частности «ЭВМ И ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА», на факультете КНиИТ Саратовского государственного университета осложнено отсутствием необходимой теоретической базы. Вместе с этим подготовка квалифицированных специалистов невозможна без соответствующих учебных пособий.

В лаборатории теоретических проблем информатики и её приложений кафедры дискретной математики и информационных технологий имеется оборудование компаний National Instruments и FreeScale Semiconductor:

  • лабораторный стенд ELVIS II;
  • плата CSMB12С128;
  • плата PBMCUSLK.

Имеющийся материал по программированию данного оборудования предполагает обучение в течение нескольких семестров, поэтому возникла задача разработки учебного пособия, обеспечивающего эффективное обучение студентов программированию микроконтроллеров семейства HCS12 в течение одного семестра в курсе “ЭВМ и периферийные устройства”. Полученные знания и навыки предполагается применять далее при разработке микропроцессорных систем управления, например: при изучении курса “Системы реального времени”.

Компания Freescale Semiconductor (бывший сектор полупроводниковых компонентов компании Motorola) на протяжении многих лет является лидером в производстве полупроводниковых компонентов для встраиваемых приложений. Микроконтроллеры и интегрированные процессоры – одна из основных групп её продукции. Freescale Semiconductor обладает одним из наиболее полных портфелей микроконтроллеров (МК) и микропроцессоров среди мировых производителей, непрерывно совершенствуя свой модельный ряд.

В настоящее время Freescale Semiconductor предоставляет разработчикам множество моделей микроконтроллеров и интегрированных процессоров в каждой из классификационных категорий микропроцессорной элементной базы:

  • Восьмиразрядные МК представлены семейством HCS08;
  • Шестнадцатиразрядные – семействами HCS12(X) и DSP56800/E;
  • 32-разрядные – семействами ColdFire, PowerPC и iMx [2].

Рассмотрим подробнее структуру и возможности стенда.

Стенд состоит из трех компонентов. Основной частью данного стенда является микроконтроллер MC9S12C128, также не мало важен смонтированный интерфейс отладки и программирования Turbo BDM Light USB. Благодаря такому решению можно загружать разрабатываемое ПО непосредственно в микроконтроллер, позволяя ему исполнять этот код, и наблюдать за этим процессом на экране монитора ПК. Первым компонентом стенда является плата CSMB12С128, которая представлена на рисунке 1. Она также содержит небольшое количество устройств ввода/вывода информации, подробнее мы о ней позже [3]. 

Рисунок 1 − Внешний вид макетной платы CSMB12

Вторая плата  –  это универсальная платформа PBMCUSLK (рисунок 2). Она используется для изучения микроконтроллеров почти всех типов от компании Freescale Semiconductor. Платформа несёт на себе систему стабилизированного питания 5.0 и 3.0 В, интерфейс отладки Turbo BDM Light USB, различные исполнительные устройства. Также плата PBMCUSLK имеет дополнительные устройства ввода/вывода, что несколько расширяет интерфейс между пользователем и изучаемым микроконтроллером. Что очень важно платформа PBMCUSLK не может быть использована как самостоятельное устройство, а только в комплекте с платой CSMB12С128 или иной аналогичной.

Рисунок 2 − Внешний вид макетной платы PBMCUSLK


Макетная плата PBMCUSLKиспользуется совместно с лабораторным учебным стендом Elvis II компании National Instruments (рисунок 3), представляющий собой набор измерительных приборов и  источников питания, управляемых виртуальными инструментами, созданными в среде LabVIEW [2]. При этом можно использовать как уже имеющиеся, так и создавать необходимые новые виртуальные инструменты.
 

Рисунок 3 − Типовая система NIELVISII

Плата микроконтроллера

Плата CSMB12С128 лабораторного стенда имеет следующие компоненты:

  • Однокристальный микроконтроллер MC9S12C128 в корпусе QFP в 80 выводами.
  • Интерфейс отладки и программирования Turbo BDM Light USB со встроенным стабилизатором напряжения питания микроконтроллера. Адаптер BDM выполнен на основе микроконтроллера MC908JB16FAE, который расположен на обратной стороне платы CSMB12C128.
  • 4 светодиода (LED1..LED4). Активным уровнем, зажигающим эти элементы, является логический ноль.
  • 4 переключателя (SW3-1..SW3-4). Их схемотехническое устройство не предусматривает аппаратной защиты от дребезга. Предполагается, что при необходимости студент исполнит эти функции на программном уровне.
  • 2 нефиксируемые кнопки (SW1 и SW2). Их схемотехническое устройство не предусматривает аппаратной защиты от дребезга. Предполагается, что при необходимости студент исполнит эти функции на программном уровне.
  • 1 потенциометр (RV1). Позволяет задать аналоговый уровень напряжения на входе 5 порта AD микроконтроллера. 50
  • 1 фотодатчик (RZ1). Выполнен на основе фототранзистора. Сигнал с него усиливается операционным усилителем и поступает в аналоговом виде на ножку 4 порта AD микроконтроллера.
  • Интерфейс RS-232 для изучения передачи данных между микроконтроллером и компьютером по последовательному асинхронному интерфейсу [1].

Разработка комплекса заданий по изучения архитектуры и основ программирования микроконтроллеров семейства HCS12

Для разработки учебно-методическое обеспечениебыла выявлена последовательность действий, с помощью которой можно описать ход выполнения лабораторных работ. Данная последовательность представлена в виде блок-схемы на рисунке 4.

 


Рисунок 4-Блок-схема процессам обучения основам программирования микроконтроллеров семейства HCS12.

Упражнения построены таким образом, чтобы при выполнении новых заданий использовать результаты предыдущих, а также примеры и шаблоны из методических указаний.

Такой подход обеспечивает эффективное изучение студентами архитектуры микроконтроллеров семейства HCS12 и принципов их программирования.

В конце обучения по данной схеме студенты, как правило, осваивают разработку небольших контрольно-управляющих систем, например системы контроля температуры на основе аналогового датчика температуры LM35 с выводом информации на LCDдисплей по интерфейсу
SPI(рисунок 5, 6).


Рисунок 5 – Датчик температуры LM35 и LCDдисплей

  

Рисунок 6 – Приложение LabVIEW, предназначенное для контроля данных, отправленных на LCDдисплей

Заключение

Разработаны учебно-методические указания для изучения архитектуры и основ программирования микроконтроллеров семейства HCS12 с помощью программно-аппартаных средств компании NationalInstruments, оформлены и изданы в виде учебного пособия.

 

 

Список использованных источников
  1. 1. National Instruments ELVIS II. – 2015 [Электронный ресурс] // Официальный сайт компании National Instruments. [Электронный ресурс]: [сайт]. URL: http://digital.ni.com/worldwide/russia.nsf/web/all/ (дата обращения 01.04.2016). Загл. с экрана. Рус. яз.
  2. 2. Freescale, Inc. MC9S12C, MC9S12GC Family Reference Manual. – 2014 [Электронный ресурс] [сайт]. URL: http://www.freescale.com/files/ microcontrollers/doc/data_sheet/MC68HC908JB16.pdf (дата обращения 01.04.2016). Загл. с экрана. Рус. яз.
  3. 3. Ремизевич Т., Доброхотов Д. (2009) Лабораторный практикум «Шестнадцатиразрядные микроконтроллеры семейства HCS12»
Вид представления доклада  Устное выступление и публикация
Презентация доклада  Загрузить
Ключевые слова  Архитектура и основы программирования, микроконтроллеры семейства HCS12, учебное пособие

В статусе «Черновик» Вы можете производить с тезисами любые действия.

В статусе «Отправлено в Оргкомитет» тезисы проходят проверку в Оргкомитете. Статус «Черновик» может быть возвращен тезисам либо если есть замечания рецензента, либо тезисы превышают требуемый объем, либо по запросу участника.

В статусе «Рекомендован к публикации» тезис публикуется на сайте. Статус «Черновик» может быть возвращен либо по запросу участника, либо при неоплате публикации, если она предусмотрена, либо если тезисы превышают требуемый объем.

Статус «Опубликован» означает, что издана бумажная версия тезиса и тезис изменить нельзя. В некоторых крайне редких ситуацих участник может договориться с Оргкомитетом о переводе тезисов в статус «Черновик».

Статус «Отклонен» означает, что по ряду причин, которые указаны в комментариях к тезису, Оргкомитет не может принять тезисы к публикации. Из отклоненных тезис в «Черновики» может вернуть только Председатель программного или председатель оргкомитета.