Разработка и изготовление лабораторного блока для программирования микроконтроллеров

Характеристика микроконтроллера: тип, корпуса и выводы, перечень битов конфигурации и идентификаторов. Разработка и изготовление лабораторного блока для программирования бутлоадера в микроконтроллер: блок-схема устройства, изготовление печатной платы.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО БЛОКА ДЛЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Микроконтроллер PIC18F2550

1.1 Характеристика микроконтроллера

1.2 Корпуса и выводы микроконтроллера

1.3 Перечень битов конфигурации и идентификаторов

Глава 2. Разработка и изготовление лабораторного блока для программирования микроконтроллеров

2.1 Разработка блок схемы устройства

2.2 Проектирование принципиальной электрической схемы

2.3 Разработка, изготовление печатной платы

Глава 3. Лабораторная работа по программированию микроконтроллера

3.1 Алгоритм программирования бутлоадера в микроконтроллер

3.2 Алгоритм программирования демонстрационной программы в микроконтроллер

Заключение

Список информационных источников

Приложения



ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Все в мире меняется. В компьютерной отрасли все совершенствуется, меняются компьютеры, интерфейсы, а значит что-то уходит в прошлое. Именно по этой причине появилась идея создания устройства программируемого по современному интерфейсу связи с персональным компьютером. При программировании PIC контроллеров данные подаются в последовательном виде, следовательно и интерфейс должен быть последовательным и должен быть легкий доступ к нему. К таким последовательным интерфейсам можно отнести COM (RS-232), FireWire (IEC-1394), USB. Первому уже лет практически столько же, сколько и самому термину «персональный компьютер», и он постепенно уходит в прошлое, а второй пока еще большая экзотика и остается последний вариант-это USB. В настоящее время наиболее популярным протоколом обмена данными между компьютером и периферийными устройствами является протокол шины. Это вполне удовлетворяет наши требования.

USB интерфейс

Шина USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) появилась по компьютерным меркам довольно давно - версия первого утвержденного варианта стандарта появилась 15 января 1996 года. Разработка стандарта была инициировна весьма авторитетными фирмами - Intel, DEC, IBM, NEC, Northen Telecom и Compaq.

Основная цель стандарта, поставленная перед его разработчиками - создать реальную возможность пользователям работать в режиме Plug&Play с периферийными устройствами. Это означает, что должно быть предусмотрено подключение устройства к работающему компьютеру, автоматическое распознавание его немедленно после подключения и последующей установки соответствующих драйверов. Кроме этого, желательно питание маломощных устройств подавать с самой шины. Скорость шины должна быть достаточной для подавляющего большинства периферийных устройств. Попутно решается историческая проблема нехватки ресурсов на внутренних шинах IBM PC совместимого компьютера - контроллер USB занимает только одно прерывание независимо от количества подключенных к шине устройств.

Высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) - 12 Mb/s

Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена - 5 m

Низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) - 1.5 Mb/s

Максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена - 3 m

Максимальное количество подключенных устройств (включая размножители) - 127

Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена

Отсутствие необходимости в установке пользователем дополнительных элементов, таких как терминаторы для SCSI

Напряжение питания для периферийных устройств - 5 V

Максимальный ток потребления на одно устройство - 500 mA

Поэтому целесообразно подключать к USB практически любые периферийные устройства, кроме цифровых видеокамер и высокоскоростных жестких дисков. Особенно удобен этот интерфейс для подключения часто подключаемых/отключаемых приборов, таких как цифровые фотокамеры. Конструкция разъемов для USB рассчитана на многократное сочленение/расчленение.

Возможность использования только двух скоростей обмена данными ограничивает применяемость шины, но существенно уменьшает количество линий интерфейса и упрощает аппаратную реализацию.

Питание непосредственно от USB возможно только для устройств с малым потреблением, таких как клавиатуры, мыши, джойстики и т.п.

Целью дипломной работы являлось создание лабораторного блока для программирования микроконтроллера, в котором объединены JDM программатор, USB программатор для программирования микроконтроллеров серии PIC18Fх550 фирмы Microchip и тестовый блок, которое служит для изучения и наглядной демонстрации.

Для осуществления поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить радиотехническую литературу и на основе этого выбрать тип используемого микроконтроллера.

2. Разработать электрическую принципиальную схему устройства.

3. Разработать и изготовить печатную плату лабораторного блока.

4. Провести испытания лабораторного блока.

Научная новизна данной работы состоит в том, что устройство собранное на базе изучаемого микроконтроллера будет связываться и питаться посредством соединения с USB портом, такой лабораторный блок обладает существенными преимуществами по сравнению с аналогами:

- простота и надежность в использовании;

- заметное упрощение технологии выполнения лабораторных работ;

- увеличение скорости программирования микроконтроллера.

Практическая значимость

На данной лабораторной установке можно программировать микроконтроллер для дальнейшего использования его в каких-либо устройствах, а так же демонстрировать программы (свечение светодиода и мигание светодиода с различной частотой)



Глава 1. Микроконтроллер PIC18F2550

1.1 Характеристика микроконтроллера

Для изготовления программатора была выбрана серия PIC18Fxxxx микроконтроллеров и проанализирована. После анализа микроконтроллеров было принято решение остановиться на модели PIC18F2550.Так как этот микроконтроллер имеет 19 программируемых выводов, поддерживает USB режимы программирования и не очень сложен для изучения линейки микроконтроллеров поддерживающих USB режимы.

Основными достоинствами микроконтроллерf PIC18F2550 является функциональная наполненность и низкое энергопотребление на основе различных программируемых опций энергосбережения и фирменной технологии nanoWatt^тм.

Параметры модуля USB:

Совместимость с USB V2.0.

Поддержка низкоскоростного (1.5 Мбит/с) и высокоскоростного (12 Мбит/с) режимов.

Поддержка управляющей, по прерыванию, изохронной и пакетной передачи.

Поддержка до 32 конечных точек (16 двунаправленных). 1 кБ ОЗУ двойного доступа для нужд USB.

Встроенный трансивер USB.

Встроенный источник питания USB.

Возможность подключения внешнего трансивера USB.

Потоковый порт SPP для ввода-вывода потока параллельных данных через USB.

Режимы управления энергопотреблением:

Run: процессор включен, периферия включена.

Idle: процессор остановлен, периферия включена.

Sleep: процессор и периферия выключены.

Типовой потребляемый ток в режиме Idle до 5,8 мкА.

Типовой потребляемый ток в режиме Sleep до 0,1 мкА.

Генератор модуля Timer1: потребление до 1,1 мкА при 32кГц,2В.

Сторожевой таймер:до 2,1 мкА.

Гибкая структура генератора тактовых импульсов:

Четыре режима внешнего тактирования, до 48 МГц

Блок встроенного генератора:

- 8 выбираемых пользователем частот, от 31 кГц до 8 МГц;

- возможность подстройки частоты для компенсации дрейфа.

Вторичный генератор, на основе генератора модуля Timer1, 32 кГц.

Возможность независимого тактирования процессора и модуля USB/

Мониторинг тактовых импульсов:

- возможность безопасного останова при попадании импульсов основного тактового генератора.

Опции периферии:

Втекающий и вытекающий ток до 25 мА

Три внешних прерывания

Четыре модуля таймеров

До двух модулей захвата/сравнения /ШИМ:

- захват 16 бит, с разрешением до 6,25 нс (Tcy/16)

- сравнение 16 бит,с разрешением до 100 нс (Tcy)

ШИМ с разрешением от 1 до 10 бит

Расширенный модуль захвата/сравнения/ШИМ (ЕССР):...