Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Микропроцессорные устройства систем управления» для студентов всех форм обучения специальности 220201 -управление и информатика в технических системах. Екатеринбург

Вид материала

Содержание

Цели и задачи курсового проектирования
2. Содержание курсового проекта
3. Оформление пояснительной записки
5. Темы курсовых проектов

Подобный материал:

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

Микропроцессорные и микроконтроллерные устройства и системы

Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Микропроцессорные устройства систем управления» для студентов всех форм обучения специальности 220201 -Управление и информатика в технических системах.

Екатеринбург

2006

УДК 621.38

Составитель: В.П. Мокрецов

Научный редактор доц., канд. техн. наук Паутов В.И.

Микропроцессорные и микроконтроллерные устройства и системы:

методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Микропроцессорные устройства систем управления» для студентов всех форм обучения специальности 220201 -Управление и информатика в технических системах / сост. В.П. Мокрецов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 16с.

В методических указаниях определены цели и задачи курсового проектирования, указываются разделы, подлежащие проработке, приводятся методические указания для их выполнения, содержатся рекомендации по оформлению проекта и приводится перечень тем, которые могут быть выбраны для курсовых проектов. Для методического обеспечения учебного процесса по данной дисциплине создана и используется электронная информационно справочная система. Наличие в этой системе технической документации по аппаратным средствам, инструментальным средствам проектирования микропроцессорных устройств, а также требований и правил к оформлению курсовых и дипломных проектов, облегчает организацию курсового проектирования особенно для заочников.

Библиогр.: 30 назв. Прил. 2

Подготовлено кафедрой « Автоматика и управление в технических системах»

 ГОУ ВПО «Уральский государственный

технический университет – УПИ», 2006

Цели и задачи курсового проектирования

Целью курсового проектирования является освоение технологии проектных работ, выбор и обоснование технических решений, развитие навыков самостоятельной работы. Целью данного курсового проектирования является закрепление и расширение знаний, полученных на лекциях, лабораторных и практических занятиях по принципам построения микропроцессорных устройств и систем на конкретном примере проектирования микроконтроллерного устройства или микроконтроллерной системы, выполняющих заданные функции. При этом в качестве аппаратных средств рекомендуется использование однокристальных микроконтроллеров.

Задачи данного курсового проектирования можно сформулировать таким образом:

- в соответствии с заданием разработать алгоритм работы микроконтроллерного устройства или микроконтроллерной системы, выбрав при этом необходимые первичные преобразователи ( датчики );

- выбрать микроконтроллер, удовлетворяющий требованиям быстродействия и функциональным возможностям реализации алгоритма, а также с учетом простоты и меньших затрат;

- с учетом выбранного микроконтроллера, выбрать инструментальные средства для разработки программы выполнения алгоритма и разработать программу;

- в выбранной инструментальной среде осуществить отладку программы.

2. Содержание курсового проекта

Курсовой проект должен состоять из описательно-расчетной (а при наличии – и экспериментальной) части, оформленной в виде пояснительной записки. Проект должен содержать и графическую часть в виде обязательного чертежа принципиальной электрической схемы. Пояснительная записка должна состоять из следующих элементов, расположенных в указанной ниже последовательности.

Курсовой проект:

- титульный лист,

- задание на проектирование,

- реферат,

- содержание,

- введение,

- основная часть,

- заключение,

- библиографический список,

- приложение.

3. Оформление пояснительной записки

Структурные части пояснительной записки начинаются с нового листа и не нумеруются. Примерный объем пояснительной записки 20 – 30 станиц машинописного (или рукописного) текста. Пояснительная записка подписывается студентом на титульном листе с указанием даты окончания проектирования. Содержание каждой части записки пояснено ниже.

3.1. Титульный лист.

Титульный лист является началом пояснительной записки и выполняется согласно СТП УГТУ-УПИ 1 – 96 (см. приложение 1).

3.2. Задание на проектирование.

Задание на курсовой проект составляется по установленной форме (см. приложение 2) подписывается руководителем проекта, студентом и помещается за титульным листом.

3.3. Реферат.

Реферат не должен превышать одной страницы текста и не должен подменять содержание пояснительной записки. Основное его назначение – дать информацию о проделанной работе и облегчить выявление признаков для ввода в иформационно поисковую систему.

3.4. Содержание.

Содержание помещается в начале пояснительной записки, за листом реферата, наглядно характеризует последовательность разделов и их элементов в записке с указание номеров страниц (ГОСТ 2.105-95).

3.5. Введение.

Введение к пояснительной записке указывает на общее состояние решаемых в проекте задач, целевое назначение проекта, отражает важность и актуальность темы проекта и указывается метод положенный в основу решения главной задачи проекта. Объем введения 1-3 страницы.

3.6. Основная часть.

Основной текст пояснительной записки излагается в строгой логической последовательности, разбивается на разделы, подразделы, пункты, которые нумеруются арабскими цифрами с точкой. Например: « 2. Разработка алгоритма работы устройства», или «2.2. Разработка алгоритма вывода данных на дисплей», или «2.2.1. Описание программы», где первая цифра означает номер раздела, вторая - подраздела, третья – пункта.

Все формулы, таблицы, рисунки, схемы, диаграммы и т. д., помещенные в пояснительную записку должны иметь самостоятельную нумерацию.

Текст пояснительной записки печатается на одной стороне писчей бумаги формата А4 с полями по ГОСТ 2.106-96 или пишется от руки. Пояснительная записка должна иметь ссылки на ГОСТ и другие литературные источники, вписывая в квадратные скобки порядковые номера использованной литературы и если нужно, страницу, рисунок таблицу. Например, [5, c.27], где 5 – пятый источник библиографического списка; с.27 – двадцать седьмая страница этого источника.

3.7. Заключение.

В выводах должны быть описаны основные результаты выполненной работы и рекомендации по их практическому использованию. В отличие от основной части проекта заключение и введение не нумеруются.

3.8. Библиографический список

В библиографическом списке указывается вся литература, которая была использована в процессе работы над проектом и на которую должны имеется ссылки в тексте записки. Источники следует расположить в порядке появления ссылок в тексте записки.

3.9. Приложение.

Приложение оформляется как продолжение пояснительной записки на последующих ее листах. В приложении помещаются справочные материалы. Например, перечень элементов для принципиальной электрической схемы, техническое описание микроконтроллеров и системы их команд, краткие сведения инструментальной среды программирования, листинг программ и др. Каждое приложение должно начинаться с новой страницы с указанием в верхнем правом углу первого листа слова Приложение, например, «Приложение 1» и иметь тематический заголовок (см. приложение).

Методические указания к выполнению курсового проекта

Основной раздел можно выполнять в следующей последовательности.

4.1. Анализ объекта управления. Анализ задачи.

В соответствии с целями в курсовом проекте должно быть разработано микроконтроллерное устройство или микроконтроллерная система для выполнения управления, измерения, контроля, регулирования, сбора, обработки, преобразования информации и возможно выполнения других функций. Реализацию целесообразно начать с анализа объекта, с анализа задачи. В результате анализа можно определить:

- метод (измерения, контроля и т.д.) и определить его погрешности;

- выбрать первичные преобразователи, обеспечивающие необходимую

точность процесса;
- быстродействие процесса, т. е. допустимое запаздывание;

- тип операций, их последовательность и их количество, т. е. получить

представление об алгоритме выполнения задачи;

- предварительно выбрать тип микроконтроллера, на котором можно

выполнить все операции и с необходимым быстродействием.

По возможности выбор первичных преобразователей, микроконтроллеров и других компонентов осуществлять из числа стандартных промышленных изделий.

Рекомендуется литература [1, 2, 3, 4,30].

4. 2. Разработка алгоритма.

На основании результатов анализа задачи теперь можно выполнить:

- инженерную интерпретацию алгоритма работы, желательно с привлечением того или иного аппарата формализации ( граф автомата и др.);

- разработку общей схемы алгоритма работы микроконтроллерного

устройства

в виде совокупности модулей программы;

- разработку детализированных схем отдельных процедур, выделенных на основании модульного принципа составления программ;

- более детальную проработку алгоритма, с учетом возможности реализации его на выбранном микроконтроллере [ 3, 4, 30, стр. 45-66];

- внесения исправлений в общую схему и детализированные схемы алгоритмов;

- распределение рабочих регистров, памяти и других компонентов микроконтроллера.

Алгоритм есть точно определенная процедура, предписывающая

Контроллеру однозначно определенные действия по преобразованию исходных данных в преобразованные выходные данные. Поэтому разработка схемы требует точности и однозначности используемой атрибутики: символических имен переменных, подпрограмм, констант, портов ввода вывода и других элементов микроконтроллера. Используя метод декомпозиции, при котором вся задача последовательно разделяется на меньшие функциональные модули. Каждый из модулей можно отдельно от других разрабатывать и отлаживать.
Разработка схемы алгоритма функционального модуля программы может потребовать многократных проб, прежде чем будет определен алгоритм реализации правильной процедуры. Вне зависимости от назначения процедуры при ее разработке необходимо придерживаться последовательности действий.

Определение операций, которые должен делать модуль.
Определение способа получения исходных данных модулем.
Определение необходимости предварительной обработки исходных данных и определение метода их преобразования в выходные данные.
Проведение анализа полученного результата и возможное возвращение к пункту 1 для итеративной корректировки схемы алгоритма.
Проверка работоспособности алгоритма на бумаге путем подстановки в него реальных данных.
Проведение мысленного эксперимента по определению работоспособности алгоритма в реальном масштабе времени.

Практика разработки программного обеспечения показала, что последовательное использование совокупности программных процедур (модулей), позволяет получать работоспособные прикладные программы

4.3. Разработка и отладка программного обеспечения.

Преобразование схемы алгоритма в исходный текст программы для выбранного микроконтроллера осуществляется достаточно просто с использованием инструментальных средств разработки и отладки программного обеспечения. В настоящее время для программирования и отладки программного обеспечения микроконтроллеров используются большое количество разнообразных инструментальных средств. Перечислим только некоторую часть таких средств и приведем сайты нескольких фирм, выпускающих такие средства.

Интегрированные среды разработки (Integrated Development Environment - IDE) объединяют текстовые редакторы, ассемблеры и программные имитаторы. Такие средства имеют все необходимые функции для разработки программного обеспечения микроконтроллеров.

Pro View фирмы Franklin Software Inc. – интегрированная среда разработки

программного обеспечения семейства микроконтроллеров Intel 8051 и их клонов.

Микроконтроллерное ядро ТЕСЕЙ (ОАО «Ангстрем») содержит комплекс

программных и аппаратных средств автоматизации проектирования, отладки и аттестации программ микроконтроллеров ТЕСЕЙ – TESSA 0.1, пакет программ отладочной среды микроконтроллеров типа КР1878ВЕ1.

Интегрированная среда разработки MPLAB является свободно распространяемой программой, и ее можно загрузить с сайта www.microchip.ru или www.microchip.com. Эта программа бывает также на некоторых компакт- дисках с коллекциями программ по радиотехнике.

Сайты: www.atmel.com, www.scenix.com, www.motorola.com.

Свободно распространяемые средства проектирования и демонстрационные версии некоторых систем проектирования содержатся в электронной справочной системе и доступны при выполнении курсового проекта.

4.4. Разработка принципиальной электрической схемы.

После выбора микроконтроллера и уточнения его пригодности для реализации заданных функций, разработка принципиальной электрической схемы может осуществляться параллельно с разработкой алгоритма и программного обеспечения проектируемого устройства. Используя техническую документацию и рекомендуемые схемы включения микроконтроллера, разрабатывается принципиальная схема проектируемого устройства, при этом учитываются нагрузочные параметры выводных линий микроконтроллера. Необходимую техническую документацию для выбора микроконтроллера, разработки принципиальной схемы, программирования и отладки программ можно найти на сайтах фирм производителей микроконтроллеров и производителей инструментальных систем проектирования. Техническая документация популярных семейств микроконтроллеров содержится в информационно справочной системе на CD-ROM, которая создана для методической поддержки изучения микропроцессорных систем. Ниже приведен список справочной и учебной литературы, рекомендуемой для курсового и дипломного проектирования по микроконтроллерной тематике.

5. Темы курсовых проектов

(темы предлагаются руководителем c указанием исходных параметров проекта).

1. Управление пассажирским лифтом.

2. Регуляторы температуры.

3. Контроль и индикация температуры объекта.

4. Контроль и учет потребления электроэнергии.

5. Контроль и учет расхода воды.

6. Контроль и учет расхода теплоносителей.

7. Управление процессом смешивания жидкостей.

8. Охранная сигнализация квартир и офисов.

9. Обнаружение и учет «приближающихся» к объекту.

10. Контроль и учет расхода газа.

11. Управление позиционированием с помощью шагового двигателя.

12.Формирование световых эффектов.

13. Управление инкубацией: температура, влажность, время.

14.Стабилизатор сетевого напряжения.

15. Регулирование скорости коллекторного электродвигателя.

16. Контроллер скорости вращения асинхронного двигателя.

18. Измерение и индикация уровня жидкости в резервуаре.

19. Контроллер пожарной сигнализации.

20. Управление светофором автомобильного перекрестка.

Контроллер торговых весов: вес, цена, сумма, всего «ЗА».
Микроконтроллерный частотомер.
Программно управляемый стабилизатор постоянного напряжения.
Микроконтроллерный формирователь ступенчатых напряжений.
Подсистема базы сбора данных на ПК с микроконтроллерных устройств.
Цифровой измеритель температуры.
Цифровой измеритель влажности.

28. Цифровой измеритель веса.

29. Цифровой измеритель уровня жидкости.

30. Цифровой измеритель уровня сыпучих веществ в резервуаре.

31. Цифровой измеритель освещенности.

32. Цифровой измеритель плотности.

33. Мультиметр на микроконтроллере.

34. Микроконтроллерная сеть сбора технологической информации.

35. Контроллер учета потребляемой электрической энергии.

36. Контроллер защиты электооборудования от перегрузок.

37. Измеритель частоты и уровня вибраций.

38.Охранное устройство с управление ключом.

39. Программатор МК ATMEL серии AТ89.

40. Кабельный пробник на МК.

41. Контроллер доступа и учета в помещение через двери.

42. Сигнализатор неоптимальных режимов двигателя автомобиля.

43. Индикатор безопасности для автомобиля.

44. Часы с много программным будильником.

45. Микроконтроллерный металлоискатель.

46. Контроль и индикация электрических параметров сети 220в, 50Гц.

47.Устройство сравнения двух 32-х разрядных чисел.

48. Цифровой частотомер (30Мгц.).

49. Осциллограф на основе звуковой карты.

50. Блок (модуль) оперативной памяти на 1Мбайт.

51. Устройство формирования 4-х фазной синхронной импульсной последовательности: частота 1МГц, длительность 0,8 микросекунд.

52. Сигнатурный анализатор.

53. Блок (модуль) энергонезависимой памяти на 1Мбайт.

54. Устройство преобразования 64-х разрядного параллельного двоичного слова в двоично-десятичный формат с индикацией чисел.

55. Устройство преобразования 64-х разрядного параллельного двоично-десятичного слова в двоичный формат с индикацией чисел.

56. Устройство сравнения двух параллельных 64-х разрядных чисел.

57. Генератор псевдослучайных 32-х разрядных кодов, предназначенных для управления световыми приборами.

58. Четырехканальное устройство сбора и отображения информации с аналоговых датчиков.

59. Восьмиканальное устройство сбора информации с аналоговых датчиков и ввода усредненных данных в компьютер через LPT порт.

60. Восьмиканальное устройство сбора информации с аналоговых датчиков и ввода усредненных данных в компьютер через COM порт.

61 Восьмиканальное устройство сбора информации с аналоговых датчиков и ввода усредненных данных в компьютер через USB порт.

62. Устройство управления и отображения матричным индикатором «Бегущая строка» при выводе информации с компьютера через LPT порт.

63. Устройство управления и отображения матричным индикатором «Бегущая строка» при выводе информации с компьютера через COM порт.

64. Устройство управления и отображения матричным индикатором «Бегущая строка» при выводе информации с компьютера через USB порт.

65. Устройство управления и отображения матричным индикатором «Бегущая строка» при выводе информации с компьютера через ISA шину.

66. Устройство суммирования двух 64-х разрядных чисел с отображением чисел на индикаторах.

67. Устройство умножения двух 16-х разрядных чисел с отображением чисел на индикаторах.

67. Измеритель расхода газа, поступающего по трубопроводу.

69. Измеритель расхода жидкости, поступающей по трубопроводу.

70. Управление резкой лесоматериалов на конвейере.

71. Управление сортировкой лесоматериалов.

72. Контроль объема и управление сортировкой лесоматериалов.

72. Управление температурой сушки лесоматериалов.

73. Часы с термометром и барометром.

6. Библиографический список

(эти источники рекомендуются при работе над курсовым проектом)

Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. –СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 2000. 528с.
Бродин В.Б., Шагурин И.И. Микроконтроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс. –М.: Изд. ЭКОМ, 1999.- 400с.
Сташин В. В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. –М.: Энергоатомиздат, 1990.-224с.
Микропроцессороные системы: Учебное пособие для вузов\ Под общей ред. Д.В. Пузанкова. – СПб.: Политехника, 2002.- 935с.
Евстифеев А.В. Микроконтроллеры Microchip. Практическое руководство. –М.: Горячая линия-Телеком, 2002.- 296с.
Голубцов М.С. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному, - М.: Солон Пресс. 2003.- 288с.
Каспер Э. Программирование на языке Ассемблера для микроконтроллеров i8051. М.: «Горячая Линия Телеком, 2003. – 191с.
Андре Ф. Микроконтроллеры семейства SX фирмы “Scenix”/ Пер. с фр. : - М.: изд. Дом «Додека – ХХ1», 2002. – 272с.
Пухальский Г.И. Проектирование микропроцессорных систем: Учебное

пособие. СПб.: Политехника, 2001. – 544с.

10. Таверенье К. PIC-контроллеры. Практика применения: Пер.с фр.,- М.: ДМК

Пресс, 2003 – 272с.

11. Яценков В.С. Микроконтроллеры MicroChip. Практическое руководство. М.:

Горячая линия – Телеком, 2002.- 296с.

12. Николайчук О. Х51 – совместимые микроконтроллеры фирмы Cygnal. – М.:

ООО « ИД СКИМЕЙ», 2003. – 472с.

13. Самарин А.В. Жидкокристаллические дисплеи. Схемотехника, конструкция и

применение. М.: СОЛОН – Р, 2002. – 304с.

14. Кулаков В. Проектирование на аппаратном уровне, Специальный

справочник. СПб.: Питер, 2001. – 588с.

15. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы:

Учебник для техникумов связи. – Горячая линия –Телеком, 2002.- 336с.

16. Ульрих В.А. Микроконтроллеры PIC16х\17хx. Изд. 2-е, перераб. и доп. –

СПб: Науа и Техника, 2002. – 320с.

17. Говоров А.А. Микропроцессорные контроллеры автоматических систем

регулирования. М.: Горячая линия – Телеком, 2002.- 296с.

18. Предко М. Справочник по PIC- микроконтроллерам. М.: СОЛОН – Р, 2002.-

504с.

19. Мокрецов В.П. Комбинационные схемы в МП системах: Учебное пособие.

Свердловск: УПИ, 1989. 97с.

20. Мокрецов В. П. Микропроцессоры и МПС: Учебное пособие. Часть1.

Екатеринбург: УГТУ, 1999. 125с.

22. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике: Справочник. /Под редакцией Б.Н. Файзулаева. – М.: Радио и связь, 1987. -384с.

23. Новиков Ю.В. и др. Разработка устройств сопряжения для персонального

компьютера типа IBM PC. Практическое пособие. –М.: Эком., 1997. – 224с.

24. Ан П. Сопряжение ПК с внешними устройствами. Пер. с англ. М.: ДМК Пресс, 2003. – 320с.

25. Интегральные микросхемы. Справочник. /Под редакцией Б.В.Тарабрина. М.:

Энергоатомиздат, 1985. -528с.

26. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры, Инженерные решения.

Справочник. М.: Радио и связь, 1990. -512с.

27. Лебедев О.А. и др. Применение микросхем памяти в электронных устройствах. Справочное пособие. – М.: Радио и связь, 1994. -216с.

25. Лебедев О.А. и др. Изделия электронной техники. Цифровые микросхемы.

Микросхемы памяти. Микросхемы ЦАП и АЦП: Справочник. – М.: Радио и

связь, 1994. -248с.

26. Микросхемы памяти, ЦАП и АЦП: Справочник – 2-е изд./ О.Н. Лебедев и др.

М.: КУбК-а, 1996. – 384с.

27. Применение интегральных микросхем памяти: Справочник/ А. А. Дерюгин и

др. – М.: Радио и связь, 1994. -232с.

28. Бабин Н.П. Компьютерная схемотехника/ Н.П.Бабин, И.А.Жуков. Киев.: МК

Пресс,2004. – 576с.

29. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы.

Методы проектирования/ Ю.В.Новиков. М.: Мир, 2001.-379с.

30. Густав Олсон, Джангуидо Пиани. Цифровые системы автоматизации и

управления. – СПб.: Невский Диалект, 2001. – 557с.

СОДЕРЖАНИЕ

Цели и задачи курсового проектирования…………..………. ……………..3
Содержание курсового проекта…………………………………………….. .3
Оформление пояснительной записки…………………………………….... 4
Методические указания к выполнению проекта…………………………… 5
1. Анализ объекта управления………………………………………. ………...5
2. Разработка алгоритма……………………………………………………....... 6
3. Разработка и отладка программного обеспечения………………………….7
4. Разработка принципиальной электрической схемы……………………….. 7
Темы курсовых проектов……………………………………………………..8
Библиографический список…………………………………………………10

Приложение 1. Вид титульного листа курсового проекта…………………….11

Приложение 2. Вид задания на курсовое проектирование……………………12

Приложение 1

Вид титульного листа курсового проекта

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

Кафедра «Автоматика и управление в технических системах»

Оценка проекта

Члены комиссии

Регулятор температуры сушки

Курсовой проект

по дисциплине: « Микропроцессорные устройства систем управления»

Пояснительная записка

220201 420 000 001 ПЗ

Руководитель доц., к.т.н. В.П. Мокрецов

Студент группы Р-33011 И.В. Журавлев

Екатеринбург

2006

Приложение 2

Вид задания на курсовое проектирование

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет–УПИ»

Кафедра «Автоматика и управление в технических системах»

Задание № ______по курсовому проектированию

Студент группы_________ специальность___________________

Фамилия_________________Имя______________Отчество___________

Руководитель курсового проектирования _________________________

Срок проектирования с______________по__________________

1.Тема курсового проекта_______________________________________

____________________________________________________________

2. Содержание проекта_________________________________________

_____________________________________________________________

3.Исходные данные___________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

4. План выполнения проекта:

а) описание и анализ объекта (задачи)_____________________________

б) разработка алгоритма управления______________________________

в) разработка структуры ПО_____________________________________

г) программирование ПО или части задач_(определяется руководителем)

д) разработка схемы принципиально электрической_________________

е) оформление ПЗ и СПЭ._______________________________________

ж) защита проекта_____________________________________________

5. Задание получено____________________________(дата, подпись)

6. Курсовое проектирование закончено____________________________

Blog

Содержание