Микроконтроллеры в учебном процессе
Authors: Єсаулов Сергій Михайлович 
Published: March 2022

При изучении микропроцессорных устройств, которые все чаще внедряются на различных объектах городских коммунальных служб, одной из важных задач является знакомство с реальными техническими решениями или их физическими макетами. Учитывая короткий срок морального износа создаваемой ныне цифровой и микропроцессорной техники, очевидно, что даже самые современные учебные лаборатории спустя сравнительно непродолжительное время будут нуждаться в значительном обновлении.Применение компьютерного имитационного моделирования на базе виртуальной электроники [1] в значительной мере способствует быстрой модернизации разработанных учебных электронных макетов. Однако использование для этих целей моделирующих программ нередко требует решения проблемы лицензионной чистоты последних до внедрения их в конкретную учебную дисциплину. В этой связи, очевидным является создание эксклюзивных программных [2] и несложных технических средств, которые максимально могут быть адаптированы к учебному процессу с учетом специфики технического оснащения реальных предприятий.Наиболее выгодно для этих целей применять устройства на современных микроконтроллерах. Особого внимания заслуживают достаточно распространенные микросхемы [3; 4] с сокращенным набором команд (RISC). На их базе можно создавать компактные самостоятельные или управляемые модули, быстродействие которых достигает 25 MIPS. RISC-микроконтроллеры могут решать распространенные задачи автоматики, присущие большинству локальных технологических объектов различного назначения и на электротранспорте. Также они могут входить в состав сложных систем управления с главным компьютером, которым всегда оснащаются центральные диспетчерские пункты коммунальных служб.Несложные подобные прикладные задачи решены в учебном программном пакете SinSys, который требует только применения соответствующих внешних одного или нескольких исполнительных элементов, микроконтроллерного модуля, подключаемых к определенным портам персонального компьютера. Учебный программный пакет разрабатывался с участием студентов и состоит из электронных страничек, которые помогают обучающимся последовательно осваивать вопросы, составляющие основу синтеза средств автоматики на технологических объектах. В основном пакет предусматривает использование его на домашнем компьютере, т.к. содержит много различных вспомогательных программ. Очевидно, это связано с целесообразностью освоения известных полезных достижений компьютерных технологий и недостаточным числом часов, отводимых учебными планами соответствующих дисциплин под практические занятия.Приспособленность микроконтроллерных устройств к быстрому вводу необходимых кодов в их память позволяет не только экспериментировать с готовыми решениями, но и создавать свои программы для реализации прикладных задач автоматизации процессов. Электрически перепрограммируемая постоянная память данных (EEPROM) микроконтроллеров обеспечивает более 100000 раз замену ее содержимого.Внедряемые ныне графические технологии [5] для разработчиков программ, основаны на приведении интерфейса в плоское представление алгоритма древовидной структурой. Такая несложная визуализация задачи в свою очередь существенно облегчает восприятие проблемы и позволяет ее рассматривать в виде взаимосвязанных блоков. При этом, «генерируя» определенные команды, достигается поставленная цель. Применение графических методик способствует существенному сокращению сроков создания программных продуктов по сравнению с классическим ассемблером.Внедряемые ныне инструменты отладки программ для микроконтроллеров обеспечивают выполнение этого этапа программирования без подключения физического устройства. Это, в свою очередь, еще на стадии разработки представляет возможность решать многие перспективные задачи и создавать библиотеки исходных кодов, для внедрения которых вполне может быть использовано уже известное или создаваемое техническое решение.Таким образом, на базе микроконтроллеров могут создаваться электронные системы с малым числом элементов, отличающиеся надежностью, высокими энергоэкономическими показателями и приспособленные к их быстрой модернизации путем замены программного продукта. Очевидно, что средства автоматизации подобного типа, имеют низкую стоимость и много шансов перейти из разряда учебных действующих моделей к этапу их широкого внедрения на объектах коммунального хозяйства наших городов.