ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ

Полезная модель относится к области вычислительной техники, а именно к средствам обучения и является аппаратным устройством, служащим для изучения работы и проверки программного обеспечения микроконтроллерных систем управления.
Известно, что при быстром развитии современного оборудования и широком распространении микропроцессорной техники, существует необходимость всестороннего изучения микропроцессорных технологий. Существуют различные стенды для изучения микроконтроллеров, программаторы и эмуляторы.
Из уровня техники известен стенд для изучения микроконтроллерных систем управления (RU №77477 (U1), G09B 23/18, 20.10.2008). Он содержит плату контроллера, на которой установлен микроконтроллер, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, преобразователь интерфейса передачи данных, а также группу пользовательских интерфейсных устройств, состоящую из блока клавиатуры и блока индикации, группу периферийных тестовых и имитирующих устройств, состоящую из источника гармонических сигналов с регулируемой амплитудой и частотой, источника импульсных сигналов с регулируемой частотой и скважностью, потенциометра и интегрирующего RC-звена первого порядка с изменяемыми параметрами, а также коммутационное поле, первая группа выводов которого связана с выводами микроконтроллера, вторая группа выводов связана с выводами указанных пользовательских интерфейсных устройств, а третья группа выводов связана с выводами указанных тестовых и имитирующих устройств.
В обучающем процессе при изучении и создании программного обеспечения для микроконтроллерных систем управления существуют определенные этапы разработки. При этом корпус микроконтроллера приходится многократно устанавливать то в программатор, то в рабочую схему, что сказывается на долговечности микросхемы.
Технический результат полезной модели состоит в создании лабораторного блока для изучения микроконтроллеров, который объединяет в себе программатор для программирования микроконтроллера и устройство, которое служит для изучения работы микроконтроллера и проверки программного обеспечения для него, в результате его использования в лабораторном практикуме повышается эффективность обучающего процесса. А также в увеличении срока службы микроконтроллеров и других блоков.
Технический результат достигается тем, что лабораторный блок для изучения микроконтроллеров в едином корпусе содержит микропроцессорный блок, состоящий из микропроцессора, схемы тактирования и начального сброса, переключатель «программирование-работа» со световым индикатором, программатор JDM, подключаемый к COM-PORT персонального компьютера и служащий для программирования микроконтроллера, блок семисегментных индикаторов, предназначенный для вывода графической информации, блок переключателей, состоящий из четырех кнопок и служащий для обработки внешнего события, т.е. при нажатии кнопки происходит определенное запрограммированное действие, а также лабораторный блок содержит динамик, предназначенный для вывода звукового сигнала различной частоты, задаваемого программой и блок питания для обеспечения питанием лабораторного блока в режиме «работа».
Лабораторный блок создан на основе современного микроконтроллера Microchip PIC16F84. Лабораторный блок (Фиг.1) объединяет в едином корпусе такие устройства как: программатор микроконтроллеров, устройства ввода и вывода информации, управления питанием (блок питания напряжением 12 В) и осуществления защиты от скачков напряжения. Программирование микроконтроллера осуществляется при помощи программатора и программного обеспечения, находящегося в свободном доступе. Управляющая программа пишется на любом персональном компьютере и посредством интерфейса RS-232 может быть записана на микроконтроллер. Режимы программирования и работы переключаются при помощи переключателя «программирование-работа», находящегося на задней стенке лабораторного блока, при этом режимы работы можно определить по светодиодным индикаторам разных цветов, находящихся на лицевой панели блока. Управление осуществляется при помощи блока переключателей, состоящего из четырех полностью программируемых кнопок.
Лабораторный блок для изучения микроконтроллеров (Фиг.2) состоит из корпуса 1, в котором находится микропроцессорный блок 2, состоящий из микропроцессора 3 и схемы тактирования и начального сброса 4, переключатель «программирование-работа» 5, световой индикатор 6, программатор 7, подключаемый к СОМ PORT персонального компьютера, блок семисегментных индикаторов 8, блок переключателей 9, состоящий из четырех кнопок, динамик 10, и блок питания 11 для обеспечения питанием лабораторного блока в режиме «работа». Структурная схема лабораторного блока на Фиг.3.
Принцип работы данного блока заключается в отправке микроконтроллером сигналов к различным блокам вывода информации, таким как: звуковой динамик, работающий с цифровым сигналом различной частоты, блок семисегментных светодиодных индикаторов, выводящих информацию в графическом виде, и обработки внешнего воздействия (нажатие кнопки), если данное действие запрограммировано.
В процессе обучения на персональном компьютере разрабатывается код программы, далее код программы преобразовывается в последовательность управляющих сигналов с помощью программного обеспечения (например, IDE MP-LAB). Полученный файл необходимо записать в микроконтроллер при помощи программатора 7 и программного обеспечения (например, IC-Prog) через СОМ PORT (RS-232), для этого лабораторный блок переводится в режим «программирование» с помощью переключателя «программирование-работа» 5, при этом световой индикатор 6 светится красным. После записи программы лабораторный блок переводится в режим «работа» с помощью переключателя «программирование-работа» 5, при этом световой индикатор 6 светится зеленым, а питание при этом осуществляется посредством блока питания 11. Далее с помощью блока переключателей 9 осуществляют управление программным обеспечением микроконтроллера, в результате чего происходит изменение управляющих сигналов блоком семисегментных индикаторов 8 и/или динамиком 10.
Например, если в процессе обучения в микроконтроллер записывается программа «часы-будильник», с помощью блока переключателей 9 можно установить текущее время, которое будет отражаться на блоке семисегментных индикаторов 8, при этом в зависимости от алгоритма программы каждая кнопка может отправлять управляющие сигналы к любым блокам вывода информации 8, 10, в частности, при помощи первой кнопки устанавливаются часы, при помощи второй - минуты текущего времени, а с помощью третьей и четвертой устанавливают часы и минуты срабатывания будильника. Далее в установленное время происходит срабатывание будильника, в результате динамик 10 передает сигнал определенной частоты и периодичностью, который также зависит от записанной программы.
Данный лабораторный блок совмещает в себе функции программатора микроконтроллеров и функции их проверки, в процессе обучения обеспечивает возможность применения программно-аппаратного подхода к изучению элементной базы цифровых устройств и способов их построения, наглядность и простоту понимания в представлении полученных результатов. Лабораторный блок также позволяет осуществлять проверку алгоритмов программ и редактировать код программы на начальных этапах создания проектов в рамках выполнения творческих проектов, курсовых и дипломных работ учащимися и студентами.