Принципы работы микроконтроллеров на основе стенда EasyAVR 6

В.В. Глазков
Принципы работы 
микроконтроллеров 
на основе стенда EasyAVR 6
Методические указания к выполнению лабораторных работ
по дисциплине «Технология и схемотехника 
средств управления в технических системах»

УДК 621.382
ББК 32.973
        Г52
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/173/book1703.html
Факультет «Специальное машиностроение»
Кафедра «Автономные информационные и управляющие системы»
Рекомендовано Редакционно-издательским советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия
Глазков, В. В.
Принципы работы микроконтроллеров на основе стенда EasyAVR 6. 
Г52
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине 
«Технология и схемотехника средств управления в технических системах» / 
В. В. Глазков. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. — 
94, [2] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-4745-9
Приведено описание системы автоматизированного проектирования 
AVR Studio в объеме, достаточном для выполнения заданий. Даны примеры 
использования системы AVR Studio при реализации конкретных проектов. 
Показаны способы отладки проектов на основе микроконтроллеров.
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальности 
«Управление в технических системах».
УДК 621.382
ББК 32.973
©	МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
©	Оформление. Издательство 
	
МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2017
ISBN 978-5-7038-4745-9

ПРЕДИСЛОВИЕ
Микроконтроллеры представляют собой микросхемы, предназначенные 
для управления электронными устройствами. Сочетая на одном кристалле 
функции процессора и периферийных устройств, они содержат оперативное
и (или) постоянное запоминающие устройства. По сути, это однокристальный 
компьютер, способный выполнять относительно простые задачи. От микропроцессора он отличается интегрированными в микросхему устройствами 
ввода-вывода, таймерами и другими периферийными устройствами.
Микроконтроллеры используются в управлении различными устройствами и их отдельными блоками:
•
• в вычислительной технике — материнские платы, контроллеры дисководов жестких и гибких дисков и т. п.;
•
• в электронике и разнообразных устройствах бытовой техники — в стиральных машинах, микроволновых печах, посудомоечных машинах, телефонах и др.
В промышленности микроконтроллеры также широко применяются, например, в устройствах промышленной автоматики, системах управления 
станками.
Представленные методические указания посвящены рассмотрению принципов работы микроконтроллеров на базе стенда EasyAVR 6 в ходе выполнения четырех лабораторных работ.
Цель работ заключается в изучении следующего:
•
• функциональных возможностей учебно-отладочного стенда, внутренней 
структуры и системы команд микроконтроллера семейства AVR на основе 
ATmega16; 
•
• системы прерываний микроконтроллеров AVR, принципов построения 
программного обеспечения при использовании прерываний, режимов работы таймера/счетчика Т0 и Т1, принципов их использования для формирования временнûх интервалов и сигналов с широтно-импульсной модуляцией;
•
• работы модуля универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика USART, принципов сопряжения микроконтроллерных систем
с персональным компьютером;
•
• работы модуля аналого-цифрового преобразователя. 
Выполнение лабораторных работ поможет студентам получить первичные 
навыки программирования микроконтроллеров семейства AVR и работы
с их портами.
Материал лабораторных работ построен в такой последовательности: 
•
• краткие теоретические сведения; 
•
• пример использования; 
3

•
• задание для самостоятельной работы; 
•
• контрольные вопросы и задания. 
В приложениях А–В приведены формы отчетов по каждой лабораторной 
работе, описание системы команд микроконтроллеров семейства AVR,•
список директив Ассемблера. Листинги программ для примеров использования (приложения Г–Ж) можно скачать по адресу: http://baumanpress.ru/other/•
056-2016-listings.zip.
Каждая лабораторная работа включает в себя изучение работы какоголибо периферийного модуля микроконтроллера на основе демонстрационной 
программы и проверку ее работы на стенде. Для закрепления изученного 
материала в каждой лабораторной работе предлагается разработать и изучить 
работу другой программы, близкой по функциям к приведенному примеру.
Успешное усвоение материала предполагает наличие базовых знаний по 
разработке ПО для микроконтроллеров AVR фирмы Atmel на языке Ассемблера в рамках программы семинарских занятий по дисциплине «Технология 
и схемотехника средств управления в технических системах».

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АЦП
—
аналого-цифровой преобразователь
МЗР
—
младший значащий разряд
МК
—
микроконтроллер
ОЗУ
—
оперативное запоминающее устройство
ПК
—
персональный компьютер
ПО
—
программное обеспечение
РВВ
—
регистр ввода/вывода
РОН
—
регистр общего назначения
САПР
—
система автоматизированного проектирования
ЦАП
—
цифро-аналоговый преобразователь
ШИМ
—
широтно-импульсная модуляция
СТС
—
Clear Times on Compare (сброс таймера при совпадении)

1. МИКРОКОНРОЛЛЕРЫ СЕМЕЙСТВА AVR
1.1. Краткая характеристика
С момента своего появления в 1980 г. микроконтроллеры (МК) завоевали 
большую популярность среди разработчиков цифровых устройств по причине получения возможности решения большинства задач управления
с использованием только одной микросхемы МК и осуществления модернизации системы изменением ПО. Немаловажно значение МК и при построении устройств с автономным питанием, поскольку современные образцы 
таких микросхем характеризуются малым потреблением электроэнергии
и широким набором режимов работы. Микроконтроллеры производят множество фирм как в России (ЗАО «ПКК Миландр», АО «НИИЭТ» и др.), так 
и за рубежом (Atmel, Microchip, Freescale — США), но лидируют зарубежные 
фирмы. Поэтому в лабораторных работах используется стенд EasyAVR 6, 
основным элементом которого является МК фирмы Atmel семейства AVR.
К каждому выводу микроконтроллера стенда подключены кнопка и светодиод. Выводы портов микроконтроллера соединены со штыревыми разъемами, установленными на плате, что позволяет подключать к ним внешние 
элементы. Также каждый вывод может быть задействован для связи с микросхемами, размещенными на стенде. К портам B и C подключается внешний 
модуль, содержащий четыре семисегментных индикатора. Питание стенда 
осуществляется либо от внешнего источника напряжения 8…16 В, либо через 
USB-порт. Программирование МК проводится с помощью встроенного внутрисхемного программатора (рис. 1.1, 1.2).
Светодиоды подключаются группами одновременно к каждому из портов 
с помощью переключателя SW8. На стенде установлены светодиоды с малым 
прямым током в 1 мА. Ток через светодиоды ограничивается группой резисторов RN13 с сопротивлением 4,7 кОм (рис. 1.3). К каждому выводу МК 
подключена кнопка. При нажатии кнопки на вывод МК подается сигнал 
либо нулевого, либо единичного уровня. Выбор уровня осуществляется с 
помощью джампера J13 (в лабораторных работах используется нулевое логическое состояние при нажатии кнопки). Джампер J18 позволяет подключить 
защитный резистор (в лабораторных работах не используется).
На базовой плате стенда семисегментные индикаторы не предусмотрены, 
поэтому они подключаются к разъемам портов B и C в виде отдельных модулей (рис. 1.4).
6

Рис. 1.1. Внешний вид стенда EasyAVR 6:
1 — стабилизатор внешнего питания 8…16 В; 2 — разъем USB для подключения ПК к встроенному 
программатору; 3 — встроенный USB-программатор; 4 — разъем для подключения внешнего программатора AVRISP; 5 — разъем интерфейса JTAG; 6 — тестовый вход АЦП; 7 — модуль преобразователя UART — USB; 8 — встроенный символьный LCD-индикатор; 9 — группы переключателей для 
подключения подтягивающих резисторов к выводам МК; 10 — выбор типа подтягивающих резисторов (к «1» или к «0»); 11 — разъем доступа к портам МК; 12 — панели для установки МК различных 
типов; 13 — контроллер сенсорного экрана; 14 — блок увеличения количества портов; 15 — потенциометр регулировки контрастности графического LCD-индикатора; 16 — разъем подключения 
графического LCD-индикатора; 17 — тактовый генератор; 18 — разъем сенсорного индикатора;
19 — клавиатура «Меню»; 20 – клавиатура 4×4; 21 — 35 кнопок, подключенных к выводам МК;
22 — выбор состояния при нажатии кнопки; 23 — подключение/отключение резистора защиты; 

24 — кнопка сброса; 25 — 35 светодиодов, подключенных к выводам МК; 26 — разъем для подключения датчика температуры DS1820; 27 — потенциометр контрастности символьного LCD-индикатора; 
28 — разъем подключения символьного LCD-индикатора; 29 — разъем порта RS232
7

Рис. 1.2. Схема подключения светодиодов к выводам микроконтроллеров

Рис. 1.3. Схема подключения кнопок к выводам микроконтроллера
Рис. 1.4. Схема подключения семисегментных индикаторов к портам микроконтроллера
9

1.2. Принципы работы
Загрузка исполняемой программы в МК стенда проводится с помощью 
программы AVRFLASH Programmer (рис. 1.5). Перед программированием 
необходимо подключить стенд к USB-порту ПК.
Рис. 1.5. Главное окно программы AVRFLASH Programmer
Перед программированием в правом верхнем углу окна выбирают тип 
МК (ATmega16) и рабочую частоту устройства (8 МГц). На панели FUSE Bits 
выставляют параметры (см. рис. 1.5). На панели FLASH нажатием кнопки 
Load выбирается hex-файл, который будет загружен в память программ. Далее производится запись, для чего необходимо нажать кнопку Write. Перед 
программированием следует в обязательном порядке провести стирание 
устройства с помощью кнопки Erase.
Для разработки ПО требуются специализированные системы автоматизированного проектирования (САПР). Для МК фирмы Atmel производитель 
микросхем предоставляет такую САПР AVR Studio.
10