Uvod u elektroniku 13E041UE MIKROKONTROLERI

Transcription

1 Uvod u elektroniku 13E041UE MIKROKONTROLERI Cilj predavanja Upoznavanje sa arhitekturom i primenom mikrokontrolera. Upoznavanje sa postupkom izrade mikrokontrolerskog programa i postupkom programiranja mikrokontrolera.

2 Šta je mikroprocesor? MIKROPROCESOR je centralna procesorska jedinica (CPU central processing unit ) računara. Proizvodi se u vidu jednog integrisanog kola (čipa). Povezivanje Miš Tastatura Internet Zvučnici Mikrofon Printer Skener Napajanje RAM memorija Mikroprocesor Grafička kartica Hard disk Fen Sistemska ploča CD ROM Mikroprocesor zauzima centralno mesto u računaru, ali za obavljanje predviđenih funkcija računar pored mikroprocesora mora da sadrži i niz drugih jedinica: sistemsku RAM memoriju, hard disk, CD ROM, video i audio adaptere i druge kartice, interfejse za povezivanje miša, tastature i drugih perifernih uređaja, oscilator, sat i niz drugih komponenti i pomoćnih kola. 2

3 Šta je mikrokontroler? MIKROKONTROLER je mali računar smešten u jednom čipu. Mikrokontroler sadrži mikroprocesor, ali pored mikroprocesora mikrokontroler sadrži i RAM memoriju, programabilnu memoriju, analogno-digitalni konvertor, digitalne ulaze i izlaze, interfejse, oscilator i druga kola. Za razliku od mikroprocesora, koji je projektovan za rad u personalnom računaru, mikrokontroler je projektovan za ugradnju u različite uređaje i sisteme gde ima definisanu namenu pa se ovakvi mali računari nazivaju i namenski (embedded) računari. Mikrokontroler MSP430 Izgled pločice sa mikrokontrolerom MSP430 koja se koristi za razvoj i testiranje mikrokontrolerskog programa 3

4 Gde se sve primenjuju mikrokontroleri 4

5 Arhitektura mikrokontrolera* Oscilator Takt sistema Programska memorija Memorija podataka Digitalni ulazi i izlazi Adresna magistrala Centralna procesorska jedinica Magistrala podataka Udesni sat za detekciju otkaza i vraćanje u normalan rad Analogni ulazi Digitalni ulazi i izlazi Tajmer *) Na slici je data arhitektura mikrokontrolera MSP430 koji će biti korišćen na vežbama 5

6 Povezivanje mikrokontrolera 6

7 Izrada programa i programiranje mikrokontrolera Programiranje mikrokontrolera Konverzija programa (kompilacija) u binarni kôd Programska memorija Pisanje mikrokontrolerskog programa najčešće na C programskom jeziku Program u binarnom (Bin.) i heksadecimalnom (Hex.) kodu Izvršavanje programa 7

8 Put od programa do mikrokontrolerskog uređaja Programator Mikrokontroler ugrađen u robot 8

9 Pločica za razvoj i testiranje mikrokontrolerskog programa Na vežbama će biti korišćen mikrokontroler MSP430 koji se nalazi na razvojnoj pločici LaunchPad MSP430G2 (LaunchPad Development Board). Pored mikrokontrolera, na ovoj pločici se nalazi USB priključak za povezivanje sa PC računarom, konektor za napajanje, dva tastera, 2 LED diode i priključci za povezivanje na ulaze i izlaze mikrokontrolera USB interfejs Ulazno/izlazni priključci Mikrokontroler MSP430 Taster Kratkospajači za povezivanje LED dioda ili priključaka P1.0 i P1.6 Konektor za eksterno napajanje Taster za reset 9

10 Digitalni priključci (pinovi) mikrokontrolera MSP430* Mogu se programirati da budu ulazni ili izlazni Ukoliko su izlazni, mogu da se postave na visok (high) naponski nivo oko 3 V (logička jedinica) ili nizak (low) naponski nivo oko 0 V (logička nula) Ukoliko su ulazni, ako je dovedeni napon nizak (oko 0 V) on se tumači kao logička nula, a ako je visok (oko 3 V) on se tumači kao logička jedinica *) Pored digitalnih ulaznih i izlaznih priključaka mikrokontroler sadrži i ulaze na koje se dovode analogni signali. Ovakvi signali se konvertuju u digitalne pomoću analogno-digitalnog konvertora koji se nalazi u samom mikrokontroleru. 10

11 Pristup digitalnim pinovima Podešavanje digitalnog pina da bude ulazni ili izlazni pinmode(apin, Dir) podešava se digitalni pin apin kao ulazni (Dir = INPUT_PULLUP) ili izlazni (Dir = OUTPUT) Upis logičke nule ili logičke jedinice na izlazni pin digitalwrite(apin, Val) - podešava se logička vrednost na izlazu digitalnog pina apin (Val = HIGH ili Val = LOW) Očitavanje logičkog stanja koje je prisutno na ulaznom pinu state = digitalread(apin) očitava logičku vrednost na ulaznom digitalnom pinu apin i smešta u state 11

12 Programiranje mikrokontrolera Program koji izvršava mikrokontroler se sastoji iz dve celine setup - deo kojim se vrše inicijalna podešavanja mikrokontrolera (hardvera) i promenljivih loop - deo u kojem je realizovana funkcija koju program obavlja! Za razliku od programa kod standardnih računara, izvršavanje programa kod mikrokontrolera nikada se ne završava. 12

13 Energia okruženje za razvoj mikrokontrolerskih programa Energia je program (integrisano razvojno okruženje. eng. Integrated Development Environment IDE) za razvoj i testiranje programa većeg broja mikrokontrolera koje proizvodi kompanija Texas Instruments (TI), posebno onih koji se nude na LaunchPad razvojnoj pločici. Razvojno okruženje Energia je - jednostavano za korišćenje, - ne zahteva poznavanje detalja hardvera, - objedinjene funkcije izrade i testiranja programa i upisa programa u mikrokontroler, - besplatno, široko korišćeno, sa dosta raspoloživih primera 13

14 Energia, nastavak Postupak pozivanja primera mikrokontrolerskog programa Button koji upravlja radom LED diode na LaunchPad pločici Program Blink 14

15 Primer 1 Potrebno je realizovati mikrokontrolerski program koji obezbeđuje naizmenično uključivanje i isključivanje LED diode sa učestanošću 0.5 Hz (dioda je uključena 1 s i isključena 1 s). setup loop Start LED = OUTPUT LED On Za čekanje na protok određenog vremena koristi se funkcija delay(ms) u kojoj se vreme zadaje u ms. Npr., sa delay(1000) zadaje se čekanje od 1 s. delay 1s LED Off delay 1s Dijagram toka programa 15

16 Primer 1, nastavak Izrada i kompajliranje programa i programiranje mikrokontrolera kompajliranje programa upis programa u mikrokontroler 16

17 Primer 2 Potrebno je realizovati mikrokontrolerski program koji upravlja radom LED diode tako da ona svetli dok je taster pritisnut a gasi se ako taster nije aktiviran. Start setup LED = OUTPUT BTN = INPUT loop BTN = LOW no yes LED On LED Off Dijagram toka programa Kod mikrokontrolerskog programa 17

18 Primer 3 U ovom primeru mikrokontroler upravlja radom LED diode tako što se na pritisak tastera LED dioda uključi i isključi 5 puta, pri čemu je dioda uključena 100 ms i isključena 100 ms. Da bi program obavljao zadatu funkciju potrebno je stalno proveravati da li je taster aktiviran (ako jeste startuje se sekvenca uključivanja i isključivanja LED diode). Za detekciju aktiviranja tastera potrebna je informacija o prethodnom i trenutnom stanju tastera. 18

19 Primer 3, nastavak Dijagram toka programa Start setup LED = OUTPUT BTN = INPUT CNT = 0 loop no BTN = LOW and PREV = HIGH LED On delay 100 ms yes LED Off yes CNT = 5 CNT = 0 no delay 100 ms CNT++ 19

20 Primer 3, nastavak Mikrokontrolerski program 20

21 Pitanja za proveru znanja 1. Šta je mikrokontroler i koje elemente sadrži mikrokontroler? 2. Po čemu se mikrokontroleri razlikuju od mikroprocesora? 3. Gde se primenjuju mikrokontroleri? 4. Pomoću blok šeme predstaviti arhitekturu mikrokontrolera i označiti njegove osnovne elemente. 5. Opisom ili pomoću dijagrama toka operacija predstaviti put od izrade mikrokontrolerskog programa do mikrokontrolerskog uređaja. 6. Opisati šta se radi u setup a šta u loop delu programskog koda. 7. Pomoću dijagrama toka predstaviti mikrokontrolerski program koji uključuje i isključuje LED diodu tako da ona trepće sa učestanošću od 1 Hz. 8. Nacrtati dijagram toka za program koji na svaki pritisak tastera menja stanje uključenosti LED diode (ako je bila uključena, isključuje je, a ako je bila isključena, uključuje je) 21