Projekt Mikrocontroller

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Daniela Brodbeck
vor 7 Jahren
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1 Projekt Mikrocontroller Lerninhalte: Dieses Projekt soll in den Aufbau, die Arbeitsweise und die Einsatzmöglichkeiten von Mikrocontrollern einführen. Im einzelnen sollen Kenntnisse zu folgenden Themenschwerpunkten erarbeitet werden: Aufbau von Mikrocontrollern: Prozessorarchitektur, Speicherorganisation, Funktionen der Prozessorregister, Timer-Funktionen, Ein-/Ausgabekanäle. Programmierung von Mikrocontrollern mit ANSI-C Verbindung zum PC: serielle Schnittstelle zur Übertragung von Programmcode und Daten A/D-Wandler: Funktionsprinzip der Analog-Digital-Wandlung LCD-Display: Funktion und Programmierung von Flüssigkristallanzeigen Projektziel Arbeitstechniken zur Erstellung eines "Stand-Alone-System" sollen erlernt werden. Die Realisierung erfolgt in folgenden Schritten: Vorstellung eines Controllersystems auf Basis der 8051-Familie Aufbau der Hardware (Löten der Platine, Achtung Rework-Anleitung beachten!)) Einrichten des Compilers Testprogramme Einfache Beispielprogramme Entwicklung eigener Programme (z.b. Messwerterfassung) Hardwareaufbau Der Aufbau des 8051 kompatiblen Mikrocontroller-Systems wird unter beschrieben. Projektdurchführung Zusammenstellung der Bauteile ( Einlöten der Bauteile Programmierung der einzelnen Komponenten (Tastatur, Display) Programmierung des A/D-Wandlers Brennen des MC-Programms in ein EPROM Betrieb des MC im "Stand-alone-Modus"

2 Umbau der AT89S8252-Platine auf ISP-Programmierung über RS232 In der Elektorausgabe 04/2002, Seite 56, wird ein Download-Tool für den Basiskurs Mikrocontroller beschrieben (AtmelISP - Freeware). Dieses funktioniert hervorragend (schnell, zuverlässig), hat schöne Features (Lesen und Schreiben des Programm- und Daten-EEproms, Security-Bits...) und programmiert den µc über die RS232, wobei dieselbe Schnittstelle für die serielle Kommunikation benutzt wird. Für Test- und Debugzwecke ist ein TerminalProgramm auch noch integriert. Man braucht nur noch ein (!) Kabel und es funktioniert auch unter WINDOOFS2000 & XP(getestet!). Bauteile: 3 Dioden DUS 1N Z-Diode BZX 4V7 je ein Widerstand 1k und 2k7 Die Änderungen beziehen sich auf den Bereich zwischen dem Netzteil-Stecker links mit D1 und dem MAX233 mit R12 rechts davon. Nach oben bildet der AT89S8252 die Grenze dieses Bereiches. Wir brauchen eine Platine im Originalzustand ohne die aufgetrennte Leitung von Pin 20 des MAX233 zum Pin6 des µc. Im Bedarfsfalle wieder brücken!!! Bestückt bleiben in diesem Bereich die folgenden Bauteile mit den aufgedruckten Werten: D1 (NetzteilDiode), C1 (Reset-C), Y1, C2, C3 (Quarz mit Cs) und C7 (C für MAX233). Unbestückt bleiben (evtl. Bauteile auslöten): R6, R10, R3, T2, D5 und R4; J1 wird nicht mehr benötigt. Bestückt werden mit den angegebenen Werten: D6 (Z-Diode!), R9, D3, D4, R12 und der Stecker J2. 3 Brücken einlöten bei: R11, R13 und T2: von Basis nach Collektor ( 2 Löcher Richtung Spannungsregler ) Der Widerstand R5 wird durch eine Diode 1N4148 mit Kathode zum µc ersetzt. Das wars! Software: AtmelISP.zip entpacken. Die ATMELISP.EXE kommt mit der.hlp-datei in das Verzeichnis c:\mc\sys51cw. Im KSC-Compiler unter Run / SetUp... / name of emulator tragen wir ATMELISP ein. Zur Übertragung der.hex-datei meldet sich unter Debug (external) dann das Programm. Hier wählen wir unter Parameter links unten mit dem Knopf DF6JB die passende Voreinstellung. Dazu wird noch die TerminalBaudRate 9600 und links oben die passende Com _ aktiviert. OK speichert die Voreinstellungen. Das Controllerboard wird mit einem Standard-RS232-Kabel mit dem PC verbunden; benötigt werden die VerbindungsAdern 2,3,4,5,7 und 8. Eine 3-polige Verbindung reicht nicht!!! Jetzt muss noch mit Buffer / Load from Disk / As a Intel-Hex-File das gewünschte File selektiert werden, dann steht der Übertragung mit Device / Write Buffer to Code Memory nichts mehr im Wege.

3 Fachgerechte Herstellung der Schaltung Problemstellung: Sie erhalten eine Platine für ein vollständiges Mikrocontroller System. Das System umfasst neben dem Mikrocontroller einen A/D Wandler und einen D/A Wandler. Der Schaltplan des gesamten Systems befindet sich unter (Anlage 2) Von diesem Mikrocontroller System soll von Ihnen nur ein Teil aufgebaut werden. Dieser Teil umfasst die Grundfunktionen des Systems (Mikrocontroller, Spannungsversorgung und Schnittstellen). Die Zusatzfunktionen des A/D und D/A Wandlers sind (zunächst) nicht aufzubauen. In der Datei [atv8mini.pdf] sehen Sie einen Schaltplan des vereinfachten Grundsystems und in der Anlage 1 [atv8periser] ein Kabeldiagramm zum Anschluss der seriellen Schnittstelle an einen PC. Nur diese beiden Teile sind von Ihnen aufzubauen. Funktionsbeschreibung: Kern des Mikrocontroller Systems ist der Atmel AT89C8252 (IC1). Dies ist ein 8051-kompatibler Controller mit Daten - und Programmspeicher. Ein Datenblatt befindet hier [at89s8252.pdf]. Schauen Sie sich die Funktionsbeschreibung und das Blockdiagramm an. Der Arbeitstakt des Mikrocontrollers wird über den Quarz und die zugehörigen Kondensatoren erzeugt. Damit der Controller mit einem externen Gerät kommunizieren kann, gibt es eine serielle Schnittstellen, die z.b. an einen PC angeschlossen werden kann. Dazu befindet sich ein Pegelwandler (IC2) auf dem Board. Der Baustein wandet die TTL-Pegel (0-5V) in RS 232 (-12Vund +12V) kompatible Signale um. (Über die parallele Schnittstelle des PC s lässt sich der Programmspeicher des Mikrocontrollers programmieren. Die Widerstände R3..R6 sind Schutzwiderstände.) In der Umbau-Version wird über die RS232-Schnittstelle programmiert. Die Schaltung um IC3 dient der Spannungsversorgung des Boards. Das Board benötigt eine Gleichspannung von 8-16V am Eingang. (z.b. 9V-Blockbatterie) Die Schaltung um D2 dient als Anzeige des Signals an Port P1.0 Baugruppen: Aus der Funktionsbeschreibung ergeben sich die Baugruppen des Boards 1. Mikrocontroller 2. serielle Schnittstelle 3. Programmierschnittstelle 4. Spannungsversorgung 5. Anzeige 6. Sonstiges (z.b. mechanische Bauteile der Platine) Arbeitsauftrag 1 Stellen Sie nach dem Kabeldiagramm das Kabel für die serielle Schnittstelle her. Beachten Sie dabei die Markierungen für Signal 1. Benutzen Sie einen Schraubstock für die Quetschverbindung. Arbeitsauftrag 2 Bauen Sie die Schaltung entsprechend den Plänen fachgerecht und abschnittsweise auf. Setzen Sie noch keine IC s in die Sockel ein. Inbetriebnahme und Test einer Schaltung Arbeitsauftrag 3 Setzen Sie noch keine IC s in die Sockel ein. Schließen Sie die Versorgungsspannung an. Messen Sie nach, ob die Versorgungsspannung an allen IC s vorhanden ist. Beachten Sie dabei die Pinbelegung aus dem Datenblatt des MAX233. Dokumentieren Sie das Ergebnis in der Tabelle: Messprotokoll Spannungsversorgung Eingangssignale Angelegte Signale an Anschluss Ausgangssignal Messpunkt IC Pin erwartetes Ergebnis gemessenes Ergebnis Arbeitsauftrag 4

4 Setzen Sie nun IC1 ein. Testen Sie nun, ob der Arbeitstakt am Mikrocontroller anliegt. An welchen beiden Pins ist dies zu messen? Signal 1: Signal 2: Skizzieren Sie das Oszillogramm eines dieser Signale: Arbeitsauftrag 5 Nehmen Sie die LED Anzeige in Betrieb Wie funktioniert die LED Anzeige mit den Widerständen und dem Transistor? Beschreiben Sie kurz die Funktion dieser Teilschaltung: 5.2. Verbinden Sie mit Hilfe des Jumpers an J3 die Kontakte 2 und 3. Was beobachten Sie an der LED Anzeige? 5.3. Verbinden Sie mit Hilfe des Jumpers an J3 die Kontakte 1 und 2. Was beobachten Sie an der LED Anzeige? Arbeitsauftrag 6 Laden Sie das Testprogramm ctest07.hex in das System. Im Mikrocontroller läuft nun das Testprogramm, dass die Portpins anspricht. An Port 0 Bit 0 bis 7 wird ein Lauflicht ausgegeben Messen Sie das Signal an P0.0 und dokumentieren Sie es im nachfolgenden Diagramm. Beschriften Sie die Zeit und die Spannungsachse Wie groß ist die Frequenz des Lauflichts? f = 6.3. Wie groß ist das Tastverhältnis des Signals? TW= Arbeitsauftrag 7

5 Im Mikrocontroller läuft ein Testprogramm, dass die Portpins anspricht und Daten über die serielle Schnittstelle ausgibt und Daten vom PC lesen kann Setzen Sie nun IC 2 ein und verbinden Sie den Mikrocontroller mit dem Test-PC. Starten Sie auf dem PC ein Terminalprogramm (z.b. Hyperterminal). Bauen Sie über eine frei serielle Schnittstelle (Achtung: Maus belegt eine Schnittstelle) die Verbindung zum Mikrocontroller auf. Benutzen Sie hierbei die Werte 9600 Baud, 8bit Daten, kein Paritätsbit, 1 Stopbit, kein Protokoll. Was gibt Ihr Mikrocontroller auf dem PC Bildschirm aus? 7.2. Geben Sie nun über die PC Tastatur Ihren Vornamen ein. Schließen Sie die Eingabe mit Enter ab. Was gibt der Mikrocontroller nun auf dem PC Bildschirm aus? Arbeitsauftrag 8 Beschriften Sie das Board mit Ihrem Namen. Montieren Sie alle mechanischen Teile. Anlage 1:

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