Средства разработки и отладки

Методические указания по выполнению практических занятий

по дисциплине	«Современные компьютерные технологии. Современные компьютерные технологии 1»
для направления	220100.68 «Системный анализ и управление»
программа	«Системный анализ проектирования, обеспечения и управления качеством организаций»

Ижевск

2013
Содержание

Введение

1. Изучение микроконтроллера семейства MSP430 и интегрированной среды разработки IAR Embedded Workbench

2. Широтно-импульсная модуляция на микроконтроллере MSP430 на языке Cи

3. Циклические программы для управления портами вывода микроконтроллера MSP430 на языке Cи

4. Циклические программы обработки элементов массива на языке Си

Контрольные вопросы

Список литературы

Введение

Целью преподавания дисциплины «Современные компьютерные технологии» для студентов направления 220100.68 «Системный анализ и управление» (программа 220100.68 «Системный анализ проектирования, обеспечения и управления качеством организаций») является теоретическая и практическая подготовка по современным компьютерным технологиям.

Современные компьютерные технологии широко распространены в современной промышленности, науке, образовании. На базе современных микроконтроллеров строятся интеллектуальные системы для сбора, обработки информации, управления и принятии решения.

Автоматизированные средства измерений встраиваются в системы автоматического управления различного уровня и становятся составными частями автоматизированного производства наряду с обрабатывающим и другим технологическим оборудованием.

В настоящее время технологии сбора и обработки данных нашли самое широкое применение: от научно-исследовательских приложений до различных задач испытаний и автоматизации в промышленности. Для осуществления сбора данных учёные и инженеры используют персональные компьютеры (ПК) с шинами PCI, PXI, CompactPCI, PCMCIA, USB, FireWire, а также с последовательными и параллельными портами. Многие устройства сбора данных устанавливаются непосредственно в компьютер и передают данные напрямую в его память. В ряде задач используются удаленные устройства сбора данных, которые подключаются к ПК через сеть Ethernet или через последовательный и параллельный порт.

В многоуровневых информационно-измерительных системах сбор и первичная обработки информации осуществляется на микроконтроллерах и затем информация передаётся на ПК.

Практическое занятие № 1

Изучение микроконтроллера семейства MSP430 и интегрированной среды разработки IAR Embedded Workbench

Введение

Микроконтроллеры широко применяются в автоматических системах во всех сферах жизни человека, например, в промышленности, на транспорте, в быту. Микроконтроллеры являются ядром системы управления. Большой интерес вызывает активно развивающееся семейство микроконтроллеров MSP430 с флэш-памятью и сверхмалым энергопотреблением, производимых корпорацией Texas Instruments. В рамках данной лабораторной работы предусмотрено изучение представителя данного семейства – микроконтроллера MSP430, комплекса программно-аппаратных средств, предназначенного для отладки программ и схемотехники, знакомство с архитектурой микроконтроллера MSP430.

Задание

1. Ознакомиться с отладочной платой.

2. Изучить структуру микроконтроллера MSP430.

3. Изучить и настроить среду отладки и программирования микроконтроллеров IAR Embedded Workbench.

4. Загрузить и выполнить тестовую программу. Тестовая программа производит переключение светодиода через задержку времени, задаваемую в цикле. Тестовая программа управления светодиодом на ассемблере приведена в приложении Д, на языке Си – в приложении Е.

5. Выполнить индивидуальное задание: разработать алгоритм и программу управления светодиодом. Закодировать свою фамилию в азбуке Морзе. Кодирование символов в азбуке Морзе приведено в приложении Е.

6. Оформить отчет по лабораторной работе.

Порядок выполнения работы

Выполнение лабораторной работы состоит из следующих шагов.

Шаг 1 – запуск программы IAR Kick Start Embedded Workbench IDE.

На рабочем столе выберите в главном меню «\Программы\IAR Systems\IAR Embedded Workbench KickStart for MSP430 V3» пункт «IAR Embedded Workbench IDE». Перед Вами появится окно программы, приведенное на рисунке 1.

Рисунок 1 – Главное окно программы

Шаг 2 – создание и сохранение нового проекта.

Для создания нового проекта выберите пункт меню «Project>Create New Project». Появится диалоговое окно, показанное на рисунке 2, в котором Вы можете выбрать шаблон проекта. Выберите пункт «Empty project» для создания нового проекта с настройками по умолчанию и нажмите «ОК».

Рисунок 2 – Диалоговое окно создания нового проекта

Далее появится стандартное диалоговое окно «Сохранить как», укажите местоположение создаваемого проекта в папке проекта и его имя, нажмите «Сохранить». Файл проекта с расширением «.ewp» создается в папке проекта и содержит настройки Вашего проекта. Проект появится в окне «Workspace», показанном на рисунке 3.

Рисунок 3 – Окно рабочей среды

Перед тем как добавлять к проекту файлы необходимо сохранить рабочую область (среду). Выберите пункты меню «File>Save Workspace», укажите местоположение папки созданного проекта и введите имя файла рабочей среды, нажмите «Сохранить». Файл рабочей среды с расширением «.eww» будет содержать все проекты, которые Вы добавите к этой рабочей среде.

Шаг 3 – добавление файлов к проекту.

Добавьте к проекту файл на языке ассемблера «msp430x2xx_fet_1.s43» из демонстрационного примера включения-выключения пользовательского светодиода, который расположен в директории установки: «IAR Systems\Embedded Workbench 4.0\430\FET_examples\msp430x2xx».

Шаг 4 – настройка опций проекта.

В основном меню программы выберите пункт меню «Project>Options>General Options>Target». Укажите устройство «MSP430F2013» из предложенных в списке, как показано на рисунке 4. В этой же вкладке укажите, что исходные файлы Вашего проекта будут на языке ассемблера – поставьте галочку напротив «Assembler-only project».

Рисунок 4 – Выбор устройства

В опциях отладчика проекта укажите драйвер, определяющий режим отладки, «FET Debugger», как показано на рисунке 5. Отладка в режиме эмуляции флэш-памяти микроконтроллера реализуется программно-аппаратными средствами отладочной платы eZ430-F2013.

Далее в окне опций проекта выберите пункт меню «FET Debugger>Setup>Connection>TI USB FET»для использования USB-интерфейса, как показано на рисунке 6.

Рисунок 5 – Выбор драйвера программно-аппаратного отладчика

Рисунок 6 – Выбор интерфейса подключения устройства

Шаг 5 – компиляция проекта.

В основном меню для компиляции и компоновки исходных файлов Вашего проекта выберите пункт меню «Project>Rebuild All». В случае успешной компиляции можно запускать программу в отладчике.

Шаг 6 – отладка.

Для запуска отладчика C-SPY выберите пункт меню «Project>Debug». Отладчик С-SPY очистит флэш-память устройства и запишет в него объектный файл Вашего приложения. Для запуска приложения выберите пункт меню «Debug>Go», после чего пользовательский светодиод на целевой плате eZ430D начнет периодически включаться и выключаться.

Шаг 7 – изменение параметров цикла в тестовой программе для изменения частоты мигания светодиода в соответствии с индивидуальным заданием, демонстрация результатов работы преподавателю.

Структура и содержание отчета

В соответствии с заданием после выполнения лабораторной работы необходимо оформить и представить к защите отчет, содержащий следующие элементы и разделы:

- титульный лист;

- содержание;

- введение;

- задание на лабораторную работу;

- разработка схемы алгоритма решения задачи в соответствии с ГОСТ 19.701-90;

- разработка программы в соответствии с ГОСТ 19.401-78;

- результаты вычислительного эксперимента;

- выводы;

- список литературы (в соответствии с ГОСТ 7.0.5-2008).

Приложение А

(справочное)

Средства разработки и отладки

С помощью комплекта eZ430-F2013, внешний вид которого показан на рисунке А.1, выполненного в виде USB-устройства, можно не только ознакомиться с архитектурой MSP430, но и от начала до конца выполнить разработку устройства на контроллере MSP430F20xx. На сегодняшний день это самое компактное и недорогое решение среди средств разработки для контроллера MSP430.

Карта eZ430-F2013 подключается непосредственно к стандартному USB-порту компьютера, не требуя при этом никаких дополнительных кабелей и источников питания. В корпусе устройства размещаются интерфейсная плата эмулятора (MSP-EZ430U) и съемная основная плата с контроллером MSP430F2013 (MSP-EZ430D), которую можно легко заменить. Эта универсальность и отличает eZ430 от других систем подобного назначения. Устройство использует фирменный двухпроводный Spy-интерфейс отладки.

Рисунок А.1 – Адаптер eZ430

Рисунок А.2 – Отладочная плата MSP-EXP430G2

Плата эмулятора непосредственно взаимодействует с платой контроллера, и устройство будет обладать такими же электрическими характеристиками на выходе, что и проектируемое устройство. В интерфейсной части используются контроллер USB TUSB3410 и регулятор питания TPS77301, подающий напряжение 3 В. На плате контроллера располагается сам контроллер MSP430F2013 (причем контакты всех его 14 выводов полностью доступны и выведены на специальные контактные площадки с шагом 0,1 дюйм), а также пользовательский светодиод. Схема электрическая принципиальная eZ430-F2013 представлена в приложении А. Более подробную информацию о комплекте eZ430-F2013 можно получить на сайте производителя [1]. С другими вариантами записи и отладки готовых программ в память микроконтроллеров семейства MSP430 и средами программирования можно познакомиться в книге [6].

Приложение Б

(справочное)