Перечень условных сокращений 7
Введение 8
1 Микроконтроллер ATmega 8515 9
1.1 Общее описание ATmega 8515 9
1.2 Прошивка микроконтроллера AT mega 8515 12
2 Микроконтроллер STM32 F411 14
2.1 Общее описание STM32 F411 14
2.2 Прошивка микроконтроллера STM32 F411 17
3 Сравнительный анализ микроконтроллеров 20
3.1 Преимущества и недостатки микроконтроллера ATmega8 20
3.2 Преимущества и недостатки микроконтроллера STM32 F411 21
3.3 Основные параметры МК 22
4 Подключение DS18B20 к STM2 F411 и передача информации на телефон
посредством использования Bluetooth-модуля НС-05 23
4.1 Общее описание 23
4.2 Обзор датчика 24
4.3 Режим измерение температуры 24
4.4 Память датчика 26
4.5 Регистр конфигурации термодатчика 27
4.6 Однопроводной интерфейс 1-Wire 27
4.7 Аппаратная конфигурация 28
4.8 Последовательность операций 28
4.9 Инициализация - импульсы сброса и присутствия 30
4.10 Временные слоты записи 31
5 Универсальный асинхронный приёмопередатчик UART 35
5.1 Общий принцип работы UART 35
5.2 Реализация UART на STM32 F411 37
6 Передача данных с помощью Bluetooth-модуля 40
6.1 Bluetooth-модуль НС-05 41
6.2 Настройка и подключение НС-05 42
7 Сборка проекта 45
7.1 Результаты 46
Заключение 47
Список использованных источников и литературы 48
Микроконтроллеры (МК) широко используются в различных сферах жизни и в устройствах, окружающих человека. Это связано с простотой подключения и большой функциональностью. Программирование микроконтроллеров позволяет решать множество практических задач в области аппаратных технологий.
Микроконтроллер, по сути, представляет собой компьютер, собранный на одном чипе. Это обуславливает его основные преимущества: компактные размеры, высокую производительность, надежность и способность адаптироваться к различным задачам. В дополнение к центральному процессору микроконтроллер содержит память и различные устройства ввода/вывода. такие как аналого-цифровые преобразователи, последовательные и параллельные каналы передачи данных, таймеры реального времени, широтно-импульсные модуляторы (ШИМ) и другие.
Встраиваемые системы управления стали настолько массовым явлением, что фактически сформировалась новая отрасль экономики, получившая название Embedded Systems (встраиваемые системы). Они используются в широком спектре устройств и систем, а микроконтроллеры Atmel и STM32 популярны благодаря своей расширенной функциональности.
Одним из главных предназначений МК является контроль процессов. В данной работе будет разработан цифровой модуль модельной ракеты для передачи данных на пульт управления. Модуль позволит вести контроль за процессами во время полета. Модельная ракета представляет собой уменьшенную версию ракеты, созданную для проведения экспериментов. В качестве рабочей жидкости используется вода.
Для создания устройств на базе МК в первую очередь необходимо определиться какой МК нам подходит. Для того чтобы запрограммировать микроконтроллер, надо определиться с конечной целью. После этого изучить все составляющие будущего устройства и перейти к написанию кода, далее необходимо протестировать устройство в реальных условиях.
1 Микроконтроллер ATmega 8515
1.1 Общее описание ATmega 8515
ATmega8515 - это экономичный 8-разрядный микроконтроллер^ основанный на архитектуре RISC, который обеспечивает высокую производительность, С его помощью можно выполнять до 1 миллиона операций в секунду на тактовой частоте 1 МГц. Ядро AVR объединяет большой набор инструкций с 32 рабочими регистрами общего назначения (рисунок 1 ;2).
ATmega8515 основан на ядре AVR, которое объединяет все инструкции и регистры общего назначения (рисунок 3). Это обеспечивает эффективное программирование и управление устройством.
Микроконтроллер ATmega8515 обладает следующими характеристиками:
1. 8 килобайт внутрисхемно программируемой флэш-памяти с возможностью чтения во время записи. Это позволяет программировать и обновлять код в самом устройстве
2. 512 байт электрически стираемой программируемой постоянной памяти (EEPROM), которая может использоваться для хранения данных, сохраняемых при выключении питания.
3. Внешний интерфейс памяти, который позволяет подключать внешние устройства памяти, такие как EEPROM или SRAM, для расширения доступного объема памяти.
4. 35 линий ввода-вывода, которые могут использоваться для подключения и управления внешними устройствами и датчиками.
5. Два универсальных таймера-счетчика с режимами компаратора, которые могут использоваться для измерения времени, генерации сигналов и выполнения других временных операций.
6. Возможность использования внутренних и внешних запросов на прерывание, что позволяет устройству реагировать на внешние события в реальном времени
7. Последовательный программируемый USART (универсальный синхронный асинхронный передатчик данных), который обеспечивает коммуникацию с другими устройствами посредством последовательного интерфейса.
В результате выполнения данной работы был разработан цифровой модуль модельной ракеты для передачи данных с датчика температуры DS18B20 через Bluetooth- модуль НС-05 на базе микроконтроллера STM32. В качестве приемника данных был выбран смартфон, что обеспечивает удобный и мобильный способ контроля температуры.
В ходе работы был изучен микроконтроллер STM32F411 и проведено сравнение с микроконтроллерами AVR, что позволило выбрать STM32 в качестве оптимального решения для данного проекта. Были рассмотрены и применены протоколы связи HART и 1-Wire, описан способ подключения и взаимодействия с устройствами DS18B20 и НС-05.
Итоговая программа, разработанная для устройства, занимает 15% памяти микроконтроллера, что свидетельствует об оптимальном использовании ресурсов и оставляет место для дальнейшего расширения функциональности. По тому же принципу, что и DS18B20 можно, подключить датчики использующие протокол 1-Wire.
Разработанное устройство будет адаптировано в модельную ракету, также устройство может иметь практическое применение в автоматизации промышленных систем для дистанционного мониторинга и контроля температуры.
