Разработка и методика использования в профессиональных колледжах лабораторного практикума по дисциплине «Теория автоматического управления» (на примере темы «Микроконтроллеры и микропроцессорная техника»)
Введение 3
Глава 1. Микроконтроллеры. Создание и развитие микроконтроллеров 5
1.1. Этапы развития микроконтроллеров 5
1.2. Классификация микроконтроллеров 6
1.3. Архитектура микроконтроллера STM32F100 11
1.4. Среда программирования микроконтроллеров Keil uVision и 17
STM32CubeMX
Глава 2. Электрические измерения с помощью микроконтроллеров. 19
2.1. Развитие измерительных технологий 19
2.2. Аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера 30
STM32F100
2.3. Проект «вольтметр» на базе микроконтроллера STM32F100 54
Заключение 58
Список использованной литературы
Современный этап развития экономики характеризуется быстрым ростом производительности и частой сменой технологий производства. Основу современных технологий, используемых промышленностью, составляет различные автоматы, использующие цифровые технологии обработки информации. Они обеспечивают высокую точность измерений и автоматизацию технологических процессов в различных областях промышленности и быта, обладают более высокой точностью измерения, их показания удобней регистрировать, результаты их измерений можно передавать на большие расстояния без искажений. Кроме того, их можно объединять и встраивать в компьютерную технику для автоматизации контроля за электрооборудованием.
Данное состояние потребовало новых подходов к подготовке специалистов, инженерных кадров, которые должны быть готовы для разработки, внедрения и эксплуатации разрабатываемых технологий. Появилась необходимость повышения политехнической (инженерной) составляющей в обучении, что обеспечило бы эффективность процесса воспитания квалифицированных рабочих кадров в области использования разработок новых информационных технологий в профессиональной деятельности.
В области энергетики и автоматизации производственных процессов накопление информации, ее преобразование, передача осуществляется на основе цифровых технологий, элементную базу которых составляет микро-контроллеры и микропроцессоры.
Микроконтроллер - это специальная микросхема, предназначенная для управления различными электронными устройствами.
В микроконтроллерах объединены несколько устройств - процессор, память, ПЗУ и периферия внутри одного корпуса. Такая архитектура позволяет его использовать различных встроенных системах, станках, в массовой бытовой технике [1].
Цель работы: разработка и методика использования в профессиональных колледжах лабораторного практикума по дисциплине «Теория автоматического управления».
Объект исследования: учебно-воспитательный процесс, ориентированный на изучение дисциплины «Теория автоматического управления».
Предмет исследования: устройство и принципы построения проектов по автоматизации физических процессов на микроконтроллере STM32F100.
В соответствии с целью в ходе выполнения работы решались следующие задачи:
- на основе анализа теоретической и методической литературы определить элементную базу систем автоматизации;
- проанализировать существующие архитектуры и этапы развития микропроцессорной техники;
- разработать методику изучения микроконтроллеров (создание и реализация проектов «Управление светодиодами» и «Действующая модель вольтметра на микроконтроллере STM32F100»).
В работе использовались следующие методы исследований:
Теоретический анализ психолого-педагогической, методической и технической литературы по проблеме исследования; анализ процесса обучения предметам энергетического цикла в практике работы СПО; обобщение и сравнение; изучение и обобщение педагогического опыта и документации.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что:
1. Выявлены теоретические основы организации лабораторных практикумов.
2. Разработаны лабораторные работы по изучению микроконтроллера STM32F100.
Практическая значимость исследования заключается в том, что лабораторный практикум по дисциплине «Теория автоматического управления» может быть применен в работе с учащимися.
Основу современных технологий, используемых промышленностью, составляет различные автоматы, использующие цифровые технологии обработки информации. Они обеспечивают высокую точность измерений и автоматизацию технологических процессов в различных областях промышленности и быта, обладают более высокой точностью измерения, их показания удобней регистрировать. Кроме того, эти устройства можно объединять и встраивать в компьютерную технику для автоматизации контроля за электрооборудованием.
В области энергетики и автоматизации производственных процессов накопление информации, ее преобразование, передача осуществляется на основе цифровых технологий, элементную базу которых составляет микро-контроллеры и микропроцессоры - специальные микросхемы, предназначенные для управления различными электронными устройствами.
В микроконтроллерах объединены в одно несколько устройств: процессор, память, ПЗУ и др. Такая архитектура позволяет его использовать различных встроенных системах, станках, в массовой бытовой технике.
Для изучения устройства, принципов программирования и использования микроконтроллеров в лаборатории «автоматизация энергетических си-стем» разработан лабораторный практикум по дисциплине «Теория автоматического управления» и методика его использования в профессиональных колледжах. Материально-техническую базу практикума составляет персональный компьютер с установленным программным обеспечением Keil uVision 5 и STM32CubeMX, плата STM32F100 Discovery kit, содержащая исследуемый микроконтроллер STM32F100 и различные навесные элементы.
Данный комплект оборудования позволяет создавать прикладные про-граммы по включению микроконтроллера STM32F100 в состав автоматов, выполняющих различные задачи.
В частности, мы рекомендуем начать изучение микроконтроллеров с изучения программных продуктов и реализации ряда проектов: управление четырьмя светодиодами по заданным алгоритмам и построение вольтметра с индикацией на тех же 4 светодиодах, используя АЦП микроконтроллера для определения напряжения.
Предложенный практикум и методика по его использованию позволят обучающимся получить необходимые навыки по работе с программируемыми системами автоматизации.
