 |
 |
 |
|
|||||||||
|
 | |||||||||||
|
 |
||||||||
|
МЕНЮ
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Разработка и отладка программного обеспечения виртуальной лаборатории "Программирование микроконтроллерных систем"Разработка и отладка программного обеспечения виртуальной лаборатории "Программирование микроконтроллерных систем"17 Міністерство освіти і науки України Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Реферат науково-дослідницькой роботи магістра Розробка та відлагодження програмного забезпечення (ПЗ) вiртуальноп лабораторiп "Програмування мiкроконтролерних систем". Виконала: студ. групи xxxxx xxxxxxxxx. Науковий керiвник підготовки магістра проф. xxxxxxxxxxx Харків 2008 Содержание
Рис.1. ВЛ как учебный мультимедиа-комплекс. Исходя из заданий, которые перед нами стоят, из требований, которые ставятся перед нами, можно однозначно определить концепцию построения вышеуказанной ВЛ: максимальное использование современных возможностей ЕОТ и применение последних разработок в сфере информационных технологий (ІТ); выполнение производственно-экономических требований к разработкам - снижение материально-технических затрат на приобретение и эксплуатацию; многопользовательский интерфейс, с часовым разделением работы пользователей и возможностью наблюдать ход опыта всеми пользователями одновременно; развитой, понятный и адекватный (поведение максимально приближено к реальной, что является чрезвычайно важным) интерфейс пользователя, что должно способствовать правильному восприятию фактов и правильному их осмыслению; возможность достаточно быстро и достаточно просто завладеть информационными технологиями, которые используются у ВЛ; наличие инструкций по выполнению работ; наличие предметной справочной информационной базы с простым доступом к ней; наличие вопросов и фактов, на которые следует обратить особенное внимание; пользователь должен иметь возможность использовать при работе с ВЛ современные пакеты автоматизации инженерного труда в заданной предметной области (интеграция с существующими популярными пакетами САПР). 1.2 Принцип построения лабораторного практикума1.2.1 Концепция построения лабораторного практикумаПредлагается следующая концепция построения нового лабораторного практикума:1. Сначала используется ряд лабораторных работ, связанных с обретением практических привычек программирования внутренней структуры МК и основных периферийных устройств, которые входят в его состав (порты ввода\вывода, память данных, таймеры-счетчики, система прерываний и т.п.).2. На втором уровне обучения разрабатываются простые микроконтроллерные устройства с использованием некоторых внешних устройств (клавиатуры, разнообразных индикаторов, цифро-аналоговых преобразователей и других датчиков входных сигналов). Эти периферийные устройства могут входить в состав учебно-отладочных стендов или находиться извне. При этом должны применяться также программные модули, разработанные и отлаженные на предыдущем уровне обучения.3. На третьем уровне обучения разрабатываются более сложные микроконтроллерные устройства и системы с участием персональных компьютеров (например, виртуальные измерительные устройства).4. Отладка микроконтроллерных устройств на втором и третьем этапах обучения практически невозможна без использования измерительных приборов (генераторов сигналов, осциллографов, логических анализаторов, и других), в качестве таких с успехом могут использоваться виртуальные приборы на основе ПК.5. Аппаратные и программное средства ЛП должны разрешать студенту использовать для разработки микроконтроллерных пристроил разные типы МК (AVR, PIC или MCS-51).6. Лабораторный практикум должен разрешать выполнение задач в дистанционном режиме. Это снова же таки диктует необходимость использования в структуре аппаратных средств виртуальных приборов, которые будут доступными пользователю (студенту). При этом также необходимо организовать работу пользователя с методическими материалами, аппаратными и программными средствами. А это в свою очередь требует наличие простого и наглядного графического интерфейса ЛП.1.2.2 Структура лабораторных работЛабораторные работы составленные блочно-иерархичным подходом. Согласно которому, первые лабораторные работы которые стоят на низшей иерархической степени, самые малые за сложностью и объемом. Они включают у себя работу по одним периферийным прибором МК. Так возможно больше углубить знание путем детального рассматривания отдельной задачи. На следующей степени рассматриваются задачи с дополнительными задачами, которые нуждаются в, готовые уже на предыдущем этапе, алгоритмы и решения, а те в свою очередь представляют фундамент для следующего иерархического уровня. Так до тех пор, пока не реализуется задача сконструировать некоторый многофункциональный микроконтроллерный прибор или систему.1.3 Архитектура аппаратного обеспечения ВЛУчебно-отладочные стенды "AVR-Microlab" разрешают выполнять весь список лабораторных работ по лабораторному практикуму, имеют малую стоимость и имеют возможность использовать МК не только фирмы Atmel, а и Microchip (при условии небольшой заделы). Объект исследования ВЛ использует "AVR-Microlab". На основе этого стенда строятся микроконтроллерные устройства и МКС. Стенд построен по блочно-модульному принципу, поддерживает интерфейсы USB и RS232. Важным плюсом является возможность использования USB.Используя такие стенды, можно научиться и усвоить общие принципы функционирования, которые было заложено в основу при создании целого класса МК (от разных производителей). МК, которые поддерживает стенд, разрешают реализовать широкую гамму простых устройств автоматизации, среди которых может быть собственный модуль ввода/вывода.Анализ существующих аналогов ВЛ показывает, что объект исследования соединяется с ПК через посредничество многофункционального модулю ввода/вывода (БМВВ), которым может быть готовый контролер, сигнальный процессор или устройство собственной разработки. Модуль выполняет управление объектом за счет вывода и считывает состояние объекту за счет ввода. Важным недостатком готовых решений для таких модулей есть их стоимость.Проблема может быть решена за счет использования в качестве БМВВ аппаратных средств ВВК [13-15]. ВВК построенный на основе открытой архитектуры, а его технических возможностей довольно для удовлетворения требований лабораторного практикума, стоимость значительно низшая. В отличие от готовых решений, ПО ВВК легко может быть приспособленное к использование во ВЛ. ВВК использует аппаратные возможности учебно-отладочного стенда "AVR-Microlab".Аппаратное обеспечение изображено на рисунке 2.17Рисунок 2 - Архитектура аппаратного обеспечения ВЛТаким образом, использование двух учебно-отладочных стендов дает возможность реализовать лабораторный практикум в полном объеме. Аппаратное обеспечение может быть легко подсоединено ко всем современным ПК через интерфейс USB. 1.4 Архитектура ПО ВЛ "Программирование икроконтроллерных систем"Рассмотрим открытую архитектуру ПО (рисунок 3). Открытость достигается за счет введения в структуру ВЛ адаптеров, которые свободно могут прибавляться к ВЛ, подключаться к шине сообщений (это можно реализовать через ПО администрирование).ВЛ с открытой архитектурой состоит из следующих компонентов:Ядро - центральный компонент ВЛ, основной задачей которого являются предоставления компонентам системы набора сервисов, необходимых для реализации;Шина сообщений - обеспечивает интерфейс взаимодействия компонент ВЛ;Адаптеры ВЛ - реализуют зависимые от типа ВЛ операции взаимодействия с native-службами операционной системы (или систем) и физическими ресурсами за специальными протоколами;Клиентское ПО - web-интерфейс пользователя; ПО складывается из 2 частей - общей оболочки и реализации клиентских частей протоколов взаимодействия с ресурсами ВЛ;Программное обеспечение администрирования - программа, которая разрешает централизованно руководить одним или несколькими серверами ВЛ.17Рисунок 3 - Открытая архитектура программного обеспечения ВЛКак видим взаимодействие " человек-оборудование" в ВЛ нуждается в реализации клиент-серверной системы. Сервер должен руководить оборудованием. Также нужно выполнять визуализацию на стороне клиента. Эти задачи выполняет ПО.Технологии программирования, которые используются при создании ПО ВЛ, должны удовлетворять следующим требованиям:иметь возможности реализации клиент-серверной системы;иметь возможность работы с аппаратными ресурсами серверного ПК, к которым подсоединено другое оборудование;иметь возможность графического вывода на стороне клиента.Остановимся на первом критерии. Клиент - Серверную систему можно построить двумя способами:прямая коммуникация между клиентом и сервером (рисунок 4)коммуникация между клиентом и сервером на основе идеологии Web 17Рисунок 4 - Прямая коммуникация между клиентом и серверомЭту задачу можно реализовать с помощью Trac - инструмент управления проектами и отслеживания ошибок в программном обеспечении.Trac является открытым программным обеспечением, разработанным и поддерживаемым компанией Edgewall Software.Trac использует минималистичный веб-интерфейс, основанный на технологии wiki, и позволяет организовать перекрёстные гиперссылки между базой данных зарегистрированных ошибок, системой управления версиями и wiki-страницами. Это даёт возможность использовать Trac в том числе и как веб-интерфейс для доступа к ВЛОсновой для Trac'а является SVN репозиторий. Один из самых распространенных методов использования TRAC Рисунок 5 - Работа TracТакже возможны и другие способы, например без Apache - Trac будет работать как standalone сервер. Можно еще подключить LDAP для аутентификации. Работа с системой ведется через веб-интерфейс. Для входа нужен логин и пароль. Основные элементы интерфейса:Рисунок 6 - Интерфейс системы Trac Основные функции. Управление проектом: разделение проекта на этапы (milestones) контроль выполнения (roadmap) все изменения по проекту заносятся на временную шкалу (timeline) поддержка rss Tickets Стандартная функциональность - учет ошибок, замечаний, пожеланий с возможностью фильтрации и занесение соответсвенно в milestone, roadmap. Я так же использую в качестве ToDo. Достаточно просто и удобно. Просмотр репозитория Достаточно удобный модуль по просмотру Subversion репозитория проекта. Позволяет просматривать исходный код с учетом ревизии, а также изменений. Функциональность может быть расширена за счет дополнительных модулей. Управление пользователями Простая система - что могут делать пользователи, а что нет. WiKi В trac встроена система WiKi с возможностью делать ссылки на milestone, roadmap, ticket. Органично вписывается и удобна в использовании при ведении проекта. TRAС может быть легко использованная для реализации взаимодействия клиентов с сервером. Именно таким образом мы можем записывать данные на сервер для заявления о желании работать с аппаратурой и получать результат работы. При этом мы можем выполнять асинхронные действия - запрос может быть разбит на части и передаваться по мере поступления информации для него, что очень актуально на стадии настройки любой системы. Клиентскую часть виртуального комплекса и исходники лабораторных работ, методические пособия, дополнительная справочная литература можно загрузить в систему контроля версий Subversion и постоянно их обновлять в процессе работы. Работа ведется через клиентскую программу Tortoise SVN. Репозиторий (хранилище) исходников находится на сервере и связан со средой Trac. Пользователи скачивают исходники в свою папку на локальной машине, где будет находится рабочая версия исходников, файлы которых они могут менять, добавлять и удалять. После того, как добавлена и проверена некоторая законченная функциональность, необходимо обновить версию исходников на сервере. В этот момент может произойти интеграция результатов работы последних результатов с более ранними). Среда Trac позволяет выполнить требования к организации учебного материала и всей системы дистанционного обучения, разрешает обеспечить совместимость компонентов и возможность их многократного использования. обеспечить доставку необходимых ресурсов пользователю,, слежку и обработку информации о действиях лица, которое учится. Может быть организована навигация и соответствующее представление компонентов учебного материала в зависимости от действий лица, которое учится. Система Trac дает возможность быстро создать систему нужной функциональности. Останется лишь запрограммировать специфические функции. Система Trac разрешает создать систему дистанционного образования, в частности существует: Возможность создания информационного архива с учебными материалами; Возможность создания системы дистанционного образования по одновременной поддержкой нескольких курсов (каждый курс должен содержать теоретическую часть, практическую часть и контроль знаний); Возможность создания контроля знаний и разного рода тестирований; Возможность информирования студентов о тех или другие события, мероприятия; Возможность оставлять личные вопросы преподавателю во время, отличное от лабораторных занятий. 2. Реализация ГСПФ на основе програмно-отладочного стенда „AVR MicroLAB"2.1 Аппартные способы реализации ГСПФДля реализации ГСПФ необходимы такие аппаратные ресурсы как порты вода/вывода микроконтролера, память данных и память программ микроконтролера.Для реализации генератора сигналов произвольной формы используется блок цифр-аналогового преобразователя, построенного на ИМС DA3 типа TLC5615 фирмы Texas Instruments, что представляет собой десятирозрядний ЦАП с последовательным SPI - интерфейсом, выведенным на порт "B" контролера. Таким образом, употребятся разряды 4-7 порта В. Фильтр исходного сигнала первого порядка организуется с помощью модуля блока исходных ключей, в состав которого входят 2 RC фильтры НЧ для фильтрации исходных сигналов микроконтроллера. Они подключаются к выходам 4-5 порта С.Рисунок 7 - Функциональная схема ГСПФСтруктурная схема распределения ресурсов микроконтроллера на рис.8 Рисунок 8 - Схема распределения ресурсов МКПротокол обмена данными между ПК и стендомДля реализации передачи данных от ПК к стенду и в обратном направлении определен протокол запросов и ответов. Их структура представлена в табл 1.
1. http://www.renesasinteractive.com. 2. http://www.silabs.com/tgwWebApp/public/web_content/products/Microcontrollers/en/universityprogram. htm - Silicon Labs MCUniversity Program 3. http://www.ni.com, http://sine. ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/202707 - NATIONAL INSTRUMENTS EDUCATIONAL LABORATORY VIRTUAL INSTRUMENTATION SUITE (ELVIS), Freescale HCS12 microcontroller TeachingPlatform 4. http://faksu. vstu.vinnica.ua/SiteNEV/rus/virt_lab/defaults.html - Виртуальная лаборатория из электроники Винницкого государственного технического университета, Факультет авиационных и космических систем 5. http://iit.ntu-kpi.kiev. ua/LDSP1/ru/index.html, - Виртуальная лаборатория цифровой обработки сигналов НТУУ КПИ, Кафедра Информационно-измерительной техники (http://iit.ntu-kpi. kiev.ua/iit/index.html) 6. http://udec. ntu-kpi. kiev. ua/, http://www.ntu-kpi.kiev. ua/ru/education/udec.html - Украинский институт информационных технологий в образовании НТУУ "КПИ" (УИИТО) 7. http://www.ucv-lab.n-sk.ru - Виртуальная лаборатория Новосибирского государственного технического университета? CV-Lab "Микроконтроллеры и сигнальные процессоры". 8. http://www.ce.cctpu. edu.ru/msclub/VirtualLab - Виртуальная лаборатория MICROVIEW-R Томского государственного университета "Программирование микроконтроллеров". 9. Скороделов В.В., Шершнев А.А., Виртуальный генератор сигналов произвольной формы // Вестник НТУ "ХПИ". Сборник научных трудов. Тем. вып. "Автоматика и приборостроение" - Харьков, НТУ "ХПИ". - 2001. - № 4-с.101-105. 10. Скороделов В.В., Шершнев А.А., Виртуальный измеритель частоты и генератор сигналов на основе персонального компьютера // Вестник НТУ "ХПИ". Сборник научных трудов. Тем. вып. "Автоматика и приборостроение" - Харьков, НТУ "ХПИ". - 2002. - № 18-с.119-122. 11. Скороделов В.В., Крашенникова В.В., Создание виртуальных измерительных комплексов на основе персональных компьютеров // Вестник НТУ "ХПИ". Сборник научных трудов. 12. http://www.vl-e. nl/ - сайт разработчиков методологии виртуальных лабораторий 13. ГОСТ 12.1 005-88* ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Введ.01.01.89. 14. ГОСТ 14254-80. Изделия электротехнические. Оболочки. Степень защиты. Обозначения. Методы испытаний. (СТ-СЭВ 778-77). 15. ГОСТ 12.1 004-91* ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. Введ.01.07.92. |
РЕКЛАМА
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА | ||
 |
© 2010 | |