У навчальному посібнику на прикладі процесорного ядра AVR фірми Atmel та апаратній платформі популярного проекту Arduino розглянуті базові вузли архітектури мікроконтролера та практичні аспекти їх програмування мовою С/С++. Наведено приклади використання мікроконтролерів для систем автоматизації, зокрема для навчальних проектів. Розроблено відповідно до робочої програми дисципліни "Мікроконтролери та програмовані логічні контролери" для підготовки фахівців першого (бакалаврського) рівня освіти та спеціалістів в галузі мікропроцесорної техніки. ЗМІСТ ВСТУП............................................................................ 6 СПИСОК СКОРОЧЕНЬ.............................................. 11 1 ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ.................................................. 13 1.1 Основні відмінності між мікропроцесором та мікроконтролером........................................................... 13 1.2 Типи мікроконтролерів............................................. 16 1.3 Способи організація доступу до пам'яті................. 18 1.4 Системи команд......................................................... 21 1.5 Сфера застосування мікроконтролерів в промисловій автоматизації............................................. 23 Контрольні запитання..................................................... 25 2 ЗНАЙОМСТВО З МІКРОКОНТРОЛЕРОМ ATMEL AVR................................................................................................... 26 2.1 Історія створення архітектури та родини AVR....... 26 2.2 Модель ATmega328................................................... 29 2.3 Базова структура ядра AVR...................................... 30 2.4 Організація пам'яті даних......................................... 36 2.5 Системний тактовий генератор................................ 38 2.6 Система скидання...................................................... 40 2.7 Проект АРДУІНО...................................................... 42 Контрольні запитання..................................................... 50 3 ЗАГАЛЬНІ ЗАСАДИ ТА ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ СЕРЕДОВИЩА ПРОГРАМУВАННЯ AVR............. 53 3.1 Загальні засади програмування................................ 53 3.2 Універсальні професійні засоби програмування.... 56 3.3 Середовище розробки Arduino................................. 60 3.4 Онлайн-емулятор Arduino........................................ 65 Контрольні запитання..................................................... 71 4 ОСНОВИ ПРОГРАМУВАННЯ АРДУІНО МОВОЮ C/С++............................................................. 72 4.1 Структура програми і правила синтаксису............. 72 4.2 Змінні і типи даних.................................................... 73 4.3 Математичні, логічні і бітові оператори.................. 81 4.4 Структури управління програмою........................... 86 4.5 Функції і способи їх задання..................................... 92 4.6 Вказівники в C для Ардуіно...................................... 95 Контрольні запитання та завдання................................. 99 5 СИСТЕМА ПЕРЕРИВАННЯ ТА ЕНЕРГО-ОЩАДЛИВОСТІ.......................................................... 102 5.1 Переривання і обробка переривань.......................... 102 5.2 Зовнішні переривання INTx..................................... 108 5.3 Режими енергоощадливості..................................... 114 Контрольні питання........................................................ 120 6 ВВІД-ВИВІД ДИСКРЕТНИХ СИГНАЛІВ............... 122 6.1 Переривання і обробка переривань.......................... 122 6.2 Програмування цифрових входів/виходів мовою Сі....................................................................................... 130 6.3 Функції і константи для роботи з цифровими виходами в проекті Ардуіно........................................... 133 Контрольні запитання та завдання................................. 136 7 АНАЛОГОВИЙ ВВІД ДАНИХ ТА АЦП................... 139 7.1 Структура та регістрова модель АЦП...................... 139 7.2 Функції аналогово вводу в Ардуіно......................... 147 7.3 Аналоговий вивід даних........................................... 149 7.4 Аналоговий компаратор........................................... 151 Контрольні запитання та завдання................................. 157 8 ТАЙМЕРИ / ЛІЧИЛЬНИКИ....................................... 159 8.1 Загальна характеристика.......................................... 159 8.2 Базові режими роботи таймерів. Нормальний режим (Normal Mode)..................................................... 165 8.3 Функції затримки і відліку часу в Ардуіно.............. 171 8.4 Режими широтно- імпульсної модуляції................. 179 8.5 Сторожовий таймер................................................... 187 Контрольні запитання та завдання................................. 191 9 ПОСЛІДОВНА ОБМІН ДАНИХ В МІКРОКОНТРОЛЕРАХ............................................. 193 9.1 Організація передачі даних через UART/USART... 193 9.2 Організація обміну даними між платою Arduino і комп'ютером через USB.................................................. 205 9.3 Двохпровідний послідовний інтерфейс TWI (I2C) 209 9.4 Інтерфейс SPI............................................................. 220 Контрольні запитання та завдання................................. 232 10 ЗАСТОСУВАННЯ МІКРОКОНТРОЛЕРА В НАВЧАЛЬНИХ ПРОЕКТАХ...................................... 233 10.1 Універсальний навчальний тренажер.................... 233 10.2 Автоматизація вузла роботизованої ділянки виробництва..................................................................... 250 10.3 Проект управління тепловим об'єктом................. 265 10.3.1 Функціональна структура та апаратна реалізація теплового об'єкта.......................................... 265 10.3.2 Основи програмування в середовищі FLProg.... 269 10.3.3 Структура програмного забезпечення контро-лера теплового об'єкта.................................................... 276 Контрольні запитання..................................................... 276 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ НА ДЖЕРЕЛА.................... 277