Базовая часть

Тема 1. Введение. Программирование микроконтроллеров на языке С

Теория . Микроконтроллеры. Функции и применение микроконтроллеров. Основные параметры микроконтроллеров. Архитектура микроконтроллеров. Семейства микроконтроллеров ARM и их назначение. Устройство микроконтроллеров. Ядра Cortex -M 0/M 3/M 4F . Периферийные блоки микроконтроллеров: ввод-вывод общего назначения, тактирование, таймеры, прерывания.

Язык С для микроконтроллеров ARM . Особенности разработки программ для микроконтроллеров по сравнению с программированием для ПК. Ввод и вывод. Адресация. Двоичное и шестнадцатеричное счисления. Среда программирования IAR EWARM . Возможности отладки программ.

Практика . Создание и настройка проекта в среде IAR. Создание прошивки, осуществляющей работу с блоком ввода-вывода общего назначения. Работа с технической документацией (поиск адресов аппаратных регистров, работа с принципиальной схемой тестовой платы).

Тема 2. Прерывания

Теория . Прерывания. Виды прерываний. Контроллер прерываний NVIC в ядре Cortex -M . Вектора прерываний. Приоритеты. Флаги прерываний в контроллерах STM . Рекомендации по написанию обработчиков прерываний.

Практика . Создание программы, реализующей асинхронный ввод-вывод сигналов. Освоение документации NVIC . Настройка прерываний блока ввода-вывода общего назначения.

Тема 3. Таймеры

Теория . Таймеры. Виды таймеров. Режимы работы таймеров. Измерение малых промежутков времени. Система тактирования микроконтроллера и методы её настройки.

Практика . Разработка программы для периодического вывода сигналов с использованием таймера и делителей частоты. Измерение параметров сигналов с помощью цифрового осциллографа.

Тема 4. Широтно-импульсная модуляция

Теория . Широтно-импульсная модуляция. Применение ШИМ для управления электронными устройствами. Особенности реализации ШИМ на микроконтроллере. Сглаживание. Специальные режимы работы таймеров.

Практика . Разработка программы для генерации ШИМ сигнала с заданными параметрами.

Тема 5. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования

Теория . АЦП и ЦАП. Частота дискретизации и разрядность. Основные виды АЦП (АЦП прямого преобразования, АЦП последовательного приближения, сигма-дельта АЦП) и их характеристики. Режимы запуска АЦП. Дифференциальный режим измерения. Алгоритмы усреднения измеряемых величин: скользящее среднее и экспоненциальное усреднение. Библиотека для работы с периферийными блоками HAL Driver .

Практика . Разработка программы, осуществляющей измерение напряжения внешнего аналогового сигнала с помощью АЦП.

Тема 6. Обмен данными

Теория . Последовательные и параллельные интерфейсы. UART . Принцип работы шины UART , протокол передачи данных. События блока UART на микроконтроллерах STM 32. Протоколы SPI и I2C, их принципы работы. Концепция ведущий-ведомые.

Практика . Разработка прошивки для микроконтроллера, осуществляющей приём и отправку данных по UART . Освоение программного обеспечения для работы с COM -портами на ПК.

Тема 7. Флеш-память

Теория. Принцип работы ячейки флеш-памяти (транзистор с плавающим затвором, чтение и запись данных). NOR и NAND конструкции флеш-памяти. Многоуровневые ячейки. Особенности работы с флеш-памятью из программ.

Практика. Разработка программы для подсчёта импульсов с использованием флеш-памяти для сохранения значения счётчика на случай перезагрузки или потери питания.

Дополнительные темы (читаются по усмотрению преподавателя)

Тема Д1. Дисплеи

Теория . Виды дисплеев. Электронно-лучевые трубки (принцип работы, развёртка). Жидкокристаллические дисплеи (принцип действия ЖК ячейки, устройство мониторов, адресация). Кодирование цветов, битность изображения. Плазменные дисплеи. Светодиодные дисплеи. Проекторы (3LCD , LC 0S , DLP ). Резистивные и ёмкостные сенсорные дисплеи. Перспективные виды дисплеев (OLED, интерференционные дисплеи, SED, PixelSense ).

Практика . Написание программы, осуществляющей вывод графических примитивов и текста на TFT -LCD дисплей тестовой платы. Освоение высокоуровневых библиотек для работы с периферийными блоками и внешними устройствами.

Тема Д2. Система тактирования микроконтроллера

Теория. Классификация и принципы работы генераторов тактовой частоты. Кварцевые и RC-генераторы. Фазовая автоподстройка, делители и умножители частоты. Тактовые частоты шин данных и периферийных блоков микроконтроллера.

Практика. Настройка системы тактирования микроконтроллера, вывод тактового сигнала микроконтроллера. Измерение частоты тактирования с помощью осциллографа. Изучение зависимости формы сигнала от значения тактовой частоты.

Тема Д3. USB

Теория . Краткая история внедрения шины USB . Физический уровень (кабели и разъёмы, состояния шины, кодирование данных). Пакетный уровень (структура и виды пакетов). Транзакционный уровень (адреса, конечные точки). Логический уровень (виды каналов, передача данных по периодам). Дескрипторы и классы устройств. Краткий обзор спецификаций USB.

Практика . Передача данных с ПК на контроллер по USB c использованием CDC класса.

Тема Д4. Операционные системы реального времени

Теория . Операционные системы мягкого и жёсткого реального времени, а также их особенности. Диспетчеризация задач. Синхронизация задач. Операционная система Free RTOS . Некоторые функции для управления задачами во Free RTOS .

Практика . Настройка Free RTOS и создание многозадачной программы для управления светодиодами.

Программа курса (весенний семестр)

• Тематические лекции
• Дополнительные разделы программирования микроконтроллеров
• Выполнение курсовой работы по программированию

Отчетность

Осенний семестр - зачет

Весенний семестр - зачет с оценкой

В конце осеннего семестра в течение 4 занятий выполняется зачетная работа.

Примеры тем зачетных работ:

• Измерение частоты внешнего сигнала с выводом результата на дисплей.
• Генерация ШИМ сигнала с регулировкой частоты и скважности.
• Измерение ёмкости конденсатора путём анализа формы отклика RC
• Измерение индуктивности путём анализа формы отклика RL -цепи на периодический сигнал.
• Генерация гармонического сигнала путём модуляции одиночными импульсами.
• Измерение расстояния между акустическим излучателем и микрофоном с помощью измерения задержки распространения звука.
• Измерение скорости звука импульсным методом
• Стабилизация напряжения в RC цепи с обратной связью. Напряжение задаётся с компьютера и выводится на дисплей.

В течение весеннего семестра выполняется курсовая работа.

По согласованию с научными руководителями курсовая работа по программированию может быть совмещена с курсовой работой по физике. Для этого нужно, чтобы работа в значительной мере была посвящена автоматизации эксперимента или другим задачам, подразумевающим программированию микроконтроллеров.

Курсовые работы прошлых лет можно посмотреть .

Литература

• Конспекты первых 2 лекций: лекция 1 , лекция 2 .
  
• Мартин М. Инсайдерское руководство по STM32
• Брайан Керниган, Деннис Ритчи "Язык программирования С"
• Майоров С.А., Кириллов В.В., Приблуда А.А. "Введение в микро-ЭВМ"
• Тревор Мартин, "Микроконтроллеры фирмы STMicroelectronics на базе ядра Cortex-M3. Серия STM32"
• Фрунзе А.В. "Микроконтроллеры это же просто" (Том1, Том2, Том3)
• К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки "Организация ЭВМ"
• Paul Scherz. Practical electronics for inventors.

Целью программы является курс по изучению и практическому освоению архитектуры одно-го из самых распространенных семейств 8-разрядных микроконтроллеров – семейства AVR фирмы Atmel.

В 16-ти лекциях курса на примере одного из наиболее применимых микроконтроллеров семейства -ATmega16, подробно разбирается работа центрального процессорного устройства и всех его компонентов, изучается структура и режимы работы всех периферийных устройств.

Внимание акцентировано на особенностях микроконтроллеров этого семейства и специфике работы отдельных блоков.

Как отдельные занятия в курсе рассмотрены четыре практических примера по использованию периферийных устройств микроконтроллера и системы прерываний. Программирование и моделирование работы микроконтроллера в этих примерах проводится с применением интегрированных средств разработки. Программирование в примерах осуществляется на языке Си и от слушателя требуется минимальное знание этого языка.

Компетенции

• способность к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов;
• способность применять современные методы разработки технического, информационного и алгоритмического обеспечения систем автоматизации и управления.

Целевая аудитория

Студенты технических специальностей, инженеры и специалисты в области систем контроля и управления.

Автор программы

К.т.н., доцент кафедры Систем автоматического управления Голик Станислав Евсеевич.

Описание технологии обучения

Технология обучения основана на самостоятельном изучении материала по видео лекциям, выполнении тестов. В состав видео материалов включено несколько практических заданий, выполняемых с использованием интегрированных сред разработки и моделирования.

В процессе обучения преподавателем осуществляется обратная связь со слушателями по прохождению курса, а также по выполнению практических заданий.

Продолжительность программы

Программа рассчитана на 24 академических часа (количество видеоматериалов, доступных для изучения, составляет 16 видеолекций и 4 практических занятия).

Длительность курса составляет 6 недель. Средняя недельная нагрузка на обучающегося - 4 академических часа в неделю.

Курс включает в себя 16 лекций и 4 практических занятия:

• Лекция 1. Введение. Архитектура микроконтроллеров семейства AVR. Центральное процессорное устройство. Операционное устройство.
• Лекция 2. Центральное процессорное устройство. Устройство управления. Тактовый генератор и устройство синхронизации.
• Лекция 3. Центральное процессорное устройство. Подсистема сброса. Блок режимов энергопотребления.
• Лекция 4. Организация памяти.
• Лекция 5. Система прерываний. Внешние прерывания.
• Практическое занятие. Программирование внешних прерываний.
• Лекция 6. Модуль параллельных портов ввода-вывода.
• Практическое занятие. Программирование портов ввода-вывода.
• Лекции 7 - 8. Таймеры/счетчики. Таймер/счетчик ТС0 (начало).
• Практическое занятие. Формирование сигналов широтно-импульсной модуляции.
• Лекции 9 - 11. Таймер/счетчик ТС2. Таймер/счетчик ТС1.
• Лекция 12. Сторожевой таймер. Аналоговый компаратор.
• Лекция 13. Аналого-цифровой преобразователь.
• Практическое занятие. Программирование аналого-цифрового преобразователя.
• Лекция 14 - 15. Универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик.
• Лекция 16. Последовательный интерфейс SPI.

Итоговая аттестация

В рамках итоговой аттестации слушатель проходит тестирование и выполняет практические занятия. Результат работы высылается преподавателю для проверки.

После проверки выполненного задания со слушателем проводится собеседование (очно или в режиме вебинара), на котором обучающемуся предоставляется возможность внести правки в работу в случае их необходимости или аргументировать свой выбор технологии создания заданного объекта.

Контактная информация

	пн. - пт. с 10:00 до 17:00
	197376, Россия, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, дом 5, корп. D, пом. D402
	+7 812 346-28-18, +7 812 346-45-21
	+7 812 346-45-21
	[email protected]

Людей, работающих с программной частью микроконтроллеров, редко причисляют к классическим разработчикам ПО. Всё дело в том, что помимо софтверных знаний, им требуются ещё кое-какие сведения об используемом железе. Многих программистов такие знания не касаются вовсе.

Плюс, разработчик приложений или сайтов всегда подсознательно стремится к триумфу. Создание уникального и популярного продукта является той отметкой, разделяющей карьеру на нормальную и успешную. А создавая программу для микроконтроллера, вы вряд ли будете думать об общественной оценке вашего вклада. Впрочем, давайте по порядку.

Возраст

Начнём с главного: когда уже (ещё) можно начать прокладывать свой путь в профессию? Ответ предсказуем: чем раньше, тем лучше. И изобилие специальных наборов для детей к этому располагает. Даже дело не в том, что с возрастом вам будет сложнее перестраиваться и обучаться этой дисциплине. Просто опыт, как и во многих других IT-профессиях, здесь играет решающее значение.

Но не всё так плохо. Всё же в России этот рынок не очень развит. Начав путь разработчика ПО для МК после 30, вы сможете сделать неплохую карьеру в какой-то одной сфере или конкретном месте деятельности. Если, конечно, не пытаться стать «многостаночником». Всегда бывают исключения, но многое зависит от вашей прошлой деятельности. Наверное, стоит принять во внимание, что даже 10 лет в этой профессии не впечатляют работодателя.

Знания

От пустых слов перейдём к реальным требованиям. «MustKnow» в программировании микроконтроллеров - язык C/C++. Да, мировые тенденции сейчас указывают на переход на более совершенные или хотя бы простые языки ( Arduino или D). Но это будущее довольно отдалённое, закладывать путь в него можно разве что сегодняшним школьникам младших классов.

Кроме того, будет очень полезным знание ассемблера. Это необходимо для пошагового отслеживания исполнения кода, чтобы избежать плавающих ошибок и неоправданных потерь в быстродействии.

В остальном довольно общая компьютерная наука: протоколы передачи, простейшее знание электроники и схемотехники (хотя бы принципы работы АЦП/ЦАП, работать с ключами, питанием и пр.), умение читать (и понимать) техническую документацию на английском языке. Но главное - не работать по принципу “научного тыка”, в противном случае ваши микроконтроллеры рискуют превратиться в “камни”.

Еще один совет: постигать все эти знания необходимо на практике. Начать можно с дешёвых, но эффективных готовых плат со всей необходимой обвязкой, вроде Arduino или Raspberry Pi, которые в будущем наверняка станут для вас хорошими помощниками. А уже потом, если возникнет желание, поиграть с периферией.

Литература

На прошлой неделе, подачи одного из пользователей GeekBrains, я всерьёз задумался над вопросом “Где можно пройти курсы по программированию микроконтроллеров?”, да и вообще о профильной литературе в целом (и это несмотря на профильное высшее образование и около 10 лет опыта работы). Дело не в том, что их не существует (есть и курсы , и книги), просто главный инструмент разработчика ПО для МК - техническая документация, поставляемая вместе с платформой.

Все универсальные книги могут описать отличия, преимущества и недостатки тех или иных микроконтроллеров, на что обратить внимание при написании кода, обучить “красоте” и основным принципам. Но огромный плюс и он же главный недостаток данной профессии - подробная индивидуальная инструкция по работе с каждым более-менее серьёзным контроллером.

Это означает, что абсолютно любой человек может взять, прочитать её и через несколько мгновений организовать стандартное мигание “светодиодами”. Но даже с 50 годами стажа вы не сможете сесть за незнакомый микроконтроллер и, не читая документацию, сделать с ним что-то полезное (придётся, как минимум взглянуть на расположение контактов и их назначение по умолчанию).

IDE

Как и у популярных направлений программирования, здесь также имеются собственные IDE. Каждая крупная компания выпускает собственную среду разработки для своих продуктов. Есть и универсальные решения. Стоит обратить внимание на Keil uVision - это такой универсальный и, пожалуй, наиболее популярный инструмент (хоть и не лучший) на все случаи жизни. Полный перечень можете найти .

Работа

Если вам действительно нравится идея программировать микроконтроллеры, создавая уникальные современные гаджеты, то найти вакансии себе по душе не составит труда. Люди данной профессии востребованы, причём как в стартапах, так и в крупных прогосударственных структурах, в том числе военных.

Финансово трудно придётся новичкам (до 1 года опыта): зарплата в районе 20 тыс. рублей в месяц для программиста МК. Это вполне реальная цифра в регионах. Зато если вы живёте в столице, у вас есть опыт работы с популярным видом МК (от 3 лет активной деятельности) и голова на плечах, то вполне можно рассчитывать и на 150 тыс. рублей в месяц. В целом, не сказать, что конкуренция за места у данных разработчиков высокая, но с течением времени она неизбежно растёт.

Опять же, для людей с опытом есть вариант поискать счастье за границей. Особенно если у вас уже есть опыт полноценной работы. Дело в том, что в России идея IoT пока не слишком развивается. Да и вообще автоматизация пока не затрагивает небольшие системы. А в США, Японии и других развитых странах хороший разработчик ПО для МК - на вес золота. Правда, придётся учитывать иной уровень конкуренции и серьёзные требования по производительности труда.

И кстати

В любом случае, прежде чем осознанно встать на эти рельсы, займитесь программированием МК в качестве хобби. Сделайте “умной” свою комнату или дом, повторите несколько экспериментов из , опубликуйте собственные достижения, посвятите этому делу мозги и душу. И если не возникнет ощущения “колхоза”, то... добро пожаловать в клуб!

На данный момент работа курсов приостановлена. Во всем вопросам по-прежнему можно писать на почту с пометкой курсы.

Набираются малые группы для проведения семинаров по курсу "основы программирования микроконтроллеров". Курс включает в себя несколько занятий, на которых будет рассмотрена (в зависимости от общего уровня группы) специфика программирования микроконтроллеров. Каждому обучающемуся предоставляется отладочная плата и программаторы. На курсах так же будут рассматриваться основы схемотехники. Ознакомительное занятие бесплатно. Запись на курсы производится в индивидуальном порядке, присылайте письма на почтовый ящик info@сайт с пометкой курсы программирования.

Базовый курс

для начинающих будет проводиться курсы с использованием отладочных плат AVR butterfly (Дополнительная информация по отладочным платам), в основе отладочных плат получившие большое распространение 8-разрядные микроконтроллеры Atmega от Atmel. На занятиях будут рассматриваться простейшие задачи систем управления: работа с кнопками (джойстик), работа с ЖК дисплеем, памятью и прочей периферией МК. Занятия будут проходить согласно книге "C Programming for Microcontrollers Featuring ATMEL"s AVR Butterfly and the free WinAVR Compiler".

Продвинутый курс

Программирование микроконтроллеров семейства ARM7 фирмы NXP. Будет изучена периферия микроконтроллера, подключение по USB, CAN-шина, SSP-модули, а также основные принципы и специфика программирования микроконтроллеров семейства ARM7, Cortex M3.

Сложный курс

Если хотитеобучаться по « S kype », то первое занятие проводитсяусловно-бесплатно (кроме индивидуальных программ), т.е. вы его проходите с целью понять, подходит вам такое обучение или нет. Вслучае принятия положительного решения, оно оплачивается. Минимальная предоплата - за 4 занятия. Для занятий по индивидуальным программам – только по предоплате.

Для хорошей связи нужно иметь интернет с достаточной скоростью (лучше кабельный, обычно не менее 2 Мбит/с). Качество связи можем проверить пробным сеансом связи.

Для понимания того, как будет происходить обучениепо e - mail , вы можете пройти бесплатно первое занятие любого курса:

1. Вы получите материалы этого занятия.

2. Изучите их, ответите на контрольные вопросы и вышлите ваши ответы (а также вопросы, возникшие у вас в процессе изучения материала) для проверки.

3. После проверки вы получите комментарии к вашим ответам (что правильно, что неправильно или не совсем верно) и ответы на ваши вопросы (см.).

Порядок оплаты:

Вы заказываете требуемые курсы обучения(при необходимости устройства или наборы деталей). Вам выставляется счет на оплату. Вы оплачиваете счет. После прихода денег Вам высылается учебный материал по электронной почте для обучения по e - mail (еслизаказаны устройства или наборы деталей, то они высылаются обычной почтой ценной бандеролью) или проводятся занятия по « Skype » (время по договоренности, можно по 1-2 занятию в день).

Варианты оплаты:

Оплата производится на расчетный счет ИП, возможны следующие способы:

Через Сбербанк или другой банк

Интернет-банк

Сервис «Оплата квитанций» платежной системы "Яндекс.Д еньги "

Сервис платежей "WebMoney "

Или через платежную систему « OnPay » (много вариантов оплаты картами, электронными деньгами, через терминалы и т.д.)

Скидки:

При заказе нескольких разных курсов по e - mail или обучение нескольких человек по одному курсу по e - mail (кроме «обучения на заказ»):

2,3,4 заказываемые курсы – скидка 10%,

5 ипоследующие – скидка 20%.

При обучении нескольких человек одновременно по скайпу, скидки обсуждаются.

Вписьме укажите номера курсов, по которым вы хотите получить пробные занятия или произвести оплату за курсы (и наборы для обучения при необходимости). Если вы затрудняетесь с выбором курса, напишите, какие устройства вы собираетесь разрабатывать, хотите пройти обучение с целью проектирования радиолюбительских устройств или это вам нужно для профессиональной деятельности, я помогу вам подобрать наиболее подходящий курс.

Или позвоните по телефону+79126195167 (с 8 до 18 по Московскому времени).

Часто задаваемые вопросы:

Я начинающий программист. На предприятии, где я работаю (устраиваюсь на работу) понадобилось подготовить специалиста (специалистов) по микроконтроллерам и они решили подготовить меня.

Меня просили поискать подходящие курсы по изучению микроконтроллеров, каким образом можно пройти курсы у вас с оплатой от предприятия?

Ваше предприятие заключает со мной договор наобучение вас по определенной программе, которая указывается в договоре. Списать такое обучение на расходы предприятия удобнее, оформив его как «консультации по программному обеспечению». По запросу вышлю вам образец договора, оплата безналичным расчетом. Если у руководства предприятия будут вопросы по моим курсам, пусть пишут или вы пишите.

Как я понял, вы ведете курсы по изучению микроконтроллеров. У меня к вам вопрос, вы официально зарегистрированы и можете официально оформить курс обучения, оплату и по окончанию выдать документ, подтверждающий прохождение курса?

Я официально зарегистрирован как индивидуальный предприниматель.

С точки зрения законодательства я являюсь частным преподавателем (репетитором).

Выдавать документы государственного образца я не имею права. Это могут только образовательные учреждения.

Я хотел бы пройти обучение и изучить язык «С» для программирования микроконтроллеров проектирования радиолюбительских устройств, но не знаю какие микроконтроллеры выбрать: PIC ® или AVR ®

Сам язык «С» практически одинаков для разных микроконтроллеров.

Но в зависимости от используемого компилятора «С», его использование может отличаться.

Также существенно различается и архитектура микроконтроллеров PIC® и AVR® (регистры, настройка и работа периферийных устройств) .

Поэтому программирование для них требует изучения работы самого микроконтроллера, языка «С» и особенностей используемого компилятора. В связи с этим сделаны разные курсы для разныхмикроконтроллеров и компиляторов. Существенной разницы в процессе освоения программирования микроконтроллеров PIC® и AVR® по разным курсам нет (программы построены однотипно).

Если вы начинающий и хотите освоить программирование и PIC® и AVR® , то лучше освоить сначала один микроконтроллер и один компилятор (один курс). Потом вам будет проще освоить другой компилятор или другой тип микроконтроллера (пройдя другой курс). При одновременном изучении может возникнуть «каша» в голове и это не будет способствовать усвоению материалов.

Наиболее популярны курсы №18,34 для микроконтроллеров AVR® и №20 для микроконтроллеров PIC16® . Можете выбрать один из этих курсов.