Системы управления оборудованием. Практикум

П. В. Синица

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЕМ

Практикум

Рекомендовано учреждением образования «Республиканский 
институт профессионального образования» Министерства 

образования Республики Беларусь в качестве пособия 
для учащихся учреждений образования, реализующих 

образовательные программы среднего специального образования 
по специальности «Мехатроника» (специализация по профессии 

рабочего «Мехатроник 5-го разряда (машиностроение)»)

Минск
РИПО

2017

УДК 681.5(076)
ББК  32.9я723

 С38

А в т о р:

преподаватель филиала «Колледж современных технологий 
в машиностроении и автосервисе» УО «Республиканский 
институт профессионального образования» П. В. Синица.

Р е ц е н з е н т ы:

цикловая комиссия электротехнических дисциплин УО «Могилевский 

государственный политехнический колледж» (С. А. Погужельский);

доцент кафедры «Робототехнические системы» Белорусского 

национального технического университета, кандидат 

технических наук, доцент Ю. Е. Лившиц.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или 

любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства об
разования Республики Беларусь.

Синица, П. В.

С38
Системы управления оборудованием. Практикум : пособие / П. В. Синица. – Минск : РИПО, 2017. – 84 с. : ил.

ISBN 978­985­503­659­4.

Пособие содержит практические работы по учебной дисциплине «Системы управления оборудованием» и предусматривает закрепление теоретических знаний по темам «Программирование однокристальных микроЭВМ 
(микроконтроллеров)», «Программирование программируемых логических 
контроллеров Siemens».

Предназначено для учащихся учреждений среднего специального образования, а также преподавателей для организации практических работ по 
специальности «Мехатроника».

УДК 681.5(076)
ББК 32.9я723

ISBN 978-985-503-659-4
© Синица П. В., 2017
© Оформление. Республиканский институт

профессионального образования, 2017

Предисловие

Цель проведения практических работ – закрепление теоретических знаний, полученных учащимися в ходе изучения 
учебной дисциплины, а также формирования у них практических навыков решения проблемных ситуаций, осуществления 
поиска неисправностей, ремонта, регулировки оборудования 
и т. п. На практических занятиях может быть организована как 
индивидуальная, так и коллективная работа обучающихся.

Особенно большую роль практические работы играют 

при изучении специальных дисциплин, содержание которых 
направлено на формирование профессиональных умений.

Практические работы 1–3 способствуют формированию 

умения программирования микроконтроллеров на языке Ассемблер. Программирование производится в программном 
обеспечении AVR Studio. Практические работы выстроены с 
постепенным увеличением сложности, что позволяет учащимся облегчить процесс усвоения программирования. 

Практические работы 4–7 содействуют формированию 

умения программирования логических контроллеров «Siemens» 
на языке программирования LAD. Программирование производится в программном обеспечении Simatiс Manager, специально разработанном для работы с контроллерами фирмы 
«Siemens». 

Текстовый материал сопровождается иллюстрациями и 

схемами.

Приводятся требования по охране труда, форма бланка для 

оформления отчета и приложение, содержащее индивидуальные технические задания.

основные требования По охране труда 

При Проведении Практических работ

Требования по охране труда перед началом 

практической работы

Запрещается:

 включать оборудование и приспособления в электриче–

скую сеть мокрыми и влажными руками;

 приступать к работе в случае обнаружения несоответ–

ствия рабочего места установленным в данном разделе требованиям, а также при невозможности выполнения подготовительных действий к работе.

Требования по охране труда во время практической работы

Во время занятий учащийся обязан:

 соблюдать настоящую инструкцию и инструкции по 
–

эксплуатации оборудования;

 находиться на своем рабочем месте;
–

 неукоснительно выполнять все указания преподавателя 
–

(иного лица, проводящего учебное занятие);

 соблюдать осторожность при обращении с оборудованием;
–

 не допускать попадания влаги на поверхность электри–

ческого оборудования;

 постоянно поддерживать порядок и чистоту на своем 
–

рабочем месте.

Учащимся запрещается:

 прикасаться к нагретым элементам оборудования и 
–

электрическим разъемам;

 выполнять любые действия без разрешения преподава–

теля (иного лица, проводящего учебное занятие);

Основные требования по охране труда при проведении практических работ

 вносить в кабинет 
–
(лабораторию) и выносить из него 

любые предметы, приборы и оборудование без разрешения 
преподавателя (иного лица, проводящего учебное занятие).

О всех неполадках в работе оборудования необходимо 

ставить в известность преподавателя (иное лицо, проводящее 
учебное занятие). Запрещается самостоятельно устранять любые неисправности используемого оборудования.

Требования по охране труда в аварийных ситуациях

При возникновении чрезвычайной ситуации (появлении 

посторонних запахов, задымлении, возгорании) необходимо 
немедленно сообщить об этом преподавателю (иному лицу, 
проводящему учебное занятие) и действовать в соответствии с 
его указаниями. 

При получении травмы – сообщить об этом преподавателю (иному лицу, проводящему учебное занятие).

При необходимости помочь преподавателю (иному лицу, 

проводящему учебное занятие) оказать пострадавшему первую 
помощь и содействие в отправке его в ближайшее лечебное 
учреждение.

Требования по охране труда по окончании 

практической работы

Необходимо:

 привести в порядок рабочее место;
–

 при обнаружении неисправности мебели, оборудования 
–

проинформировать преподавателя (иное лицо, проводящее 
учебное занятие);

 с разрешения преподавателя (иного лица, проводящего 
–

учебное занятие) организованно покинуть кабинет (лабораторию).

составление ПроГраММ на яЗыке ассеМблер

Практическая работа № 1

изучение последовательности разработки 

управляющей программы на примере принципиальной 

схемы и управляющей программы 

работы устройства управления светодиодным 

индикатором

Цель работы: произвести отработку управляющей программы с помощью программного обеспечения  AVR Studio.

Задание: изучить принципиальную схему управления и 

управляющую программу для устройства управления одним 
светодиодным индикатором при помощи одной кнопки; записать управляющую программу и произвести ее отработку в 
программном обеспечении AVR Studio.

Оснащение работы:

принципиальная схема устройства управления светодиод• 

ным индикатором;

алгоритм работы устройства;
• 

управляющая программа;
• 

персональный компьютер;
• 

программное обеспечение АVR Studio;
• 

чертежные принадлежности
• 
.

основные теоретические сведения 

Управляющая программа для микроконтроллера – это 

набор кодов, который записывается в его специальную программную память. 

Для написания управляющих программ используются 

языки программирования.

Практическая работа № 1

Язык программирования – это специально разработанный 

язык, служащий посредником между машиной и человеком. 
Как и обычный человеческий язык, любой язык программирования имеет свой словарь (набор слов) и правила их написания.

В качестве слов в языке программирования выступают:
1) команды (операторы);
2) специальные управляющие слова;
3) названия регистров;
4) числовые выражения.
Главная задача языка – однозначно описать последовательность действий, которую должен выполнить микроконтроллер. 

Транслятор – это специальная программа, которая переводит написанный текст в машинные коды, т. е. в форму, понятную для микроконтроллера.

Написанный текст управляющей программы называется 

исходным или объектным кодом. Код, полученный в результате трансляции, называется результирующим или машинным 
кодом. Именно этот код записывается в программную память 
микроконтроллера. Для записи результирующего кода в программную память применяются специальные устройства – 
программаторы.

Программатор – аппаратно­программное устройство, предназначенное для записи или считывания информации в постоянное запоминающее устройство (внутреннюю память микроконтроллеров и программируемых логических контроллеров).

Разработка управляющих программ на языке Ассемблер
Все языки программирования разделяются на две группы: 
1) языки низкого уровня (машиноориентированные);
2) языки высокого уровня.
Самым 
распространенным 
машиноориентированным 

языком программирования является Ассемблер. Этот язык 
максимально приближен к системе команд микроконтроллера. Каждый оператор данного языка – это словесное название 
какой­либо конкретной команды. В процессе трансляции команда заменяется кодом операции. 

Составление программ на языке Ассемблер

Специфика языка Ассемблер состоит в том, что набор его 

операторов напрямую зависит от системы команд конкретного микроконтроллера. Поэтому, если два микроконтроллера 
имеют разную систему команд, то и язык Ассемблер для каждого такого микроконтроллера будет «свой».

Управляющая программа на языке Ассемблер представляет собой набор команд и комментариев (иногда команды 
называют инструкциями). Каждая команда занимает одну отдельную строку. Допускается дополнять их пустыми строками. 
Команда обязательно содержит оператор, который выглядит 
как имя выполняемой операции. 

Листинг – это специальный файл, в котором отражается 

весь ход трансляции управляющей программы.

Оператор – машинная команда, которую необходимо выполнить микроконтроллеру.

Операнд – объект, над которым выполняется машинная 

команда.

Операнды языка Ассембле р описываются выражениями с 

числовыми и текстовыми константами, мет ками и идентификаторами переменных с использованием знаков операций и 
некоторых зарезервированных слов.

Операнды являются элементарными компонентами, которые формируют часть машинной команды, обозначающей 
объекты для выполнения операций. В общих случаях операнды могут входить как составные части в более сложные образования, называемые выражениями. 

Выражения представляют собой комбинации операндов 

и операторов, рассматриваемые как единое целое. Результатом 
вычисления выражения может быть адрес какой­либо ячейки 
памяти или константного (абсолютного) значения.

Некоторые команды состоят только из одного оператора; 

другие же имеют один или два операнда (параметра). Операнды записываются сразу после оператора в той же строке, через пробел. Если операнда два, их записывают через запятую. 
Так, в строке 6 (рис. 1.1) управляющей программы записана 
команда загрузки константы в регистр общего назначения, состоящая из оператора ldi и двух операндов: temp и RAMEND.

Практическая работа № 1

Рис. 1.1. Листинг управляющей программы для устройства 

управления светодиодным индикатором

При необходимости перед командой допускается ставить 

так называемую метку, состоящую из имени метки и заканчивающуюся двоеточием. Метка служит для именования данной 
строки управляющей программы. Затем это имя используется 
в различных командах для обращения к помеченной строке.

При выборе имени метки необходимо соблюдать некоторые правила:

1) имя должно состоять из одного слова, содержащего 

только латинские буквы и цифры;

2) допускается применять символ подчеркивания;

Составление программ на языке Ассемблер

3) первым символом метки обязательно должна быть буква или символ подчеркивания.

Строка 16 управляющей программы содержит метку с 

именем main (см. рис. 1.1). Метка не обязательно должна стоять в строке с оператором. Допускается ставить метку в любой строке управляющей программы. Кроме команд и меток 
управляющая программа содержит комментарии.

Комментарий – это специальная запись в теле управляющей программы, предназначенная для человека. Компьютер 
в процессе трансляции управляющей программы игнорирует 
все комментарии. Комментарий может занимать отдельную 
строку, а может стоять в той же строке, что и команда. Начинается комментарий с символа «точка с запятой» (;). Все, 
что находится после этого символа до конца текущей строки 
управляющей программы, считается комментарием.

Если в уже готовой управляющей программе поставить 

точку с запятой в начале строки перед какой­либо командой, 
то данная строка для транслятора исчезнет. С этого момента транслятор будет считать всю строку комментарием. Таким 
образом, можно временно отключать отдельные строки управляющей программы в процессе отладки, т. е. при поиске ошибок в управляющей программе.

Операторы языка Ассемблер

В данной практической работе используются следующие 

виды операторов:

1) ldi – загрузка в регистры общего назначения (РОН)

числовой константы. В строке 6 управляющей программы 
(см. рис. 1.1) при помощи этой команды в регистр temp (rl6) записывается числовая константа, равная максимальному адресу 
оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). Эта константа имеет имя RAMEND. Ее значение описано в файле tn2313def.
inc. В нашем случае (для микроконтроллера ATtiny2313) значение RAMEND равно $7F.

Как видно из листинга, оператор ldi имеет два параметра. Первый параметр – имя РОН, куда помещается константа, второй параметр – значение этой константы.