Mikroprocesory i technika mikroprocesorowa

podstawy techniki cyfrowej, podstawy elektroniki, podstawy programowania

przedmiot obligatoryjny

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( 75 godz.):

- udział w wykładach - 30

- udział w laboratorium – 30

- konsultacje z nauczycielem akademickim- 15

Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta ( 75 godz.):

- przygotowanie do laboratorium – 15

- czytanie literatury- 15

- przygotowanie do egzaminu- 30

- przygotowanie do kolokwium - 15

Łącznie: 150 godz. (6 ECTS)

Automatyka i robotyka s1:

W1: ma wiedzę w zakresie architektury i oprogramowania systemów mikroprocesorowych (języki wysokiego i niskiego poziomu) (K_W06 dla AiRs1)

W2: orientuje się w zapisach liczbowych stosowanych w systemach mikroprocesorowych (K_W01 dla AiRs1),

W3: zna podstawy elektrotechniki i elektroniki - K_W06 dla FTs1

W4: zna podstawowe układy elektroniki cyfrowej - K_W06 dla FTs1

W5: posiada wiedzę z zakresu elektroniki i informatyki niezbędną do zrozumienia podstawowych procesów technologicznych– K_W08 dla FTs1

W6: posiada wiedzę w zakresie budowy i działania komputerów oraz ich komponentów oraz zna podstawowe metody, techniki i narzędzia dotyczące ich analizy - K_W03 dla ISs1

W7: ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną w zakresie języków programowania i inżynierii programowania oraz zna podstawowe metody, techniki i narzędzia stosowane przy rozwiązywaniu prostych zadań informatycznych z tego zakresu – K_W06 dla ISs1

U1: potrafi posłużyć się właściwie dobranymi środowiskami programistycznymi, symulatorami oraz narzędziami komputerowo wspomaganego projektowania do symulacji, projektowania i weryfikacji systemów elektronicznych – K_U09 dla AiRs1

U2: potrafi skompilować, uruchomić i testować napisany samodzielnie program komputerowy w środowisku programistycznym przeznaczonym dla procesorów z rdzeniem ARM – K_U09 dla AiRs1, K_U06 dla FTs1

U3: umie samodzielnie zaprojektować i wykonać proste cyfrowe układy elektroniczne oraz analizować ich działania – K_U05 dla FTs1

U4: umie wykorzystywać podstawowe pakiety oprogramowania wspomagające pracę inżyniera - K_U06 dla FTs1

U5: ma umiejętność formułowania algorytmów i ich programowania z użyciem wybranych narzędzi programistycznych oraz potrafi ocenić złożoność obliczeniową algorytmów i problemów informatycznych – K_U08 dla ISs1

U6: potrafi sformułować specyfikację prostych systemów informatycznych w odniesieniu do sprzętu, oprogramowania systemowego i cech funkcjonalnych aplikacji (efekt przedmiotowy/modułowy) – K_U19 dla ISs1

K1: potrafi krytycznie ocenić posiadaną wiedzę w obszarze techniki mikroprocesorowej – K_K01 dla AiRs1, K_K01 dla FTs1, K_K06 dla ISs1

K2: potrafi formułować pytania służące pogłębieniu zrozumienia tematyki związanej z techniką mikroprocesorową – K_K02 dla AiRs1

K3: rozumie potrzebę upowszechniania wiedzy inżynierskiej – K_K03 dla FTs1

K4: jest świadomy wymogu profesjonalizmu i przestrzegania zasad etyki inżynierskiej – K_K05 dla FTs1, K_K02 dla ISs1

- pokaz

- pogadanka
- wykład informacyjny (konwencjonalny)

- ćwiczeniowa
- doświadczeń
- laboratoryjna
- projektu

Zadaniem zajęć jest zapoznanie studenta z budową, działaniem oraz programowaniem mikroprocesorów i mikrokontrolerów. W trakcie zajęć student zdobywa oraz utrwala wiedzę związaną z kodami liczbowymi oraz działaniami na liczbach binarnych w odniesieniu do mikroprocesorów. W ramach zajęć w sposób ogólny przedstawione zostają wszystkie podstawowe bloki składowe mikroprocesorów i mikrokontrolerów oraz zostają wyjaśnione relacje między nimi zachodzące. Szczegółowo zostają omówione rodziny mikrokontrolerów AVR, ARM oraz rodzina mikroprocesorów x86. Student zdobywa umiejętność korzystania ze środowiska programistycznego AVR Studio oraz Atollic TrueSTUDIO lub Eclipse. Zdobywa wiedzę na temat pracy mikroprocesorów rodziny x86 w trybie rzeczywistym oraz chronionym oraz wiedzę na temat budowy komputera osobistego klasy PC. W trakcie wykładu zostają omówione wybrane interfejsy komunikacyjne oraz ich sprzętowe implementacje.

wykład:

-kody liczbowe oraz działania na liczbach binarnych w odniesieniu do mikroprocesorów

-zapis stałoprzecinkowy (kod binarny naturalny, uzupełnienie do 2, uzupełnienie do 1, znak moduł, kod BCD)

-zapis zmiennoprzecinkowy (pojedyncza, podwójna oraz rozszerzona precyzja)

-działania na liczbach stałoprzecinkowych (dodawanie, odejmowanie, mnożenie oraz dzielenie)

-działania na liczbach zmiennoprzecinkowych (dodawanie, odejmowanie, mnożenie oraz dzielenie)

-zasady ustawiania znaczników przy operacjach na liczbach stałoprzecinkowych (znaczniki przeniesienia, zera, nadmiaru U2, znaku U2, wartości ujemnej)

-wartości specjalne w reprezentacji liczb zmiennopozycyjnych (nie-liczby, zero, nieskończoność, niedomiar, nadmiar)

-zasada działanie mikroprocesora

-schemat blokowy typowego systemu mikroprocesorowego

-budowa układu sterowania (pobieranie kodu instrukcji, blok generowania adresów, rejestry indeksowe)

-budowa układu wykonawczego (jednostka arytmetyczno logiczna, rejestry ogólnego przeznaczenia, rejestry akumulatorowe)

-pojęcie i zastosowanie magistrali w systemie mikroprocesorowym

-typowe instrukcje wykonywane przez mikroprocesor

-podział mikroprocesorów pod względem mapy pamięci oraz listy instrukcji

-stos

-system przerwań

-bezpośredni dostęp do pamięci

-porównanie mikroprocesora i mikrokontrolera

-mikrokontrolery rodziny AVR

-rdzeń

-zasoby pamięciowe

-instrukcje

-przetwornik A/C

-port wejścia wyjścia

-pamięć EEPROM

-port szeregowy

-magistrala I2C

-interfejs SPI

-środowisko programistyczne AVR-Studio

-mikroprocesory rodziny x86

-praca w trybie rzeczywistym

-praca w trybie chronionym

-koprocesor arytmetyczny x87

-technologia MMX

-technologia SSE

-emulator systemu QEMU, asembler FLATASM, MS Debug

-mikrokontrolery rodziny ARM

-mapa pamięci

-instrukcje

-porty wejścia wyjścia

-system przerwań

-licznik czasomierz

-wybrane peryferia

-budowa komputera osobistego

-kontroler przerwań 8259

-kontroler DMA 8237

-układ czasowy 8254

-port równoległy 8255

Zajęcia laboratoryjne:

1. Mikrokontrolery AVR (praca na zestawach laboratoryjnych ZL10 z mikrokontrolerem AVR)

- mapa pamięci

- podstawowe instrukcje

- instrukcje rozgałęziające

- podprogramy

- system przerwań

- realizacja opóźnień w systemie mikroprocesorowym

- port wejścia wyjścia

2. Programowanie mikrokontrolerów ARMw języku C (praca na zestawach NUCLEO-F091RC podłączonych do płytek interfejsów użytkownika)

- środowisko programistyczne TrueSTUDIO - Atollic - ST lub Eclipse z wtyczką GNU ARM Eclipse

- porty ogólnego przeznaczenia (diody, przyciski, wyświetlacze siedmiosegmentowe, impulsator)

- liczniki czasomierze (przetwornik elektroakustyczny, rezystor grzejny, żarówka)

- przetwornik analogowo-cyfrowy (potencjometr, fotorezystor, analogowy czujnik temperatury)

- system przerwań (przetwornik analogowo-cyfrowy, obsługa klawiatury macierzowej, obsługa wyświetlaczy siedmiosegmentowych pracujących w trybie multipleksowym, odmierzanie czasu, wykonywanie opóźnień)

- implementacja prostego regulatora PID (sterowanie żarówką - pomiar fotorezystorem, sterowanie rezystorem grzejnym pomiar analogowym czujnikiem temperatury)

Literatura podstawowa:

1. Rafał Baranowski. Mikrokontrolery AVR ATtiny w praktyce. BTC. Warszawa 2006.

2. Jarosław Doliński. Mikrokontrolery AVR w praktyce. BTC. Warszawa 2003.

3. Ryszard Pełka. Mikrokontrolery - architektura, programowanie, zastosowania. WKŁ. Warszawa 1999.

4. Krzysztof Sacha, Andrzej Rydzewski. Mikroprocesor w pytaniach i odpowiedziach. WNT. Warszawa 1987.

5. Andrzej Skorupski. Podstawy budowy i działania komputerów. WKŁ. Warszawa 2000.

6. Antoni Niederliński. Mikroprocesory mikrokomputery mikrosystemy. WSiP. Warszawa 1988.

7. Michel Martin. W sercu BIOS-u. Helion. Gliwice 1992.

8. Piotr Metzger, Adam Jełowicki. Anatomia PC. Helion. Wydanie czwarte lub nowsze. 1998.

Literatura uzupełniająca:

1. Paweł Hadam. Projektowanie systemów mikroprocesorowych. BTC. Warszawa 2004.

2. Henryk Małysiak, Bolesław Pochopień, Eugeniusz Wróbel. Mikrokomputery klasy IBM PC. WNT. Warszawa 1992.

3. Tomasz Jabłoński, Krzysztof Pławsiuk. Programowanie mikrokontrolerów PIC w języku C. BTC. Warszawa 2005.

4. S. W. Smith. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów - Praktyczny poradnik dla inżynierów i naukowców, BTC, 2007

Weryfikacja efektów uczenia się

Fizyka techniczna s1:

egzamin pisemny- W1, W3, K2

kolokwium- U2, U3, K3

Automatyka i robotyka s1:

egzamin pisemny- W1, K2

kolokwium- U2, W1

Informatyka stosowana s1:

egzamin pisemny- W1, K2

kolokwium- U2, W1

Zaliczenie przedmiotu odbywa się na podstawie pozytywnej oceny z zajęć laboratoryjnych oraz wyniku egzaminu z wykładu. Egzamin przeprowadzany jest w formie pisemnego testu wyboru. Ocena końcowa z egzaminu wyznaczana jest na podstawie liczby poprawnych odpowiedzi w sposób następujący:

8 poprawnych odpowiedzi - ocena bdb,

7 poprawnych odpowiedzi - ocena db plus,

6 poprawnych odpowiedzi - ocena db,

5 poprawnych odpowiedzi - ocena dst plus,

4 poprawne odpowiedzi - ocena dst,

3 lub mniej poprawnych odpowiedzi - ocena ndst.

Zaliczenie zajęć laboratoryjnych odbywa się na podstawie wyników dwóch kolokwiów oraz wyników z odpowiedzi na temat realizowanego ćwiczenia. Wyniki kolokwiów do oceny końcowej z ćwiczeń brane są z wagą 1/3, natomiast odpowiedzi brane są z wagą od 1/15 do 1/6 w zależności od liczby odpytań, która może wynosić od 2(1/6) do 5(1/15) w trakcie semestru dla każdego studenta.

nie dotyczy