Програма навчальної дисципліни «Мікроконтролери» (РР)

Автор: · Дата: 23 Июнь 2015 · Пока нет комментариев

Додаток 6

Міністерство освіти і науки України

Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

Кафедра фізичної і біомедичної електроніки та комплексних інформаційних технологій

           “ЗАТВЕРДЖУЮ

Перший проректор

 

___________________________

“______”_______________2015 р.

 

                        Програма навчальної дисципліни

мікроконтролери

(назва навчальної дисципліни)

 

напрям 6.040204 прикладна  фізика

(шифр, назва напряму)

 

спеціальність 8.04020402 радіофізика і електроніка

(шифр, назва спеціальності)

 

 

факультет Радіофізики, біомедичної електроніки і комп’ютерних систем

 

2015 / 2016 навчальний рік

 

 

 

Програму рекомендовано до затвердження Вченою радою факультету (інституту, центру)

 

 

“_______”  __________________ 20___ року, протокол №__

 

РОЗРОБНИКИ ПРОГРАМИ:

Антоненко Євгеній Олександрович, молодший науковий співробітник, викладач.

 

 

 

 

 

Програму схвалено на засіданні кафедри ФБМЕ та КІТ

 

 

Протокол від “____”________________20__ року № ___

 

Завідувач кафедри ФБМЕ та КІТ

 

_______________________ Катрич В.О.                    

(підпис)                                                   (прізвище та ініціали)

 

Програму погоджено методичною комісією

_____________________________________________________________________________

назва факультету, для здобувачів вищої освіти якого викладається навчальна дисципліна

 

Протокол від “____”________________20__ року № ___

 

Голова методичної комісії_______________________________

 

_______________________ __________________

(підпис)                                                   (прізвище та ініціали)

 

 

 

 

Вступ

 

Програма навчальної дисципліни “мікроконтролери” складена відповідно до освітньо-професійної (освітньо-наукової) програми підготовки бакалавра

 

 

напряму

6.040204 прикладна  фізика

 

спеціальності

7.04020402 радіофізика і електроніка

 

Предметом вивчення  навчальної дисципліни є сучасні мікроконтролери, електронні компоненти та програмні і апаратні засоби для розробки мікроконтролерних систем.

 

Програма навчальної дисципліни складається з таких розділів:

1. Сімейства та архітектура сучасних мікроконтролерів.

2. Програмування мікроконтролерів на мові високого рівня. Спряження мікроконтролерів з периферійними пристроями.

 

1. Мета та завдання навчальної дисципліни

1.1. Метою викладання навчальної дисципліни є ознайомлення студентів з сучасними засобами розробки вбудованого програмного забезпечення для мікроконтролерів. Вивчення архітектури сучасних мікроконтролерів. Вивчення можливостей та сфер застосування мікроконтролерів. Надбання досвіду з розробки програмного забезпечення для сучасних мікроконтролерів.

 

1.2. Основними завданнями вивчення дисципліни є надбання навичок роботи з технічною документацією на сучасні мікроконтролери та електронні компоненти. Надбання навичок з розробки вбудованого програмного забезпечення.

 

1.3. Згідно з вимогами освітньо-професійної (освітньо-наукової) програми студенти повинні досягти таких результатів навчання.

 

Знати:

— архітектуру і можливості сучасних мікроконтролерів;

— інтерфейси сучасних програмованих датчиків, символьних та графічних індикаторів та інтерфейси спряження мікроконтролерів з іншими процесорними системами;

— апаратні засоби програмування сучасних мікроконтролерів.

 

Вміти:

— будувати структурні схеми мікроконтролерних пристроїв;

— будувати електронні принципові схеми на базі мікроконтролерів;

-володіти інструментами розробки програмного забезпечення для мікроконтролерів;

— здійснювати налагодження програми мікроконтролера.

 

 

2. Опис навчальної дисципліни

 

Найменування показника

Галузь знань (предметна область), напрям, спеціальність, рівень вищої освіти / освітньо-кваліфікаційний рівень

Характеристика навчальної дисципліни

денна форма навчання

заочна форма навчання

Кількість кредитів  – 3 Галузь знань (предметна область)

0508 – електроніка

(шифр і назва)

 

Напрям:

6.050801 Мікро- та наноелектроніка

 

Спеціальність:

7.04020402 Радіофізика і електроніка

 

 

Рівень вищої освіти (освітньо-кваліфікаційний рівень)

 

бакалавр

 

Нормативна /

за вибором студента

Рік підготовки

4-й

 Індивідуальне завдання ___________

 

(назва)

 

Семестр

Загальна кількість годин

 

90

7-й

 

Лекції

Тижневих годин для денної форми навчання:

 

аудиторних – 3

самостійної роботи студента – 2

36 год.

 

Практичні, семінарські

 

 

Лабораторні

18 год.

 

Самостійна робота

36 год.

 

Індивідуальні завдання:

 

Вид контролю:

 

залік

 

 

Співвідношення кількості годин аудиторних занять до самостійної і індивідуальної роботи становить (%):

для денної форми навчання – 150

 

3. Виклад змісту навчальної дисципліни

 

Розділ 1. Сімейства та архітектура сучасних мікроконтролерів.

  Тема 1. Вступ. Сфери застосування мікроконтролерів.

Застосування мікроконтролерів у вимірювальній техніці, медичному обладнанні, галузях автоматики, автомобільній електроніці, побутових приладах та системах сигналізації.

 Тема 2. Історія розвитку мікроконтролерів.

Перші згадки про однокристальні ЕОМ. Перші серійні мікроконтролери i8048, i8051, i8086. Мікроконтролери зі скороченним набором команд (RISC-архітектура). 32-х розрядні мікроконтролери з ядром Cortex.

 Тема 3. Сімейства мікроконтролерів.

Історія розвитку ринку мікроконтролерів. Основні виробники мікроконтролерів. Класифікація по сімействам мікроконтролерів.

 Тема 4. Архітектура мікроконтролерів.

Розглядається архітектура мікроконтролера на прикладі сімейств AVR фірми ATMEL. Принципи функціонування модулів SPI, USART, TWI, таймерів, контролера прямого доступу до пам’яті, тощо.

 Тема 5. Вектори переривань.

Таблиця векторів переривань. Пріоритет переривань. Обробка переривань. Зовнішні переривання. Приклади роботи з перериваннями.

 Тема 6. Принципи взаємодії модулів мікроконтролера між собою та периферією.

Вимірювання часових інтервалів. Призначення контролера прямого доступу до пам’яті. Організація обміну даними між контролером та датчиками і іншими процесорними системаи.

 Тема 7. Критерії вибору мікроконтролера для проекту.

Методи оцінки проекту з точки зору його подальшого розвитку. Вибір оптимальної продуктивності мікроконтролера для поставленої задачі.

 

 Розділ 2. Програмування мікроконтролерів на мові високого рівня. Спряження мікроконтролерів з периферійними пристроями.

 Тема 1. Засоби розробки програмного забезпечення для мікроконтролерів.

Створення та налаштування проекту у середовищі IAR Atmel AVR та CodeVision AVR. Fuses та їх налаштування. Призначення стандартної бібліотеки периферійних драйверів.

 Тема 2. Апаратні засоби програмування мікроконтролерів.

Огляд інтерфейсів для програмування мікроконтролерів (SPI, JTAG, SWIM, SWD). Внутрішньосхемне налаштування програми. Сучасні апаратні засоби програмування мікроконтролерів.

 Тема 3. Порти вводу-виводу.

Налаштування напрямку передачі даних портів, альтернативні функції портів.

 Тема 4. Апаратна та програмна реалізація широтно-імпульсної модуляції.

Застосування ШІМ у силовій електроніці, управління оптичними пристроями.

 Тема 5. Види динамічної індикації. Робота з семисегментними світлодіодними індикаторами.

Посимвольна та посигментна динамічна індикація. Програмна реалізація. Розробка програмної бібліотеки.

 Тема 6. Робота з символьними рідкокристалічними індикаторами.

Інтерфейс символьних багаторядкових індикаторів на базі контролера KS0066. Програмна реалізація роботи інтерфейсу. Розробка програмної бібліотеки для роботи з індикатором типу WH1202 або подібних.

 Тема 7. Робота з графічними рідкокристалічними індикаторами.

Інтерфейс графічних індикаторів на базі контролера KS0107. Програмна реалізація роботи інтерфейсу. Розробка програмної бібліотеки для роботи з індикатором типу WG12864 або подібних.

 Тема 8. Спряження мікроконтролерів з аналоговими датчиками.

Схемотехніка мікроконтролерних пристроїв з аналоговими датчиками. Узгоджуючі ланцюги та підсилювачі. Адаптація вихідних сигналів датчика до динамічного діапазону аналогово-цифрового перетворювача мікроконтролера. Принципи роботи з датчиками газів (MQ-3), прискорення (ADLX327), атмосферного тиску, вібрації, Хола, відстані.

 Тема 9. Спряження мікроконтролерів з датчиками з послідовними інтерфейсами.

Спряження мікроконтролерів з датчиками прискорення (ADLX345, MMA7455), відстані (HC — SR04). Програмна реалізація.

 Тема 10. Спряження мікроконтролерів з датчиками лінійного або кутового переміщення.

Застосування енкодерів у промисловості та бутовій техніці. Типи енкодерів. Розробка програмної бібліотеки для роботи з інкрементальними енкодерами.

 Тема 11. Спряження мікроконтролерів з персональним комп’ютером.

Апаратні засоби спряження. Сучасні перетворювачі інтерфейсів USB-USART. Схемотехніка та програмна реалізація протоколу обміну даними.

 

4. Структура навчальної дисципліни

 

Назви розділів і тем

Кількість годин

денна форма

заочна форма

усього

у тому числі

усього

у тому числі

л

п

лаб.

інд.

с. р.

л

п

лаб.

інд.

с. р.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Розділ 1. Сімейства та архітектура сучасних мікроконтролерів

Тема 1. Вступ. Сфери застосування мікроконтролерів.

1

1

Тема 2. Історія розвитку мікроконтролерів.

1

1

Тема 3. Сімейства мікроконтролерів.

2

1

Тема 4. Архітектура мікроконтролерів.

5

3

2

Тема 5. Вектори переривань.

3

1

2

Тема 6. Принципи взаємодії модулів мікроконтролера між собою та периферією.

1

1

Тема 7. Критерії вибору мікроконтролера для проекту.

1

1

Разом за розділом 1

13

9

4

Розділ 2. Програмування мікроконтролерів на мові високого рівня. Спряження мікроконтролерів з периферійними пристроями.

Тема 1. Засоби розробки програмного забезпечення для мікроконтролерів.

4

1

2

Тема 2. Апаратні засоби програмування мікроконтролерів.

4

1

2

Тема 3. Порти вводу-виводу.

6

1

1

3

Тема 4. Апаратна та програмна реалізація широтно-імпульсної модуляції.

7

2

3

3

Тема 5. Види динамічної індикації. Робота з семисегментними світлодіодними індикаторами.

8

2

2

3

Тема 6. Робота з символьними рідкокристалічними індикаторами.

8

3

2

3

Тема 7. Робота з графічними рідкокристалічними індикаторами.

10

4

2

4

Тема 8. Спряження мікроконтролерів з аналоговими датчиками.

7

3

2

3

Тема 9. Спряження мікроконтролерів з датчиками з послідовними інтерфейсами.

8

4

2

3

Тема 10. Спряження мікроконтролерів з датчиками лінійного або кутового переміщення.

8

2

2

3

Тема 11. Спряження мікроконтролерів з персональним комп’ютером.

9

4

2

3

Разом за розділом 2

79

27

18

32

Усього годин

90

36

18

36

 

5. Теми лабораторних занять

з/п

Назва теми

Кількість

годин

1

Дослідження способів придушення брязкоту контактів

2

2

Формування широтно-імпульсного сигналу

2

3

Вивчення динамічної індикації

2

4

Вивчення символьних рідкокристалічних індикаторів

2

5

Вивчення графічного рідкокристалічного індикатора

2

6

Спряження мікроконтролерів з аналоговим датчиками

2

7

Спряження мікроконтролерів з цифровими датчиками

2

8

Спряження мікроконтролерів з енкодерами

2

9

Спряження мікроконтролерів з персональним комп’ютером.

2

 

6. Самостійна робота

 

з/п

Назва теми

Кількість

годин

Форма контролю

1

Основні особливості архітектури процесорів фон-Неймана і Гарвардської.

0,5

2

Основні архітектурні особливості RISC і CISC процесорів.

0,5

3

Розподіл адресного простору в мікропроцесорних системах. Диспетчер пам’яті.

0,5

4

Система команд мікроконтролерів AVR. Типи команд.

0,5

5

Типи вихідних каскадів логічних елементів. Схемотехніка портів вводу-виводу особливості реалізації AVR-контролерів.

0,5

6

Скидання при зниженні напруги живлення (BOD).

0,5

7

Тактовий генератор, призначення, схемотехнічна реалізація і зв’язок його частоти з швидкодією мікропроцесора.

0,5

8

Захист коду і даних мікроконтролерів.

0,5

9

Типова схема включення мікропроцесора

0,5

10

Завади в сигнальних лініях мікропроцесорних систем і способи боротьби з ними.

0,5

11

Інтерфейс RS-485. Основні характеристики. Технічна реалізація.

0,5

12

Інтерфейс USB. Організація. Основні характеристики.

0,5

13

Основні стадії розробки мікропроцесорних систем.

0,5

14

Багатопроцесорні (трансп’ютерні) системи їх основні можливості.

0,5

15

Способи передачі інформації в мікропроцесорних системах.

0,5

16

Налаштування напрямків вводу-виводу портів.

0,5

17

Програмна реалізація широтно-імпульсної модуляції.

0,5

18

Види динамічної індикації. Робота з семисегментними світлодіодними індикаторами.

0,5

19

Робота з символьними рідкокристалічними індикаторами.

1

20

Робота з графічними рідкокристалічними індикаторами.

1

21

Спряження мікроконтролерів з аналоговими датчиками.

0,5

22

Спряження мікроконтролерів з датчиками з послідовними інтерфейсами.

1

23

Спряження мікроконтролерів з датчиками лінійного або кутового переміщення.

0,5

24

Спряження мікроконтролерів з персональним комп’ютером.

1

25

Підготовка до контрольних робіт (2 роботи)

4

26

Підгототовка до практичних робіт

18


7. Методи навчання

 

Засвоєння матеріалу по дисципліні забезпечується циклом лекцій та проведенням лабораторних робіт. Особлива роль приділяється демонстрації роботи розробленого програмного забезпечення на реальних електронних пристроях та макетах, що наочно показує можливості та сфери застосування мікроконтролерів.

 

8. Методи контролю

1. По першому розділу проводиться (1 година) письмова контрольна робота. Контрольна робота оцінюється у 30 балів.

2. По другому розділу проводиться (1 година) письмова контрольна робота. Контрольна робота оцінюється у 30 балів.

 

9. Розподіл балів, які отримують студенти

 

Поточний контроль та самостійна робота

Сума

Розділ 1

Розділ 2

100

Т

1

Т2

Т3

Т4

Т5

Т

6

Т7

Т1

Т2

Т

3

Т

4

Т

5

Т6

Т7

Т8

Т9

Т

10

Т

11

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

6

7

7

6

6

8

 

Шкала оцінювання

 

Сума балів за всі види навчальної діяльності протягом семестру Оцінка за національною шкалою

для заліку

90 – 100

зараховано

70-89

50-69

1-49

не зараховано

 

10. Рекомендоване методичне забезпечення

 

Базова література

1. Малахов В.П., Мікроконтролери / В.П. Малахов, Д.П. Яковлев. – Одеса: Наука і техніка, 2008. – 224 с.

2. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Tiny и Mega фирмы ATMEL / А.В. Евстифеев. – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2006. – 560с.

 

Допоміжна література

Элджер Д., Библиотека программиста C++/ Д. Элджер — Питер, 1999. – 320 с.

 

Інформаційні ресурси

 

http://www.atmel.com/products/microcontrollers/avr/

http://www.cplusplus.com/

Популярность: 9%

Рубрика: Рабочие программы ·  



Оставить комментарий или два

Пожалуйста, зарегистрируйтесь для комментирования.