Wydział Elektryczny - Teleinformatyka (S1)
Sylabus przedmiotu Technika mikroprocesorowa i systemy wbudowane:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Teleinformatyka | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | pierwszego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | inżynier | ||
| Obszary studiów | nauk technicznych, studiów inżynierskich | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Technika mikroprocesorowa i systemy wbudowane | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Automatyki Przemysłowej i Robotyki | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Paweł Dworak <Pawel.Dworak@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Andrzej Biedka <Andrzej.Biedka@zut.edu.pl>, Paweł Dworak <Pawel.Dworak@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 6,0 | ECTS (formy) | 6,0 |
| Forma zaliczenia | egzamin | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Wiadomości z zakresu techniki cyfrowej i podstaw informatyki |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Zapoznanie studentów z budową i zasadą pracy mikroprocesora i mikrokontrolera. |
| C-2 | Nauczenie studentów tworzenia i uruchamiania prostych programów w języku asemblera i języku C dla wybranego typu mikrokontrolera. Zapoznanie z obsługą środowisk IDE dla mikrokontrolerów. |
| C-3 | Nauczenie studentów wykorzystywania mikroprocesorów i mikrokontrolerów we własnych, prostych układach sterowania i komunikacji. |
| C-4 | Poznanie struktury oraz funkcji i mechanizmów stosowanych w systemach operacyjnych czasu rzeczywistego (RTOS). |
| C-5 | Nabycie świadomości odpowiedzialności za pracę własną oraz gotowość podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Zestawy uruchomieniowe mikrokontrolerów. Omówienie budowy, zapoznanie z oprogramowaniem PC obsługującym zestaw. Nauka wykorzystania środowisk uruchomieniowych (IDE) do tworzenia oprogramowania mikrokontrolerów. | 2 |
| T-L-2 | Język asemblera. Pisanie i uruchamianie przykładowych programów obsługi portów, timerów i z wykorzystaniem przerwań mikrokontrolera. | 4 |
| T-L-3 | Język C. Pisanie i uruchamianie przykładowych programów obsługi portów, timerów i z wykorzystaniem przerwań mikrokontrolera. | 2 |
| T-L-4 | Tworzenie prostych aplikacji obsługujących wyświetlacze 7-segmentowe LED, wyświetlacze LCD, klawiatury matrycowe, silniki krokowe, pamięci masowe. | 6 |
| T-L-5 | Poznanie podstawowych funkcji systemowych wybranego systemu czasu rzeczywistego: tworzenie i usuwanie zadań, komunikacja między zadaniami, tworzenie semaforów i działania na semaforach, przykładowe procedury obsługi przerwań. | 16 |
| 30 | ||
| projekty | ||
| T-P-1 | Praktyczna implementacja systemu sterowania w środowisku czasu rzeczywistego kontrolera przemysłowego | 15 |
| 15 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Rys historyczny, podstawowe pojęcia związane z techniką mikroprocesorową: magistrala, bramka trójstanowa. Ogólna budowa mikroprocesora, schemat blokowy systemu mikroprocesorowego. Mikroprocesor a mikrokontroler. Architektura systemów mikroprocesorowch. | 3 |
| T-W-2 | Rozkazy mikroprocesora: struktura rozkazu, sposoby zapisu rozkazu, cykl wykonania, rozkazy jedno i wielobajtowe. Lista rozkazów mikroprocesora, typy rozkazów. Język asemblera, programy tłumaczące. | 3 |
| T-W-3 | Struktura pamięci mikrokontrolera na przykładzie wybranych mikrokontrolerów. Tryby adresowania pamięci i ich obszar zastosowania. Stos: przeznaczenie, implementacja, praca stosu na przykładzie wybranych rozkazów. Podprogram. | 3 |
| T-W-4 | Port równoległy jako podstawowy kanał komunikacyjny systemu mikroprocesorowego. Budowa portu na wybranych przykładach rodzin mikrokontrolerów, rejestry konfiguracyjne portu. Parametry elektryczne linii portu, przykłady przyłączania urządzeń wyjściowych i wejściowych. Przykłady programowania portów równoległych. | 3 |
| T-W-5 | Układy czasowo-licznikowe systemów mikroprocesorowych. Budowa, tryby pracy, przeznaczenie, programowanie. Przegląd typowych rozwiązań. | 3 |
| T-W-6 | System przerwań, idea pracy, przeznaczenie, przykłady programowe dla wybranych rodzin mikrokontrolerów. | 2 |
| T-W-7 | Transmisja szeregowa synchroniczna i asynchroniczna, USART. Magistrale szeregowe: SPI, I2C, 1-Wire, CAN. Charakterystyka, obszar zastosowań. Przegląd typowych rozwiązań dla wybranych rodzin mikrokontrolerów. | 3 |
| T-W-8 | Taktowanie mikroprocesora, dystrybucja zegara. Układy nadzorcze – Watchdog. Układy RTC. Tryby obniżonego poboru mocy mikrokontrolera. | 3 |
| T-W-9 | Przetworniki A/C i C/A w systemie mikroprocesorowym. Charakterystyka przetworników, parametry, warunki poprawnej pracy. Przegląd typowych rozwiązań dla wybranych rodzin mikrokontrolerów. | 2 |
| T-W-10 | Mikroprocesory 16-bitowe, 32-bitowe. Architektura nowoczesnych mikrokontrolerów, przetwarzanie potokowe. Przegląd oferty producentów. | 3 |
| T-W-11 | Podstawowe definicje i pojęcia związane z systemami czasu rzeczywistego. Podział i rodzaje systemów operacyjnych czasu rzeczywistego (RTOS) ze względu na stawiane im wymagania. Systemy uniwersalne i firmowe RTOS (wywłaszczalne i/lub z przydziałem odcinków czasowych dla zadań okresowych), systemy wbudowane (embedded). | 3 |
| T-W-12 | Zasada działania i struktura systemów RTOS: jądro i ich rodzaje, zadania i wątki, warstwy i moduły systemowe, biblioteki. Priorytety i stany zadań. Metody harmonogramowania (szeregowania) zadań, dynamiczny i statyczny przydział priorytetów do zadań. | 4 |
| T-W-13 | Funkcje realizowane przez jądro: zarządzanie zadaniami, zarządzanie zasobami, zarządzanie komunikacją między zadaniami, przyjmowanie zgłoszeń o zdarzeniach, obsługa przerwań sprzętowych i sygnałów. Algorytmy obsługi procesów w systemach uniwersalnych: FIFO, karuzelowy (RR) i karuzelowy "adaptacyjny". | 5 |
| T-W-14 | Mechanizmy stosowane w komunikacji między zadaniami: asynchroniczne i synchroniczne przekazywanie komunikatów (spotkania, depozyty,impulsy). Ochrona zasobów i regionów krytycznych: semafory i ich rodzaje. | 5 |
| 45 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| A-L-2 | Przygotowanie do zajęć laboratoryjnych | 10 |
| A-L-3 | Przygotowanie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych | 8 |
| 48 | ||
| projekty | ||
| A-P-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 15 |
| A-P-2 | Praca własna poza godzinami zajęć | 18 |
| A-P-3 | Przygotowanie sprawozdania z wykonanego projektu. | 10 |
| 43 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 45 |
| A-W-2 | Studiowanie literatury. | 30 |
| A-W-3 | Przygotowanie do egzaminu | 10 |
| A-W-4 | Udział w konsultacjach | 5 |
| 90 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład z wykorzystaniem multimediów. |
| M-2 | Zajęcia laboratoryjne z wykorzystaniem zestawów ćwiczeniowych, w czasie których studenci napiszą i uruchomią przykłady programowe. |
| M-3 | Samodzielne wykonanie projektu urządzenia z wykorzystaniem mikrokontrolera. |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana po cyklu wykładów na podstawie pracy pisemnej i egzaminu ustnego |
| S-2 | Ocena formująca: Ocena z pracy pisemnej sprawdzającej przygotowanie studenta do wykonania ćwiczenia laboratoryjnego. |
| S-3 | Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana po praktycznym zaliczeniu zajęć laboratoryjnych na podstawie nabytych umiejętności oraz ocen cząstkowych. |
| S-4 | Ocena formująca: Ocena bieżącego postępu prac nad przygotowaniem wybranego projektu. |
| S-5 | Ocena podsumowująca: Ocena końcowa wykonanego projektu. |
Zamierzone efekty kształcenia - wiedza
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TI_1A_C14_W01 Student ma uporządkowaną wiedzę w zakresie budowy mikroprocesorów, programowania i zastosowań mikrokontrolerów oraz systemów wbudowanych. | TI_1A_W08, TI_1A_W12 | T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07 | InzA_W02, InzA_W05 | C-4, C-1 | T-W-6, T-W-7, T-W-9, T-W-10, T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-4, T-W-5, T-W-8, T-W-11, T-W-14, T-W-13, T-W-12 | M-1, M-3, M-2 | S-1, S-3 |
Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TI_1A_C14_U01 Student potrafi dobrać strukturę, skonfigurować i oprogramować wybrany mikrokontroler lub system wbudowany na potrzeby realizacji systemu automatycznego sterowania urządzeniem bądź procesem. | TI_1A_U05, TI_1A_U07, TI_1A_U15 | T1A_U01, T1A_U02, T1A_U05, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U13, T1A_U14, T1A_U15, T1A_U16 | InzA_U06, InzA_U07, InzA_U08 | C-4, C-2, C-3, C-1 | T-L-4, T-L-2, T-L-3, T-L-5, T-L-1, T-P-1 | M-3, M-2 | S-3, S-4, S-5 |
Zamierzone efekty kształcenia - inne kompetencje społeczne i personalne
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TI_1A_C14_K01 Student jest świadomy odpowiedzialności za pracę własną oraz wykazuje gotowość podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania. | TI_1A_K04 | T1A_K03, T1A_K04 | — | C-5 | T-L-5, T-L-1, T-P-1 | M-3, M-2 | S-2, S-4 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| TI_1A_C14_W01 Student ma uporządkowaną wiedzę w zakresie budowy mikroprocesorów, programowania i zastosowań mikrokontrolerów oraz systemów wbudowanych. | 2,0 | |
| 3,0 | Student ma uporządkowaną wiedzę w zakresie budowy mikroprocesorów, programowania i zastosowań mikrokontrolerów oraz systemów wbudowanych. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| TI_1A_C14_U01 Student potrafi dobrać strukturę, skonfigurować i oprogramować wybrany mikrokontroler lub system wbudowany na potrzeby realizacji systemu automatycznego sterowania urządzeniem bądź procesem. | 2,0 | |
| 3,0 | Student potrafi dobrać strukturę, skonfigurować i oprogramować wybrany mikrokontroler lub system wbudowany na potrzeby realizacji systemu automatycznego sterowania urządzeniem bądź procesem. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| TI_1A_C14_K01 Student jest świadomy odpowiedzialności za pracę własną oraz wykazuje gotowość podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania. | 2,0 | |
| 3,0 | Student jest świadomy odpowiedzialności za pracę własną oraz wykazuje gotowość podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Literatura podstawowa
- Daca W., Mikrokontrolery od układów 8-bitowych do 32-bitowych., MIKOM, 2000
- Szymczyk P., Systemy operacyjne czasu rzeczywistego, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH w Krakowie, Kraków, 2003
- Starecki T., Mikrokontrolery 8051 w praktyce., BTC, Warszawa, 2002
- Ułasiewicz J., Systemy czasu rzeczywistego. QNX6 Neutrino., BTC, Warszawa, 2007
- Kardaś M., Mikrokontrolery AVR, język C, podstawy programowania, ATNEL, Szczecin, 2011, II poprawione
Literatura dodatkowa
- Philips, Atmel, Microchip, Karty katalogowe mikrokontrolerów, 2011
- Laplante Philips A., Real-time systems. Design and analysis (3rd ed.), IEEE Press, J. Wiley & Sons Publication, New York, 2004