ПРОГРАМУВАННЯ ВБУДОВАНИХ СИСТЕМ
Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)
Реквізити навчальної дисципліни
| Рівень вищої освіти | Перший (бакалаврський) |
|---|---|
| Галузь знань | 12 Інформаційні технології |
| Спеціальність | 126 Інформаційні системи та технології |
| Освітня програма | Інтегровані інформаційні системи |
| Статус дисципліни | Професійна (за вибором) |
| Форма навчання | очна(денна)/заочна/дистанційна |
| Рік підготовки, семестр | 3 курс, осінній семестр |
| Обсяг дисципліни | 105 годин (36 годин – Лекції, 18 годин – Лабораторні, 51 годин – СРС) |
| Семестровий контроль/ контрольні заходи | Залік |
| Розклад занять | http://rozklad.kpi.ua |
| Мова викладання | Українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів |
Лектор: к.т.н., Новацький Анатолій Олександрович, моб. +38(067)748-57-16 Лабораторні: ст. викладач, Шимкович Володимир Михайлович, shymkovych.volodymyr@gmail.com, моб. +38(097) 602-51-73 |
| Розміщення курсу | https://campus.kpi.ua |
Програма навчальної дисципліни
Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
Опис дисципліни. Дисципліна «Програмування вбудованих систем», входить у навчальний план підготовки бакалаврів за освітньою програмою «Інтегровані інформаційні системи» за спеціальністю 126 «Інформаційні системи та технології».
Предмет навчальної дисципліни: область застосування вбудованих систем; центральні процесорні пристрої та периферія вбудованих систем; давачі та виконавчі пристрої, які використовуються у вбудованих системах; пристрої відображення інформації у вбудованих системах; склад, основні характеристики, структура, організація пам’яті, програмна модель, способи адресації операндів та характеристика команд AVR-мікроконтролерів; основні модулі вбудованих систем: паралельні та послідовні інтерфейси; підсистема переривань; аналоговий компаратор; таймери; аналого-цифровий та цифро-аналоговий перетворювачі; мережі у вбудованих системах: 1-WIRE, CAN, I2C, SPI, LIN, RS-485 та RS-232; моделювання у пакеті PROTEUS типових пристроїв та мереж вбудованих систем.
Міждисциплінарні зв’язки. Дисципліна «Програмування вбудованих систем» належить до циклу дисциплін професійної та практичної підготовки та базується на таких забезпечующих дисциплінах: «Основи системної інженерії», «Фізика», «Спецрозділи математики», «Програмування», «Комп’ютерна електроніка».
Мета навчальної дисципліни. Метою викладання дисципліни є підготовка висококваліфікованих спеціалістів, які вміють аналізувати, проектувати та моделювати сучасні вбудовані мікропроцесорні та мікроконтролерні системи та мережі.
Основні завдання навчальної дисципліни
Знання:
особливостей архітектури типових вбудованих систем;
особливостей архітектури типових мікропроцесорів (МП) та мікроконтролерів (МК);
особливостей системи команд та мови Асемблера МП та МК;
особливостей мови С для програмування МП та МК;
організації пристроїв пам`яті та введення – виведення у мікропроцесорних системах та мережах;
особливостей організації обміну інформацією між аналоговим об`єктом керування та цифровою МПС;
організації обміну між МП (МК) та об’єктом керування за послідовним та паралельним каналами.
Уміння:
проектувати окремі модулі вбудованих систем: мікропроцесора та мікроконтролера, пам’яті, введення – виведення, таймеру, переривань, прямого доступу до пам’яті, зв’язку з аналоговим об’єктом керування;
програмувати мікропроцесори та мікроконтролери, використовуючи мову Асемблер;
програмувати мікропроцесори та мікроконтролери, використовуючи мови високого рівня, та сучасне програмне забезпечення персонального комп`ютера;
програмувати FLASH- та EEPROM-пам”ять, використовуючи спеціалізовані програматори та персональний комп”ютер;
використовувати сучасне програмне забезпечення, яке дозволяє досліджувати архітектури МП-в та МК-в, виконувати налагодження робочих програм на персональному комп”ютері;
моделювати окремі пристрої вбудованих систем.
Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)
Начальна дисципліна «Програмування вбудованих систем» базується на навчальних дисциплінах: вища математика; спецрозділи математики; програмування; фізика; комп`ютерна електроніка.
Постреквізити: Начальна дисципліна «Програмування вбудованих систем» необхідна для вивчення навчальних дисциплін: Мікропроцесорні та мікроконтролерні системи», технології інтернету речей, інженерія інформаційних систем, моделювання процесів і систем, комп`ютеризовані системи управління, проектування інформаційних систем.
Зміст навчальної дисципліни
Лекційні заняття
Розділ 1. Основні властивості вбудованих систем.
Розділ 2. Програмування AVR-мікроконтролерів.
Розділ 3. Периферійні модулі AVR-мікроконтролерів.
Розділ 4. Мережі мікроконтролерів у вбудованих системах.
Розділ 5. Проектування окремих пристроїв вбудованих систем.
Лабораторні заняття
1. Моделювання пристрою керування кроковим двигуном.
2. Моделювання модуля УАПП.
3. Моделювання годинника реального часу.
4. Моделювання модуля ЦАП.
5. Моделювання мережі 1-WIRE.
6. Моделювання пристрою керування LCD-дисплеєм.
7. Моделювання CAN-мережі.
8. Моделювання мережі RS-485 та RS-232.
Навчальні матеріали та ресурси
Базова література
Проектування мікропроцесорних систем: Проектування мікропроцесорних систем на базі AVR-мікроконтролерів: Периферійні модулі AVR-мікроконтролерів: Навчальний посібник для студентів напряму підготовки 6.050201 «Системна інженерія» кафедри Автоматики та управління у технічних системах / Укл.: А.О. Новацький– К: НТУУ „КПІ”, 2012. – 470 c. : ил.
Навчальний посібник з дисципліни «Проектування мікропроцесорних систем», розділ «Програмування мікроконтролерів родини AVR» для студентів напряму підготовки 6.050201 «Системна інженерія» кафедри Автоматики та управління у технічних системах / Укл.: А.О. Новацький, Є.В. Глушко – К: НТУУ „КПІ”, 2013. – 109 c. : ил.
Мікропроцесорні та мікроконтролерні системи : підручник. У 2 ч. Ч. 1. Мікропроцесорні системи [Електронний ресурс] / А. О. Новацький. – Електронні текстові дані (1 файл: 43,8 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, Вид-во «Політехніка», 2019. – 367 с. : ил.
Мікропроцесорні та мікроконтролерні системи: Ч.2 «Проектування мікропроцесорних систем» [Електронний ресурс] : підручник для студ. освітньої програми «Інтегровані інформаційні системи» за спеціальністю 126 «Інформаційні системи та технології» / А.О. Новацький : КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл: 20,3 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 460 с.
Проектування та програмування мікропроцесорних систем і мереж: Проектування мережі 1-WIRE: Навчальний посібник для студентів спеціальностей 7.05020101, 8.05020101 «Комп’ютеризовані системи управління та автоматика» кафедри автоматики та управління в технічних системах / Автор: А.О. Новацький– К: НТУУ „КПІ”, 2014– 141c.
Мікропроцесорні та мікроконтролерні системи : лаб. практикум [Електронний ресурс] : навч. посіб. для студ. освітньої програми «Інтегровані інформаційні системи» спец. 126 «Інформаційні системи та технології» / Уклад. А. О. Новацький. – Електронні текстові дані (1 файл: 18,97 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2018. – 415 с.: ил.
Проектування мікропроцесорних систем: Проектування мікропроцесорних систем на базі мікроконтролерів сімейства MCS-51: Периферійні модулі мікроконтролерів сімейства MCS-51 :навч. посіб. для студ. напряму підготовки 6.050201 «Системна інженерія» кафедри Автоматики та управління у технічних системах / А. О. Новацький. – Київ : НТУУ «КПІ», 2016. – 399 с.: ил.
Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL – М.: Додэка, 2005 – 560 с.: ил.
Евстифеев А. В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.:Издательский дом «Додэка-XXI», 2007. – 592 с.: ил.
Проектування CAN-мережі: Навчальний посібник для студентів спеціальності 8.050201.01 «Комп’ютеризовані системи управління та автоматика» кафедри Автоматики та управління у технічних системах / Автор: А.О. Новацький К: НТУУ „КПІ”, 2011- 169 с.
Комп’ютерна електроніка [Електронний ресурс] : підручник для студ. спеціальності 126 «Інформаційні системи та технології», спеціалізації «Інтегровані інформаційні системи» / А.О. Новацький ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл: 80.9 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2018. – 468 с.
Допоміжна література
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Голубцов М.С., Кириченкова А.В. Микроконтроллеры AVR: от простого к
сложному. – М.: Солон-Пресс, 2005.
Трамперт Вольфган. AVR-RISC микроконтроллеры. – Перевод с немецкого.
– Киев.: МК – Пресс, 2006.
Баранов В.Н. Применения микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы,
программы. – М.: Додэка, 2004.
Ревич Ю. В. Практическое программирование микроконтроллеров Atmel
AVR на языке ассемблера. – 2-е изд., испр. – СПб.: БХВ-Петербург,2011.
Кравченко А. В. 10 практических устройств на AVR-микроконтроллерах.
Книга 1 – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», К. «МК-Пресс», 2008.
Кравченко А. В. 10 практических устройств на AVR-микроконтроллерах.
Книга 2 – К. «МК-Пресс», СПб.: «КОРОНА-ВЕК», 2009.
Кравченко А. В. 10 практических устройств на AVR-микроконтроллерах.
Книга 3 – К. «МК-Пресс», СПб.: «КОРОНА-ВЕК», 2011.
Александров Е. К., Грушвицкий Р. И. Микропроцессорные системы:
Учебное пособие для вузов. – СПб.: Политехника, 2002.
Официальное описание микроконтроллеров
XMEGAhttp://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Atmel/micros/avr_xmega/start.htm.
Опис CAN-протоколу – http://www.itt-ltd.com/reference/ref_can.html
CAN-словарь CAN-dictionaryv2_ru PDF-формат –
Схеми та пояснення роботи CAN контролерів та трансиверів –
CAN-трансивер –
CAN-трансивер – https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/MC33388.pdf
Фьюзі-біти –
http://easyelectronics.ru/avr-uchebnyj-kurs-konfiguraciya-fuse-bit.html
Проектування вбудованих систем: Конспект лекцій (частина 1) для
студентів спеціальності 126 – Інформаційні системи та технології, спеціалізації Інтегровані інформаційні системи освітнього ступеня «бакалавр» за денною формою навчання кафедри Автоматики та управління у технічних системах / Укл.: А.О. Новацький– К: НТУУ „КПІ”, 2020 – 447c.
Проектування вбудованих систем: Конспект лекцій (частина 2) для
студентів спеціальності 126 – Інформаційні системи та технології, спеціалізації Інтегровані інформаційні системи освітнього ступеня «бакалавр» за денною формою навчання кафедри Автоматики та управління у технічних системах / Укл.: А.О. Новацький– К: НТУУ „КПІ”, 2020 – 447c.
Навчальний контент
Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Лекційні заняття
| № з/п | Назва теми лекції та перелік основних питань (перелік дидактичних засобів, посилання на літературу та завдання на СРС) |
|---|---|
| 1 | Тема 1.1. Область застосування вбудованих систем Тема 1.2. ЦПП та периферія вбудованих систем Тема 1.3. Давачі та виконавчі пристрої, які використовуються у вбудованих системах Тема 1.4. Пристрої відображення інформації у вбудованих системах Лекція 1. Особливості архітектури вбудованих систем Основні властивості вбудованих систем. Область застосування вбудованих систем. ЦПП та периферія вбудованих систем. Давачі та виконавчі пристрої, які використовуються у вбудованих системах. Пристрої відображення інформації у вбудованих системах. Література: [4 – стор. 11…30; 116…454] Завдання на СРС. Функціональна схема системи керування ліфтом. Структурна схема метеостанції. Структурна та функціональна схеми системи керування інкубатором. Література: [4 – стор. 275…296; 6 – 296…335] |
| 2 | Тема 2.1 Склад, основні характеристики та структура AVR-мікроконтролерів Тема 2.2 Організація пам’яті Тема 2.3 Програмна модель мікроконтролера Тема 2.4. Cпособи адресації операндів Тема 2.5. Характеристика базового набору команд та нових команд AVR-мікроконтролерів. Лекція 2. Особливості архітектури AVR-мікроконтролерів Склад, основні характеристики та структура AVR-мікроконтролерів. Порівняльна характеристика. Основні властивості. Застосування.. Організація пам’яті даних та пам’яті програм. Програмна модель мікроконтролера та її опис. Лічильник команд і виконання програми. Способи адресації операндів. Література: [4 – стор. 16...71] Завдання на СРС. Розвиток сім`ї AVR-мікроконтролерів. Опис регістрів введення/виведення моделей AТmega640x/1280x/1281x/2560x/2561x. Особливості мови асемблера при написанні керуючих програм для мікроконтролерів сімейства AVR. Література: [4 – стор. 25...30] |
| 3 | Лекція 3. Команди AVR-мікроконтролерів Характеристика базового набору команд. Система команд мікроконтролера: передачі даних; арифметичні; логічні; порівняння; зсуви; робота з окремими бітами; переходи; виклик та повернення із підпрограм; управління процесором. Довжина команд в байтах та їх розміщення в пам’яті програм. Типи команд та типи даних. Час виконання команд. Нові команди AVR-мікроконтролерів. Література: [4 – стор. 71...74 Завдання на СРС. Детальний опис окремих команд AVR-мікроконтролера. Література: [4 – стор. 75...99] |
| 4 | Тема 3.1 Паралельні та послідовні інтерфейси Тема 3.2 Система переривань та аналоговий компаратор Тема 3.3 Таймери Тема 3.4 Аналого-цифровий та цифро-аналоговий перетворювачі Лекція 4. Паралельні порти введення/виведення AVR-мікроконтролерів Призначення та місце пристроїв введення/виведення даних у вбудованих системах. Паралельне та послідовне введення/виведення. Порти введення/виведення мікроконтролерів сімейства AVR. Література: [4 – стор. 116...127] Завдання на СРС. Апаратний модулятор. Література: [1 – стор. 41...47] |
| 5 | Лекція 5. Модуль USART/UART AVR-мікроконтролерів Загальна характеристика послідовного синхронно/асинхронний інтерфейсу. Використання модулів USART/UART. Структура. Особливості застосування. Мультипроцесорний режим роботи. Література: [4 – стор. 127…160] Завдання на СРС. Структурна схема блоку синхронізації УСАПП та її опис. Робота модуля USART в режимі MSPI. Формування синхрочастот для передавача та приймача послідовного порту. Література: [4 – стор. 147…148] |
| 6 | Лекція 6. Архітектура підсистеми переривань та аналогового компаратора AVR-мікроконтролерів Характеристика системи переривань AVR-мікроконтролерів. Обробка переривань. Зовнішні переривання. Аналоговий компаратор Функціонування та програмування компаратора. Література: [4 – стор. 376...384; 392…400] Завдання на СРС. Особливості використання модуля переривань у мікроконтролерах Xmega. Підключення мультиплексора АЦП до компаратора. Література: [4 – стор. 398..400; 379…384] |
| 7 | Лекція 7. Модуль таймерів/лічильників AVR-мікроконтролерів Особливості архітектури таймерів AVR-мікроконтролерів. Попередні дільники таймерів/лічильників. Восьмирозрядні таймери/лічильники. Загальні відомості. Особливості архітектури таймерів. Програмування. Режими роботи.. Вартовий таймер. 16-розрядні таймери/лічильники. Загальна характеристика. Звернення до 16-розрядних регістрів. Керування тактовим сигналом. Програмування. Режими роботи. Література: [4 – стор. 248...320] Завдання на СРС. Модулятор. Вартовий таймер. Література: [4 – стор. 274…275] |
| 8 | Лекція 8. Модуль аналого-цифрового перетворювача. Режими зниженого енергоспоживання та скидання AVR-мікроконтролерів Модуль аналого-цифрового перетворювача (АЦП). Загальна характеристика. Структура модуля АЦП. Часові діаграми роботи. Особливості схеми аналогового входу. Тактовий генератор. Режими зниженого енергоспоживання. Загальна характеристика. Керуючі регістри. Вибір режиму зниженого енергоспоживання. Скидання. Події, які викликають скидання. Література: [4 – стор. 321...357] Завдання на СРС. Підвищення точності перетворення АЦП. Основні параметри АЦП. Загальні рекомендації по зменшенню енергоспоживання. Опис окремих видів скидання. Література: [4 – стор. 339…340; 389…392] |
| 9 | Тема 4.1. Мережі 1-WIRE Тема 4.2. CAN-мережі Тема 4.3. Мережі I2C та SPI Тема 4.4. LIN-мережі Тема 4.5. Мережі RS-485 та RS-232 Лекція 9. Мережі 1-WIRE у вбудованих системах Загальна характеристика інтерфейсу та мережі 1-Wire. Особливості застосування 1-Wire-мереж на прикладі системи моніторингу температури. Організація пам’яті датчика DS18B20. Команди мікроконтролера. Література: [5] Завдання на СРС. Фізична реалізація мережі на базі інтерфейсу 1-WIRE.. Обмеження застосування 1-Wire-мереж. Принципова схема системи вимірювання температури. Схеми алгоритму роботи. Література: Література: [5 – стор. 13…23] |
| 10 | Лекція 10. Особливості архітектури CAN-мережі Особливості архітектури CAN-мереж. Структура повідомлень. Архітектура CAN-модуля AVR-мікроконтролера. Режими роботи CAN–модуля. Література: [10 – 6…39] Завдання на СРС. Структура блоку CAN-таймера. Обробка помилок. Організація регістрів CAN-модуля. Література: Література: [4 – стор. 417…418; 426…429] |
| 11 | Лекція 11. Особливості архітектури CAN-модуля AVR-мікроконтролерів Фільтрація повідомлень в CAN-модулі AVR-мікроконтролера. Підсистема переривань CAN-модуля. Бітова синхронізація. CAN-трансивер. Література: [10 – 39…172] Завдання на СРС. Проектування принципової схеми вузла CAN-мережі. Алгоритми роботи CAN-модуля в різних режимах. Література: [4 – стор. 440…444] |
| 12 | Лекція 12. Особливості архітектури модуля TWI (I2C) AVR-мікроконтролерів Мережа на базі інтерфейсу TWI (I2C). Загальна характеристика інтерфейсу I2C . Типовий цикл обміну шиною TWI. Режими роботи модуля TWI AVR-мікроконтролера. Керуючі регістри модуля. Взаємодія прикладної програми з модулем TWI. Схеми алгоритмів роботи модуля TWI. Література: [4 – 161…220] Завдання на СРС. Мікросхеми AVR, які мають інтерфейс TWI. Пристрої, які підтримають інтерфейс TWI. Арбітраж. Програмна реалізація алгоритмів роботи модуля. Література: [4 –161…220] |
| 13 | Лекція 13. Мережа на базі інтерфейсу SPI. Мережа на базі інтерфейсу SPI. Загальні відомості. Структура модуля SPI. З'єднання мікроконтролерів інтерфейсом SPI. Режими передачі даних модулем SPI. Програмування модуля. Література: [4 – 184…220] Завдання на СРС. Використання виводу Література: [4 – стор. 222; 233…235] |
| 14 | Лекція 14. LIN-мережі у вбудованих системах LIN-мережі. Загальні відомості. Основні характеристики LIN-протоколу. Концепція протоколу LIN. LIN-трансивер. Алгоритм роботи. Література: [4 – 444; 28 – 192…213] Завдання на СРС. Часова синхронзація, що не вимагає застосування кварцових або керамічних резонаторів. Виявлення пошкоджених точок мережі. Стабільність автогенератора. Специфікації LIN-мереж. Література: [4 – 444; 28 – 192…213] |
| 15 | Лекція 15. Мережі RS-485 у вбудованих системах Визначення стандарту RS-485. Опис інтерфейсу RS-485. Електричні та часові характеристики інтерфейсу RS-485. Загальні рекомендації щодо використання інтерфейсу RS-485. Реалізація інтерфейсу RS–485. Література: [28 – 214…229] Завдання на СРС. Екранування кабелю. Узгодження ‘відкритого’ кінця кабелю. Осцилограма реального обміну. Спотворення сигналу через неправильну розводку мережі. Функціональна схема промислової мережі RS-485 для мікропроцесорної системи з розподіленим керуванням. Література: [28 – стор. 214…229] |
| 16 | Лекція 16. Архітектура інтерфейсу RS-232 Сполучення мікропроцесора/мікроконтролера з модемом/персональним комп`ютером за допомогою інтерфейсу RS–232. Структура інтерфейсу RS-232. Формат даних інтерфейсу RS–232. Програмування інтерфейсу. Література: [28 – 230…277] Завдання на СРС. Схеми підключення УАПП. Опис мікросхеми TL16C450. Опис структури УАПП. Характеристика окремих регістрів УАПП. Функціональна схема сполучення МП/МК з модемом/ПК за допомогою інтерфейсу RS–232. Універсальний програмовуваний приймач UART 16550. Література: [4 – стор. 11…30; 28 – 230…277] |
| 17 | Тема 5.1. Кроковий двигун Тема 5.2. Двигун постійного струму Тема 5.3. Годинник реального часу Тема 5.4. АЦП та цифровий вольтметр Тема 5.5. Інтерфейси TWI (I2C) та SPI Лекція 17. Виконавчі двигуни у вбудованих системах Моделювання уніполярного та біполярного крокового двигуна. Опис роботи. Схеми алгоритму роботи. Моделювання двигуна постійного струму. Опис роботи, Алгоритми роботи. Література: [4 –275…320; 6 – 296…335] Завдання на СРС. Робочі програми керування уніполярним та біполярним кроковими двигунами. Література: [6 – стор. 309…316; 330…333] |
| 18 | Лекція 18. Моделювання окремих пристроїв вбудованих систем Годинник реального часу, аналого-цифровий перетворювач, цифровий вольтметр, інтерфейс TWI (I2C), інтерфейс SPI. Моделювання в Proteus 8.6. Алгоритми роботи. Література: [4 –296…320; 28 –332] Завдання на СРС. Робочі програми моделювання годинника реального часу, аналого-цифрового перетворювача, цифрового вольтметра, інтерфейсів TWI та SPI. Література: [4 – стор. 306…320; 28 – 332] |
Лабораторні заняття
| № з/п | Назва лабораторних робіт | Кількість ауд. годин |
|---|---|---|
| 1 | Моделювання пристрою керування кроковим двигуном | 2 |
| 2 | Моделювання модуля УАПП | 2 |
| 3 | Моделювання годинника реального часу | 4 |
| 4 | Моделювання модуля ЦАП | 2 |
| 5 | Моделювання мережі 1-WIRE | 2 |
| 6 | Моделювання пристрою керування LCD-дисплеєм | 2 |
| 7 | Моделювання CAN-мережі | 2 |
| 8 | Моделювання мережі RS-485 та RS-232 | 2 |
Самостійна робота студента
|
Назва тем, що виноситься на самостійне опрацювання | Кількість годин СРС |
|---|---|---|
| 1 | Тема 1.3; 1.4. Особливості використання мікросхем-драйверів в системах керування двигунами. Підключення LCD-дисплею до AVR-мікроконтролера. | 6 |
| 2 | Тема 2.1. Опис структури типового AVR-мікроконтролера. | 3 |
| 3 | Теми 2.5; 2.6. Детальний опис окремих команд AVR-мікроконтролерів. | 6 |
| 4 | Тема 3.1. Апаратний модулятор. Робота модуля USART в режимі MSPI. | 3 |
| 5 | Тема 3.2. Особливості використання модуля переривань у мікроконтролерах Xmega. Програмування компаратора. | 2 |
| 6 | Тема 3.3. Модулятор. Вартовий таймер. | 3 |
| 7 | Тема 3.4. Підвищення точності перетворення АЦП. Особливості застосування режимів зниженого енергоспоживання. Опис окремих видів скидання. | 3 |
| 8 | Тема 4.1. Мережі на базі інтерфейсу 1-WIRE. Фізична реалізація. Обмеження застосування 1-Wire-мереж. Загальна характеристика та структура системи. | 2 |
| 9 | Тема 4.2. Структура блоку CAN-таймера. Обробка помилок. Організація регістрів CAN-модуля. Проектування принципової схеми вузла CAN-мережі. | 3 |
| 10 | Тема 4.3. Мікросхеми AVR, які мають інтерфейс TWI. Пристрої, які підтримують інтерфейс TWI. Параметри інтерфейсу SPI. Режими програмування пам’яті послідовним каналом. Периферійні пристрої з SPI-інтерфейсом. Універсальний послідовний інтерфейс USI. |
3 |
| 11 | Тема 4.4. LIN-мережі. Часова синхронізація, що не вимагає застосування кварцових або керамічних резонаторів. Виявлення пошкоджених точок мережі. Стабільність автогенератора. Специфікації LIN-мереж. | 2 |
| 12 | Тема 4.5. Мережі RS-485 та RS-232. Екранування кабелю. Загальні рекомендації щодо використання інтерфейсу RS-485. Узгодження ‘відкритого’ кінця кабелю. Осцилограма реального обміну. Спотворення сигналу через неправильну розводку мережі. Функціональна схема сполучення МП/МК з модемом/ПК за допомогою інтерфейсу RS–232. | 3 |
| 13 | Теми 5.1 та 5.2. Робочі програми моделювання уніполярного та біполярного крокових двигунів. | 1 |
| 14 | Теми 5.3; 5.4; 5.5; 5.6. Робочі програми моделювання годинника реального часу; АЦП; цифрового вольтметру; інтерфейсів I2C та SPI. | 4 |
| 15 | Модульна контрольна робота | 3 |
| 16 | Підготовка до заліку | 4 |
| 17 | Всього | 51 |
Політика та контроль
Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Система вимог, які ставляться перед студентом:
відвідування лекційних та лабораторних занять є обов’язковою складовою вивчення матеріалу;
на лекції викладач користується власним презентаційним матеріалом; використовує відповідні додатки для викладання матеріалу поточної лекції, додаткових ресурсів, лабораторних робіт та інше; викладач відкриває доступ до певної директорії гугл-диска для скидання електронних лабораторних звітів та відповідей на МКР;
на лекції заборонено відволікати викладача від викладання матеріалу, усі питання, уточнення та ін. студенти задають в кінці лекції у відведений для цього час;
лабораторні роботи захищаються у два етапи – перший етап: студенти виконують завдання на допуск до захисту лабораторної роботи; другий етап – захист лабораторної роботи. Бали за лабораторну роботу враховуються лише за наявності електронного звіту;
модульні контрольні роботи пишуться на лекційних заняттях без застосування допоміжних засобів (мобільні телефони, планшети та ін.); результат пересилається у файлі до відповідної директорії гугл-диску;
заохочувальні бали виставляються за: активну участь на лекціях; участь у факультетських та інститутських олімпіадах з навчальних дисциплін, участь у конкурсах робіт, підготовка оглядів наукових праць; презентацій по одній із тем СРС дисципліни тощо. Кількість заохочуваних балів не більше 10;
штрафні бали виставляються за: невчасну здачу лабораторної роботи. Кількість штрафних балів не більше 10.
Рейтингова система оцінювання результатів навчання
Рейтинг студента з дисципліни складається з балів, що він отримує за:
виконання та захист 8 лабораторних робіт;
виконання модульної контрольної роботи (МКР).
Система рейтингових (вагових) балів та критерії оцінювання
1. Лабораторні роботи (Rл)
Ваговий бал – 9. Максимальна кількість балів за всі лабораторні роботи дорівнює: 9 балів х 8 робіт = 72 бали.
Рівень підготовки до лабораторної роботи оцінюється до 3 балів (вхідний контроль підготовки до роботи). Захист роботи до 5 балів. Оформлення роботи – 1 бал.
2. Модульний контроль (Rм)
Ваговий бал – 28 балів.
Критерії оцінювання:
- Виконання лабораторних робіт:
‘відмінно’ - своєчасно та на високому рівні захищена теоретична та дослідницька частини лабораторної роботи – 9 балів;
‘добре’ – не достатній рівень захисту однієї з частин лабораторної роботи – 7 балів;
‘ задовільно’ – низький рівень захисту теоретичної або дослідницької частини лабораторної роботи – 5 балів.
- Модульна контрольна робота:
‘відмінно’, повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації) – 28 балів;
‘добре’, достатньо повна відповідь (не менше 75% потрібної інформації), або повна відповідь з незначними неточностями – 24 балів;
‘задовільно’, неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації) та незначні помилки – 20 балів;
‘незадовільно’, незадовільна відповідь (не відповідає вимогам на ‘задовільно’) – 0 балів.
Штрафні ( rs) бали нараховуються за:
не допуск до лабораторної роботи у зв’язку з незадовільним вхідним контролем
1 бал;
несвоєчасний захист лабораторної роботи – 1 бал;
несвоєчасний захист МКР – 5 балів.
Заохочувальні (rs) бали від 4 до 8 нараховуються за:
модернізацію лабораторних робіт;
виконання завдань із удосконалення дидактичних матеріалів з дисципліни та інше.
Розрахунок шкали (R) рейтингу:
Сума вагових балів контрольних заходів протягом семестру складає:
RD = = Rл + RМ + = 72 + 28 = 100 балів.
Необхідною умовою допуску до заліку є:
зарахування всіх лабораторних робіт;
виконання МКР.
Студенти, які протягом семестру набрали менше 0,6RD = 0,6 х 100 = 60 балів, до заліку не допускаються, отримують оцінку F (незадовільно) і повинні виконувати залікову контрольну роботу.
Студенти, які протягом семестру набрали необхідну кількість балів (RD ≥ 0,6R = 0,6 х 100 = 60 балів) мають можливість:
отримати залікову оцінку «автоматом» відповідно до набраного рейтингу (таблиця 1);
виконувати залікову контрольну роботу з метою підвищення оцінки;
у разі отримання оцінки, більшої ніж «автоматом» з рейтингу, студент отримує оцінку за результатами залікової контрольної роботи;
якщо за результатами залікової контрольної роботи студент отримує оцінку нижче, ніж отриману «автоматом», то попередній рейтинг студента з дисципліни скасовується і він отримує оцінку тільки за результатами залікової контрольної роботи.
Сума балів переводиться до залікової оцінки згідно з таблицею 1.
Таблиця 1 – Переведення суми балів до залікової оцінки
Бали R=+ |
Оцінка ECTS | Традиційна оцінка |
|---|---|---|
| 95 – 100 | А | Зараховано |
| 85 – 94 | В | |
| 75 – 84 | С | |
| 65 – 74 | D | |
| 60 – 64 | Е | |
| R < 60 | Fx | Не зараховано |
| Не захищені всі ЛР та модульна контрольна робота | F | Не допущено |
На рисунку 1 наведено схему функціонування рейтингової системи оцінювання (РСО) для отримання заліку.
Рисунок 1 – Схема функціонування РСО
Проведення атестацій.
За результатами навчальної роботи за перші 7 тижнів «ідеальний студент» має набрати 40 балів. На першій атестації (8-й тиждень) студент отримує «зараховано», якщо його поточний рейтинг не менше 20 балів.
За результатами 13 тижнів навчальної роботи «ідеальний студент» має набрати 60 балів. На другій атестації (14-й тиждень) студент отримує «зараховано», якщо його поточний рейтинг не менше 30 балів.
Проведення залікової контрольної роботи для підвищення рейтингу студента.
Студенти, які наприкінці семестру мають рейтинг менше 60 балів, а також ті, хто хоче підвищити оцінку, виконують комплексну залікову контрольну роботу.
Контрольна робота оцінюється максимум 100 балів:
«відмінно», повна відповідь;
«добре», достатньо повна відповідь, або повна відповідь з незначними помилками;
«задовільно», неповна відповідь та незначні помилки ;
«незадовільно», незадовільна відповідь (не відповідає вимогам на «задовільно»).
Завдання на залікову контрольну роботу
Розробити модель та виконати моделювання в пакеті PROTEUS 8.6 пристрою керування двигуном постійного струму.
Вхідні дані:
тип МК-ра: АТ mega 128;
номер таймера: T/C1/T/C3/ T/C4/ T/C5;
частота ШІМ-сигналу: Fшім = 25/30/35/40/45/50 кГц;
частота тактового сигналу підсистеми введення/виведення: FCLK I/0 = 16 MГц;
шпаруватість ШІМ-сигналу: Qшім = 2/3/4/5/6;
режим роботи модуля ШІМ: FAST PWM/Phase Correct PWM/Phase and Frequency Correct PWM;
інвертований/не інвертований ШІМ-сигнал сформували на виході PB5/ PЕ3/ PН3/ PL3/ PB3.
Розрахувати:
коефіцієнт ділення переддільника: Кділ. = N;
модуль лічби: ТОР;
період ШІМ-сигналу: TPL3/PB5/ PЕ3/ PН3/ PL3/ PB3.
- тривалість імпульсу ШІМ-сигналу: tімпPL3/PB5/ PЕ3/ PН3/ PL3/ PB3.
Написати мовою Асемблер фрагмент програми, який забезпечує формування ШІМ-сигналу згідно вхідних даних. Розробити схему алгоритму, робочу програму мовою С та виконати моделювання пристрою керування двигуном постійного струму в пакеті PROTEUS 8.6.
Методичні рекомендації
Головна ідея вивчення матеріалу дисципліни «Програмування вбудованих систем» полягає у дотриманні логічного ланцюга викладення теоретичного матеріалу, а саме «основні поняття – програмування – периферійні модулі МПС». Крім того, кожна тема після викладення теоретичного матеріалу повинна закінчуватись розглядом конкретних питань та завдань для самоконтролю.
Вивчення дисципліни рекомендується виконувати за наступною методикою.
Заздалегідь до початку лекційних та практичних занять, самостійно ознайомитись із тематикою роботи чи теми, що буде розглядатися на поточному занятті. Використовуючи консультаційні години розібратись у матеріалі за допомогою викладача та допоміжної літератури, електронних ресурсів або сторонніх джерел.
На лекційних заняттях задля якісного засвоєння матеріалу використовуються сучасні мультимедійні технічні та програмні засоби. У якості мультимедійного пристрою використовується проектор. У якості платформи та формату подачі навчально-лекційних матеріалів використовуються технології презентацій та флеш-анімацій.
Інформаційні ресурси
Методичні матеріали дисципліни «Програмування вбудованих систем» доступні для вільного скачування з мережного ресурсу ‘Електронний Кампус’ НТУУ ‘КПІ’.
Робочу програму навчальної дисципліни (Силабус):
Складено доцент, к.т.н., Новацький Анатолій Олександрович
Ухвалено кафедрою АУТС (протокол № 1 від 27.08.2020 р.)
Погоджено Методичною комісією факультету (протокол № 1 від 02.09.2020 р.)
