Цифрові пристрої

Мета дисципліни:

формування комплексу знань і здобуття навичок з розробки апаратних та програмних засобів  радіоелектронних  і телекомунікаційних цифрових пристроїв на мікроконтролерів; аналіз проблем та особливостей їх використання. 

Завдання дисципліни: 
 
- закріплення навичок розробки апаратного забезпечення мікроконтролерних систем;
- закріплення навичок розробки програмного забезпечення мікроконтролерних систем; 
- придбання навичок та вмінь самостійно використовувати методи розробки апаратного та програмного забезпечення для проектування радіоелектронних  і телекомунікаційних систем на базі  мікроконтролерів  при виконанні кваліфікаційних  та  науково-дослідних робіт.
 
Основні результати навчання 
- уміти застосовувати базові знання основних нормативно-правових актів та довідкових матеріалів, чинних стандартів і технічних умов, інструкцій та інших нормативно-розпорядчих документів у галузі електроніки та телекомунікацій;
- уміти застосовувати знання в галузі інформатики й сучасних інформаційних технологій, обчислювальної і мікропроцесорної техніки та програмування, програмних засобів для розв’язання спеціалізованих задач та практичних проблем у галузі професійної діяльності;   
   
- здатність брати участь у створенні прикладного програмного забезпечення для елементів (модулів, блоків, вузлів) телекомунікаційних систем, інфокомунікаційних, телекомунікаційних мереж, радіотехнічних систем, тощо;
- уміти використовувати системи моделювання та автоматизації схемотехнічного проектування для розроблення елементів, вузлів, блоків радіотехнічних та телекомунікаційних систем.
 

Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Л – лекційні заняття; Лз – лабораторні заняття; СРС – самостійна робота здобувача вищої освіти; РГР – розрахунково-графічна робота; МКР – модульна контрольна робота; К – консультації.
 
Тематика та види навчальних занять
 
Індивідуальна робота - Курсовий проект
 
Метою курсового проекту (КП) є закріплення та поглиблення знань з теорії  цифрової схемотехніки, придбання практичних навичок з принципів побудови мікроконтролерних пристрів. 
Завдання курсового проекту можна сформулювати таким чином:
• відповідно до завдання розробити алгоритм роботи мікроконтролерного пристрою, вибрати необхідні первинні перетворювачі (датчики);
• вибрати мікроконтролери, що задовольняють вимогам швидкодії і функціональними можливостями реалізації алгоритму, а також з урахуванням простоти і менших витрат;
•  розробити структурну та принципову електричні схеми мікроконтролерного пристрою;
• з урахуванням обраних мікроконтролерів, вибрати інструментальні засоби для розробки програми виконання алгоритму, розробити програму та здійснити її налагодження;
           • обрати інструментальне середовище, в якому здійснити моделювання роботи пристрою;
•  обрати інструментальне середовище і здійснити  в ньому конструкторські розробки.

     Індивідуальні теми, 
 
Індивідуальні  теми курсових проектів визначаються викладачем за особистими письмовими заявами студентів з врахуванням їх бажання, нахилів і практичного досвіду. Як правило, завданням курсового проекту є дослідження та аналіз роботи існуючих або розробка/вдосконалення нових мікроконтролерних пристроїв. Зокрема, корисним для формування майбутнього фахівця з  спеціальності 172- «Телекомунікації та радіотехніка» є вибір теми, яка становить особистий інтерес студента і відповідає напрямку діяльності кафедри.
Для коректного формулювання теми та задач, які стоятимуть при виконанні курсового проекту доцільно розуміти структуру мікроконтролерного пристрою та його компонентів, що дозволить студенту адекватно визначатись із темою проекту. Тобто курсовий проект має враховувати особливості апаратного і програмного забезпечення мікроконтролерного пристрою для розв'язування певної технічної задачі. 
При виконанні курсового проекту студент має застосувати отримані в процесі навчання знання. Зокрема, з профілюючих предметів. Відповідно, предметом дослідження курсового проекту може бути розкриття певної теми, яка розглядалася студентом у ході вивчення одного із профілюючих курсів.
Студент також має розуміти, що курсовий проект може бути частиною  кваліфікаційної роботи бакалавра, яка відображає його теоретичні знання та практичні навички зі спеціальності 172- «Телекомунікації та радіотехніка».
Таким чином студентам  надаються індивідуальні теми, присвячені проектуванню мікропроцесорних пристроїв з використанням сучасних мікроконтролерів  або типове завдання на розробку цифрового пристрою на базі двох-трьох мікроконтролерів з різними типами обчислювальних ядер. 

        Типове завдання    на КП може бути наступне:  
    Розробити мікропроцесорний пристрій  (МПП), 
апаратна частина якого включає: однокристальний мікроконтролер МК1 сімейства STM32(ARM Cortex M3/4); однокристальний мікроконтролер МК2 сімейства AVR (Mega/Tiny); клавіатура на К клавіш;  датчик вхідного сигналу з аналоговим виходом (наприклад: мікрофон, датчики температури, вологості, тензодатчик, інш.);  пристрої виводу інформації: індикатори типу 7SEG та LCD ;
програмне забезпечення МПП: провести ініціалізацію мікроконтролерів; після рестарту  мікроконтролера працюють в режимі генерування відеоімпульсів с періодом Т мс і тривалістю  τ мс. Мікроконтролери використовують для цього свої таймери-лічильники. Мікроконтролер МК1 очікує факту натиснення  клавіші з клавіатури (можливо по перериванню), визначає код натиснутої клавіші N (N = 1…K) виводить його  на два індикатори 7SEG-BCD і  пересилає  його до мікроконтролера МК2, формуючи для останнього сигнал на переривання. Мікроконтролер МК2 після отримання сигналу на переривання здійснює введення N-відліків вхідного процесу з вбудованого АЦП. На МК2 реалізовано один з наступних алгоритмів цифрової обробки вхідного сигналу (PАR): обчислення середнього (сер.) значення з N відліків, пошук максимального (макс.) або мінімального(мін.) значення з N відліків. Мікроконтролер МК2  виводить в першу строку  LCD індикатора LM016L номер варіанту КП “VAR = XX“, а в другу строку  виводить значення параметру PAR  Після цього всі  мікроконтролери повинні знову перейти в режим генерування відеоімпульсів. 
 
 
 Тематичний план виконання:

Основні етапи підготування та виконання курсового проекту:
вибір та затвердження теми;
складання та затвердження завдання на курсовий проект;
аналітичний огляд літературних джерел по темі КП; 
аналіз завдання,  вибір і обґрунтування структурної та принципової  схеми пристрою;
розрахунки(якщо потрібно) електричних параметрів структурної та електричної принципової схеми;
розроблення програмного забезпечення та моделювання роботи пристрою; 
конструкторська розробка пристрою;
оформлення курсового проекту;
внутрішнє рецензування курсового проекту;
захист курсового проекту на засіданні комісії.
Таблиця 1 – Орієнтовний графік виконання курсового проекту
№ з/п
Етапи
Тижні

Вибір та затвердження теми
1-2

Розділ 1,2
3

Розділ 3,4
             4-6

Розділ 5
7-9

Розділ 6
10

Розділ 7
11

Оформлення та завершення  КП
12

Надання роботи в електронному вигляді
13

Рецензування
14

Захист КП
14-15

На основі графіка виконання курсового проекту розробляється календарний план виконання курсового проекту, який погоджується з керівником роботи. Відповідно до календарного плану керівник засвідчує своєчасність виконання студентом основних завдань роботи.
Завдання на КП має містити такі дані:
      – призначення мікроконтролерного пристрою, який може виконувати в технічних об'єктах  функції керування, вимірювання, контролю, регулювання, збору, обробки, перетворення інформації  або виконання інших функцій;
– вимога вибору довільного типу мікроконтролера що задовольняє поставленим умовам або вказівка на конкретні фірми/сімейства мікроконтролерів для використання у даному КП;
– електричні, часові, оптичні та інші параметри вхідних та вихідних сигналів необхідних для розрахунків;
– спосіб відображення вихідної інформації (якщо необхідно);
– показники точності та метрологічні характеристики (якщо необхідно);
– перелік функціональних вузлів, що підлягають конструкторському розробленню;
– перелік графічного матеріалу в електродному вигляді;
– дані, необхідні для розроблення питань охорони праці.
У завданні також вказують, у якому вигляді графічні матеріали та пояснювальна записка подаються до захисту (електронний чи рукописний варіанти).
Студент підписує завдання, підтверджуючи цим, що воно зрозуміле та прийняте до виконання.
За всі прийняті у КП рішення, правильність розрахунків і висновків, за якість оформлення графічної частини та пояснювальної записки несе відповідальність особисто студент – автор КП.
 
 
Самостійна робота
 
Самостійна робота складає 45 годин. 
 
 
      Умови допуску до підсумкового контролю  та процедура оцінювання
 
До захисту курсового проекту допускаються студенти, які виконали всі вимоги завдання на КП.  Перед захистом КП студенту необхідно пройти нормоконтроль.
Виконаний у відповідності із завданням і в повному обсязі КП (незброшурований) подається на нормоконтроль кафедри (не менше як за  тиждень до початку захистів КП ).  КП повинний бути підписаний студентом і керівником. 
Рецензент(студент цього або старшого курсу) зобов’язаний у дводенний термін дати рецензію на ДР (Додаток Т) і вказати оцінку, на яку заслуговує виконана робота ("відмінно", "добре", "задовільно", "незадовільно").
Перелік документів, які представляються студентом до захисту курсового проекту.
Після завершення написання КП студент має сформувати необхідний комплект документів, що представляються до захисту. 
- КП повинний бути підписаний студентом, пройти нормоконтроль, мати рецензію; 
- презентація роботи створюється у програмі Power Point та має містити: титульний аркуш,  завдання,  об’єкт, основні  результати, що виносяться на захист;
- доповідь для захисту КП має бути змістовною і містити головні результати дослідження.
 
 
 Політика освітнього процесу
 
Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності.