Мікропроцесорні системи

Метою викладання курсу «Мікропроцесорні системи» є вивчення принципів автоматизації сучасних виробництв та засвоєння основ побудови автоматичних та автоматизованих систем управління та виробництва.
Мета дисципліни – є створення системного уявлення, стійких знань, умінь та навичок у здобувачів з основ мікропроцесорних систем, достатніх для подальшої освіти в галузі МПТ та суміжних областях; вивчення загальних принципів побудови, функціональних можливостей та архітектурних рішень сучасних мікропроцесорних систем (МПС), мікроконтролерів (МК); формуванню розуміння організації взаємодії складових частин МП та периферійного обладнання, аналізу головних тенденцій розвитку сучасної МП техніки, формуванню навичок по створенню ефективних апаратно-програмованих комплексів на базі однокристальних МП.
Завдання дисципліни – формування у здобувачів розуміння необхідності, ролі і місця мікропроцесорної техніки у електронних пристроях та системах.
У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен знати:
1) зміст основних категорій дисципліни, її предмет, метод та задачі вивчення; термінологію дисципліни;
2) архітектуру мікропроцесорних систем та мікроконтролерів; класифікацію та функціонування основних типів мікропроцесорних систем та мікроконтролерів вітчизняного та закордонного виробництва, їх базових елементів,
3) принципи апаратної та програмної організації мікропроцесорних систем та мікроконтролерів та їх впливу на основні параметри МП;
4) інструментальні засоби налаштування, діагностики та проектування мікропроцесорних систем та мікроконтролерів;
5) основні аспекти та проблеми застосування МП у системах управління різного призначення;
6) діючі стандарти, технічні умови, положення та інструкції по експлуатації, технічні характеристики і економічні показники вітчизняних та світових розробок у галузі автоматизації;
На основі отриманих теоретичних знань студент повинен вміти:
1) вільно користуватися системою знань з питань створення мікропроцесорних систем, їх апаратного забезпечення;
2) здійснювати вибір засобів МПТ для розв'язку прикладних задач, цілеспрямовано (з урахуванням технічних вимог) здійснювати оптимізацію параметрів та структури програм;
3) самостійно проєктувати фрагменти резидентного програмного забезпечення
Тематика та види навчальних занять
Для денної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. «Сучасні мікроконтролери, класифікація, архітектура та сфера застосування».
Лекція 2. «Однокристальні мікроконтролери з CISC-архітектурою».
Лекція 3. «Однокристальні мікроконтролери з RISC-архітектурою».
Лекція 4. «Засоби розробки та налагодження програмного забезпечення мікроконтролерів».
Лекція 5. «Сімейство мікроконтролерів STM8 і STM32, їхні характеристики та особливості».
Лекція 6. «Будова мікропроцесора. Набір інструкцій».
Лекція 7. «Структура пам'яті, адресація».
Лекція 8. «Синхронізація, система переривань, таймери-лічильники».
Лекція 9. «Підсистема вводу-виводу, вбудовані периферійні пристрої».
Лекція 10. «Мови, компілятори та засоби розробки».
Лекція 11. «Апаратні та програмні засоби для програмування, засоби налагодження».
Лекція 12. «Використання мови С# для програмування мікроконтролерів».
Лекція 13. «Підбір мікроконтролера відповідно до вимог».
Лекція 14. «Обмін даними із зовнішніми пристроями, типові інтерфейси».
Лекція 15. «Обробка аналогової інформації».
Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. «Виконання арифметичних операцій. Використання підпрограм».
Мета заняття: ознайомлення з архітектурою арифметичного вузла мікроконтролера, основами програмування арифметичних операцій і набуття навичок роботи із симулятором. Виробити навички використання підпрограм при розробці програми роботи мікроконтролера.
Лабораторне заняття №2. «Робота з портами вводу-виводу. Ввод даних у паралельному форматі».
Мета заняття: освоєння прийомів роботи з портами вводу-виводу двійкових даних.
Лабораторне заняття №3. «Робота з лічильником-таймером. Увімкнення і вимкнення виконавчого пристрою на заданий проміжок часу. Усунення брязкоту контактів».
Мета заняття: освоєння прийомів використання таймера для реалізації необхідного інтервалу квантування часу і формування імпульсів заданої тривалості.
Лабораторне заняття №4. «Обробка переривань від зовнішнього джерела сигналу».
Мета заняття: освоєння прийомів налаштування апаратної частини мікроконтролера і розроблення підпрограм обробки переривань від джерел зовнішніх подій.
Лабораторне заняття №5. «Робота з матричною клавіатурою».
Мета заняття: отримання навичок реалізації скануючих і живильних ліній введення-виведення, що забезпечують опитування матриці кнопок.
Лабораторне заняття №6. «Вимірювання часових інтервалів».
Мета заняття: освоєння прийомів використання таймера для вимірювання величини періоду або частоти зовнішнього сигналу.
Лабораторне заняття №7. «Уніфіковані інтерфейси. Реалізація обміну даними за USART».
Мета заняття: вивчення апаратного способу передавання даних за допомогою протоколу USART, отримання навичок використання протоколу USART для обміну даними між пристроями.
Лабораторне заняття №8. «Уніфіковані інтерфейси. Реалізація обміну даними за SPI».
Мета заняття: вивчення апаратного способу передачі даних за допомогою протоколу SPI, отримання навичок використання протоколу SPI для обміну даними між пристроями.
Лабораторне заняття №9. «Уніфіковані інтерфейси. Реалізація обміну даними по I2C».
Мета заняття: вивчення апаратного способу передачі даних за допомогою протоколу I2C, отримання навичок використання протоколу I2C для обміну даними між пристроями.
Лабораторне заняття №10. «Робота з матричними світлодіодними індикаторами. Реалізація динамічної індикації».
Мета заняття: опанувати принцип табличного перетворення форматів подання чисел і прийоми роботи з семисегментними індикаторами.
Лабораторне заняття №11. «Робота з матричними світлодіодними індикаторами. Реалізація статичної індикації».
Мета заняття: освоєння прийомів використання зсувних регістрів для роботи з семисегментними індикаторами.
Лабораторне заняття №12. «Програмна й апаратна ШІМ».
Мета заняття: вивчити принцип роботи внутрішніх регістрів МК і способи реалізації широтно-імпульсної модуляції.
Лабораторне заняття №13. «Генерація цифрових сигналів і аналогових сигналів».
Мета заняття: освоєння прийомів, що дозволяють використовувати інтегрований ЦАП для виведення аналогових даних.
Лабораторне заняття №14. «Захоплення та обробка аналогової інформації».
Мета заняття: освоєння прийомів використання апаратного АЦП з мультиплексованим входом для обробки інформації в аналоговому форматі.
Лабораторне заняття №15. «Реалізація обміну даними з манчестерівським кодуванням інформації».
Мета заняття: ознайомитися з програмним способом передавання даних, що дає змогу звузити смугу пропускання та позбутися постійної складової сигналу.
Для заочної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. «Однокристальні мікроконтролери з CISC-архітектурою».
Лекція 2. «Однокристальні мікроконтролери з RISC-архітектурою».
Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. «Виконання арифметичних операцій. Використання підпрограм».
Мета заняття: ознайомлення з архітектурою арифметичного вузла мікроконтролера, основами програмування арифметичних операцій і набуття навичок роботи із симулятором. Виробити навички використання підпрограм при розробці програми роботи мікроконтролера.
Лабораторне заняття №9. «Уніфіковані інтерфейси. Реалізація обміну даними по I2C».
Мета заняття: вивчення апаратного способу передачі даних за допомогою протоколу I2C, отримання навичок використання протоколу I2C для обміну даними між пристроями.
Консультації здійснюються впродовж семестру згідно встановленого розкладу.
Індивідуальна робота
Для денної та заочної форми здобуття освіти
не передбачено
Контрольна робота для здобувачів заочної форми
Завдання для виконання контрольної роботи здобувач отримує на установчій лекції.
Робота містить 5 теоретичних питань та 2 практичних завдання.
Обсяг відповіді на кожне теоретичне питання: не менше, ніж 2 сторінки машинописного тексту. Текст відповіді повинен бути виконаний самостійно, а не скопійованим з навчального посібника.
Термін надання виконаної контрольної роботи на перевірку – не пізніше, ніж за місяць до початку сесії.
Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання
Для денної форми здобуття освіти
Поточний контроль полягає у виконанні
1) 15-ти індивідуальних поточних завдань. Індивідуальні поточні завдання виконуються письмово і полягають в розв'язуванні типових задач відповідно до мети та завдань лабораторних занять. Бездоганне виконання кожного індивідуального поточного завдання оцінюється: №1-6 у 3,5 балів; №7 у 4,0 бала; №8 у 5,0 балів; №9 у 3,0 бала; №10-15 у 4,5 балів.
2) двох модульних контрольних робіт. Модульні контрольні роботи складаються з теоретичної і практичної частин та проводяться у формі комп'ютерного тестування. Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи становить 20 балів.
Підсумковий контроль – екзамен. Екзамен усний. Максимальна оцінка, яку може отримати студент – 100 балів.
Для заочної форми здобуття освіти
Виконання та захист лабораторних робіт №1 і 2 оцінюється у 50 балів (по 25 балів за кожну)
Захист контрольної роботи. Бездоганне виконання контрольної роботи оцінюється в 25 балів. При її захисті студент може отримати до 25 балів.
Підсумковий контроль – екзамен. Екзамен усний. Максимальна оцінка, яку може отримати студент – 100 балів.