Układy cyfrowe i mikroprocesorowe - IV sem.

stacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 40/x; C 20/+; L 16/+; Razem: 76

Informatyka I / Wymagania wstępne: podstawowa wiedza w zakresie architektury komputerów i systemów operacyjnych, podstawowe pojęcia z dziedziny informatyki, instrukcje, funkcje, typy danych i operacje na nich w języku wysokiego poziomu

semestr studiów: IV / kierunek: Mechatronika / specjalność: wszystkie specjalności

dr inż. Waldemar ŚMIETAŃSKI

1. Udział w wykładach – 40 godzin;

2. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów – 20 godzin;

3. Ćwiczenia – 20 godzin;

4. Samodzielne przygotowanie się studenta do ćwiczeń – 40 godzin;

5. Udział w laboratoriach – 16 godzin;

6. Samodzielne przygotowanie się studenta do laboratoriów – 48 godzin;

7. Przygotowanie do zaliczenia ćwiczeń – 10 godzin;

8. Przygotowanie do egzaminu – 15 godzin;

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 209 / 7 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli: 1 + 3 + 5 = 76 / 2.5 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym: 5 + 6 = 64 / 2 ECTS

Zajęcia przekazują podstawową wiedzę z zakresu cyfrowej reprezentacji informacji i algebry Boole’a oraz podstawowych cyfrowych układów kombinacyjnych i sekwencyjnych. Omawiane są elementy architektury procesorów, pamięci półprzewodnikowych i komputerów. Prezentowana jest praktyka i narzędzia programowania kontrolerów x51 w asemblerze oraz podstawowe protokoły cyfrowej transmisji szeregowej.

Wykłady / metoda werbalno-wizualna z elementami audiowizualnymi

1. Cyfrowa reprezentacja informacji - systemy zapisu liczb. Arytmetyka stało- i zmiennoprzecinkowa. / 2 / 2* Omówienie systemów zapisu liczb w technice cyfrowej i arytmetyki binarnej.

2. Algebra Boole’a jako narzędzie opisu układów logicznych - funkcje logiczne, postaci kanoniczne, metody minimalizacji funkcji logicznych. Układy kombinacyjne oraz ich opis matematyczny - tablice funkcji, funkcje logiczne. / 2 / 2* Wprowadzenie do algebra Boole’a i metod opisu matematycznego układów kombinacyjnych.

3. Podstawowe funktory (bramki) logiczne i przerzutniki. Technologie produkcji układów cyfrowych - parametry i charakterystyki. / 2 / 0* Omówienie stosowanych technologii produkcji i wynikających z nich para-metrów elektrycznych układów cyfrowych.

4. Typowe układy kombinacyjne. Analiza i synteza układów kombina-cyjnych. Synteza układów kombinacyjnych z wykorzystaniem multi-plekserów i modułów programowalnych. / 2 / 2* Wprowadzenie do metod analizy i syntezy układów kombinacyjnych.

5. Typowe układy sekwencyjne - przerzutniki, rejestry, liczniki. Analiza i synteza układów sekwencyjnych synchronicznych i asynchronicznych - minimalizacja liczby stanów i ich kodowanie, hazardy w układach asynchronicznych. Układy arytmetyczne. / 2 / 0* Wprowadzenie do typowych układów sekwencyjnych oraz metod ich analizy i syntezy.

6. Klasyfikacja i organizacja pamięci półprzewodnikowych. / 2 / 0* Omówienie stosowanych klasyfikacji i wewnętrznej organizacji głównych typów pamięci półprzewodnikowych.

7. Budowa, parametry i typy dostępu do pamięci półprzewodnikowych. / 2 / 0* Omówienie szczegółów budowy i parametrów czasowych głównych typów pamięci półprzewodnikowych.

8. Architektura mikroprocesorów - organizacja procesora, cykl rozka-zowy, tryby adresowania, lista rozkazów, stos. / 2 / 2* Wprowadzenie do zasad działania procesorów oparte o analizę ich możliwych organizacji.

9. Budowa systemu mikroprocesorowego - magistrale systemowe, podstawowe bloki funkcjonalne, metody obsługi wejścia-wyjścia.

/ 2 / 2* Omówienie organizacji współpracy procesora z typowymi blokami funkcjonalnymi systemu mikroprocesorowego.

10. Podstawowe układy we-wy i wbudowane układy peryferyjne kon-trolera. / 2h / 0* Omówienie typowych dla współczesnych kontrolerów ukła-dów peryferyjnych.

11. Kontroler i asembler x51. / 2 / 2* Wprowadzenie do szczegółów budowy kontrolera 8051 i języka jego programowania.

12. Asembler x51 – tryby adresowania, instrukcje warunkowe, pętle programowe. / 2 / 0* Omówienie typowych struktur oprogramowania asembler x51.

13. Asembler x51 – system przerwań, liczniki. / 2 / 0* Omówienie typowego programowego wykorzystania wbudowanych liczników 8051, w tym w trybie przerwania.

14. Asembler x51 – dostęp do portów i urządzeń zewnętrznych (klawiatura, wyświetlacz LED/LCD, przetworniki A/C i C/A. / 2 / 2* Omówienie programowej współpracy 8051 z typowymi blokami funkcjonalnymi systemu mikroprocesorowego.

15. Programowalne liczniki-generatory. / 2 / 2* Omówienie budowy i ty-powego wykorzystania układu 8254.

16. Transmisja szeregowa (RS i CAN) – zasady obsługi i struktury rejestrów sterujących. / 2 / 2* Omówienie standardu RS232 i jego programowego wykorzystania w implementacji dla PC.

17. Bity zabezpieczające i konfigurujące na przykładzie mikrokontrolerów firmy Atmel. / 2 / 0* Funkcje i wykorzystanie bitów zabezpieczających i konfigurujących rodziny mikrokontrolerów firmy Atmel.

18. Testowanie i uruchamianie systemów mikroprocesorowych – sy-mulatory, starter kity, zintegrowane środowiska uruchomieniowe, interfejs JTAG. / 2 / 0* Wprowadzenie do narzędzi programowych i sprzętowych wspomagających testowanie i uruchamianie systemów mikroproceso-rowych.

19. Protokoły transmisji stosowane w systemach wbudowanych.

/ 2 / 0* Omówienie typowych protokołów transmisji stosowanych w syste-mach wbudowanych.

20. Obszary zastosowań mikroprocesorów w mechatronice. Przykłady mikroprocesorowych sterowników urządzeń mechatronicznych. / 2 / 0* Omówienie z wykorzystaniem przykładów współczesnych obszarów zasto-sowań mikroprocesorów w mechatronice.

Ćwiczenia / metoda werbalno–praktyczna

1. Konwersja binarnych systemów zapisu liczb. Operacje arytmetyczne na liczbach stało- i zmiennoprzecinkowych. / 2 / 2* Studenci dokonują konwersji systemów zapisu i operacji arytmetycznych na liczbach binarnych stało- i zmiennoprzecinkowych

2. Algebra Boole’a, minimalizacja funkcji logicznych. / 2 / 2* Studenci dokonują przekształceń funkcji algebry Boole’a i minimalizacji funkcji logicz-nych.

3. Analiza i synteza układów kombinacyjnych. / 2 / 2* Studenci dokonują analizy i syntezy wybranych układów kombinacyjnych, w tym z wykorzystaniem symulacji komputerowej.

4. Analiza i synteza układów sekwencyjnych. / 2 / 0* Studenci dokonują analizy i syntezy wybranych układów sekwencyjnych, w tym z wykorzystaniem symulacji komputerowej.

5. Asembler x51 – tryby adresowania, instrukcje warunkowe, pętle programowe. / 2 / 0* Tworzenie programów w asemblerze x51 i ich uru-chamianie z wykorzystaniem symulatora 8051.

6. Asembler x51 – system przerwań, liczniki. / 2 / 0* Tworzenie programów w asemblerze x51 i ich uruchamianie z wykorzystaniem symulatora 8051.

7. Asembler x51 – dostęp do portów i urządzeń zewnętrznych (klawiatura, wyświetlacz LED/LCD, przetworniki A/C i C/A. / 2 / 2* Tworzenie programów w asemblerze x51 i ich uruchamianie z wykorzystaniem symula-tora 8051.

8. Konfiguracja i odczyt programowalnych liczników-generatorów.

/ 2 / 0* Studenci tworzą i analizują złożone układy impulsowe wykorzystujące układ 8254.

9. Obsługa transmisji szeregowej RS przez bezpośrednie konfigurowanie rejestrów sterujących. / 2 / 2* Tworzenie programów do konfiguracji i obsługi transmisji w standardzie RS232 dla PC.

10. Programowa emulacja protokołów transmisji stosowanych w sys-temach wbudowanych. / 2 / 0* Tworzenie w asemblerze x51 programów emulujących wybrane protokoły transmisji i ich uruchamianie z wykorzystaniem symulatora 8051.

Laboratoria / metoda praktyczna

1. Badanie bramek logicznych, projektowanie układów kombinacyjnych. / 2 / Zajęcia praktyczne z symulatorem układów kombinacyjnych. Studenci projektują i badają wybrane proste układy kombinacyjne.

2. Synteza i badanie wielowymiarowych układów kombinacyjnych. / 2 / Zajęcia praktyczne z symulatorem układów kombinacyjnych. Studenci pro-jektują i badają wybrane wielowymiarowe układy kombinacyjne.

3. Projektowanie i badanie układów sekwencyjnych. / 2 / Zajęcia prak-tyczne z symulatorem układów sekwencyjnych. Studenci projektują i badają wybrane układy sekwencyjne.

4. Obsługa przez x51 prostych urządzeń wejścia/wyjścia: diody LED, przyciski, przetworniki A/C i C/A część 1. / 2 / Zajęcia praktyczne z symulatorem 8051. Studenci tworzą i uruchamiają programy obsługi prostych urządzeń wejścia/wyjścia.

5. Obsługa przez x51 prostych urządzeń wejścia/wyjścia: diody LED, przyciski, przetworniki A/C i C/A część 2. / 2 / Zajęcia praktyczne z symulatorem 8051. Studenci tworzą i uruchamiają programy obsługi prostych urządzeń wejścia/wyjścia.

6. Obsługa liczników x51 w trybie odpytywania i przerwania. / 2 / Zajęcia praktyczne z symulatorem 8051. Studenci tworzą i uruchamiają programy obsługi wbudowanych liczników 8051 w trybie odpytywania i przerwania.

7. Obsługa transmisji danych realizowanej łączem szeregowym RS232. / 4 / Zajęcia praktyczne z komputerem PC. Studenci tworzą i uruchamiają programy konfiguracji i obsługi transmisji w standardzie RS232.

* oznacza liczbę godzin dla studenta studiów niestacjonarnych. Dla studentów niestacjonarnych wykładowca na każdych zajęciach podaje zagadnienia do samodzielnego przestudiowania

podstawowa:

A. Skorupski – Podstawy techniki cyfrowej, WKŁ 2004.

R. Pełka – Mikrokontrolery architektura programowanie zastosowania, WKŁ 1999.

P. Metzger - Anatomia PC wydanie X, Helion 2006.

uzupełniająca:

J. Kalisz – Podstawy elektroniki cyfrowej, WKŁ 2002.

T. Sosnowski i inni - Podstawy projektowania systemów mikroprocesorowych z mikrokontrolerem x51, WAT 1999.

W1 / Zna i rozumie cyfrową reprezentację informacji i algebrę Boole’a, ty-powe cyfrowe układy kombinacyjne i sekwencyjne oraz architekturę procesorów i pamięci półprzewodnikowych / K_W04

U1 / Potrafi pozyskiwać programy w asemblerze kontrolerów x51 z sieci, dokonywać ich interpretacji i integrować uzyskane informacje w celu stworzenia programu o zadanej funkcjonalności / K_U01

U2 / Potrafi projektować i analizować proste cyfrowe układy kombinacyjne i sekwencyjne / K_U11

U3 / Potrafi stosować środowiska programistyczne i symulatory do projek-towania i uruchamiania prostych programów w asemblerze kontrolerów x51 / K_U18

U4 / Potrafi analizować i testować podstawowe protokoły transmisji stoso-wane w systemach wbudowanych / K_U20

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu, zaliczenia.

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: poprawnego rozwiązania przynajmniej 6 z 10 zadań obliczeniowych, których treść (nie dane numeryczne) jest znana studentom.

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: średniej z pozytywnych ocen za teoretyczne przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych i za sprawozdania z wykonanych ćwiczeń.

Egzamin przedmiotu jest przeprowadzany w formie pisemnego testu wyboru z zadaniami zamkniętymi.

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest uzyskanie pozytywnych ocen z ćwiczeń audytoryjnych i laboratoryjnych.

Efekt W1 sprawdzany jest na egzaminie pisemnym oraz podczas rozwiązywania zadań na ćwiczeniach audytoryjnych i projektowania/analizowania układów/programów na ćwiczeniach laboratoryjnych.

Efekt U1 do U4 sprawdzane są w trakcie rozwiązywania zadań na ćwiczeniach audytoryjnych oraz podczas wykonywania zadań i przygotowywania sprawozdań na ćwiczeniach laboratoryjnych