Układy cyfrowe i mikroprocesorowe

stacjonarne

jednolite magisterskie

obowiązkowy

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

Informatyka / wymagania wstępne: podstawowa wiedza w zakresie archi-tektury komputerów i systemów operacyjnych, podstawowe pojęcia z dzie-dziny informatyki, instrukcje, funkcje, typy danych i operacje na nich w języku wysokiego poziomu

semestr piąty / mechatronika / wszystkie specjalności

dr inż. Waldemar Śmietański

aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 40

2. Udział w laboratoriach / 16

3. Udział w ćwiczeniach / 20

4. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 30

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 32

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 20

8. Udział w konsultacjach / 23

9. Przygotowanie do egzaminu / 15

10. Przygotowanie do zaliczenia / 10

11. Udział w egzaminie / 1

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 207 godz./ 7 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+8+11): 100 godz./ 3.5 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową / 5 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 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 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 Omówienie stosowanych technologii produkcji i wynikających z nich parametrów elektrycznych układów cyfrowych.

4. Typowe układy kombinacyjne. Analiza i synteza układów kombinacyjnych. Synteza układów kombinacyjnych z wykorzystaniem multiplekserów i modułów programowalnych. / 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 Wprowadzenie do typowych układów sekwencyjnych oraz metod ich analizy i syntezy.

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

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

8. Architektura mikroprocesorów - organizacja procesora, cykl rozkazowy, tryby adresowania, lista rozkazów, stos. / 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 Omówienie organizacji współpracy procesora z typowymi blokami funkcjonalnymi systemu mikroprocesorowego.

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

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

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

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

14. Realizacja sterowania binarnego (kombinacyjnego) i sekwencyjnego z wykorzystaniem mikrokontrolera. / 2h Omówienie technik programowego sterowania binarnego (kombinacyjnego) i sekwencyjnego.

15. Programowalne liczniki-generatory. / 2 Omówienie budowy i typowego wykorzystania układu 8254.

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

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

18. Testowanie i uruchamianie systemów mikroprocesorowych – symulatory, starter kity, zintegrowane środowiska uruchomieniowe. / 2 Wprowadzenie do narzędzi programowych i sprzętowych wspomagających testowanie i uruchamianie systemów mikroprocesorowych.

19. Protokoły transmisji stosowane w systemach wbudowanych.

/ 2 Omówienie typowych protokołów transmisji stosowanych w systemach wbudowanych.

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

Ćwiczenia / metoda werbalno–praktyczna

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

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

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

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

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

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

8. Konfiguracja i odczyt programowalnych liczników-generatorów.

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

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

10. Programowa emulacja protokołów transmisji stosowanych w systemach wbudowanych. / 2 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 projektują i badają wybrane wielowymiarowe układy kombinacyjne.

3. Projektowanie i badanie układów sekwencyjnych. / 2 / Zajęcia praktyczne 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 ob-sługi wbudowanych liczników 8051 oraz przetworników A/C i C/A 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.

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, typowe 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 sto-sowane w systemach wbudowanych / K_U20

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu.

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: poprawnego rozwiązania przynajmniej 6 z 11 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 prowadzony w formie pisemnej.

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

Osiągnięcie efektu W1 - weryfikowane jest na egzaminie pisemnym oraz podczas rozwiązywania zadań na ćwiczeniach audytoryjnych i projektowania/analizowania układów/programów na ćwiczeniach laboratoryjnych.

Osiągnięcie efektu U1 - sprawdzane jest przez weryfikację poprawności tworzonych przez studentów programów kontrolerów x51 o zadanej na ćwiczeniach/wynikającej z instrukcji do ćwiczeniach laboratoryjnych funkcjonalności.

Osiągnięcie efektu U2 - sprawdzane jest w trakcie rozwiązywania zadań na ćwiczeniach audytoryjnych oraz podczas wykonywania zadań i przygotowywania sprawozdań na ćwiczeniach laboratoryjnych.

Osiągnięcie efektu U3 - sprawdzane jest w trakcie projektowania programów na ćwiczeniach audytoryjnych oraz projektowania i uruchamiania programów podczas wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych.

Osiągnięcie efektu U4 - sprawdzane jest w trakcie projektowania programowej obsługi transmisji na ćwiczeniach audytoryjnych oraz testowania protokołu transmisji podczas wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych.