Układy Mikroprocesorowe i Mikrokontrolery Plik

(pieczęć wydziału)
KARTA PRZEDMIOTU
1. Nazwa przedmiotu: UKŁADY MIKROPROCESOROWE I
2. Kod przedmiotu:
MIKROKONTROLERY
3. Karta przedmiotu ważna od roku akademickiego: 2012/2013
4. Forma kształcenia: studia drugiego stopnia
5. Forma studiów: studia stacjonarne
6. Kierunek studiów: AUTOMATYKA I ROBOTYKA; WYDZIAŁ AEiI
7. Profil studiów: ogólnoakademicki
8. Specjalność: Robotyka
9. Semestr: 1
10. Jednostka prowadząca przedmiot: Instytut Automatyki, RAu1
11. Prowadzący przedmiot: dr inż. Krzysztof Jaskot
12. Przynależność do grupy przedmiotów:
przedmioty specjalnościowe
13. Status przedmiotu: obowiązkowy
14. Język prowadzenia zajęć: polski
15. Przedmioty wprowadzające oraz wymagania wstępne: Zakłada się, że przed rozpoczęciem nauki
niniejszego przedmiotu student posiada przygotowanie w zakresie: zasady działania i programowania
mikrokontrolerów, podstawowej wiedzy z dziedziny elektroniki cyfrowej, znajomości języków programowania
(język C, C++), elektrotechniki.
16. Cel przedmiotu: Celem wykładu jest zapoznanie słuchaczy z zagadnieniami związanymi z budową układów
mikroprocesorowych (Microchip, Atmel, Hitachi) ze szczególnym uwzględnieniem wykorzystania ich w systemach
robotycznych. Wiedza nabyta w trakcie wykładów pozwala na projektowanie elektronicznych układów
mikroprocesorowych jako układów kontrolno pomiarowych (telemetria, interfejsy użytkownika) oraz układów
sterowania wykorzystujących różnego typu czujniki (ciśnienia, prądu, przyśpieszenia, zbliżeniowe firm
AllegroMicro, Analog Devices, Freescale, Honeywell, IvenSense, Maxim).
17. Efekty kształcenia:
Nr
Opis efektu kształcenia
Metoda
sprawdzenia
efektu
kształcenia
Forma
Odniesienie
prowadzenia do efektów
zajęć
dla kierunku
studiów
W1
Zna podstawowe typy mikrokontrolerów i
mikroprocesorów oraz ich architektury.
SP
WT, WM
W2
Zna podstawowe pojęcia: programowanie w układzie,
bootloader, kompilacja, zintegrowane środowisko
uruchomieniowe, emulator, kompilator, debugger,
konfiguracja procesora.
Ma wiedzę na temat podstawowych magistral stosowanych
w układach mikroprocesorowych takich jak I2C, 1-wire,
SPI, CAN, komunikacji bezprzewodowej WiFi, Bleutooth,
XBee. Potrafi zastosować układ mikroprocesorowy do
sterowania i przetwarzania sygnałów.
Zna rodzaje i własności układów zasilania wie co to układy
wieloprocesorowe.
Potrafi określić zadania stawiane przed układem
mikroprocesorowym, wybrać odpowiedni typ
mikrokontrolera oraz przygotować schemat układu.
Potrafi samodzielnie podejmować decyzje dotyczące
wyboru zastosowanego układu mikroprocesorowego w celu
uzyskania najlepszego rozwiązania konstrukcyjnego.
SP
WT, WM
K_W6/2;
W12/1;
W14/1;
W15/1
K_W17/2
SP
WT, WM
K_W4/3
SP
WT, WM
K_U14/2
SP
WT, WM
K_U7/1;
U17/1
CL, PS, OS,
OP
L
K1/1; K2/1;
K4/2; K6/1
W3
U1
U2
K1
Potrafi posługiwać się programami typu IDE do
wspomagania programowania układów
mikroprocesorowych. Posiada umiejętność obsługi narzędzi
ICE, ICD, ICSP, programator.
K3
Potrafi zaprezentować i obronić zaproponowane
rozwiązanie konstrukcyjne.
18. Formy zajęć dydaktycznych i ich wymiar (liczba godzin)
K2
W. : 30
Ćw. : -
CL, PS, OS,
OP
L
K1/1; K5/3;
K6/2
CL, PS, OS,
OP
L
K1/1; K5/1;
K6/1 K7/1
L.: 30
19. Treści kształcenia:
Wykład
1. Wstęp
- Przegląd typów mikrokontrolerów, umiejscowienie przedmiotu i powiązanie z innymi przedmiotami,
- Wymagania stawiane systemom mikroprocesorowym – koszty, wielofonkcyjność, elastycznośc,
- Cykl życia projektu – analiza wstępna, dobór elementów systemu (typ mikrokontrolera, czujniki,
interfejsy), prototyp, testowanie.
2. Oprogramowanie narzędziowe:
- Pakiet oprogramowania uruchomieniowego MPLAB,
- Tworzenie projektu aplikacji, kompilacja kodu źródłowego,
- Emulowanie procesora w układzie – ICE (In Circuit Emulator),
- Śledzenie wykonywania programu – ICD (In Circuit Debugger),
- Programowanie procesorów – programowanie w układzie (In Circuit Serial Programming), wykorzystanie
oprogramowania ładującego (Bootloader),
- Uruchamianie aplikacji – podstawowe procedury uruchomieniowe, konfigurowanie procesora
3. Układy wejścia i wyjścia w mikrokontrolerach:
- Połączenie komputera z mikroprocesorem – interfejs RS232,
- Interfejs użytkownika,
- Magistrala I2C, SPI, CAN, 1-wire,
- Przetworniki A/C i C/A wbudowane oraz zewnętrzne,
- Sygnały sterujące elementami wykonawczymi (silniki, serwomechanizmy, siłowniki),
- Kodowanie sygnałów sterujących – PWM, PPM, PCM, DCM,
- Transmisja radiowa – radiomodemy, Bluetooth, WiFi, ZigBee,
- Zasilanie w układach mikroprocesorowych - akumulatory, regulatory napięcia (LDO), przetwornice
napięcia (DC/DC), zasilanie impulsowe (UBEC)
4. Zastosowanie mikroprocesorów w przetwarzaniu sygnałów:
- Podział i przedstawienie sygnałów – parametry i charakterystyki sygnałów, nakładanie się sygnałów,
- Sygnały nieciągłe w czasie,
- Filtracja sygnałów pomiarowych – filtry analogowe (pasywne i aktywne), filtry cyfrowe, filtr Kalmana
- Wpływ typu przetwornika A/C na dokładność pomiaru sygnału wejściowego
5. Przetwarzanie danych procesowych:
- Przetwarzanie w czasie rzeczywistym, struktury programowania reaktywnego – odpytywanie sterowane
programem, odpytywanie sterowane przerwaniami czasowymi, odpytywanie sterowane przerwaniami,
- Wielozadaniowość, architektury multiprocesorowe, synchronizacja procesów, analiza działania układów
wieloprocesorowych.
6. Wykorzystanie układów mikroprocesorowych w sterowaniu i pomiarach:
- Sprzężenie zwrotne w pomiarach i sterowaniu, pomiar obrotów w silnikach BLDC za pomocą czujników
Halla oraz metodą bez czujnikową ZCD, pomiar obrotów w silnikach DC z wykorzystaniem BackEMF,
- Czujniki inteligentne – rozproszone systemy zbierania i analizy danych, pomiar napięcia i prądu,
- Sterowanie urządzeniami dużej mocy – tranzystory MOSFET,
Mikroprocesorowe układy rejestracji parametrów pracy z pamięcią zewnętrzną (Datalogger), telemetria
Zajęcia laboratoryjne
1. Analiza działania układu/programu z wykorzystaniem emulatora procesora ICE.
2. Śledzenie i usuwanie błędów w programie z wykorzystaniem modułu ICD.
3. Dobór układu filtracji w systemie pomiarowym wykorzystującym czujniki przyśpieszenia.
4. Obsługa wymiany informacji między dwoma mikrokontrolerami z wykorzystaniem modułów komunikacji
radiowej.
5. Aplikacja realizująca sterowanie silnikiem wykonawczym prądu stałego z wykorzystaniem obsługi
przerwań wewnętrznych i zewnętrznych mikrokontrolera.
6. Algorytm regulacji prędkości obrotowej w silniku BLDC z wykorzystaniem czujników Halla i metody
ZCD.
7. Wykonanie i oprogramowanie układu realizującego sterowanie z wykorzystaniem kodowania PPM, PCM,
PWM
20. Egzamin: nie
21. Literatura podstawowa:
1. Heimann B., Gerth W., Popp K., Mechatronika, komponenty, metody, przykłady. Wydawnictwa Naukowe
PWN, Warszawa 2001
2. Pietraszek St., Mikroprocesorowe jednoukładowe PIC, Helion 2002.
3. Iovine J., PIC Robotics, McGraw-Hill 2004.
4. Kurfess T., Robotics and Automation Handbook, CRC Press 2005.
22. Literatura uzupełniająca:
1. Predko M., Programming and Customizing PICmicro Microcontrollers, MIT Press 2000
23. Nakład pracy studenta potrzebny do osiągnięcia efektów kształcenia
Lp.
Forma zajęć
1
Wykład
2
Ćwiczenia
0/00
3
Laboratorium
30/30
4
Projekt
0/0
5
Seminarium
0/0
6
Inne
5/10
Suma godzin
65/55
Liczba godzin
kontaktowych / pracy studenta
30/15
24. Suma wszystkich godzin: 120
25. Liczba punktów ECTS: 4
26. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach z bezpośrednim udziałem nauczyciela akademickiego: 2
27. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach o charakterze praktycznym (laboratoria, projekty): 2
26. Uwagi:
Zatwierdzono:
…………………………….
…………………………………………………
(data i podpis prowadzącego)
(data i podpis dyrektora instytutu/kierownika katedry/
Dyrektora Kolegium Języków Obcych/kierownika lub
dyrektora jednostki międzywydziałowej)