- Nazwa przedmiotu:
- Wstęp do systemów elektroniki wbudowanej
- Koordynator przedmiotu:
- Jakub Jasiński
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia I stopnia
- Program:
- Inżynieria Biomedyczna
- Grupa przedmiotów:
- Obowiązkowe
- Kod przedmiotu:
- WSELE
- Semestr nominalny:
- 4 / rok ak. 2021/2022
- Liczba punktów ECTS:
- 5
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 1. liczba godzin kontaktowych – 70 godz., w tym
obecność na wykładach - 30 godz.,
obecność na ćwiczeniach laboratoryjnych - 30 godz.,
konsultacje indywidualne – 3 godz.,
konsultacje grupowe dotyczące poszczególnych ćwiczeń laboratoryjnych – 7 godz.
2. praca własna studenta – 62 godz., w tym
ćwiczenia domowe utrwalające wiedzę przekazaną podczas wykładów - 24 godz.,
implementacja i uruchomienie zadań domowych na symulatorze w celu sprawdzenia poprawności ich rozwiązania - 28 godz.,
rozwiązanie zadań przedkolokwialnych w ramach przygotowań do kolokwium sprawdzającego – 10 godz.,
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 2,8 pkt. ECTS, co odpowiada 53 godz. kontaktowym.
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- 3,68 pkt. ECTS, co odpowiada 64 godz. ćwiczeń.
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład30h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium30h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Wymagana jest wiedza z elektroniki i elektrotechniki na poziomie 4 semestru studiów na kierunku Inżynieria Biomedyczna (nabyta na przedmiotach Metrologia, Elektrotechnika i Elektronika 1)
- Limit liczby studentów:
- Cel przedmiotu:
- Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z podstawowymi właściwościami oraz zastosowaniami elektroniki cyfrowej oraz podstawowymi właściwościami i zastosowaniami systemów wbudowanych. Zapoznanie studentów z budową i działaniem mikroprocesora, systemu mikroprocesorowego oraz mikrokontrolera, a także podstawowymi operacjami realizowanymi przez mikrokontrolery. Ukształtowanie u studentów elementarnych umiejętności programowania mikrokontrolerów w zakresie tworzenia i uruchamiania prostych programów w języku asembler.
- Treści kształcenia:
- Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z podstawowymi właściwościami oraz zastosowaniami elektroniki cyfrowej oraz podstawowymi właściwościami i zastosowaniami systemów wbudowanych. Zapoznanie studentów z budową i działaniem mikroprocesora, systemu mikroprocesorowego oraz mikrokontrolera, a także podstawowymi operacjami realizowanymi przez mikrokontrolery. Ukształtowanie u studentów elementarnych umiejętności programowania mikrokontrolerów w zakresie tworzenia i uruchamiania prostych programów w języku asembler.
Treść wykładu
Wprowadzenie. Podstawowe zagadnienia elektroniki analogowej i cyfrowej. Algebra Boole’a. Podstawowe bramki logiczne (NOT, AND, OR). Konstrukcja inwertera w technologii bulk-CMOS. Kierunki rozwoju i ograniczenia technologii podłożowej.
Omówienie budowy złożonych układów logicznych: bramki NAND, NOR oraz XOR, półsumator, sumator 1-bitowy. Kod uzupełnień do dwóch (U2) – działania ze znakiem.
Omówienie budowy układów realizujących działania arytmetyczne (sumator, subtraktor) i logiczne. Konstrukcja układów generujących sygnał przeniesienia w układach sumatora/subtraktora.
Wprowadzenie terminu jednostki arytmetyczno-logicznej (ALU). Przykłady realizacji układowej komercyjnie dostępnych jednostek arytmetyczno-logicznych. Omówienie ich tablic prawdy.
Wprowadzenie pojęcia „komórki pamięci”. Przerzutniki asynchroniczne i synchroniczne. Szczegółowe omówienie działania przerzutnika typu RS, JK i D. Budowa rejestru. Porty trójstanowe.
Komunikacja pomiędzy rejestrami – wprowadzenie pojęcia szyny systemowej.
Przykład budowy prostego systemu mikroprocesorowego w oparciu o wprowadzone i omówione na poprzednich wykładach elementy składowe: rejestr, szyna, jednostka arytmetyczno-logiczna, pamięć.
Omówienie budowy i działania rejestrów wejścia/wyjścia.
Kod maszynowy i język asembler.
Wprowadzenie pojęcia przerwania i systemu przerwań. Omówienie działania systemu operacyjnego opartego o pętlę sterowaną przerwaniem zegarowym. Obsługa przerwań oraz działanie mikrokontrolera w wielozadaniowym systemie czasu rzeczywistego (priorytety przerwań oraz wywłaszczenia).
Omówienie budowy i działania rzeczywistych mikrokontrolerów na przykładzie klasycznego mikrokontrolera MCS-51 oraz współczesnych układów zgodnych architekturą z rodziną ’51.
Zakres laboratorium
Wprowadzenie do systemu uruchomieniowego i środowiska programistycznego - tworzenie projektów, praca krokowa, zastawianie pułapek (tzw. breakpoint), sposoby uruchamiania programów, symulator, szablony programów. Omówienie działania pierwszego prostego programu.
Zasoby mikrokontrolera i podstawowe struktury programu. Sposoby dostępu do zasobów mikrokontrolera – pamięci adresowanej pośrednio, bezpośrednio oraz bitowo, banków rejestrów roboczych oraz rejestrów funkcji specjalnych (SFR).
Operacje arytmetyczne i logiczne - operacje dodawania, odejmowania, mnożenia i dzielenia. Przekształcanie liczb: z binarnej w dziesiętną i hexadecymalną oraz z zapisu szesnastkowego i dziesiętnego na dwójkowy. Zapis liczb w kodzie uzupełnień do dwóch.
Komunikacja z prostymi urządzeniami wejścia/wyjścia, realizacja pętli programowej oraz instrukcji skoku. Instrukcje warunkowe. Przepisywanie bloku danych.
Stos. Wywoływanie procedur, procedura obsługi przerwania.
Program realizujący miganie diodą elektroluminescencyjną wykorzystujący przerwanie od wbudowanego układu licznikowego.
Oprogramowanie 5-pozycyjnego, 7 segmentowego wyświetlacza LED w trybie multipleksowanym. Zaprogramowana funkcjonalność ma realizować efekt „płynącego tekstu”, dłuższego niż ilość pozycji wyświetlacza.
- Metody oceny:
- Kolokwia, zaliczanie ćwiczeń laboratoryjnych (sprawozdania. kartkówki)
- Egzamin:
- nie
- Literatura:
- R. Pełka, Mikrokontrolery - architektura, programowanie, zastosowanie, WKŁ, Warszawa 1999.
P. Misiurewicz, Podstawy techniki mikroprocesorowej, WNT, 1991.
P. Hadam, Projektowanie systemów mikroprocesorowych, BTC, Warszawa 2006.
W. Daca, Mikrokontrolery od układów 8-bitowych do 32-bitowych, MIKOM, 2000.
T. Starecki, Mikrokontrolery 8051 w praktyce, BTC, Warszawa 2002.
- Witryna www przedmiotu:
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Charakterystyka W01
- Zna podstawowe właściwości oraz zastosowania elektroniki cyfrowej, podstawowe właściwości i zastosowania systemów wbudowanych
Weryfikacja: kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W05
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P6U_W, I.P6S_WG.o
- Charakterystyka W02
- Zna budowę i działanie mikroprocesora, systemu mikroprocesorowego oraz mikrokontrolera, a także podstawowe operacje realizowane przez mikrokontrolery
Weryfikacja: kolokwium, ćwiczenia laboratoryjne
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W05
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P6U_W, I.P6S_WG.o
- Charakterystyka W03
- Ma elementarną wiedzę w zakresie
działania systemów operacyjnych czasu rzeczywistego w systemach elektroniki wbudowanej bazujących na mikrokontrolerach.
Weryfikacja: kolokwium, aktywność
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W05
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P6U_W, I.P6S_WG.o
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Charakterystyka U01
- Potrafi posługiwać się nowoczesnym środowiskiem uruchomieniowym służącym do programowania mikrokontrolerów.
Weryfikacja: kolokwium, aktywność
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U09, K_U19
Powiązane charakterystyki obszarowe:
III.P6S_UW.o, I.P6S_UW.o
- Charakterystyka U02
- Potrafi zaprojektować algorytm działania programu i na jego podstawie umie napisać prosty program dla mikrokontrolera w języku asembler.
Weryfikacja: ocena poszczególnych zadań laboratoryjnych, aktywność
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U09, K_U19
Powiązane charakterystyki obszarowe:
I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Charakterystyka K01
- Student zdobywa doświadczenie i umiejętność pracy w zespole (dwuosobowe grupy) podczas rozwiązywania poszczególnych zadań oraz ich realizacji w postaci programu
Weryfikacja: ocena poszczególnych zadań laboratoryjnych, aktywność
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_K07
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P6U_K