Osnove mikroprocesorske elektronike

Visokošolski učitelji: Jankovec Marko
Sodelavci: Pirc Matija, Ždralo Branko
Število kreditnih točk: 5
Semester izvajanja: poletni
Koda predmeta: 64626



Opis predmeta

Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti:

  • Vpis v letnik.

Vsebina:

  • Uvod in pregled zgodovine razvoja in trenutno stanje tehnologije mikroprocesorjev. Osnovni gradniki digitalnih sistemov. Tehnologije in lastnosti pomnilnikov.
  • Arhitekture mikroprocesorjev. Zgradba in arhitektura jedra. Nabori inštrukcij. Elementi mikroprocesorskih sistemov.
  • Pregled in arhitektura mikrokrmilnikov Atmel AVR. Pregled razvojnih orodij. Organizacija registrov, pomnilnika, nabor inštrukcij in načini naslavljanja.
  • Sistemi kontrole delovanja mikrokrmilnikov, nadzor napajalne napetosti. Načini generiranja sistemske ure. Načini programiranja in razhroščevanja, načrtovanje in realizacija mikroprocesorskega vezja.
  • Periferne enote malih mikrokrmilnikov.
  • Tipične elektronska zgradbe digitalnih I/O linij, I/O registri. Časovniki in števci z razširjenimi funkcijami: CCP, ICP, PWM. analogni primerjalnik in referenca, A/D pretvornik.
  • Prekinitve in servisiranje prekinitev.
  • Upravljanje s porabo.
  • Prenosi podatkov: vzporedni in zaporedni prenos, takt in sinhronizacija. Asinhroni in sinhroni prenosi. Električne lastnosti komunikacij, potek signalov pri sprejemu in oddaji, kabli in priključki. Elektronska vezja za podporo komunikaciji. Standardne serijske komunikacije.

Predmet razvija sposobnosti za razumevanje uporabe mikrokrmilnikov v elektronskih sistemih. Razvija tudi sposobnost integracije mikrokrmilnikov z različnimi perifernimi enotami in nudi potrebne izkušnje za programiranje in odpravljanje napak pri delu s periferijo v različnih aplikacijah. Poudarek je na praktični uporabi mikrokrmilnikov v ciljnih aplikacijah, kjer se še posebej osredotočimo na lastnosti, načini uporabe in priključitev perifernih enot s stališča elektronike.Vsebina predmeta OME se v tretjem letniku nadgradi pri predmetu Vgrajeni sistemi

Uradna stran predmeta.

Predstavitev predmeta


Podrobnejša vsebina predavanj:

  • Uvod in stanje tehnologije.
  • Zasnova mikroprocesorskega sistema in načini realizacije.
  • Načrtovanje: definiranje specifikacij, izbira mikroprocesorja in periferije.
  • Arhitektura malih mikroprocesorjev. Zgradba in arhitektura jedra.
  • Periferne enote malih mikrokontrolerjev.
  • Registri portov in elektronska zgradba digitalnih I/O portov.
  • Časovniki in števci s CCP, PWM.
  • Analogna vezja: komparator in referenca, A/D pretvornik.
  • Nadzorna vezja in nadzor napajalne napetosti.Prekinitve in servisiranje prekinitev.
  • Proženje, detektiranje in servisiranje zunanjih prekinitev.
  • Prenosi podatkov: paralelni in serijski prenos, takt in sinhronizacija. Asinhroni in sinhroni prenosi.
  • Električne lastnosti komunikacij, potek signalov pri sprejemu in oddaji, kabli in konektorji.
  • Elektronska vezja za podporo komunikaciji.
  • Načrtovanje in realizacija mikroprocesorskega vezja. Strategije načrtovanja tiskanih vezij za mikroprocesorske sisteme.
  • Testiranje sistema: električno in programsko testiranje. Mehanizmi, odkrivanje in analiza napak. Sestava testov in funkcionalno testiranje.

Laboratorijske vaje potekajo v Laboratoriju za aplikativno elektroniko, kjer je 16 sodobno opremljenih delovnih mest za individualno delo na mikrokrmilniških razvojnih sistemih. Laboratorijske vaje so razdeljene na 10 sklopov, v okviru katerih študent zgradi mikrokrmilniški sistem od spodaj navzgor. Pri vsaki vaji spozna in uporabi en del periferije mikrokrmilnika in tako postopoma gradi mikrokrmilniški sistem s ciljem končne aplikacije - preprostega sistema za zajemanje analognih signalov s prenosom na PC prek USB vodila. Študentom nudim možnost, da v okviru prve laboratorijske vaje zgradi lasten mikrokrmilniški razvojni komplet za domačo uporabo, ki ga sicer uporabljamo na laboratorijskih vajah.
razvojni sistem



Preverjanje znanja bo v obliki dodatne laboratorijske vaje, kjer študent predstavi sistem, ki ga je zgradil v okviru laboratorijskih vaj in v obliki pogovora preverimo njegovo poznavanje predstavljenega projekta in snovi s predavanj. Študent lahko sistem nadgradi z dodatno funkcionalnostjo in tako kandidira za najvišjo oceno.

Cilji in kompetence:

Predmet razvija sposobnosti za razumevanje uporabe mikroprocesorja v elektronskih sistemih. Razvija tudi sposobnost integracije mikroprocesorja z različnimi perifernimi enotami in nudi potrebne izkušnje za programiranje in odpravljanje napak pri delu s periferijo v različnih aplikacijah.

Predvideni študijski rezultati:

Ob uspešno zaključenih študijskih obveznosti pri tem predmetu naj bi študentje bili sposobni

  • primerjati tehnologije integriranih vezij in pomnilnikov iz različnih vidikov.
  • oceniti primernost in izbrati ustrezno arhitekturo mikrokrmilnika.
  • analizirati preprosto strojno kodo mikrokrmilnika.
  • predstaviti zgradbo, lastnosti in delovanje mikroprocesorskega jedra Atmel AVR in periferije.
  • analizirati delovanje in prepoznati pomen posameznih registrov neke periferne enote na podlagi podatkovnega lista mikrokrmilnika Atmel AVR.
  • identificirati možne težave, ki lahko nastanejo zaradi nepoznavanja detajlov delovanja periferije in jih ustrezno rešiti.
  • uporabiti prekinitve za rešitev določenega problema.
  • napisati delujočo kodo v jeziku c za dosego želenega delovanja neke periferne enote mikrokrmilnika Atmel AVR.

ustrezno strukturirati kodo v programskem jeziku c za dosego nizke odvisnosti med moduli, preglednosti in dobre izmenljivosti med različnimi družinami mikrokrmilnikov.

Metode poučevanja in učenja:

  • Predavanja,
  • laboratorijske vaje,
  • projektno delo,
  • predstavitev naloge.





Gradiva

Temeljni literatura in viri:

  1. Jankovec M., Osnove mikroprocesorske elektronike, zapiski in slikovno gradivo predavanj, Ljubljana, 2016.
  2. Pirc M., Jankovec M., Osnove mikroprocesorske elektronike, navodila za laboratorijske vaje, Ljubljana, 2016.
  3. John L. Hennessy and David A. Patterson, Computer Architecture, A quantitative approach, Morgan Kaufmann Publishers Inc., ISBN 978-0-12-370490-0, 2006.
  4. Dhananjay V. Gadre, Programming and customising the AVR microcontroller, McGraw-Hill, ISBN: 0-0713-4666-X, 2001.
  5. Günther Gridling, Bettina Weiss, Introduction to Microcontrollers, 2006.



Študiji na katerih se predmet izvaja

  • 2 letnik - 1. stopnja - Aplikativna elektrotehnika - Elektronika
  • 2 letnik - 1. stopnja - Aplikativna elektrotehnika - Energetska tehnika in avtomatizacija postrojev (ETAP)
  • 2 letnik - 1. stopnja - Aplikativna elektrotehnika - Informacijsko komunikacijske tehnologije
  • 2 letnik - 1. stopnja - Aplikativna elektrotehnika - Tehniška kakovost
  • 2 letnik - 1. stopnja - Aplikativna elektrotehnika - Avtomatika