Specjalność studiów I i II stopnia
Oferta dydaktyczna IAiR

Technika mikroprocesorowa

Cel

Umiejętność formułowania wymagań i specyfikacji technicznych dotyczących projektowania systemów mikroprocesorowych. Umiejętność projektowania i programowania systemów mechatronicznych opartych na mikrokontrolerach.

Opis

Podstawowe pojęcia. Architektura układów mikroprocesorowych. Systemy wspomagające tworzenie i sprawdzanie oprogramowania. Realizacja zadań w czasie rzeczywistym. Kanały komunikacyjne w systemach mikroprocesorowych. Integracja mikroprocesorów ze środowiskiem analogowym. Zarządzanie pracą mikrokontrolera. Systemy wbudowane. Architektury wieloprocesorowe. Programowanie zadań współbieżnych. Projektowanie oprogramowania czasu rzeczywistego.

Wymagania

Podstawowe wiadomości z zakresu: elektroniki i miernictwa, podstaw sterowania, architektury komputerów, przetwarzania sygnałów, systemów operacyjnych oraz inżynierii oprogramowania.

Bibliografia

  1. B.Heimann, W.Gerth, K. Popp „Mechatronika. Komponenty, metody, przykłady.“ PWN Warszawa 2001
  2. Piotr Gałka, Paweł Gałka „Podstawy programowania mikrokontrolera 8051” Wyd. MIKOM 2002
  3. J.M. Sibigtroth „Zrozumieć małe mikrokontrolery” BTC 2006
  4. Ryszard Pełka „Mikrokontrolery, architektura, programowanie, zastosowania.” WKŁ 1999
  5. T. Starecki „Mikrokontrolery 8051 w praktyce.” BTC 2002
  6. M. Ben-Ari, „Podstawy programowania współbieżnego i rozproszonego.” Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1996.
  7. Z. Weiss, T. Gruźlewski, „Programowanie współbieżne i rozproszone w przykładach i zadaniach.” Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1993.
  8. Jedrzej Ułasiewicz, „Systemy czasu rzeczywistego QNX6 Neutrino.” BTC 2008.

Metody oceny

Wykład - Na podstawie dwóch kolokwiów.
Laboratorium - Na podstawie punktów zdobytych na ćwiczeniach.
Projektowanie - Na podstawie punktów zdobytych za projekt.

Szczegółowy rozkład zajęć

Nr Temat Opis Wymiar
1 Podstawowe pojęcia. Mikroprocesor, mikrokontroler, system mikroprocesorowy a system mechatroniczny. Budowa, opis i charakterystyka systemów mikroprocesorowych. Wybrane przykłady zastosowań systemów mikroprocesorowych w urządzeniach mechatronicznych. W 1
2 Architektura układów mikroprocesorowych. Podstawowe elementy architektury układów mikroprocesorowych. Przykłady architektur wybranych mikroprocesorów 8, 16 i 32 bitowych. Zasoby mikrokontrolerów. Linie wejść/wyjść. Liczniki. Komunikacja z otoczeniem. Przetwarzanie i generowanie sygnałów. Dobór częstotliwości taktowania rdzenia mikrokontrolera Tryby pracy z ograniczonym poborem energii. Zdalne uruchamianie programu. W 2
3 Systemy wspomagające tworzenie i sprawdzanie oprogramowania. Struktura programu w języku niskopoziomowym. Dyrektywy kompilatora. Asemblery skrośne. Implementacja oprogramowania w układzie docelowym. Symulatory i emulatory systemów mikroprocesorowych. W 1
4 Realizacja zadań w czasie rzeczywistym Przerwanie. System przerwań. Obsługa przerwań zewnętrznych i wewnętrznych. Wektor przerwań. Priorytety przerwań. Rozpoznawanie źródła przerwania. Zasady poprawnego konstruowania programów obsługi zdarzeń w czasie rzeczywistym. W 1
5 Kanały komunikacyjne w systemach mikroprocesorowych. Komunikacja mikroprocesora z otoczeniem. Realizacja transmisji równoległej i szeregowej. Sterowniki transmisji szeregowej. Przykłady wbudowanych interfejsów komunikacyjnych. W 1
6 Integracja mikroprocesorów ze środowiskiem analogowym. Przetwarzanie analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe. Wbudowane przetworniki analogowe typu: sigma - delta, kompensacyjne i z przetwarzaniem pośrednim. Tryby pracy przetworników A/C. Dobór parametrów przetwarzania. Transmisja danych pomiarowych do komputera PC. Wykorzystanie układów modulacji szerokości impulsu (PWM). Dobór parametrów układu modulacji PWM. Przykłady wykorzystania układów PWM w systemach mikroprocesorowych. W 2
7 Systemy wbudowane Pojęcie systemu wbudowanego (ang. embedded system). Podstawowe cechy wyróżniające systemy wbudowane na tle innych systemów komputerowych. Wybrane przykłady zastosowań systemów wbudowanych. W 2
8 Architektury wieloprocesorowe. Architektura wieloprocesorowa: ściśle sprzężona, luźno sprzężona, mieszana. Systemy operacyjne współbieżne. W 1
9 Programowanie zadań współbieżnych. Podstawowe definicje: program, proces, wątek, zdarzenie, rodzaje procesów, stany procesu. Podstawowe cele programowania współbieżnego i rozproszonego. Klasyczne problemy synchronizacji i komunikacji: wzajemne wykluczanie, producenci i konsumenci, czytelnicy i pisarze, pięciu filozofów. Mechanizmy synchronizacji procesów. Poprawność programów współbieżnych i jej weryfikacja: przeplot, własność bezpieczeństwa, własność żywotności i inne pożądane własności programów współbieżnych. Notacje do opisu współbieżności. W 2
10 Projektowanie oprogramowania czasu rzeczywistego. Podstawowe definicje. Specyfika aplikacji czasu rzeczywistego. Wymagania dla systemów operacyjnych czasu rzeczywistego. System czasu rzeczywistego jako system bodziec - reakcja. Podział bodźców. Uniwersalny model systemu czasu rzeczywistego. Model maszyny stanowej - przykłady. Komponenty modułu wykonawczego: zegar czasu rzeczywistego, obsługa przerwań, moduł szeregujący, menadżer zasobów, dyspozytor. Poziomy priorytetów procesów. Zarządzanie procesami. Strategie szeregowania procesów. Przykłady mikroprocesorowych systemów czasu rzeczywistego: systemy monitorowania i sterowania, systemy gromadzenia danych (cykliczny bufor do gromadzenia danych). W 2
1 Środowisko wspomagające programowanie układów mikroprocesorowych. Edycja i kompilacja programu. Błędy kompilacji. Zasady testowania oprogramowania. Implementacja oprogramowania w układzie docelowym. L 1
2 System przerwań. Obsługa przerwań od przycisków i liczników. L 2
3 Realizacja transmisji szeregowej. Dobór parametrów transmisji. Realizacja dwukierunkowej komunikacji z komputerem PC. L 2
4 Przetwarzanie analogowo - cyfrowe. Dobór parametrów przetwarzania. Odczyt wewnętrznego i zewnętrznego czujnika temperatury. Odczyt pozycji potencjometru. L 2
5 Wykorzystanie układów modulacji szerokości impulsu (PWM). Dobór parametrów układu modulacji PWM. Sterowanie prędkością obrotową silnika prądu stałego. L 2
1 Pozycjoner nadążny / Regulator temperatury. Zmiana kierunku ruchu i regulacja prędkości ruchu silnika skokowego na podstawie stanu przycisków i położenia potencjometru. Sygnalizacja prędkości i kierunku ruch za pomocą diod. Regulacja temperatury poprzez sterowanie prędkością ruchu wiatraka na podstawie wartości temperatury i stanu przycisków. Transmisja danych temperaturowych do komputera PC. Zdalne uruchamianie programu. P 6
Instytut Automatyki i Robotyki
Politechnika Warszawska