Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Technika mikroprocesorowa
Koordynator przedmiotu:
Jerzy CHRZĄSZCZ
Status przedmiotu:
Fakultatywny ograniczonego wyboru
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Informatyka
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne
Kod przedmiotu:
TM
Semestr nominalny:
6 / rok ak. 2018/2019
Liczba punktów ECTS:
5
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- udział w wykładach 15 x 2 h = 30 h - udział w zajęciach laboratoryjnych i konsultacjach 7 x 4 h + 2 h = 30 h - przygotowanie i omówienie zajęć laboratoryjnych (projekt, uruchamianie, zaliczanie) 6 x 5 h = 30h - przygotowanie do kolokwiów 4 h + 6 h = 10 h Suma: 30 + 30 + 30 + 10 = 100 h.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- wykład 30 h - zajęcia laboratoryjne i konsultacje 30 h - obrona rozwiązań 6 h Suma: ok. 2,5 ECTS
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- zajęcia laboratoryjne i konsultacje 30 h - przygotowanie i omówienie zajęć laboratoryjnych 30 h Suma: ok. 2,5 ECTS
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium30h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
ECY - Elektronika cyfrowa
Limit liczby studentów:
24
Cel przedmiotu:
Celem wykładu jest prezentacja zasad projektowania i uruchamiania systemów mikroprocesorowych. Omawiana jest organizacja systemu, podstawowe mechanizmy rządzące jego działaniem (współpraca z szyną, dekodowanie adresów, obsługa przerwań) oraz funkcjonalność poszczególnych jego bloków. Przedstawiane są ogólne zasady działania modułów określonego rodzaju (pamięć statyczna i dynamiczna, porty równoległe i szeregowe, układy czasowe, zegar czasu rzeczywistego, przetworniki A/C i C/A) oraz przykładowe implementacje i techniki programowania. Przegląd mikroprocesorów obejmuje proste procesory 8 , 16 i 32 bitowe, w tym procesory specjalizowane i mikrokomputery jednoukładowe. Zagadnienia projektowe są prezentowane z uwzględnieniem zarówno wymagań ćwiczeń laboratoryjnych, jak i uwarunkowań realnego procesu projektowania.
Treści kształcenia:
Treść wykładu Wprowadzenie: cel i program przedmiotu, literatura, rygory, zakres i zasady realizacji ćwiczeń laboratoryjnych. Mikroprocesory - podstawowe pojęcia. Logiczna i fizyczna organizacja systemu; moduły czynne i bierne, szyna. Powtórzenie: cykl rozkazowy procesora, rodzaje instrukcji, tryby adresowania, oznaczenia na diagramach czasowych. Procesor Z80: architektura, model programowy, przestrzenie adresowe, sygnały sterujące, start procesora. Cykle szyny Z80, wydłużanie cykli, system normalnie gotowy i niegotowy. Porównanie procesorów 8-bitowych (Z80, i8085, MC6800) - rejestry, sygnały sterujące, taktowanie, zasilanie. Lista instrukcji Z80. Współpraca procesora z pamięcią: pamięć w systemie mikroprocesorowym - hierarchia, sposób dostępu, technologie. Przegląd pamięci półprzewodnikowych - podział i właściwości użytkowe. Działanie pamięci SRAM i EEPROM - cykle odczytu i zapisu. Łączenie pamięci z szyną Z80; pełne i niepełne dekodowanie adresów. Współpraca procesora z układami we-wy: dołączanie prostych układów we wy do szyny Z80 (styk zwierny, dioda LED); zasady użycia podstawowych elementów SSI (bramka trójstanowa, przerzutnik). Typowe elementy MSI - dekoder, bufor, rejestr, zatrzask. Sterownik we-wy (i8255, Z80-PIO). Zasady obsługi urządzeń we-wy: przeglądanie, przerwania, DMA. Zasady obsługi przerwań, przepływ sterowania, wykorzystanie stosu; gubienie i replikacja przerwań; stałe i rotujące priorytety; łańcuch priorytetowy w układach serii Z80. Obsługa przerwań maskowalnych i niemaskowalnych w Z80. Sterownik przerwań (i8259A). Współpraca procesora z pamięcią dynamiczną. Budowa i działanie pamięci DRAM. Podstawowe tryby pracy - cykle użyteczne i cykle odświeżania. Sterownik DRAM - budowa i działanie; sterowanie matrycą układów DRAM. Kolokwium (1h). Mikrokomputery jednoukładowe serii MSP430 - wprowadzenie: przyczyny i zalety integracji, podstawowe parametry użytkowe. Architektura MSP430 - model programowy, mapa pamięci, lista instrukcji, rejestry. Start procesora, obsługa przerwań, tryby zmniejszonego poboru mocy. Porty. Zależności czasowe w systemach mikroprocesorowych. Programowy i sprzętowy pomiar czasu. Programowalny układ czasowy (i8254, Z80-CTC). Układy czasowe w MSP430. Sterowanie taktowaniem MSP430. Zegar czasu rzeczywistego na przykładzie RTC72421. Transmisja szeregowa: przesyłanie symetryczne i asymetryczne, przykłady interfejsów (RS-232, RS-485), transmisja synchroniczna i asynchroniczna, format ramki. Sterownik transmisji (16C550, Z80-SIO). Transmisja szeregowa w MSP430 ? tryb UART, SPI i I2C. Zarządzanie systemem i współpraca z układami analogowymi: układ monitora DS1232. Watchdog w MSP430. Programowanie wewnętrznej pamięci FLASH. Przetworniki A/C i C/A. Komparator i czujnik temperatury. Wbudowany sterownik DMA. Układ mnożący. Projektowanie i uruchamianie systemów mikroprocesorowych: przebieg i uwarunkowania procesu projektowania; wbudowane wsparcie serwisu, POST, BIST. Narzędzia wspomagające uruchamianie. Przykładowy system mikroprocesorowy. Kolokwium (2h). Procesory 16- i 32-bitowe: rozwój procesorów 8-bitowych na przykładzie rodziny H8. Procesory specjalizowane: przyczyny i przejawy specjalizacji (architektura, jednostki wykonawcze, lista instrukcji, tryby adresowania, interfejsy). Przykłady specjalizacji procesorów sygnałowych i procesorów graficznych. Zakres laboratorium Wprowadzenie: Informacje o przedmiocie - cel, program, literatura, rygory, zakres laboratorium. Mikroprocesory - podstawowe pojęcia, zastosowania. Logiczna i fizyczna organizacja systemu mikroprocesorowego - moduły czynne i bierne, szyna. Powtórzenie: cykl rozkazowy procesora, podstawowe rodzaje instrukcji i trybów adresowania, oznaczenia używane na diagramach czasowych. Architektura i szyna procesora Z80: Architektura Z80 - model programowy, przestrzenie adresowe, lista rozkazów, start procesora, Sygnały sterujące - szyna systemu. Przebiegi na szynie Z80 - odczyt i zapis pamięci / we-wy, pobranie kodu rozkazu (M1), przyjęcie Przerwania, przejęcie szyny; stany WAIT i HOLD. Inne szyny - przykłady cykli MC68K, TMS32010; system normalnie gotowy i niegotowy. Porównanie podstawowych charakterystyk procesorów i8085 i MC6800 z Z80 (model programowy, sygnały dostępu, taktowanie, zasilanie, działanie szyny, system przerwań). Lista instrukcji Z80. Jednostka centralna systemu mikroprocesorowego: współpraca procesora z pamięcią, działanie szyny - stany WAIT, HOLD i HALT. Praca krokowa. Obsługa prostych układów wejścia/wyjścia: dekodowanie adresów, podłączanie przycisków i diod LED, aktywne oczekiwanie i przerwania. Współpraca z układami zewnętrznymi (przyciski, wyświetlacze 7-segmentowe) poprzez wbudowane porty mikrokontrolera, użycie przerwań. Generowanie i pomiar odcinków czasu: wyświetlanie dynamiczne, obsługa klawiatury matrycowej, wykorzystanie systemu przerwań. Transmisja szeregowa: łącze RS-232, wbudowany sterownik transmisji, obsługa transmisji z wykorzystaniem przerwań, buforowanie danych. Zarządzanie systemem: wykorzystanie układu watchdog, rozpoznawanie kontekstu restartu, programowanie wbudowanej pamięci FLASH, użycie wyświetlacza LCD oraz przetworników A/C i/lub C/A. Ćwiczenia laboratoryjne są wykonywane w zespołach dwuosobowych i mają charakter prostych projektów realizowanych z wykorzystaniem środowiska dydaktycznego SML-3 opracowanego w Instytucie Informatyki. Zespół otrzymuje zadanie problemowe, w razie potrzeby konsultuje z prowadzącym dodatkowe założenia i koncepcję realizacji, a następnie projektuje, montuje i uruchamia opracowany system mikroprocesorowy. Zakończenie ćwiczenia polega na prezentacji systemu działającego pod kontrolą programu sterującego oraz omówieniu zastosowanych rozwiązań sprzętowych i programowych. W ćwiczeniach 1-2 jest używany mikroprocesor Z80 emulowany w układzie FPGA, zaś w ćwiczeniach 3-6 jest używany mikrokontroler MSP430F1611.
Metody oceny:
Wykład jest zaliczany na podstawie wyników dwóch kolokwiów (w sumie 70 punktów). Każde z 6 ćwiczeń laboratoryjnych jest zaliczane oddzielnie, a każdy z uczestników otrzymuje indywidualną ocenę (0-5 punktów). Łączny wynik (0-100 punktów) jest przeliczany na ocenę końcową (0-5) zgodnie ze standardową skalą.
Egzamin:
nie
Literatura:
1. J. Chrząszcz - Technika Mikroprocesorowa, preskrypt, IIPW 2010 (PDF). 2. G. Mazur, M. Pawłowski - System SML3, dokumentacja techniczna, IIPW 2005 (PDF). 3. MSP430x1xx Family User's Guide - SLAU046F - Texas Instruments 2006. 4. P. Hadam - Projektowanie systemów mikroprocesorowych, btc 2004.
Witryna www przedmiotu:
https://usosweb.usos.pw.edu.pl/kontroler.php?_action=katalog2/przedmioty/pokazPrzedmiot&prz_kod=103B-INIIT-ISP-TM
Uwagi:
Ćwiczenia laboratoryjne są wykonywane w zespołach dwuosobowych i mają charakter prostych projektów realizowanych z wykorzystaniem środowiska dydaktycznego SML-3. Zespół otrzymuje zadanie problemowe, w razie potrzeby konsultuje z prowadzącym dodatkowe założenia i koncepcję rozwiązania, a następnie projektuje, montuje i uruchamia opracowany system mikroprocesorowy. Zaliczenie ćwiczenia polega na zaprezentowaniu systemu działającego pod kontrolą programu sterującego oraz przedyskutowaniu zastosowanych rozwiązań sprzętowych i programowych. W ćwiczeniach 1-2 jest używany mikroprocesor Z80 emulowany w układzie FPGA, zaś w ćwiczeniach 3-6 jest używany mikrokontroler MSP430. Językiem programowania używanym w ćwiczeniach 2-3 jest asembler, a w ćwiczeniach 4-6 - język C. Przed rozpoczęciem ćwiczeń są organizowane zajęcia wstępne poświęcone prezentacji platformy SML-3 i oprogramowania wykorzystywanego podczas semestru.

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka TM_W01
posiada podstawową wiedzę na temat typowych elementów składowych systemu mikroprocesorowego
Weryfikacja: kolokwia
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W08
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka TM_W02
posiada podstawową wiedzę na temat działania szyny systemu mikroprocesorowego
Weryfikacja: kolokwia
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W14
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG, III.P6S_WG.o
Charakterystyka TM_W03
posiada podstawową wiedzę na temat zasad obsługi urządzeń we/wy
Weryfikacja: kolokwia
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W19
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka TM_W04
posiada podstawową wiedzę na temat zarządzania poborem energii w systemie mikroprocesorowym
Weryfikacja: kolokwia
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W04
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WK

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka TM_U01
potrafi dekodować cykle dostępu na szynie systemu
Weryfikacja: omówienie wyników zajęć laboratoryjnych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U18
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.4.o
Charakterystyka TM_U02
potrafi obsługiwać urządzenia we/wy z użyciem przerwań
Weryfikacja: omówienie wyników zajęć laboratoryjnych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U15
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.3.o, III.P6S_UW.4.o
Charakterystyka TM_U03
potrafi projektować i uruchamiać proste systemy mikroprocesorowe
Weryfikacja: omówienie wyników zajęć laboratoryjnych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U19
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.3.o