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. 2020/2021
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: I.P6S_UW.o, III.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