Mikroračunalniški sistemi

Visokošolski učitelji: Munih Marko
Sodelavci: Podobnik Janez

Opis predmeta

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

• Vpis v letnik študija.
• Programiranje I, II.

Vsebina:

• Osnovna zasnova mikroračunalniških sistemov – osnovni principi delovanja,
• Predstavitev delovanja CPE (arhitektura, funkcije enot, cevovod, MMU),
• Programiranje v zbirnem jeziku in jeziku C,
• Zunanje in notranje prekinitve (vektorska tabela, sklad, negnezdeni, gnezdeni prekinitveni program, prioritete),
• Izvajanje v realnem času (uporaba časovnikov, čuvaj časa),
• Priključevanje periferije na paralelna in serijska vrata (sinhrono in asinhrono),
• Tipi pomnilnikov in povezovanje,
• Prenašanje podatkov s pomočjo neposrednega dostopa (DMA),
• Razvojni pristopi, debuging (razhroščevanje), testna orodja in tehnike,
• Specifičnosti Digitalnih signalnih procesorjev
• Dodatne informacije na spletni strani Katedre ze merjenja in robotiko

Cilji in kompetence:

• Spoznati teoretične osnove zgradbe vgrajenih sistemov.
• Uporaba razvojnega sistema preko zbirnika in jezika C.
• Nadgrajevanje znanj iz Programiranje I, II v funkcionalen vgrajeni sistem.
• Samostojnost pri uporabi vgrajenih sistemov, prekinitev, časovnikov, čuvaja časa.

Predvideni študijski rezultati:

Razumevanje zgradbe in osnovnega načrtovanja vgrajenih sistemov. Znanje programiranja v zbirniku in višjenivojskem jeziku. Razhroščevanje vezij in programov.

Metode poučevanja in učenja:

Predavanja v raznih oblikah, navodila za laboratorijske vaje, individualno laboratorijsko delo. Vsak študent uporablja lasten zmogljiv razvojni sistem, sicer cenovnega razreda enega učbenika. Praktične vaje v obliki, ki omogoča nadaljnjo poglobljeno individualno delo. Za specifična področja so vabljeni predavatelji iz mednarodno priznane slovenske industrije na tem področju.

Laboratorijske vaje

Namen laboratorijskih vaj je študentom podati znanja in praktične veščine za razvoj strojne in programske opreme mikrokrmilniških sistemov. Laboratorijske vaje se prično z izdelavo mikrokrmilniškega modula. Modul je zasnovan na osnovi 32-bitnega mikrokrmilnika LPC2138 z jedrom ARM7 proizvajalca NXP. Sledijo praktični primeri razvoja programov za naloge, ki so tipične pri vgrajenih sistemih. Po izdelavi je mikroračunalniški modul last študentov. Z njim delajo pri vajah na fakulteti in doma.

Slika 1: Mikroračunalniški modul z mikrokrmilnimom LPC2138: samostojna enota

Vaje potekajo po načrtu:

1. Izdelava mikrokrmilniškega modula

- Tiskano vezje in vezje mikrokrmilnika LPC213 8 sta zagotovljena, nabava ostalih komponent.
- Spajkanje SMD komponent .
- Testni preizkus delovanja.

Slika 2: Spajkalna postaja za popravljanje napak pri spajkanju

2. Osnove dela z mikrokrmilnikom in programskim razvojnim orodjem

3. Delo z digitalnimi vhodi in izhodi – osnove programiranja v programskem jeziku C

4. Delo z digitalnimi vhodi in izhodi – osnove programiranja v zbirniku

5. Krmiljenje LCD prikazovalnika – razvoj gonilnika

6. Uporaba notranjega A/D pretvornika za zajem analogne napetosti

7. Uporaba prekinitev za odziv na nepredvidene dogodke

8. Prenos podatkov med mikrokrmilnikom in osebnim računalnikom po serijskem vodilu

9. Krmiljenje enosmernega motorja

Slika 3: Mikrokrminlniški modul ŠARM povezan z močnostnim modulom z enosmernim motorjem

Slika 4: Delovno okolje pri laboratorijskih vajah vključuje razvojno programsko okolje WinIdea, JTAG vmesnik, mikrokrmilniški modul, močnostni modul z motorjem, napajalnik in osciloskop

Gradiva

Temeljni literatura in viri:

1. Tammy Noergaard, Embeded Systems Arhitecture - A Comprehensive Guide for Engineers and Programmers, CreateSpace , 0-123-82196-7.
2. Jonathan W. Valvano, Real-Time Interfacing to Arm® Cortex(TM)-M Microcontrollers, CreateSpace, 2011, ISBN ISBN-10: 1-463-59015-6.
3. Steve Furber, ARM System-On-Chip Arhitecture, Addison Wesley, 2000, ISBN 0-201-67519-6.
4. ARM mikrokrmilnik, zbrano študijsko gradivo, 2014, PDF datoteke na spletni strani predmeta.