Osnove mikroprocesorske elektronike

Visokošolski učitelji: Jankovec Marko
Sodelavci: Pirc Matija, Ždralo Branko

Opis predmeta

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

• Osnovne digitalne elektronike in programiranja v jeziku C.
• Pogoj za pristop k izpitu so opravljene laboratorijske vaje.

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.




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:

Študent spozna principe, ki omogočajo gradnjo in programiranje manjših mikroprocesorskih sistemov.

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, 2014.
2. Pirc M., Jankovec M., Osnove mikroprocesorske elektronike, navodila za laboratorijske vaje, Ljubljana, 2014.
3. Spletna stran predmeta Osnove mikroprocesorske elektronike: http://lpvo.fe.uni-lj.si/izobrazevanje/1-stopnja-vs/osnove-mikroprocesorske-elektronike-ome/
4. John L. Hennessy and David A. Patterson, Computer Architecture, A quantitative approach, Morgan Kaufmann Publishers Inc., ISBN 1-5586-0596-7, 1990.
5. Dhananjay V. Gadre, Programming and customising the AVR microcontroller, McGraw-Hill, ISBN: 0-0713-4666-X, 2001.
6. Günther Gridling, Bettina Weiss, Introduction to Microcontrollers, 2006.