Раздел 1 УМК
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
УТВЕРЖДАЮ: Декан факультета информационных систем и технологий _______________________ В. «__»______________2007г. |
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
дисциплины Микропроцессорные системы
по специальности Информатика и вычислительная техника
факультета информационных систем и технологий, кафедра ВТ
Форма обучения очная Блок дисциплин СД
Всего учебных занятий, в том числе: аудиторных, из них: лекций лабораторных практических (семинарских) самостоятельных | 187 92 46 46 - 95 | |||
Отчетность Курсовой проект (работа) Зачет Экзамен | _9_семестр ___семестр _9_семестр | |||
Ульяновск - 2007
Рабочая программа составлена на основании ГОС ВПО и учебного плана УлГТУ специальности Информатика и вычислительная техника
на кафедре Вычислительная техника
факультета информационных систем и технологий.
Составитель рабочей программы
профессор кафедры ВТ, д. т.н.
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры Вычислительная техника
Протокол заседания № ___от «__»___________2007 г.
Заведующий кафедрой
«___»________2007г.
Согласовано с научно-методической комиссией факультета ФИСТ
(к которому относится кафедра-составитель)
Председатель научно-методической комиссии
«___»________2007г. _________________ ___________________
(подпись) ()
Выписка из ГОС ВПО по направлению подготовки дипломированного специалиста – Информатика и вычислительная техника:
ОСД. Ф.07 | Микропроцессорные системы: | 170 |
Классификация, краткая характеристика возможностей и применений микропроцессорных средств; архитектура микропроцессорной системы (МПС); организация подсистем обработки, управления, памяти и ввода-вывода; основные задачи проектирования МПС; однокристальные микро-ЭВМ и контроллеры, организация и особенности проектирования систем на их основе; краткий обзор состояния и перспективных проектов МПС; мультимикропроцессорные системы, основные конфигурации, области их использования; транспъютерные системы; средства разработки и отладки МПС. |
1. Цели и задачи учебной дисциплины, ее место в учебном процессе
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
Учебный курс «Микропроцессорные системы» преследует три основные цели: а) изучение студентами базовых архитектур микропроцессорных систем (МПС), микропроцессоров (МК) и микроконтроллеров (МК); б) ознакомление студентов с методами организации сбора и обработки информации в системах контроля и управления; в) изучение студентами средств и технологий автоматизированного проектирования МПС.
Основные задачи, решаемые в рамках программы курса, состоят в том, чтобы научить студентов проектировать простейшие микропроцессорные устройства в части разработки структурно-функциональных схем и программного обеспечения, а также применять базовые проектные решения при создании МПС любой сложности.
1.2. Краткая характеристика дисциплины, ее место в учебном процессе
Курс "Микропроцессорные системы" рассматривает архитектуру, аппаратные и программные средства встроенных систем, а также методы обработки данных, широко распространенные в системах контроля и управления. Эта дисциплина интегрирует широкий спектр знаний с целью обеспечить комплексность проектного процесса в ходе дипломного проектирования по тематике встроенных систем, а также успешный выход выпускников на рынок труда в секторе проектирования систем контроля и управления.
1.3. Связь с предшествующими дисциплинами
Программа учебного курса опирается на ранее полученные студентами знания по следующим дисциплинам: «Программирование на языках высокого уровня», «Дискретная математика», «Моделирование», «Схемотехника», «Организация ЭВМ и систем», «Машинно-ориентированное программирование», «Операционные системы».
1.4. Связь с последующими дисциплинами
Данная дисциплина преподается в последнем семестре, где преподается также дисциплина «Автоматизация проектирования», активно использующая МПС как важнейший объект проектирования.
2. Требования к уровню освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать: базовые архитектурные решения МПС, структурную и функциональную организацию микропроцессоров и микроконтроллеров, функциональные возможности систем автоматизации проектирования МПС.
уметь: проектировать структурно-функциональные схемы МПС, программировать базовые задачи обработки данных на языке Си и ассемблерах МП с архитектурой x86 и микроконтроллеров семейств ATMega, PIC.
3. Распределение учебных занятий по семестрам
и тематический план дисциплины
3.1. Распределение видов и часов занятий по семестрам
Вид занятий | Количество часов в семестр | Всего | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
Лекции Лабораторные работы Практические занятия Самостоятельная работа, в т. ч. - экзамен (9 сем.) - зачет (сем.) Итого | 46 46 - 95 30 - 15 - 187 | 46 46 - 95 30 - 15 - 187 |
3.2. Тематический план изучения дисциплины
№ | Тема | Аудит. занятия | Са-мост. | Всего | ||
Лек | Лаб | Всего | ||||
1 | Архитектура МПС, МП и МК | 14 | 0 | 14 | 16 | 30 |
2 | Программирование МП и МК | 16 | 24 | 40 | 22 | 62 |
3 | Алгоритмы обработки данных в МПС | 10 | 20 | 30 | 32 | 62 |
4 | Автоматизация проектирования МПС | 6 | 2 | 8 | 25 | 33 |
Итого часов | 46 | 46 | 92 | 95 | 187 |
4. Содержание дисциплины
4.1. Теоретический курс
Раздел, тема учебной дисциплины, содержание темы | Номер лекции | Колич. часов | |
лекции | СРС | ||
Раздел 1. Архитектура МПС, МП и МК | 1-7 | 14 | 8 |
Тема 1.1. Общая организация МПС, примеры МПС. Базовые определения. Типы архитектур МПС. Примеры МПС из различных сфер: технологическое управление, медицинская диагностика, коммуникационные системы, информационно-измерительные системы. | 1 | 2 | 2 |
Тема 1.2. Архитектура однокристальных МП Архитектура первого широко распространенного МП – Intel 8080 в сравнении с последующими архитектурами Intel IA16 и IA32. Архитектура МП фирм Zilog и Motorola. | 2-3 | 4 | 2 |
Тема 1.3. Разрядно-модульные МПК и их применение в МПС Процессорные секции и построение операционных устройств на их основе. БМПУ и основы микропрограммирования. | 4-5 | 4 | 2 |
Тема 1.4. Микроконтроллеры и основы их применения Архитектура современных микроконтроллеров фирм Intel, Motorola, Atmel, Microchip. Базовые схемотехнические решения микроконтроллерных устройств. | 6-7 | 4 | 2 |
Раздел 2. Программирование МП и МК | 8-15 | 16 | 8 |
Тема 2.1. Программирование задач логической обработки и управления Обработка бит-векторов, реализация булевых функций и неоднородных функций многозначной логики. Реализация управляющих автоматов и автоматное программирование | 8-9 | 4 | 2 |
Тема 2.2. Программирование задач арифметической Обработка данных повышенной разрядности. Реализация признака переполнения в МП/МК, где его нет. Обработка десятичных данных. Реализация функциональных зависимостей. | 10-11 | 4 | 2 |
Тема 2.3. Программирование управляющих структур и обработка структурированных данных Программирование ветвлений и циклов. Организация подпрограмм. Обработка массивов и записей. Реализация адресной арифметики. | 12-13 | 4 | 2 |
Тема 2.4. Программирование ввода-вывода Базовые манипуляции с портами. Организация прерываний. Реализация прямого доступа к памяти. | 14-15 | 4 | 2 |
Раздел 3. Алгоритмы обработки данных в системах контроля и управления | 16-20 | 10 | 8 |
Тема 3.1. Алгоритмы первичной обработки данных Обработка данных, вводимых с АЦП: усреднение, фильтрация, масштабирование, линеаризация. Контроль передаваемых данных. Концентрация данных. Реализация протоколов передачи данных. | 16 | 2 | 2 |
Тема 3.2. Алгоритмы цифрового регулирования Пропорциональное регулирование, регулирование по интегралу, регулирование по производной. Аналоговые и цифровые ПИД-регуляторы. | 17-18 | 4 | 2 |
Тема 3.3. Алгоритмы цифровой обработки сигналов Фильтрация. БПФ. Сжатие информации. | 19 | 2 | 2 |
Тема 3.4 Алгоритмы ОС РВ Диспетчеризация процессов: очереди задач, расписания. Решение проблем жесткого реального времени. | 20 | 2 | 2 |
Раздел 4. Инструментальные средства автоматизации | 21-23 | 6 | 4 |
Тема 4.1. Кросс-средства программирования Кросс-компиляторы. Дизассемблеры. | 21 | 2 | 2 |
Тема 4.2. Симуляторы, внутрисхемные эмуляторы, оценочные платы Программные модели МП, МК и периферийных БИС. Внутрисхемные эмуляторы. Обзор оценочных плат фирм Atmel, Intel, Micrichip, Motorola. | 22-23 | 4 | 2 |
4.2. Практические (семинарские) занятия
Учебным планом не предусмотрены.
4.3. Лабораторные занятия
Номер лаб. работы | Наименование лабораторной | Номер раздела, | Формы | Объем в часах | |
Ауди-торных | СРС | ||||
1 | Изучение основ работы в среде симулятора и программирование логической обработки данных | Темы 2.1,4.2. | отчет через 2 недели | 16 | 8 |
2 | Программирование арифметической обработки данных | Темы 2.2,2.3,3.1 | отчет через 2 недели | 16 | 6 |
3 | Программирование цифрового регулятора | Темы 2.2, 2.3, 4.1, 3.1-3.3 | отчет через 2 недели | 14 | 8 |
4.4. Курсовой проект
Целью курсового проекта является закрепление знаний студентов, полученных ими в лекционном курсе и при выполнении лабораторных работ.
4.4.1. Общий порядок решения задач курсового проекта:
1) ознакомление с заданием и выбор темы курсового проекта;
2) поиск и изучение информации о состоянии предметной области и рынка систем и объектов управления с аналогами и прототипами;
3) анализ собранной информации с целью дальнейшего выбора наиболее рациональных и обоснованных проектных решений;
4) разработка документа «Техническое задание» и согласование его с руководителем курсового проекта;
5) разработка структурной схемы микропроцессорной системы;
6) разработка алгоритма функционирования МПС;
7) разработка функциональной схемы МПС;
8) разработка и отладка программного обеспечения.
4.4.2. Содержание пояснительной записки:
- титульный лист с наименованием темы; содержание; перечень условных обозначений, единиц и терминов; постановка задачи на разработку МПС; разработка структурно-функциональной схемы и алгоритмов функционирования; разработка принципиальных схем; разработка и отладка программ; заключение; список использованных источников; приложения
4.4.3. Варианты заданий:
Код | Тема | МПК |
D1-AVR | Система управления электронными весами | AVR |
D1-PIC | Система управления электронными весами | PIC16*** |
D2-AVR | Электронный частотомер-авометр | AVR |
D2-PIC | Электронный частотомер-авометр | PIC16*** |
D3-AVR | Система управления бытовым кондиционером | AVR |
D3-PIC | Система управления бытовым кондиционером | PIC16*** |
D4-AVR | Электронный пистолет и имитатор целей для него | AVR |
D4-PIC | Электронный пистолет и имитатор целей для него | PIC16*** |
D5-AVR | Система управления экологическим микроклиматом аквариума | AVR |
D5-PIC | Система управления экологическим микроклиматом аквариума | PIC16*** |
D7-AVR | Гаражная дверь с дистанционным управлением | AVR |
D7-PIC | Гаражная дверь с дистанционным управлением | PIC16*** |
D8-AVR | Домофон с программируемым кодом вызова квартиры и жильца | AVR |
D8-PIC | Домофон с программируемым кодом вызова квартиры и жильца | PIC16*** |
D9-AVR | Система контроля электрической сети квартиры и энергосбережения | AVR |
D9-PIC | Система контроля за управления электрической сетью квартиры и энергосбережения | PIC16*** |
D10-AVR | Система мониторинга и регулирования температуры в лабораториях кафедры ВТ | AVR |
D10-PIC | Система мониторинга и регулирования температуры в лабораториях кафедры ВТ | PIC16*** |
D11-AVR | Система управления светотехникой дискотеки | AVR |
D11-PIC | Система управления светотехникой дискотеки | PIC16*** |
D12-AVR | Устройство регулирования скорости вращения двигателя | AVR |
D12-PIC | Устройство регулирования скорости вращения двигателя | PIC16*** |
D13-AVR | Устройство управления двумя лифтами жилого дома | AVR |
D13-PIC | Устройство управления двумя лифтами жилого дома | PIC16*** |
D14-AVR | Концентратор для сбора данных с 24 асинхронных каналов связи и передачи через USB в ПК | AVR |
D14-AVR | Концентратор для сбора данных с 24 асинхронных каналов связи и передачи через USB в ПК | PIC16*** |
D15-AVR | Контроллер управления чертежным графическим автоматом | AVR |
D15-PIC | Контроллер управления чертежным графическим автоматом | PIC16*** |
D15-AVR | Цифровой фильтр | AVR |
D15-PIC | Цифровой фильтр | PIC16*** |
D16 | Цифровое устройство контроля напряжения | |
S1.1 S1.2 | Симулятор К1806ВМ1 (совместим с PDP-11):модели команд и ПДК Симулятор К1806ВМ1: оболочка(трассировщик, дизассемблер,..) | |
S2.1 S2.2 S2.3 | Симулятор ядра Intel MCS-196:модель ядра (команды и ПДК) Симулятор ядра Intel MCS-196: оболочка Симулятор ядра Intel MCS-196: модели окружения ядра | |
S3.1 S3.2 | Симулятор периферии для Intel MCS-196 | |
S4 | Симулятор устройства реализации быстрого преобразования Фурье (БПФ) на базе разрядно-модульных МПК |
4.5. Самостоятельная работа студентов
4.5.1. Внеаудиторная СРС по данному курсу включает:
- проработку учебного материала (по конспектам, учебной и научной литературе);
- выполнение индивидуальных заданий по лабораторным работам;
- самотестирование по контрольным вопросам (тестам);
- выполнение курсового проекта.
4.5.2. Программа самостоятельной работы студентов
Самостоятельная работа строится на основе индивидуальных заданий по лабораторным работам и курсовому проектированию. Студент сам планирует свою самостоятельную работу, руководствуясь содержанием индивидуального задания и разделами «Порядок выполнения работы» и «Содержание отчета» методических материалов по лабораторным работам, а также описанием основных проектных работ, представленных в методических указаниях на курсовой проект. В силу индивидуальности заданий, распределение времени на различные виды работ у разных студентов различно.
5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
5.1. Перечень рекомендуемой литературы
Основная литература:
1. Микропроцессорные системы: Учеб. пособие для вузов/ К и др. Под общ. ред. - СПб.: Политехника, 2002. – 935 с.
2. , Калинин на микроконтроллерах и БИС программируемой логики. - М.: ЭКОМ, 20с.:
3. ,Виноградов фирмы Analog Devices в микропроцессорных приборных комплексах: учеб. пособие - Ульяновск: УлГТУ, 20с
4. Справочные материалы по программированию микроконтроллеров: учеб. - метод. указ. к лаб. работам для студ. спец. "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети" / сост.: , , . - Ульяновск: УлГТУ, 20с.
Дополнительная литература:
1. Цифровые системы автоматизации и управления: Пер. с англ. - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Невский Диалект, 20с.
2. , , Иванников радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах. – М.: Радио и связь, 1984.
3. Голубцов AVR: от простого к сложному. – М.: СОЛОН-Пресс, 2003.
4. , , Катиков в радиотехнических системах. – М.: Радио и связь, 1982
5. , Сташин проектирования микропроцессорных устройств автоматики. – М.: Энергоатомиздат, 1987.
6. Программирование на языке ассемблера для микроконтроллеров семейства i8051. – М.: Горячая линия-Телеком, 2003.
7. Проектирование специализированных микропроцессорных систем. – М.: Мир, 1985.
8. Козаченко : Руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS-196/296 во встроенных системах управления. . – М.: Эком, 1997.
9. Краус, Э. Кучбах, -Г. Сбор данных в управляющих вычислительных системах. – М.: Мир, 1987
10. Руководство по микроконтроллерам. В II томах. – М.: Постмаркет, 2001.
11. , , Мологонцева цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. – М.:. Энергоатомиздат, 1990.
12. Проектирование систем с микрокомпьютерами. – М.: Мир, 1986
13. Применение микропроцессоров в системах управления. – М.: Мир, 1984.
14. Технические решения для сопряжения специализированных ЭВМ с объектами ввода-вывода через последовательный интерфейс: Учебно-методические указания к лабораторным работам для студентов специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» / сост. В. Н. Негода. – Ульяновск: УлГТУ, 2006. – 44 с
5.2. Методические рекомендации (материалы) преподавателю
Учебный процесс по курсу МПС проводится чтением лекций в учебной аудитории, оборудованной компьютерным проектором с демонстрацией необходимых графических материалов.
Углубление изучаемого материала и приобретения умений осуществляется на лабораторных работах, проводимых в соответствии с использованием программных симуляторов микропроцессоров и микроконтроллеров, а также оценочных плат, позволяющих отлаживать программы «на борту».
5.3. Методические рекомендации студентам
При изучении курса студентам рекомендуется проводить:
- проработку учебного материала (по конспектам и электронным версиям учебной, научно-технической и производственной литературе, доступной на сайте учебной дисциплины);
- выполнение упражнений, задаваемых по ходу лекций;
- самостоятельное выполнение индивидуальных заданий по лабораторным работам и курсовому проектированию;
- самотестирование по контрольным вопросам (тестам).
6. Формы и методика текущего, промежуточного и итогового контроля
Контроль усвоения студентами содержания дисциплины проводится на:
- лабораторных работах в ходе испытания разработанных студентами программ и проверки уровня самостоятельности разработки;
- в ходе защиты курсового проекта;
- в ходе промежуточного автоматизированного тестирования знаний;
- на экзамене по курсу.
