• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Бакалавриат 2019/2020

Микроконтроллерные системы

Статус: Курс обязательный (Информатика и вычислительная техника)
Направление: 09.03.01. Информатика и вычислительная техника
Когда читается: 3-й курс, 3, 4 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Язык: русский
Кредиты: 5
Контактные часы: 86

Программа дисциплины

Аннотация

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла подготовки бакалавров по направлению «Информатика и вычислительная техника» и преподается в 3,4 модуле 3 курса. Дисциплина предполагает изучение принципов построения, архитектуры, структурных и алгоритмических решений современных микроконтроллерных платформ, освоение методик и инструментальных средств разработки и отладки аппаратного и программного обеспечения микроконтроллерных устройств и систем различного функционального назначения. Изучение дисциплины опирается на следующие курсы профессионального цикла: «Информатика», «Алгоритмизация и программирование», «Теория автоматов и управление», «Электротехника, электроника и метрология», «Схемотехника». В результате изучения дисциплины студент должен: знать принципы построения, архитектуру, структурные и алгоритмические решения современных микроконтроллерных устройств и систем; уметь разрабатывать и макетировать стандартные и специализированные модули микроконтроллерных систем различного функционального назначения; получить навыки работы с современными средствами разработки ПО, его отладки на программных эмуляторах и «системах-прототипах». Результаты освоения дисциплины создают теоретическую и практическую базу для изучения дисциплины «Встроенные и распределенные системы сбора данных» и подготовки выпускной квалификационной работы.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Изучение принципов построения, архитектуры, структурных и алгоритмических решений современных микроконтроллерных платформ.
  • Освоение методик разработки и отладки аппаратного и программного обеспечения микроконтроллерных устройств и систем различного функционального назначения.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Владеет типовыми структурными и алгоритмическими решениями микропроцессорных и микроконтроллерных систем.
  • Владеет методами присвоения и дешифрации адреса программно-доступных элементов и типовыми методами расширения адресного пространства в микропроцессорных и микроконтроллерных системах.
  • Знает типовую структуру и организацию подсистемы ввода-вывода микроконтроллеров и микропроцессорных систем.
  • Знает архитектуру и организацию современных универсальных микроконтроллеров.
  • Знает принципы организации обмена данными с внешними устройствами по запросу на прерывание.
  • Умеет использовать современные инструментальные средства проектирования и отладки программного обеспечения микроконтроллерных устройств и систем.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Архитектура и организация микропроцессорных систем.
    Обобщенная структура микропроцессора. Магистрально-модульный принцип построения микропроцессорных систем. Структура типовой микропроцессорной системы. Информационная, электрическая и конструктивная совместимость. Классификация микропроцессорных средств и их основные параметры. Основные модели организации доступа к памяти микропроцессорной системы. Структура однокристального микропроцессора. Обработка данных в микропроцессоре. Машинный цикл. Понятие регистровой модели микропроцессора. Сравнительный анализ микропроцессоров CISC и RISC архитектуры. Микропроцессоры и микроконтроллеры общего назначения и системы на их основе. Классификация команд микропроцессоров: передачи данных, логической и арифметической обработки, ввода-вывода, передачи управления. Режимы адресации и их символическое представление при использовании языка ассемблера.
  • Адресное взаимодействие компонентов микропроцессорной системы.
    Программно-доступный элемент. Распределение адресного пространства. Методы задания адреса. Полная и частичная дешифрация. Методы расширения адресного пространства: метод банков, метод окна, метод базовых регистров. Мультиплексирование шин адреса и данных.
  • Подсистема ввода-вывода.
    Режимы обмена информацией с периферийными устройствами. Программно-управляемый обмен. Однонаправленный, двунаправленный, квазидвунаправленный параллельные порты ввода-вывода. Последовательный порт.
  • Однокристальные микроконтроллеры
    Обобщенная модель. Процессорное ядро микроконтроллера. Резидентная память микроконтроллеров. Встроенные порты ввода/вывода. Типовая система команд универсальных микроконтроллеров. Понятие альтернативных функций портов микроконтроллеров. Специальные режимы работы микроконтроллеров. Использование встроенных аппаратных ресурсов микроконтроллеров для повышения производительности. Средства аппаратной реализации стандартных интерфейсных функций. Таймеры и счетчики внешних событий. Резидентные ресурсы для построения мультиконтроллерных систем. Специализированные микроконтроллеры и системы на их основе.
  • Организация системы прерываний.
    Процедура обмена по прерыванию. Понятие вектора состояния и вектора прерывания микропроцессора. Арбитраж. Прямой доступ к памяти. Контроллер прерываний. Контроллер прямого доступа к памяти. Встроенная система прерываний микроконтроллеров. Типовые источники прерываний в микроконтроллере.
  • Разработка и отладка ПО микроконтроллерных систем.
    Состав программного обеспечения. Реализация типовых функций в микропроцессорных системах. Программные системы моделирования. Методы и средства разработки и автономной отладки микропроцессорных средств. Программные эмуляторы.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Домашнее задание №1
    Отчет - блок схема алгоритма, то есть это графическое представление метода решения задачи, в котором используются специальные символы для отображения операций. Символы, из которых состоит блок-схема алгоритма, определяет ГОСТ 19.701-90.
  • неблокирующий Активность на семинарах
    Разбор примеров реализации типовых процедур обработки информации на языке Ассемблер. (3 модуль)
  • неблокирующий Домашнее задание №2
    Срок сдачи – не позднее последней учебной недели 4 модуля. Отчет - листинг прикладной программы, алгоритм которой разрабатывался в Домашнем задании №1
  • неблокирующий Письменный экзамен
    Экзамен проводится в письменной форме (компьютерный тест). Экзамен проводится на платформе Google Forms (https://docs.google.com/forms/). К экзамену необходимо подключиться за 15 минут до начала. Для участия в экзамене студент обязан: поставить на аватар свою фотографию, включить камеру. Во время экзамена студентам запрещено: пользоваться конспектами и подсказками. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий.
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (4 модуль)
    0.1 * Активность на семинарах + 0.3 * Домашнее задание №1 + 0.3 * Домашнее задание №2 + 0.3 * Письменный экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Магда Ю.С. - Микроконтроллеры серии 8051: практический подход - Издательство "ДМК Пресс" - 2010 - 228с. - ISBN: 5-94074-394-3 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/871
  • Микропроцессорные системы: Учебник / В.В. Гуров. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2016. - 336 с.: 60x90 1/16. - (Высшее образование: Бакалавриат) (Переплёт) ISBN 978-5-16-009950-7 - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/462986
  • Сажнев А. М. - МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ: ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ 2-е изд., пер. и доп. Учебное пособие для СПО - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 139с. - ISBN: 978-5-534-12092-9 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/mikroprocessornye-sistemy-cifrovye-ustroystva-i-mikroprocessory-446807
  • Электроника и микропроцессорная техника : учебник для вузов, Гусев, В. Г., 2004

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Бирюков А.А. - Умные устройства безопасности на микроконтроллерах Atmel - Издательство "ДМК Пресс" - 2017 - 162с. - ISBN: 978-5-97060-558-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/100901
  • Гладштейн М.А. - Микроконтроллеры смешанного сигнала С8051Fxxx фирмы Silicon Laboratories и их применение. Руководство пользователя - Издательство "ДМК Пресс" - 2010 - 336с. - ISBN: 978-5-94120-162-4 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/60990
  • Евстифеев А.В. - Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL - Издательство "ДМК Пресс" - 2010 - 558с. - ISBN: 978-5-94120-220-1 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/61006
  • Евстифеев А.В. - Микроконтроллеры AVR семейства Classic фирмы ATMEL - Издательство "ДМК Пресс" - 2010 - 285с. - ISBN: 978-5-94120-219-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/61005