WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 

ПРОЕКТ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Новосибирский национальный исследовательский государственный

университет»

Факультет информационных технологий

УТВЕРЖДАЮ

_ « _» _ 20_г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Открытые микроконтроллерные платформы»

Магистерская программа «Информационно-измерительные системы»

НАПРАВЛЕНИЕ ПОДГОТОВКИ 230100 «ИНФОРМАТИКА И

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА»

Квалификация (степень) выпускника Магистр Форма обучения очная Новосибирск Программа дисциплины «Открытые микроконтроллерные платформы»

составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО к структуре и результатам освоения основных образовательных программ магистратуры по Общенаучному циклу по направлению подготовки «Информатика и вычислительная техника», а также задачами, стоящими перед Новосибирским государственным университетом по реализации Программы развития НГУ.

Автор: Розов Андрей Сергеевич, ассистент кафедры информационноизмерительных систем.

Факультет информационных технологий Кафедра информационно-измерительных систем.

Разработка подготовлена в рамках реализации Программы развития

НИУ НГУ

на 2009–2018 гг 1. Цели освоения дисциплины «Открытые микроконтроллерные платформы»

Дисциплина «Открытые микроконтроллерные платформы» имеет своей целью обучение основным принципам и методикам построения информационно-измерительных систем на базе открытых микроконтроллерных платформ, и развитие знаний навыков, необходимых для решения задач в области автоматизации и встраиваемых систем с использованием программируемых микроконтроллеров. Также предполагается знакомство с особенностями платформ прототипирования Arduino и Itead Maple, основами электротехники и алгоритмами управления широким спектром периферийных устройств.

Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса:

Дать представление об открытых микроконтроллерных платформах и платформах прототипирования.

Познакомить с аппаратными особенностями микроконтроллерных платформ.

Познакомить с программными средствами, используемыми для разработки и отладки программного обеспечения микроконтроллерных платформ.

Ознакомить с особенностями программирования микроконтроллеров.

Ознакомить с основными алгоритмами управления периферийными устройствами, используемыми при построении информационноизмерительных систем.




Развить практические навыки построения сложных информационноизмерительных систем на базе открытых микроконтроллерных платформ.

Развить навыки отладки программного обеспечения микроконтроллеров 2. Место дисциплины «Открытые микроконтроллерные платформы» в структуре образовательной программы Дисциплина входит в число дисциплин по выбору общенаучного цикла образовательной программы магистра.

Изучение дисциплины «Открытые микроконтроллерные платформы»

требует от студентов наличия глубоких знаний в области программирования и разработки программ на языках Си и Си++, а также навыков проведения исследовательской работы. Поскольку основная часть информационного обеспечения курса составляют англоязычная литература и документация, от студентов требуется относительно высокий уровень владения иностранным языком. Практические занятия, проводимые в ходе изучения дисциплины, также требуют от студентов первоначальных знаний в области электротехники, электроники, и цифровой схемотехники, наряду с навыками работы с электронно-измерительной аппаратурой.

Изучение данной дисциплины основывается на курсах «Продвинутые компьютерные архитектуры», «Языки описания аппаратуры», а также дополняет другие читаемые на кафедре курсы, нацеленные на изучение студентами проблем автоматизации, построения информационноуправляющих, робототехнических и измерительных систем.

Дисциплина играет важную роль в освоении студентами кафедры базовых знаний и навыков, связанных с применением методологий и методов построения информационно-измерительных систем, как в отдельных областях, так и в междисциплинарных связях, на основе системного подхода. Изучение дисциплины «Открыты микроконтроллерные мотивированных кадров для научно-исследовательской и профессиональной деятельности в инновационных и наукоемких отраслях экономики.

Знания, полученные при освоении дисциплины будут необходимы студентам, планирующим продолжать профессиональную или научную деятельность в области автоматизированных систем обработки информации и управления, программного обеспечения автоматизированных систем, систем автоматизированного проектирования и информационной поддержки изделий, а также могут быть использованы при выполнении квалификационной работы магистра, и в ходе изучения параллельно читаемых на кафедре курсов.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Открытые микроконтроллерные платформы»

Изучение дисциплины направлено на формирование следующих общекультурных и профессиональных компетенций в соответствии с магистерской программой «Информационно-измерительные системы»:

Общекультурные компетенции:

(ОК-1) способен совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень, (ОК-2) способен к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности, (ОК-6) способен самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, (ОК-7) способен к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов (в соответствии с целями магистерской программы), (ОК-8) способен выполнять самостоятельные научно-исследовательские работы и инновационные работы, планировать их, обосновывать актуальность проводимых исследований, ставить цели и задачи, формулировать новизну и практическую значимость проводимых исследований, (ОК-10) уметь четко и уверенно излагать содержание выполненных исследований, аргументировано отстаивать принятые решения и вести научную дискуссию;





Профессиональные компетенции:

(ПК-1) применять перспективные методы исследования и решения профессиональных задач на основе знания мировых тенденций развития вычислительной техники и информационных технологий, (ПК-5) выбирать методы и разрабатывать алгоритмы решения задач управления и проектирования объектов автоматизации, (ПК-6) применять современные технологии разработки программных комплексов с использованием CASE-средств, контролировать качество разрабатываемых программных продуктов, (ПК-8) уметь определять архитектуры аппаратных и программных приложений с учетом специфики решаемых задач, (ПК-11) знать и уметь применять современные концепции, методы и автоматизированные средства проектирования при разработке и реализации открытых систем, (ПК-14) знать и уметь применять математические модели, алгоритмические методы, лингвистические средства, современную элементную базу при принятии схемотехнических решений и выборе программных архитектур для построения информационно-измерительных и информационноуправляющих систем;

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

понятия микроконтроллера, платформы прототипирования, встраиваемой системы, прерывания;

протоколы взаимодействия между вычислительными платформами и периферийными устройствами;

особенности разработки встраиваемых информационноизмерительных систем;

основные алгоритмы управления периферийными компонентами информационно-измерительных систем;

классификацию современных вычислительных платформ на базе микроконтроллеров;

особенности разработки программного обеспечения для микроконтроллеров;

устройство и особенности платформ прототипирования Arduino и Itead различные способы разработки программ для платформ Arduino и Itead основы цифровой и аналоговой схемотехники, необходимые для подключения периферийного оборудования к микроконтроллерной платформе;

Уметь:

определять возможность и целесообразность совместного применения различных аппаратных компонентов и вычислительных платформ для построения управляющих и информационно-измерительных систем;

проектировать, разрабатывать и отлаживать сложные программноаппаратные комплексы на основе открытых микроконтроллерных платформ;

выбирать наиболее эффективные методики программирования и программные библиотеки в соответствии со спецификой решаемой реализовать наиболее часто используемые протоколы взаимодействия и алгоритмы управления на микроконтроллерах с использованием языков Си и Си++.

Владеть:

средствами и методами разработки и отладки программного обеспечения микроконтроллеров;

методиками построения и отладки информационно-измерительных систем на базе микроконтроллерных платформ;

приемами работы с электрическими схемами для подключения периферийного оборудования к платформе прототипирования.

4. Структура и содержание дисциплины «Открытые микроконтроллерные платформы»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, часов. Дисциплина преподается на втором курсе магистратуры, в третьем семестре.

Введение, пр. занятие Основы цифровой и аналоговой схемотехники, Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразования, пр. занятие Классификация периферийных устройств, пр.

Вывод и визуализация данных, пр. занятие Работа с микроконтроллером, пр. занятие Таймеры и прерывания, пр. занятие Широтно-импульсная модуляция, пр. занятие Методы звукогенерации на микроконтроллерах, пр. занятие Работа с электродвигателями, пр. занятие ПИД-регулирование на микроконтроллерах, Передача информации через ir-канал, пр.

Протокол UART, пр. занятие Специальные протоколы, пр. занятие Знакомство с Itead Maple, пр. занятие Сдача курсового проекта 5. Образовательные технологии При разработке образовательной технологии основной упор сделан на интерактивную форму обучения. Технологическая цепочка изучения курса построена по следующей схеме.

Лекционный материал включает в себя все темы, перечисленные в программируемыми контроллерами и задачами автоматизации в тематической группе языковых средств проектирования информационных систем управления института автоматики и электрометрии СО РАН. Лекции носят интерактивный характер и предполагают диалог со слушателями. В начале каждой лекции выделяется 10 минут для напоминания содержания предыдущей лекции и ответов на вопросы студентов. В конце лекции также выделяется 15 минут для ответов на вопросы по текущему материалу и его обсуждения. Презентации лекций выкладываются в свободный доступ для слушателей курса.

Лекционное изложения материала сочетается с практическими занятиями с использованием платформы прототипирования Arduino, выделяющейся среди аналогов невысоким порогом освоения и большим количеством совместимой периферии, что делает ее наиболее удобной основой для обучения. Практические занятия составляют основу курса и служат для закрепления теоретического материала излагаемого в лекциях.

Задания на практических занятиях выполняются студентами в паре, при этом предполагается активное взаимодействие с преподавателем и другими студентами. В зависимости от скорости выполнения заданий некоторым парам могут даваться дополнительные задачи, выполняемые по желанию.

Самостоятельная работа делится на две части. Первая часть состоит в изучении дополнительных материалов по теме курса, расширяющих рамки лекционных и практических занятий. Вторая часть состоит в выполнении курсового проекта. Курсовые проекты представляют собой небольшие проекты на темы, не вошедшие в общие задачи для практических занятий, и предполагают самостоятельную разработку студентами некоей информационно-измерительной системы. Как и задачи на практических занятиях, курсовые проекты выполняются студентами в паре. Выполнение курсового проекта служит для дополнительного закрепления материала, а также позволяет студентам исследовать области практического применения полученных знаний. При выполнении курсовых проектов студентам предоставляется широкий выбор периферийных устройств для проектирования и разработки собственного программно-аппаратного комплекса. Также при выполнении сложных проектов возможна помощь со стороны преподавателя в выборе методик разработки и при отладке системы.

Самостоятельная работа, как и практические занятия, нацелена на привитие навыков командной работы, активного общения и обсуждения. Каждый курсовой проект защищается в конце семестра. В целом, объем занятий, проводимых в интерактивной форме, составляет порядка 90 процентов от общего.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, «Открытые микроконтроллерные платформы» и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Приняты два вида самостоятельных работ (см. выше). Первый вид – самостоятельное изучение дополнительных материалов. Второй вид – подготовка курсового проекта.

Для выполнения самостоятельной работы студентам обеспечивается доступ к широкому спектру материалов по курсу. Студенты имеют доступ ко всем лекционным презентациям и документации к аппаратным и программным компонентам, используемым во время выполнения задач на практических занятиях и курсовых работ. Также даются ссылки на наиболее полезные материалы, имеющие отношение к курсу.

Контролирующие материалы включают список билетов для сдачи экзамена, перечень примерных тем курсовых работ, список тем лекционных занятий и описание задач для практических занятий.

Аттестация студентов по дисциплине «Открытые микроконтроллерные платформы» проводится на основании текущего и промежуточного контроля.

Текущий контроль.

В течение изучения дисциплины студентами выполняется ряд практических задач. Выполнение этих задач на практических занятиях является обязательными для всех студентов. Текущий контроль успеваемости студентов осуществляется на основании скорости и качества выполнения задач. Несмотря на то, что практические занятия проводятся в паре, при текущем контроле успеваемости работа каждого студента оценивается индивидуально. Результаты текущего контроля служат основанием для выставления оценок в ведомость контрольной недели на факультете.

Промежуточный контроль.

Для контроля усвоения дисциплины учебным планом предусмотрен экзамен. К экзамену допускаются студенты, выполнившие все задачи на практических занятиях и защитившие курсовые проекты. Защита курсовых проектов проводится в конце семестра и предполагает демонстрацию студентами результата выполненной работы, а также вопросы со стороны преподавателя для определения индивидуального вклада каждого из участников проекта.

Экзамен проводится в устном виде и предполагает вопросы по теоретическому курсу, прочитанному на лекционных занятиях. Примерные билеты к экзамену приведены ниже. Также на экзамене возможны дополнительные вопросы или задачи по тематике практических занятий.

Итоговая оценка выставляется на основании посещаемости, результатов выполнения практических задач (при этом учитывается вклад каждого студента в решение каждой практической задачи) и курсовых работ в течение семестра, а также на основании ответов студентов на экзамене. В связи с тем, что курс носит преимущественно практический характер, а для выполнения практических заданий требуется доступ к учебному оборудованию, регулярное присутствие студентов на занятиях особенно важно для усвоения материала в случае данной дисциплины. В связи с этим, решающее значение при выставлении оценки по дисциплине «Открытые микроконтроллерные платформы» имеют работа студента в течение семестра и регулярность посещения занятий.

Примерная тематика курсовых проектов.

Студентам предлагается придумать тему курсового проекта самостоятельно, в соответствии с проблематикой курса и имеющимся материальным обеспечением. Самостоятельная формулировка темы курсовой работы требует от студентов применения знаний полученных в ходе изучения дисциплины, а также изучения дополнительных материалов по тематике курса. Приведенные ниже темы курсовых проектов служат исключительно для примера.

1. Вывод передаваемой с ПК через последовательный интерфейс трехдюймового дисковода (FDD) для звукогенерации.

2. Несложная графическая игра (тетрис или арканоид) на TFT-дисплее 3. Графическая игра с использованием LCD или TFT-дисплея (без сенсорного ввода) и клавиатуры/мыши через PS/2 или 3D 4. Графическая игра с использованием клавиатуры/мыши через PS/ или 3D акселерометра и выводом на экран посредством языка 5. theremin c использованием инфракрасного датчика расстояния и звукогенерацией посредством ЦАП на R-2R цепи.

6. Емкостный сенсор прикосновения 7. Ходящий робот на сервомоторах или шаговых двигателях 8. PWM-звукогенерация на Seeeduino или IteadMaple 9. Цифровая обработка звука на Seeeduino с помощью АЦП и PWMвывода Примерный перечень билетов к экзамену.

Билет № 1. История развития встраиваемых систем и микроконтроллерных 2. Классификация современных платформ прототипирования.

Билет № 1. Устройство платформы Arduino и ее особенности.

2. Отличительные особенности диалекта языка Си, используемого в Билет № 2. Законы Кирхгофа.

Билет № 1. Сопротивления подтяжки.

2. Дребезг кнопки и методы борьбы с ним.

Билет № 1. Меры предосторожности при работе с электрическими цепями.

2. Способы подключения аналоговых датчиков к микроконтроллеру Билет № 1. Аналого-цифровое преобразование, оптимизация распределения разрешения АЦП.

2. Способы вывода аналоговых сигналов на микроконтроллерных Билет № 1. Цифро-аналоговое преобразование, R-2R-цепи.

2. Разновидности датчиков и управляющих элементов.

Билет № 1. Внешние прерывания на Arduino.

2. Два основных способы программирования на Arduino и области их применения.

Билет № 1. Особенности подключения микроконтроллера на Arduino.

2. Таймеры на ATmega168 и их функциональность.

Билет № 1. Работа с таймером в режиме сравнения.

2. Прерывание захвата ввода.

Билет № 1. Широтно-импульсная модуляция. Область применения ШИМ.

2. Способы генерации ШИМ-сигналов на микроконтроллерах.

Билет № 1. Методы генерации аналоговых сигналов на микроконтроллерах.

2. Основы представления звука в вычислительных системах. Pulse Code Modulation.

Билет № 1. Звукогенерация на Arduino с использованием ШИМ.

2. Звукогенерация с использованием внешнего ЦАП.

Билет № 1. Методика управления шаговым двигателем.

2. Способы подключение мощных приборов к Arduino.

Билет № 1. Электродвигатели постоянного тока, сервомоторы и управление с 2. Основы ПИД-регулирования.

Билет № 1. Особенности построения ПИД-регуляторов на микроконтроллере.

2. Особенности настройки ПИД-регуляторов на микроконтроллере.

Билет № 1. Организация передачи данных через инфракрасный порт.

2. Манчестерский код.

Билет № 1. Протокол UART.

2. Модификации протокола UART.

Билет № 1. Работа с аппаратным UART на ATmega 168.

2. Программная реализация UART на микроконтроллере.

Билет № 1. Стандарт RS-232 и его преобразование к TTL UART.

2. Работа с периферийными устройствами через последовательный Билет № 1. Протокол I2C.

2. Протокол SPI.

Билет № 1. Работа с устройствами ввода через PS/2.

2. Среда Maple IDE. Отличия от Arduino.

Билет № 1. Отличительные особенности архитектуры Itead Maple 2. Библиотека LibMaple и доступные в ней уровни абстракции.

Билет № 1. Методы индикации, используемые при отладке информационноуправляющих систем.

2. Язык Processing как средство для визуализации данных и построения графического интерфейса информационноизмерительной или управляющей системы.

Билет № 1. Альтернативные методы построения графического интерфейса с использованием National Instruments LabVIEW или библиотек на языках высокого уровня.

2. Различия методов написания программ для платформы Arduino.

Билет № 1. Прерывание захвата ввода и область его применения.

2. Особенности звукогенерации на микроконтроллерах.

Билет № 1. Работа с RFID-модулем через Wiegand-интерфейс.

2. Работа с RFID-модулем через последовательный интерфейс.

Билет № 2. Работа с несколькими устройствами через единый I2C –интерфейс.

Список тем лекционных занятий.

Раздел 1. (2 час) Введение. Предмет и содержание курса, учебнометодическая и научная литература. История развития встраиваемых систем прототипирования. Знакомство с платформой Arduino и ее модификациями.

Среда программирования Arduino/Wiring/Processing, отличительные особенности используемого диалекта языка Си.

Раздел 2. (2 часа) Основы цифровой и аналоговой схемотехники. Законы Ома и Кирхгофа. Основные элементы электрической цепи. Особенности цифровых сигналов и транзисторно-транзисторной логики. Сопротивления предосторожности при работе с электрическими цепями.

преобразования.

микроконтроллеру, оптимизация распределения разрешения АЦП. Способы вывода аналоговых сигналов на микроконтроллерных платформах. R-2Rцепи.

Разновидности датчиков и управляющих элементов. Простейшие методы индикации, используемые при отладке информационно-управляющих систем. Внешние прерывания на Arduino и область их применения.

Раздел 5. (2 часа). Вывод и визуализация данных. Сообщение с ПК посредством Serial. Язык Processing как средство для визуализации данных и построения графического интерфейса информационно-измерительной или управляющей системы. Альтернативные методы построения графического интерфейса с использованием National Instruments LabVIEW или библиотек на языках высокого уровня.

Раздел 6. (2 часа). Работа с микроконтроллером. Обзор функций микроконтроллера ATmega168. Способы программирования на Arduino.

Особенности подключения микроконтроллера на Arduino. Различия методов написания программ для платформы Arduino.

Раздел 7. (2 часа). Таймеры и прерывания. Обзор прерываний микроконтроллера ATmega168. Обзор функциональности таймеров переполнения Работа с таймером в режиме сравнения. Методы задания произвольной частоты работы таймера. Ограничения при использовании таймеров. Прерывание захвата ввода и область его применения.

Раздел 8. (2 часа). Широтно-импульсная модуляция. Понятие широтноимпульсной модуляции. Разновидности широтно-импульстной модуляции.

Область применения широтно-импульсной модуляции. Способы генерации ШИМ-сигналов на микроконтроллерах.

Раздел 9. (2 часа). Методы звукогенерации на микроконтроллерах.

Основы представления звука в вычислительных системах. Pulse Code Modulation.

звукогенерации на микроконтроллерах.

Раздел 10. (2 часа). Работа с электродвигателями. Управление шаговым двигателем. Подключение мощных приборов к Arduino. Электродвигатели постоянного тока. Понятие и принцип действия сервомотора. Методика управления сервомотором с помощью ШИМ.

Раздел 11. (2 часа). ПИД-регулирование на микроконтроллерах. Основы ПИД-регулирования. Особенности построения и настройки ПИДрегуляторов на микроконтроллере.

Раздел 12. (2 часа). Передача информации через IR-канал.

Организация передачи данных через инфракрасный порт. Физические особенности инфракрасного канала связи. Манчестерский код.

Микроконтроллерная реализация инфракрасного канала.

Раздел 13. (2 часа). Протокол UART. Обзор модификаций UART. Работа с аппаратным UART на ATmega 168. Программная реализация UART на микроконтроллере. Стандарт RS-232 и его преобразование к TTL UART.

последовательным интерфейсом. Непосредственная работа с LCD-экраном.

Работа с RFID-модулем через последовательный интерфейс.

Раздел 14. (2 часа). Специальные протоколы. Работа с I2C-периферией.

Работа с несколькими устройствами через единый I2C –интерфейс. Протокол SPI. Работа с устройствами ввода через PS/2. Сообщение через Ethernet и WiFi на Arduino. Работа с RFID-модулем через Wiegand-интерфейс.

Раздел 15. (2 часа). Знакомство с Itead Maple. Платформа Itead Maple.

Отличия Itead Maple от Arduino. Arduino-совместимость платформы Itead Maple и ограничения этой совместимости. Обзор процессора Cortex M3.

Библиотека LibMaple и доступные в ней уровни абстракции. Методики программирования под Iteaduino.

Темы практических занятий.

Практическое занятие 1. (2 часа) Знакомство с платформой Arduino.

Разбирается установка среды Arduino, установка драйверов Arduino, подключение платформы к ПК и запуск простейших программ, сборка простейших схем – подключение светодиода через сопротивление, подключение потенциометра. Рассматриваются вопросы безопасности при работе с оборудованием, составляющим техническое обеспечение курса.

Решаются все возникающие организационные проблемы.

Цель работы:

1. Освоить инструментов разработки программ для Arduino, 2. Познакомиться с принципами построения схем на макетной плате, платформы.

4. Ознакомиться с общим техническим обеспечением практических занятий.

Практическое занятие 2. (2 часа) Подключение кнопки.

Рассматривается проблема подключения кнопки к микроконтроллеру, применение сопротивлений подтяжки для устранения «висящего» контакта, применение аппаратной фильтрации для борьбы с дребезгом кнопки.

Предлагается разработать систему, зажигающую или гасящую «бортовой»

светодиод на Seeeduino при каждом последующем нажатии на кнопку.

Цель работы:

1. Ознакомиться с особенностями цифровой и аналоговой схемотехники 2. Освоить использование сопротивлений подтяжки 3. Освоить программный метод борьбы с дребезгом кнопки 4. Освоить аппаратный метод борьбы с дребезгом кнопки с помощью RCфильтрации Практическое занятие 3. (2 часа) Подключение аналоговых датчиков.

Разбираются варианты считывания данных с аналоговых датчиков, подробно рассматривается проблема распределения разрешения АЦП в диапазоне рабочих значений датчика. Предлагается собрать схему с фоторезистором и светодиодом и добиться максимально эффективного распределения разрешения АЦП по рабочему диапазону освещенности фоторезистора путем подбора значения сопротивления подтяжки. В качестве дополнительного задания предлагается вывести формулу для оптимального значения сопротивления подтяжки в зависимости от минимального и максимального значений сопротивления фоторезистора.

Цель работы:

1. Научится работать с аналого-цифровым преобразованием 2. Ознакомится с различными видами периферийных устройств Практическое занятие 4. (4 часа) Реализация транслятора азбуки Морзе.

Предлагается разработать две программы: преобразование текста, подаваемого с ПК через Serial, в код Морзе, и преобразование ввода с кнопки в текст, посылаемый на ПК. Система для набора азбуки Морзе на кнопке должна использовать внешнее прерывание Arduino, а кнопка должна корректно работать без дребезга. Программа для вывода азбуки Морзе должна использовать последовательный интерфейс для ввода символов через виртуальный COM-порт на ПК. В качестве дополнительных задач предлагается рассмотреть соединение двух систем, выполненных на отдельных Arduinoплатах, посредством светового канала (светодиод-фоторезистор). По желанию студентов вместо азбуки Морзе может использоваться другой аналогичный протокол передачи данных.

Цель работы:

1. ознакомится с особенностями программирования Arduino 2. научится работать с внешними прерываниями 3. закрепить знания о построении простейших электрических цепей Практическое занятие 5. (2 часа) Звукогенерация на Arduino.

Рассматривается методика вывода аналоговых сигналов на Arduino при помощи внешнего ЦАП в виде R-2R цепочки. Предлагается собрать 4-битное ЦАП из сопротивлений и использовать его для вывода синусоидальных сигналов звуковых частот. Студентам также предлагается исследовать применение аналоговых фильтров для частичного подавления эффектов, вызванных квантованием АЦП. В качестве дополнительной задачи предлагается проигрывание простых мелодий указанным методом.

Цель работы:

1. Освоить методы вывода аналоговых сигналов на микроконтроллерных платформах 2. Ознакомиться с проблемами работы со звуком на вычислительных платформах Практическое занятие 6. (4 часов) Работа с микроконтроллером.

Рассматривается альтернативная методика программирования на Arduino с непосредственным обращением к микроконтроллеру через регистры и порты ввода/вывода. Предлагается реализовать стандартную программу blink с использованием прерывания переполнения, ту же программу с помощью таймера в режиме сравнения, и программу-секундомер с использованием прерывания захвата ввода. Программы не должны использовать функций библиотеки Arduino, за исключением класса Serial, применяемого для отладки программы через виртуальный COM-порт.

Цель работы:

1. ознакомится с особенностями непосредственного программирования микроконтроллера на языке Си 2. научится работать с различными прерываниями таймера 3. научится генерировать сигналы заданной частоты при помощи режима сравнения таймера Практическое занятие 7. (2 часов) Широтно-импульсная модуляция.

Предлагается использовать аппаратную генерацию ШИМ для управления сервомотором. Требуется написать программу, задающую режим генерации ШИМ на таймере микроконтроллера. Управление положением сервомотора осуществляется за счет изменения скважности сигнала при постоянной частоте. От студентов требуется найти конфигурацию значений регистров таймера, обеспечивающих необходимую частоту ШИМ-сигнала, и корректно выбрать таймер, способный работать в этом диапазоне значений. Предлагается опытным путем определить значения скважности, определяющие рабочий диапазон вращении сервомотора.

Цель работы:

1. ознакомится с принципами управления сервомоторами 2. освоить методику настройки аппаратной генерации ШИМ на микроконтроллере 3. ознакомиться с альтернативным способом генерации аналоговых сигналов на микроконтроллерной платформе 4. приобрести навыки вычислений, необходимых для перевода физических единиц времени в значения регистров микроконтроллера Практическое занятие 8. (4 часов) Инфракрасная коммуникация.

Предлагается реализовать инфракрасный канал связи с высокочастотной модуляцией и передачу данных манчестерским кодом. Требуется разработать две системы – приемник и передатчик, как в задаче про азбуку Морзе.

Передача осуществляется кодированием данных в манчестерский код с высокочастотной модуляцией. В качестве дополнительной задачи предлагается исследовать влияние изменения скважности модулирующего сигнала на качество передачи данных и помехоустойчивость системы.

Цель работы:

1. ознакомится с особенностями работы инфракрасного канала связи и методиками обеспечения его помехоустойчивости 2. закрепить навыки работы таймерами микроконтроллера и генерации ШИМ-сигналов.

Практическое занятие 9. (4 часов) Протокол UART.

Рассматриваются особенности использования аппаратного USART, имеющегося на микроконтроллере ATmega 168. Предлагается реализовать интерфейс, аналогичный классу Serial, двумя способами – с использованием аппаратного USART микроконтроллера и с использованием программной реализации последовательного интерфейса. Вторая часть задания предполагает использование реализованного последовательного интерфейса для подключения к Arduino двух устройств – RFID-ридера и последовательного LCD-экрана. Требуется реализовать систему, считывающую данные с RFIDярлыка через UART и выводящую их через другой UART на LCD-дисплей с последовательным интерфейсом. В качестве дополнительной задачи предлагается реализовать последовательный интерфейс используя прерывания аппаратного USART микроконтроллера ATmega 168.

Цель работы:

1. Освоить протокол UART 2. Ознакомится с работой устройств, использующих протокол UART 3. Ознакомится с технологией RFID.

Практическое занятие 10. (4 часов) Протокол PS/2.

Рассматривается работа со стандартными устройствами ввода (клавиатурой и мышью) через интерфейс PS/2. Предлагается подключить к Arduino через PS/2адаптер клавиатуру и организовать вывод символов с нее либо на виртуальный COM-порт на ПК, либо на LCD-экран с последовательным интерфейсом. В данной задаче разрешается использовать поставляемую вместе с LCD-экраном высокоуровневую библиотеку. В качестве дополнительной задачи предлагается реализовать ввод данных с мыши через PS/2 и вывод задаваемого мышью положения в виде координат, либо в виде перемещений курсора на LCD-экране с последовательным интерфейсом. Также возможно использование языка Processing для графического представления вводимой информации.

Цель работы:

1. закрепить навыки программирования микроконтроллера и его таймеров 2. ознакомится с интерфейсом PS/ 3. ознакомится с работой устройств, использующих протокол PS/ 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Открытые микроконтроллерные платформы»

а) Основная литература:

1. ATmega48/88/168 datasheet http://www.atmel.com/images/doc2545.pdf 2. All About Circuits : Free Electric Circuits Textbooks.

http://www.allaboutcircuits.com 3. Arduino Tutorials by Jeremy Blum http://www.jeremyblum.com/category/arduino-tutorials/ 4. Simon Monk, Programming Arduino, Getting started with Sketches http://www.simonmonk.org/?page_id= 5. Официальный сайт платформы Arduino http://www.arduino.cc 6. Сайт платформы Itead Maple http://iteadstudio.com б) Дополнительная литература:

1. Гололобов В.Н. С чего начинаются роботы, Москва, 2011г.

2. Зюбин В.Е. Программирование информационно-управляющих систем на основе конечных автоматов: Учеб.-метод. пособие / Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск, 2006. 96 с.

3. Эванс Брайан, Arduino блокнот программиста, 2007г.

4. Cathleen Shamieh, Electronics For Dummies 5. Charles Platt, Make: Electronics (Learning by Discovery) 6. Emile Petrone, What happens when computers are cheaper than LEGO blocks? http://gigaom.com/2012/10/12/what-happens-when-computersare-cheaper-than-lego-blocks/ 7. Extreme Electronics http://extremeelectronics.co.in/category/avrtutorials 8. Forrest M. Mims III, Getting Started in Electronics 9. Gordon McComb, Robot Builders Bonanza" 2ND EDITION 10.Horowitz and Hill, The Art of Electronics 2nd edition Complete 11.Jan Borchers, Arduino in a Nutshell 12.John-David Warren, Josh Adams, Harald Molle, Arduino Robotics 13.Jonathan Oxer, Hugh Blemings, Practical Arduino: Cool Projects for Open Source Hardware (Technology in Action) 14.Massimo Banzi, Arduino Booklet 15.Michael Margolis, Arduino Cookbook 16.Michael McRoberts, Beginning Arduino 17.O'Reilly, "Getting Started With Arduino" 18.Paul Scherz, Practical Electronics for Inventors 2/E 19.Simon Monk, 30 Arduino Projects for the evil genious (ebook) 20.The Arduino Comic Book http://www.jodyculkin.com/wpcontent/uploads/2012/04/arduino-comic-latest.pdf 21.Tim Williams, The Circuit Designer's Companion, Second Edition (EDN Series for Design Engineers) 22.Wikibooks Electronics http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics в) Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

Среда разработки Arduino: http://www.arduino.cc Среда разработки Maple IDE http://leaflabs.com/docs/maple-ide/ 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Лекционные и практические занятия выполняются в компьютерных классах учебного центра института автоматики и электрометрии СО РАН.

Для проведения практических занятий и выполнения курсовых проектов студентам предоставляются платы Seeeduino, Seeeduino Mega и Itead Maple, макетные платы, наборы для построения сопутствующих электронных схем на макетных платах, а также большой набор различных Arduinoсовместимых периферийных устройств, включающий:

детали для построения аналоговых датчиков и промежуточных конденсаторы, светодиоды, фоторезисторы, терморезисторы, диоды, датчики наклона, кнопки, переключатели, провода, коннекторы, потенциометры, трехцветные светодиоды, зуммеры, датчики наклона, электронные рэле, платы расширения Grove, модули автономного питания) цифровые сенсоры (датчики температуры, инфракрасные датчики приближения, 3D-акселлерометры) LCD дисплеи с последовательным интерфейсом RFID модули с последовательным интерфейсом или Wiegandинтерфейсом, комплекты RFID-карт и брелков Сервомоторы и шаговые электродвигатели PS/2-адаптеры для подключения стандартных устройств ввода инфракрасные светодиоды и приемники WiFi-модули с последовательным интерфейсом Ethernet-модули Также для выполнения занятий предоставляются цифровые электронноизмерительные приборы – вольтметры, омметры, амперметры и осциллографы. Лекционные занятия проводятся с использованием мультимедийного проектора.

Рецензент (ы) _ Программа одобрена на заседании Методической комиссии ФИТ от _ года, протокол № _.



 
Похожие работы:

«Дайджест публикаций на сайтах органов государственного управления в области информатизации стран СНГ Период формирования отчета: 01.04.2014 – 30.04.2014 Содержание Республика Беларусь 1. 1.1. Министр связи и информатизации принял участие в заседании Совета Палаты представителей Национального собрания Республики Беларусь. Дата новости: 10.04.2014. 1.2. Форум ТИБО-2014 открыт приветственным словом Премьер-министра Республики Беларусь Мясниковича М.В. Дата новости: 21.04.2014. 1.3. Форум ТИБО-2014...»

«Министерство образования и наук и Российской Федерации Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова Сборник аннотаций курсовых и квалификационных работ математического факультета Ярославль 2012 Сборник аннотаций курсовых и квалификационных работ математического факультета. Яросл. гос. ун-т им. П. Г. Демидова. Ярославль: ЯрГУ, 2012. Сборник содержит аннотации курсовых и квалификационных работ студентов и магистрантов математического факультета Ярославского государственного...»

«Министерство образования и наук и России Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Российская Академия Наук Научно методический совет по информатике при Министерстве образования и науки России Совещание Актуальные проблемы информатики в современном российском образовании Москва, июнь 2004 г. 2 Ответственные редакторы: Председатель НМС по информатике, академик РАН Ю.И. Журавлев, ученый секретарь НМС по информатике доцент В.В. Тихомиров 1-ое Всероссийское совещание НМС по...»

«ИНФОРМАЦИЯ: ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О СУЩНОСТИ И ПОДХОДОВ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ А. Я. Фридланд Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого 300026, г. Тула, пр. Ленина, д. 125 Аннотация. Информация – базовое понятие в современной науке. Однако единого подхода к пониманию сущности этого явления – нет. В статье дан обзор современных подходов к определению сущности явления информация. Показаны достоинства и недостатки каждого из подходов. Сделаны выводы о применимости...»

«министерство образования российской федерации государственное образовательное учреждение московский государственный индустриальный университет информационно-вычислительный центр Информационные технологии и программирование Межвузовский сборник статей Выпуск 3 (8) Москва 2003 ББК 22.18 УДК 681.3 И74 Информационные технологии и программирование: Межвузов ский сборник статей. Вып. 3 (8) М.: МГИУ, 2003. 52 с. Редакционная коллегия: д.ф.-м.н. профессор В.А. Васенин, д.ф.-м.н. профессор А.А. Пярнпуу,...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный университет (НГУ) Кафедра общей информатики Е.Н. Семенова РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИЩЕННОГО ОБНОВЛЕНИЯ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ ПО СЕТИ МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ по направлению высшего профессионального образования 230100.68 ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Тема...»

«МЭРИЯ НОВОСИБИРСКА УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ Информационный ВЕСТНИК ОБРАЗОВАНИЯ В следующем выпуске: Об_итогах деятельности муниципальной системы образования за 2004/2005 год и задачах на новый учебный год О_развитии государственно-общественного управления в образовательных учреждениях О_награждении педагогических и руководящих работников за 2004/2005 учебный год О_золотых медалистах 2005 г. О_победителях Всероссийской олимпиады школьников № 2 (май 2005) 1 Уважаемые руководители! Вы можете...»

«Учебно – методический комплекс “Охрана труда” 1. Учебная программа, для Белорусского государственного университета по всем специальностям факультета прикладной математики и информатики. 2. Примерный тематический план. 3. Программа курса “Охрана труда” для студентов 5-ого курса ФПМИ. 4. Содержание лекционного курса “Охрана труда”. 5. Курс лекций “Охрана труда”. 6. Темы рефератов по курсу “Охрана труда”. 7. Темы рефератов(дополнение к основным темам по курсу “Охрана труда”). 8. Дополнительные...»

«Федеральное агентство связи Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики профиль Автоматизация технологических процессов и производств в почтовой связи Квалификация выпускника бакалавр Москва 2011 2 1. Общие положения 1.1. Определение Основная образовательная программа высшего профессионального образования (ООП ВПО) – система учебно-методических документов, сформированная на основе...»

«Международный консорциум Электронный университет Московский государственный университет экономики, статистики и информатики Евразийский открытый институт С.А. Орехов В.А. Селезнев Теория корпоративного управления Учебно-методический комплекс (издание 4-е, переработанное и дополненное) Москва 2008 1 УДК 65 ББК 65.290-2 О 654 Орехов С.А., Селезнев В.А. ТЕОРИЯ КОРПОРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ: Учебно-методический комплекс. – М.: Изд. центр ЕАОИ, 2008. – 216 с. ISBN 978-5-374-00139-6 © Орехов С.А., 2008 ©...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ Факультет_Информационных технологий и программирования Направление Прикладная математика и информатика_Специализация _ Математическое и программное обеспечение вычислительных машин. Академическая степень _магистр математики КафедраКомпьютерных технологий_Группа_6538 МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ на тему ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРОГРАММ, СОХРАНЯЮЩИЕ ПОВЕДЕНИЕ Автор: А.П....»

«Национальная академия наук Беларуси Совет молодых ученых НАН Беларуси Информационно-организационный студенческий научный отдел ПЕРВЫЙ ШАГ В НАУКУ – 2007 СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ МЕЖДУНАРОДНОГО ФОРУМА СТУДЕНЧЕСКОЙ И УЧАЩЕЙСЯ МОЛОДЕЖИ К I СЪЕЗДУ УЧЕНЫХ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Том I Минск 2009 Р е д а к ц и о н н а я г р у п п а: Н.М. Писарчук, В.В. Казбанов, А.В. Степуленок, В.В. Осипчик, А.О. Тарасик, А.А. Русак, А.И. Линник, Ю.И. Линник, И.А. Августинович, Д.В. Куницкий, С.Н. Мартынюк, Т.В. Студнева,...»

«Отечественный и зарубежный опыт 5. Заключение Вышеизложенное позволяет сформулировать следующие основные выводы. • Использование коллекций ЦОР и ЭОР нового поколения на базе внедрения современных информационных технологий в сфере образовательных услуг является одним из главных показателей развития информационного общества в нашей стране, а их разработка – коренной проблемой информатизации российского образования. • Коллекции ЦОР и ЭОР нового поколения – важный инструмент для повышения качества...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ У ЧЕБНО- М ЕТ ОДИЧЕ СКИЙ КОМ ПЛЕКС по дисциплине Информатика Код и направление 111801 - Ветеринария подготовки Профиль 111801.65 - Ветеринария подготовки Квалификация Специалист ветеринарии (степень) выпускника прикладная информатика Факультет Ведущий Анищик Татьяна Алексеевна преподаватель кафедра...»

«СБОРНИК РАБОЧИХ ПРОГРАММ Профиль бакалавриата : Математическое и программное обеспечение вычислительных машин и компьютерных сетей Содержание Страница Б.1.1 Иностранный язык 2 Б.1.2 История 18 Б.1.3 Философия 36 Б.1.4 Экономика 47 Б.1.5 Социология 57 Б.1.6 Культурология 71 Б.1.7 Правоведение 83 Б.1.8.1 Политология 89 Б.1.8.2 Мировые цивилизации, философии и культуры Б.2.1 Алгебра и геометрия Б.2.2 Математический анализ Б.2.3 Комплексный анализ Б.2.4 Функциональный анализ Б.2.5, Б.2.12 Физика...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Кемеровский государственный университет в г. Анжеро-Судженске 1 марта 2013 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по дисциплине Безопасность жизнедеятельности (ЕН.Р.1) для специальности 080801.65 Прикладная информатика в экономике факультет информатики, экономики и математики курс: 1 семестр: 1 зачет: 1 семестр лекции: 18 часов практические...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ: Декан факультета Информационных систем и технологий В. В. Шишкин 2011 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Дисциплины (модуля) Модели и методы анализа проектных решений наименование дисциплины (модуля) 230101.62 Информатика и вычислительная техника (шифр и наименование направления) Системы автоматизированного...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ Отделение Прикладной математики и информатики факультета Бизнес-информатики УТВЕРЖДЕНО на заседании Ученого совета факультета/филиала председатель Ученого совета _ И.О.Фамилия _ 2013 г. протокол № ОТЧЕТ по результатам самообследования отдельной профессиональной образовательной программы высшего профессионального образования...»

«Современные образовательные технологии Д. А. Каширин, Е. Г Квашнин. Пособие для учителей общеобразовательных школ МОСКВА Просвещение-регион 2011 УДК 372.8 :53 ББК 74.262.22 К 31 Серия Современные образовательные технологии Руководитель проекта : Е.Н.Балыко, докт. эконом. наук Рецензент : В.Г.Смелова, канд. пед. наук Научный редактор : Н.А.Криволапова, докт. пед. наук Ответственный редактор : Е.С.Разумейко, канд. социол. наук Авторы : Д.А.Каширин, учитель физики Е.Г.Квашнин, учитель...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СОГЛАСОВАНО: УТВЕРЖДАЮ: Первый Заместитель Министра Заместитель Министра Российской Федерации по связи образования Российской Федерации и информатизации В.Д. Шадриков Ю.А. Павленко 10.03.2000 г. 23.02.2000 г. Регистрационный номер 19тех/маг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Направление 210400 Телекоммуникации Степень (квалификация) - магистр техники и технологии Вводится с момента утверждения Москва 2000...»





Загрузка...



 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.