# Технології та методика програмування вбудованих систем

Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

# Реквізити навчальної дисципліни

# Програма навчальної дисципліни

# Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Основною метою дисципліни є формування сучасного рівня знань та набуття практичних навичок використання принципів та підходів до розробки, налагодження та тестування інтелектуальних вбудованих систем, а також можливості їх використання в навчальній, науково-дослідницькій та майбутній професійній діяльності

Предмет навчальної дисципліни : область застосування вбудованих систем; процес розробки, налагодження, тестування інтелектуальних вбудованих систем, центральні процесорні пристрої та периферія вбудованих систем; давачі та виконавчі пристрої, які використовуються у вбудованих системах; пристрої відображення інформації у вбудованих системах; склад, основні характеристики, структура, організація пам'яті, програмна модель, способи адресації операндів та характеристика команд AVR-мікроконтролерів; основні модулі вбудованих систем: паралельні та послідовні інтерфейси; підсистема переривань; аналоговий компаратор; таймери; аналого-цифровий та цифро-аналоговий перетворювачі; мережі у вбудованих системах.

Міждисциплінарні зв'язки. Дисципліна «Технології та методика програмування вбудованих систем» базується на таких забезпечующих дисциплінах: «Основи програмування», «Структури даних та алгоритми», «Основи системної інженерії», «Спецрозділи математики», «Комп'ютерна електроніка».

Мета навчальної дисципліни.

Метою викладання дисципліни є підготовка висококваліфікованих спеціалістів, які вміють аналізувати, проектувати та моделювати сучасні вбудовані мікропроцесорні та мікроконтролерні системи та мережі.

Основні завдання навчальної дисципліни

Знання:

• особливостей архітектури типових вбудованих систем;
• особливостей архітектури типових мікропроцесорів (МП) та мікроконтролерів (МК);
• особливостей системи команд та мови Асемблера та C для програмування МП МП та МК;
• методів та підходів, технологій та апаратних засобів програмування мікрокомп'ютерів у контексті використання для вбудованих систем,
• організації пристроїв пам`яті та введення – виведення у мікропроцесорних системах та мережах;
• організації обміну між МП (МК) та об'єктом керування за послідовним та паралельним каналами.
• документування апаратного забезпечення вбудованих систем з використанням структурних, функціональних і принципових схем;
• апаратні технології і програмні шаблони для обміну інформацією між виконавчими пристроями і датчиками типової вбудованої систем.

Уміння:

• проектувати окремі модулі вбудованих систем: мікропроцесора та мікроконтролера, пам'яті, введення – виведення, таймеру, переривань, прямого доступу до пам'яті, зв'язку з аналоговим об'єктом керування;
• програмувати мікропроцесори та мікроконтролери, використовуючи мову Асемблер;
• програмувати мікропроцесори та мікроконтролери, використовуючи мови високого рівня, та сучасне програмне забезпечення персонального комп`ютера;
• програмувати FLASH- та EEPROM-пам'ять, використовуючи спеціалізовані програматори та персональний комп'ютер;
• використовувати сучасне програмне забезпечення, яке дозволяє досліджувати архітектури МП-в та МК-в, виконувати налагодження робочих програм на персональному комп'ютері;
• моделювати окремі пристрої вбудованих систем та проектувати найпростіші електромеханічні та робототехнічні системи

# Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою).

Преквізити : Начальна дисципліна «Технології та методика програмування вбудованих систем» базується на навчальних дисциплінах: «Основи програмування», «Структури даних та алгоритми», «Основи системної інженерії», «Спецрозділи математики», «Комп'ютерна електроніка».

Постреквізити : Оскільки начальна дисципліна «Технології та методика програмування вбудованих систем» викладається у весняному семестрі, то вона може стати у нагоді при написанні магістерської дисертації, або самостійного вивчення дисциплін пов'язаних з технологіями інтернету речей, інженерії інформаційних систем, моделювання процесів і систем, комп`ютеризованих систем управління або проектуванням інформаційних систем.

# Зміст навчальної дисципліни

Лекційні заняття

Розділ 1. Область застосування вбудованих систем та характеристика avr-мікроконтролерів

Розділ 2. Організація пам'яті

Розділ 3. Програмування avr-мікроконтролерів

Розділ 4. Самопрограмування avr-мікроконтролерів

Розділ 5. Проектування модуля введення/виведення

Розділ 6. Проектування модуля уапп/усапп

Розділ 7. Проектування послідовного синхронного інтерфейсу twi

Розділ 8. Проектування модуля spi

Розділ 9. Проектування модуля таймерів

Розділ 10. Проектування модуля аналого-цифрового перетворювача

Розділ 11. Проектування модуля цифро-аналогового перетворювача

Розділ 12. Проектування модуля аналогового компаратора

Розділ 13. Спеціальні режими роботи мікроконтролера

Розділ 14. Проектування can-модуля

Лабораторні заняття

1. Моделювання пристрою керування кроковим двигуном.

2. Моделювання модуля УАПП.

3. Моделювання годинника реального часу.

4. Моделювання модуля ЦАП.

5. Моделювання мережі 1-WIRE.

6. Моделювання пристрою керування LCD-дисплеєм.

7. Моделювання CAN-мережі.

8. Моделювання мережі RS-485 та RS-232.

# Навчальні матеріали та ресурси

Основна література:

• Новацький А.О. Мікропроцесорні та мікроконтролерні системи : підручник. У 2 ч. Ч. 1. Мікропроцесорні системи // Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, Вид-во «Політехніка», 2020. – 361с.
• Новацький А.О. Мікропроцесорні та мікроконтролерні системи: Ч.2 «Проектування мікропроцесорних систем» // Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. – 462 с.
• Новацький А.О. Проектування мікропроцесорних систем: Проектування мікропроцесорних систем на базі AVR-мікроконтролерів: Периферійні модулі AVR-мікроконтролерів // К: НТУУ „КПІ", 2012. – 470 c.
• Евстифеев А. В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.:Издательский дом «Додэка-XXI», 2007. – 592 с.
• Баранов В.Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, программы. – М.: Издательский дом «Додека-ХХІ», 2004.
• Новацький А.О. Проектування CAN-мережі: // К: НТУУ „КПІ", 2011- 169 с.

Додаткова література:

• Голубцов М.С., Кириченкова А.В. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному. – М.: Солон-Пресс, 2005.
• Трамперт Вольфган. AVR-RISC микроконтроллеры. – Перевод с немецкого. – Киев.: МК – Пресс, 2006.
• Баранов В.Н. Применения микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, программы. – М.: Додэка, 2004.
• Ревич Ю. В. Практическое программирование микроконтроллеров Atmel AVR на языке ассемблера. – 2-е изд., испр. – СПб.:БХВ-Петербург,2011.
• Кравченко А. В. 10 практических устройств на AVR-микроконтроллерах. Книга 1 – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», К. «МК-Пресс», 2008.
• Кравченко А. В. 10 практических устройств на AVR-микроконтроллерах. Книга 2 – К. «МК-Пресс», СПб.: «КОРОНА-ВЕК», 2009.
• Кравченко А. В. 10 практических устройств на AVR-микроконтроллерах. Книга 3 – К. «МК-Пресс», СПб.: «КОРОНА-ВЕК», 2011.
• Александров Е. К., Грушвицкий Р. И. Микропроцессорные системы: Учебное пособие для вузов. – СПб.: Политехника, 2002.

# Навчальний контент

# Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

# Політика та контроль

# Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Організація освітнього процесу і оцінювання результатів навчання регламентуються Положенням про організацію освітнього процесу в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Згідно якого відвідування лекцій та комп'ютерних практикумів є обов'язковим (за винятком випадків, коли існує поважна причина, наприклад, хвороба чи дозвіл працівників деканату).

Політика виставлення оцінок: кожна оцінка виставляється відповідно до розроблених викладачем та заздалегідь оголошених студентам РСО; у разі невиконання студентом більшості передбачених робочим навчальним планом завдань (комп'ютерних практикумів) до заліку він не допускається. Якщо студент не може бути присутніми на заняттях, він повинен відпрацювати самостійно комп'ютерні практикуми та здійснити захист на занятті або відповідно до графіку на консультації у викладача.

Політика академічної поведінки та доброчесності: конфліктні ситуації мають відкрито обговорюватись з викладачем, необхідно бути взаємно толерантним, поважати думку іншого. Будь-які форми нечесної роботи неприпустимі.

Всі практичні завдання студент має виконати самостійно із використанням відповідних методичних вказівок, рекомендованої літератури й отриманих знань та навичок.

Недопустимі підказки у ході захисту комп'ютерних практикумів, на заліку. Норми академічної етики: дисциплінованість; дотримання субординації; чесність; відповідальність; робота в аудиторії з відключеними мобільними телефонами. У ході захисту комп'ютерних практикумів студент може користуватися власними ноутбуками. Проте під час лекційних занять та обговорення завдань лабораторних робіт не слід використовувати смартфони, планшети чи комп'ютери. Якщо ви використовуєте свій ноутбук чи телефон для аудіо-чи відеозапису, необхідно заздалегідь отримати дозвіл викладача.

Дотримання академічної доброчесності студентів й викладачів регламентується кодексом честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут», Положення про організацію освітнього процесу в КПІ ім. Ігоря Сікорського.

# Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Семестрова атестація проводиться у виді заліку. Для оцінювання результатів навчання застосовується 100-бальна рейтингова система і університетська шкала оцінювання.

Контрольні роботи проводяться у рамках поточного контролю знань студентів, згідно переліку основних розділів курсу. Основною ціллю проведення контрольних робіт є перевірка знань студентів, штрафні бали не передбачені.

Рейтинг студента з дисципліни складається з балів, що він отримує за виконання та захист комп'ютерних практикумів, а також за доповідь за однією зі запропонованих тем. Також заохочувальні бали виставляються за: активну участь на лекціях; участь у факультетських та інститутських олімпіадах з навчальних дисциплін, участь у конкурсах робіт, підготовка оглядів наукових праць; додаткових презентацій по темам доповідей. Кількість заохочуваних балів не більше 10;

Ваговий бал за комп'ютерний практикум – 15 балів.

Максимальна кількість балів за комп'ютерні практикуми, з врахуванням необхідності вибрати 5 із наведеного списку, дорівнює 15 балів ∙ 5 = 75 балів. Якщо студент виконує більше 5 робіт – бали не додаються, а обираються найкращі 5 робіт.

Максимальна кількість балів за роботу зменшується, якщо:

• студент не знає частини теоретичного матеріалу –1..–4 бали;

• не виконано попередню підготовку до роботи –1..–4 бали;

• несвоєчасне подання лабораторної роботи –1..–4 бали;

Умовою для першої атестації є отримання не менше 10 балів та виконання хоча б однієї лабораторної роботи. Умовою для другої атестації – отримання не менше 30 балів та здача трьох робіт.

Доповідь оцінюється у 25 балів.

Необхідною умовою допуску до заліку є зарахування всіх лабораторних робіт, а також стартовий рейтинг не менше 35 балів.

Студенти, які наприкінці семестру мають рейтинг менше 60 балів, а також ті, хто хоче підвищити оцінку, виконують комплексну залікову контрольну роботу, яка оцінюється в 40 балів, при цьому початковий рейтинг множиться на коефіцієнт 0,6.

Для отримання студентом відповідних оцінок його рейтингова оцінка R переводиться згідно з таблицею:

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):

Складено ст. викл., PhD, Орленко Сергій Петрович

Ухвалено кафедрою інформаційних систем та технологій (протокол №13 від 15.06.2022 р.)

Погоджено Методичною комісією факультету (протокол №11 від 07.07.2022 р.)