Home / Μικροελεγκτές – Ενσωματωμένα Συστήματα

Μικροελεγκτές – Ενσωματωμένα Συστήματα

Κωδικός Μαθήματος:

EEE.7-3.1

Εξάμηνο:

Ζ' Εξάμηνο - Ηλεκτρονική & Υπολογιστικά Συστήματα - Γ' ΚΥΚΛΟΣ

Κατηγορία:

ΜΕΥ

Ώρες:

4Θ + 2Ε

Μονάδες ECTS:

5


Καθηγητές Μαθήματος

Καλτσάς Γρηγόριος, Μπόγρης Μηνάς

ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο/η φοιτητής/ήτρια θα είναι σε θέση να:

  • Κατανοεί την τεχνολογία των ενσωματωμένων συστημάτων και τις διαδικασίες κατασκευής τους.
  • Αναλύει κυκλώματα με μικροελεγκτές.
  • Προγραμματίζει μικροελεγκτές AVR σε συμβολική γλώσσα (Assembly).
  • Προγραμματίζει μικροελεγκτές AVR σε γλώσσα ανωτέρου επιπέδου.
  • Προγραμματίζει σε χαμηλό επίπεδο και χρησιμοποιεί τα βασικά περιφερειακά των μικροελεγκτών (ADC, UART, LCD, Timers/Counters).
  • Αντιμετωπίζει αποτελεσματικά προβλήματα που απαιτούν προγραμματισμό πραγματικού χρόνου σε με χρήση διακοπών (interrupts).
  • Σχεδιάζει και να αναπτύσσει απλά ενσωματωμένα συστήματα με μικροελεγκτές.

 

Γενικές Ικανότητες

  • Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
  • Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον
  • Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής
  • Λήψη αποφάσεων

 

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

  1. Εισαγωγή στα Ενσωματωμένα Συστήματα – Βασικές Έννοιες
    • Σύστημα Γενικού Σκοπού – Ενσωματωμένο Σύστημα
    • Συν-σχεδιασμός Υλικού-Λογισμικού
    • Βασικά Χαρακτηριστικά Ενσωματωμένων Συστημάτων
    • Εφαρμογές Ενσωματωμένων Συστημάτων
    • Βασικά Μέρη Ενσωματωμένων Συστημάτων
    • Τα Ενσωματωμένα Συστήματα σαν Κυβερνο-Φυσικά Συστήματα
    • Περιορισμοί Στις Εφαρμογές Ενσωματωμένων Συστημάτων
    • Παράμετροι Σχεδιασμού και Λειτουργίας
  2. Ο Μικροελεγκτής σαν Πλατφόρμα Ενσωματωμένου Συστήματος
    • Βασικές έννοιες και αρχές λειτουργίας – Λειτουργικά διαγράμματα
    • Δίαυλοι Ελέγχου, Δεδομένων και Διευθύνσεων
    • Συστήματα μνημών
    • Αρχιτεκτονική μικροελεγκτών (von Neuman – Harvard)
    • Ρεπερτόριο εντολών (CISC, RISC, VLIW)
    • Τεχνική σωλήνωσης (Pipelining)
    • Προγραμματιστικό μοντέλο (Accumulator Based – General Purpose Registers)
    • Βασικά κυκλώματα υποστήριξης μικροελεγκτών
  3. Οικογένειες μικροελεγκτών AVR
    • Χαρακτηριστικά μικροελεγκτών AVR 8-bit
    • Είδη μνημών μικροελεγκτή (μνήμη δεδομένων SRAM, μνήμη δεδομένων EEPROM, μνήμη προγράμματος FLASH)
    • Εισαγωγή στο ρεπερτόριο εντολών AVR (Op-Code, χρόνοι εκτέλεσης εντολών)
    • Περίγραμμα προγράμματος σε συμβολική γλώσσα (Assembly) για AVR
    • Εισαγωγή στην χρήση διανυσμάτων διακοπών
    • Προγραμματισμός σε συμβολική γλώσσα (Assembly) για AVR
    • Περιφερειακά των μικροελεγκτών AVR
    • Κυκλώματα χρονισμού
    • Παράλληλες πόρτες Εισόδου/Εξόδου
  4. Αρχιτεκτονική Λογισμικού για Ενσωματωμένα Συστήματα
    • Είσοδος / Έξοδος δεδομένων
    • Τελεστές
    • Βρόγχοι επανάληψης
    • Διαχείριση Δυαδικών Ψηφίων (Bits)
    • Λογικοί τελεστές κατά δυαδικό ψηφίο
    • Έλεγχος τιμής δυαδικού ψηφίου
    • Τελεστές ολίσθησης κατά δυαδικό ψηφίο
    • Πεδία δυαδικών ψηφίων
    • Εντολές Ε/Ε με τις περιφερειακές συσκευές μικροελεγτών
  5. Προγραμματισμός μικροελεγκτών σε γλώσσες ανωτέρου επιπέδου με έμφαση στην C
    • Γενικό Περίγραμμα Προγράμματος
    • Τύποι Δεδομένων (Data Types)
    • Συναρτήσεις (Functions)
    • Μεταβλητές (Variables) – Σταθερές (Constants)
    • Μεταβλητές Τύπου Bit (Bit Variables)
    • Μετατροπές Τύπων
    • Δείκτες (Pointers)
    • Προσπέλαση Της EEPROM
    • Δομές (Structures)
    • Ορισμοί – Μακροεντολές (Definitions – Macros)
    • Ενσωμάτωση Προγραμμάτων Συμβολικής Γλώσσας
    • Προσπέλαση Καταχωρητών Εισόδου/Εξόδου
    • Προσπέλαση Των Καταχωρητών Εισόδου/Εξόδου Σε Επίπεδο Bit
    • Συναρτήσεις Βιβλιοθήκης (Library Functions)
    • Ενσωμάτωση διατάξεων οθονών LCD και 7 Segment displays
    • Σειριακή επικοινωνία
    • Σύνδεση διατάξεων με πρωτόκολλο I2C
    • Σύνδεση διατάξεων με πρωτόκολλο SPI
    • Χρήση LCD
    • Διατάξεις ADC – Έλεγχος, χρήση και Εφαρμογές
    • Προγραμματισμός πραγματικού χρόνου – Εξωτερικές διακοπές
    • Χρήση διατάξεων χρονιστών/απαριθμητών, PWM, DC Motors
    • Σύνδεση και έλεγχος γραφικών οθονών LCD
    • Χρήση διαμόρφωσης παλμών (pulse wave modulation)

 

Εργαστηριακές Ασκήσεις
Η εργαστηριακή εκπαίδευση των φοιτητών γίνεται, πραγματοποιώντας 13 εργαστηριακές ασκήσεις εστιασμένες στα βασικότερα αντικείμενα της θεωρητικής διδασκαλίας. Οι ασκήσεις θα είναι προσανατολισμένες πάνω στα ακόλουθα πεδία:

    • Εισαγωγή στους μικροελεγκτές AVR
    • Αναπτυξιακές διατάξεις STK600 και Arduino
    • Εξοικείωση στο περιβάλλον προγραμματισμού AVR Studio
    • Ρεπερτόριο εντολών Assembly – Χρονισμός
    • Περίγραμμα προγράμματος σε συμβολική γλώσσα μηχανής – Ψευδοεντολές
    • Αμφίδρομες Πόρτες Εισόδου/Εξόδου (I/O)
    • Περίγραμμα προγράμματος σε γλώσσα C για μικροελεγκτές Αμφίδρομες ψηφιακές πόρτες Εισόδου/Εξόδου (I/O)
    • Χρήση αλφαριθμητικής οθόνης LCD
    • Σειριακή επικοινωνία (USART, I2C
    • Μετατροπέας Αναλογικού Σήματος σε Ψηφιακό (ADC)
    • Χρονιστές/Μετρητές (PWM με την χρήση χρονιστών)
    • Προγραμματισμός Πραγματικού Χρόνου – Διακοπές

 

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ

Ι. Γραπτή τελική εξέταση επί του θεωρητικού μέρους του μαθήματος που περιλαμβάνει επίλυση ασκήσεων και προβλημάτων διαβαθμισμένης δυσκολίας. Σε κάθε ερώτημα αναφέρονται οι μονάδες που αξιολογείται. Η εξεταστέα ύλη του μαθήματος ανακοινώνεται στην αρχή του εξαμήνου στην ιστοσελίδα του μαθήματος και οι φοιτητές/ήτριες μπορούν να έχουν κατά τη διάρκεια της εξέτασης οποιοδήποτε σχετικό βιβλίο.
ΙΙ. Αξιολόγηση επί του εργαστηριακού μέρους του μαθήματος:
– Γραπτή ή/και προφορική αξιολόγηση κατά τη διάρκεια εκτέλεσης της κάθε εργαστηριακής άσκησης (20%)
– Ενδιάμεση εξέταση στο μέσο του εξαμήνου (20%)
– Τελική εξέταση στο τέλος του εξαμήνου (60%)

 

ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

  1. «Προγραμματίζοντας τον Μικροελεγκτή AVR» – Dhananjay V. Gadre – Μετάφραση στα Ελληνικά – Εκδόσεις Τζιόλα – ISBN: 960-8050-51-1
  2. «Ανάπτυξη Εφαρμογών με το Arduino» – Παπάζογλου Παναγιώτης – Λιωνής Σπυρίδων- Πολυχρόνης – Εκδόσεις Τζιόλα – ISBN: 978-960-418-459-0
  3. “Ενσωματωμένα Συστήματα. Ο αθέατος ψηφιακός κόσμος”, Μηνάς Δασυγένης Δημήτριος Σούντρης Ελληνικά Ακαδημαϊκά Συγγράμματα 2015
  4. «Συστήματα Μοκροϋπολογιστών ΙΙ – Μικροελεγκτές AVR και PIC» – Πεκμεστζή Κιαμάλ – Εκδόσεις Συμμετρία 2009 – ISBN: 978-960-266-269-7
  5. «Δομή και λειτουργία Μικροϋπολογιστών και Μικροελεγκτών» – Χατζηγκάιδας Α. – Εκδόσεις Συμμετρία 2009 – Γιαπούλης Σ. & Α. – Κάιζερ Χ. Ο.Ε. – ISBN: 978-960-930758-1
  6. «Μικροϋπολογιστές- Μικροελεγκτές Θεωρία» – Χατζηγκάιδας Α. – Εκδόσεις Γιαπούλης Σ.&Α.- Κάιζερ Χ. Ο.Ε. – ISBN 978-960-8143-50-0