Электроника и программирование микроконтроллеров

Курс Электроника и программирование микроконтроллеров имеет своей целью обучение основным принципам и методикам построения информационно-измерительных систем на базе открытых микроконтроллерных платформ. Также предполагается знакомство с особенностями платформы прототипирования Arduino, 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 информационно-измерительных систем.

• Развить практические навыки построения сложных информационно-измерительных систем на базе открытых микроконтроллерных платформ.

• Развить навыки отладки программного обеспечения микроконтроллеров

Содержание дисциплины

1. Введение. Общий обзор электроники, перспективы развития

2. Основы электроники

2.1. Основные понятия и законы теории электрических цепей

Определение сигнала, свойства и характеристики сигналов, элементы и структура электрических цепей, схема как идеализированная модель электрической цепи. Линейные и нелинейные двухполюсники, четырехполюсники, линейные цепи. Понятие цепей с сосредоточенными и распределенными параметрами. Общие сведения об элементной базе электронной аппаратуры. Задачи анализа и синтеза в теории цепей, корректность постановки задач. Тестовые сигналы (гармоническое колебание, единичный скачок, имитация дельта-функции). Законы электрических цепей, уравнения для токов и напряжений электрической цепи, подходы к их решению. Принцип суперпозиции

2.2. Цифровая обработка сигналов

Представление периодических и непериодических сигналов частотными спектрами: ряды Фурье, интегралы Фурье, амплитудные и фазовые спектральные диаграммы. Примеры спектров периодических сигналов. Равенство Парсеваля. Анализ преобразования периодических колебаний линейными цепями. Примеры применения интегрального преобразования Фурье для представления непериодических сигналов, связь длительности импульса с шириной спектра. Спектральный анализ линейных цепей при непериодическом воздействии. Условие передачи сигналов через цепь без искажений. Модулированные колебания, частотные спектры модулированных колебаний. Свойства функций с конечным спектром, теорема от-счетов (теорема Котельникова). Анализ процессов в линейных цепях на основе временного подхода. Импульсная и переходная характеристики. Интегралы суперпозиции и Дюамеля. Примеры применения временного подхода для анализа процессов в электрических цепях.

3. Микроконтроллеры, Arduino

3.1. Arduino. PWM, функции, Моторы и транзисторы

Простейшие методы индикации, используемые при отладке информационно-управляющих систем. Обзор функций микроконтроллера ATmega168. Способы программирования на Arduino. Непосредственная работа с регистрами и портами ввода-вывода. Особенности подключения микроконтроллера на Arduino.

3.2. 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.

3.3. Работа с микроконтроллером. Таймеры и прерывания

Обзор функций микроконтроллера ATmega168. Способы программирования на Arduino. Непосредственная работа с регистрами и портами ввода-вывода. Обзор прерываний микроконтроллера ATmega168. Работа с таймером посредством прерывания, переполнения. Работа с таймером в режиме сравнения. Методы задания произвольной частоты работы таймера. Прерывание захвата ввода и область его применения.

3.4. Широтно-импульсная модуляция, Методы звукогенерации на микроконтроллерах.

Понятие широтно-импульсной модуляции. Разновидности широтно-импульстной модуляции. Область применения широтно-импульсной модуляции. Способы генерации ШИМ-сигналов на микроконтроллерах. Основы представления звука в вычисли-тельных системах. Звукогенерация на Arduino с использованием ШИМ. Звукогенерация с использованием внешнего ЦАП. Особенности звукогенерации на микроконтроллерах.

3.5. Передача информации через IR-канал.

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

назад к описанию магистерской программы с CDIO подходом