Опис кредитного модуля
ЗП-11  «Електронно-обчислювальні пристрої та системи -1»
(код та назва кредитного модуля, дисципліни)
Статус кредитного модуля  - навчальні дисципліни за вибором навчального закладу
(обов'язкова або за вільним вибором студентів)
Лектор Лисенко Олександр Миколайович, професор, зав. кафедри
(прізвище, ім’я та по батькові, посада)
Інститут/факультет електроніки
(назва)
Кафедра конструювання електронно-обчислювальної апаратури
(назва)
І. Загальні відомості
Даний кредитний модуль належить до циклу вибіркових навчальних дисциплін професійної та практичної підготовки і направлений на вивчення студентами принципів проектування та налагодження електронно-обчислювальних пристроїв і вимірювальних (керуючих) систем, побудованих на основі однокристальних AVR RISC мікроконтролерів (МК) з використанням сучасних інтегрованих середовищ проектування та оціночних модулів Starter Kits. До забезпечуючи дисциплін відносяться такі предмети “Функціонально-логічне проектування”, “Обчислювальна математика”, “Аналогова та цифрова схемотехніка”, “Алгоритмізація та програмування”, а також окремих розділів курсу „Обчислювальні та мікропроцесорні засоби електронних апаратів”. У свою чергу дана дисципліна забезпечує необхідними знаннями студентів для вивчення таких предметів як  ²Периферійні пристрої², "Автоматизація проектування електронних засобів", ²Проектування систем-на-кристалі², “Системи технічного зору”. Особливість організації вивчення даної дисципліни полягає в тому, що вивчення принципів проектування та побудови електронно-обчислювальних пристроїв і систем, а також їх програмного забезпечення проводиться на базі поширеного 8-розрядного RISС МК серії AT90 фірми Atmel та інтегрованих середовищ проектування AVR Studio і IAR Workbench.
На вивчення кредитного модуля відводиться 120 годин/4 кредити ECTS.

II. Розподіл навчального часу

III. Результати навчання

 Метою кредитного модуля є формування у студентів здатностей:
- проектування, моделювання, налагодження та експлуатації електронно-обчислювальних пристроїв і систем, насамперед, «інтелектуальних» із застосуванням  однокристальних AVR RISC мікроконтролерів (МК) та використанням сучасних інтегрованих середовищ проектування і оціночних модулів Starter Kits.
Згідно з вимогами освітньо-професійної програми студенти після засвоєння кредитного модуля мають продемонструвати такі результати навчання.
Після вивчення курсу студент повинен знати:
- сучасний стан і можливості елементної бази  мікропроцесорної техніки, зокрема, однокристальних МК;
- архітектуру, функціональні можливості однокристальних RISC МК та їх периферійних модулів;
- методологію та принципи проектування і налагодження електронно-обчислювальних пристроїв та систем на базі однокристальних МК;
- склад та можливості інтегрованих середовищ проектування цифрових систем, процедуру розробки та налагодження за їх допомогою створеного прикладного програмного забезпечення;
- структуру, призначення та способи застосування оціночних модулів Starter Kits при створенні електронно-обчислювальних пристроїв та систем;
На основі одержаних знань студент повинен вміти:
- вибрати необхідні МК засоби для створюваних радіоелектронних обчислювальних пристрою або системи (вузла, комплексу) різного функціонального призначення та принципу дії, що проектується;
- розробити схемотехнічні та алгоритмічні (програмні) рішення для створюваних радіоелектронних обчислювальних пристрою або системи (вузла, комплексу);
- здійснювати налагодження обчислювальних апаратурних засобів та робочих програм із застосуванням інтегрованих середовищ проектування і модулів Starter Kits;
- здійснювати технічне обслуговування електронно-обчислювального обладнання на основі вбудованих МК різного типу;
- кваліфіковано сформулювати технічне завдання на розробку електронно-обчислювальної системи, зокрема, на основі однокристального МК.
Після вивчення курсу студент повинен набути досвід:
- застосування однокристальних RISC МК сімейства AVR фірми Atmel, інтегрованих середовищ проектування AVR Studio і IAR Workbench і модулів Starter Kit типу STK200 при розробленні сучасних електронно-обчислювальних пристроїв та систем різного функціонального призначення.

IV. Зміст кредитного модуля

Розділ 1. Вступ

RISC та CISC архітектури процесорів, їх порівняльний аналіз, достоїнства та недоліки. Архітектура AVR RISC МК AT90S8535 ф.Atmel.

Розділ 2. Електронно-обчислювальні пристрої та системи
на основі RISC MК

Структура процесорного ядра RISC MK, карта пам’яті, організація переривання, початкове скидання, система команд, керування енергоспоживанням. Підсистема вводу/виводу RISC МК: паралельні порти A-D, ЕППЗП, аналоговий компаратор, АЦП, таймерний блок,  блоки послідовного обміну SPI та UART. Керування та програмування.

Розділ 3. Методи та принципи проектування і налагодження
мікропроцесорних систем

         Основні етапи проектування мікропроцесорних систем. Критерії вибору оптимального МК. „Бенчмарковські” програми. Проблеми тестування та налагодження мікропроцесорних систем. Засоби проектування та налагодження мікропроцесорних систем. Оцiночнi модулi Starter Kits. Комплексне програмно-апаратурне налагодження обчислювальної системи. Проведення випробувань.
V. Методи навчання та інформаційно-методичне забезпечення
Використовуються такі методи навчання: лекційний, візуалізації, самостійної роботи, виконання лабораторних робіт, контролю. Надаються в електронному вигляді робочі навчальні матеріали.
При вивченні даного кредитного модуля застосовується програмний пакет інтегрованого середовища проектування AVR Studio фірми Аtmel (або IAR Workbench). Методика вивчення даного кредитного модуля  враховує як специфіку курсу, так і той факт, що вона викладається на 4-му (завершальному) курсі підготовки бакалаврів. Студенти 4-го курсу вже володіють достатнім арсеналом знань, умінь та навичок за обраним фахом, які вони здобули на попередніх курсах професійної підготовки у вузі. Це дає змогу посилити елементи самостійності у вивченні дисципліни, а також спиратися у викладанні на предмети, суміжні з даним. Враховуючи ці обставини при вивченні дисципліни значна увага приділяється технічному аналізу і комплексному підходу у вирішенні задач ефективного застосування сучасних однокристальних RISC-мікроконтролерних рішень для задач вимірювання та контролю. Студентам надається можливість самостійної роботи на ПЕОМ з використанням необхідного технічного обладнання та програмного забезпечення, передбаченого лабораторними практикумами по виконанню його завдань.
Деякі теми навчального плану дотикаються відповідних тем забезпечуючих дисциплін. Це стосується окремих розділів дисциплін “Аналогова та цифрова схемотехніка”, “Обчислювальнi та мiкропроцесорнi засоби в ЕА”.
Студентам надається також в якості індивідуального завдання на курсову роботу, направлену на проектування тих чи інших технічних рішень, а також розробку цифрових мікроконтролерних засобів та систем підвищеної складності.

Рекомендована література 
 
Нижче наведено перелік літератури, яка пропонується студентам для вивчення цього кредитного модуля. Матеріали лекцій та методичні вказівки з кредитного модуля “Електронно-обчислювальні пристрої та системи - 1” на правах рукопису розміщуються в електронному вигляді на кафедральному сервері в папці “Навчальна документація” та в Електронному Кампусі університету. Навчальні інструменти (оціночні модулі для виконання лабораторних робіт з даного кредитного модуля STK200 та інтегровані середовища проектування AVR Studio та IAR Embedded Workbench) наявні в навчально-науковій лабораторії цифрових технологій кафедри КЕОА.
Основна

• ATmega AVR RISC мікроконтролери. Частина 1. Архітектура, система команд та модулі паралельного вводу/виводу, аналогового компаратора, АЦП, сторожового і 16-розрядного таймерів: Навчальний електронний посібник // Мережаний П.Г., Лисенко О.М.. - К.: НТУУ «КПІ», 2011. - 88 с.
• 8-розрядні AVR RISC мікроконтролери: Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт / Укл.: П.Г.Мережаний, С.В.Качан, Т.Ю.Таміліна, О.М.Лисенко. – Київ: ІВЦ  „Видав. „Політехніка” НТУУ „КПІ”, 2005. – 50 с.
• Трамперт В. AVR RISC микроконтроллеры: архитектура, аппаратурные ресурсы, система команд и программирование: Пер. с англ. / Под ред. В.В.Сташина – М.: МК-Пресс, 2006. – 490 с.
• Б.И.Баранов. Применение МК AVR: схемы, алгоритмы, программы – М.: Додэка, 2006. – 210 с.
• Дж. Монтон. Микроконтроллеры AVR. Вводный курс: Пер. с англ. / Под ред. Г.О.Петрова – М.: Додэка, 2006. – 198 с.
• Г.Б.Уильямс. Отладка микропроцессорных систем: Пер. с англ.  / Под ред. В.В.Сташина. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 253 с.

         Рекомендована література доступна студентам у НТБ, на кафедрі та в Електронному Кампусі.
Індивідуальне консультування: щосереди з 14-00 до 16-00 у ауд. 202-12, а також по e-mail: o.lysenko@kpi.ua.

VI. Мова

VII. Характеристика індивідуальних занять

За цим кредитним модулем дисципліни передбачено виконання РГР. Головна мета виконання індивідуальних завдань полягає у самостійному опрацюванні презентацій лекцій з цього кредитного модулю, вивченні викладеного матеріалу та поглибленні знань за темами лекцій. Окрім цього, перелік індивідуальних завдань розширено шляхом виконання студентами РГР з метою оволодіння практичних вмінь і навичок у самостійному проектуванні алгоритмічних і програмних рішень реалізації мікропроцесорних систем різного функціонального призначення. Кожен студент отримує індивідуальне технічне завдання у вигляді вихідних даних,  які  характеризують  особливості  мікропроцесорної  системи  на  основі  8-розрядного RISC МК типу AVR фірми Atmel. Задача полягає у  розробці алгоритмічних та програмних рішень у відповідності з викладеною в теоретичному курсі методикою.
Формально у межах виконання завдання студент має виконати:

• аналіз вихідних даних  для розрахунків та структури системи;
• обґрунтувати вибір необхідної вбудованої периферії МК для реалізації завдання;
• розробити алгоритм та робочу програму її функціонування;
• провести її налагодження.

РГР включає пояснювальну записку, що складається із титульного листа, листа завдання, блок-схеми алгоритму програми, опису математичних процедур та змінних, обгрунтування вибору застосованої вбудованої периферії, тексту програми (без обмежень) та висновків.
Варіанти завдань на РГР наведені у методичних рекомендаціях до виконання РГР з кредитного модулю «Електронно-обчислювальні пристрої та системи-1».
Приблизна тематика завдань на РГР наведена нижче.

• Портативний вимірювач температури.
• Мікропроцесорна вентиляційна система.
• Портативний вимірювач відносного тиску повітря.
• Мікропроцесорна освітлювальна система.
• Портативний вимірювач відносної вологості повітря.
• Мікропроцесорна пневматична система.
• Мікропроцесорна система керування нагрівачем.
• Мікропроцесорна акустична система.
• Портативний витратомір.
• Портативний акустичний сигналізатор.
• Мікропроцесорна насосна система.
• Портативний мікропроцесорний годинник.

VIII. Методика оцінювання

Для оцінювання рівня засвоєння кредитного модуля застосовується рейтингова система.
Система рейтингових (вагових) балів та критерії оцінювання
1. Лабораторні роботи
Ваговий бал — 8.
Максимальна кількість балів за всі лабораторні роботи:
8 балів ´ 5 = 40 балів.

Критерії оцінювання:

• вчасно виконана лабораторна робота........................................ 4 бали
• не вчасно виконана лабораторна робота................................... 2 балів
• вчасно захищена лабораторна робота  .....................................  4 бали
• не вчасно захищена лабораторна робота  .................................  2 бали

2. Модульний контроль
Ваговий бал — 8.
Максимальна кількість балів за всі контрольні роботи:
8 балів ´ 2 = 16 балів.
Контрольна робота має вигляд письмових відповідей на запитання. Загальна кількість запитань — 8. За кожну відповідь студент може отримати максимум 1 бал.
3. Розрахунково-графічна робота
Ваговий бал — 14.
РГР має вигляд індивідуального завдання, результатом якого являється розроблена програма. РГР містить пояснювальну записку, вміст якої викладено в завданні.
4. Атестація
Розмір стартової шкали:
RС = П.1 + П.2 + П.3 = 40 + 16 + 14 = 70 балів.
Розмір шкали рейтингу:
R = 100 балів.
Для отримання оцінки «зараховано» на проміжних атестаціях студент повинен мати:

• I атестація (8 тиждень) — не менше ніж 20 бал;
• II атестація (14 тиждень) — не менше ніж 40 балів.

5. Заохочувальні та штрафні бали

• присутність на лекції.................................................................... +1 бал
• відсутність на лекції (без поважної причини)..................... мінус 1 бал
• відсутність на лекції (за поважної причини).............................. 0 балів

6. Екзамен
Умови допуску до екзамену:

• Захист всіх лабораторних робіт;
• Хоча б одна атестація з оцінкою «зараховано»;
• Стартовий рейтинг rС ≥ 36 балів.

За екзаменаційну роботу студент може отримати щонайбільше 30 балів.
Таблиця переведення рейтингової оцінки з навчальної дисципліни RD

Примітка:
RD  ‑ рейтингова оцінка студента з дисципліни,
rС   ‑ стартовий рейтинг студента, отриманий протягом семестру.
re   ‑ екзаменаційні бали.
IX. Організація

Порядок реєстрації на вивчення кредитного модуля – загально університетський.

Розробник опису кредитного модуля
завідувач кафедри конструювання
електронно-обчислювальної апаратури, д.т.н., проф.                Лисенко О.М.