МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
_______________________
Руководитель ООП
по направлению 220700
доц. А.А. Кульчицкий
______________________
Зав. кафедрой АТПП
доц. А.А. Кульчицкий
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ»
Направление подготовки
220700 АВТОМАТИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Профиль подготовки
АВТОМАТИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ В МАШИНОСТРОЕНИИ
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: старший преподаватель каф АТПП В.А. Шабанов
Санкт-Петербург
2012 г.
2
1. Цели и задачи дисциплины: усвоение принципов построения и функционирования
микропроцессорных систем управления, ознакомление с инженерными методами анализа
и синтеза в данной области техники, а также с возможностями и принципами их
практического применения, с номенклатурой и параметрами стандартных изделий
отечественной и зарубежной электронной промышленности.
В соответствии с поставленной целью в процессе изучения дисциплины решаются
задачи усвоение основных положений современной микропроцессорной техники. овладения
основами знаний по дисциплине об основных компонентах микропроцессорных систем; об
областях применения и перспективах развития современных микропроцессорных элементов; о
принципах программирования микропроцессорных систем.
2. Место дисциплины в структуре ООП: Дисциплина “Микропроцессорные средства
систем управления” относится к дисциплинам специальной части профессионального
цикла.;
Для изучения этой дисциплины необходимы:
- знания по основам интегральной схемотехники;
- знания основных компонентов полупроводниковой электроники;
- навыки работы в NI Multisim;
- знания технических средств измерения технологических параметров;
- знания управляющей части технических средств автоматизации;
- знания по основам алглритмизации;
Теоретической и практической основами дисциплины являются курсы: «Основы
программирования
и
алгоритмизации»,
«Электротехника
и
электроника
ч.2»,
«Информатика», «Схемотехника систем управления».
Приобретенные студентами знания будут непосредственно использованы при
изучении дисциплин: «Промышленные контроллеры», «Программное обеспечение
компьютерных систем управления» а также в курсовом и дипломном проектировании.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс
изучения
дисциплины
направлен
на
формирование
следующих
компетенций:
- способностью участвовать в разработке проектов действующих производств,
создании новых (ПК-9);
- способностью использовать современные информационные технологии при
проектировании автоматизации технологических процессов (ПК-10);
3
- способностью разрабатывать проектную и рабочую техническую документацию в
области автоматизации технологических процессов и производств (ПК-13);
- способностью участвовать в мероприятиях по контролю соответствия
разрабатываемых проектов и технической документации действующим стандартам,
техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-14);
- способностью участвовать в разработке проектов по автоматизации
технологических процессов (ПК-19);
- способностью к практическому освоению и совершенствованию систем
автоматизации технологических процессов (ПК-20);
- способностью выбирать технические средства автоматизации (ПК-22);
- способностью выполнять работы по экспертизе технической документации систем
и средств автоматизации и управления (ПК-27).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
 основные типы архитектуры микропроцессоров;
 принципы построения микропроцессорных модулей;
 методику построения и адресации модулей памяти;
 принципы функционирования интерфейсов ввода-вывода;
 правила программирования микропроцессорных систем.
Уметь:
 применять
методики
и
принципы
для
выполнения
задач
проектирования
микропроцессорных систем:
 подобрать элементную базу в соответствии с решаемой задачей;
 спроектировать функциональную и принципиальную схему системы управления;
 составить алгоритм и программу управления.
Владеть:

методикой построения и адресации основных модулей микропроцессорной системы;

основами программирования микропроцессорных систем.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет __5,0____ зачетных единиц.
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
Всего
часов
68
Семестры
7
68
4
В том числе:
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Другие виды самостоятельной работы
Подготовка к лабораторным работам
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Общая трудоемкость
час
зач. ед.
34
34
34
76
34
76
18
18
22
36
180
5
22
экзамен (36)
180
5
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
5.1.1. Введение
Понятие микропроцессорной системы (МПС), ее структура и функции. Понятие
микропроцессорного комплекта. Основные блоки МПС и их функции. Шины, их типы и
параметры. Режимы обмена в МПС.
5.1.2. Однокристальный 8-разрядный микропроцессор
Понятие архитектуры микропроцессора (МП). Структурная схема 8-разрядного
МП. Основные блоки и их функции. Программная модель 8-разрядного МП. Организация
ввода-вывода. Типы адресации. Машинный цикл и его типы. Типы прерываний.
5.1.3. Однокристальный 16-разрядный микропроцессор
Структурная схема МП. Основные блоки и их функции. Циклы шины. Организация
памяти. Программная модель 16-разрядного МП. Организация ввода-вывода.
5.1.4. Построение модуля центрального процессора на базе БИС i8086
Схема синхронизации на примере генератора i8284. Функции интерфейса
центрального процессора с системной шиной. Принцип работы буферного регистра и
шинного
формирователя.
Пример
принципиальной
схемы
модуля
центрального
процессора на базе БИС i8086.
Основные этапы развития однокристальных микропроцессоров.
5.1.5. Классификация систем памяти.
Классификация по физической природе запоминающих элементов. Классификация
по быстродействию.
5.1.6. Построение модуля ПЗУ.
Типы модулей постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Построение модуля
ПЗУ для МПС на базе 8- и 16-разрядных процессоров. Наращивание емкости ПЗУ.
5
5.1.7. Построение модуля ОЗУ.
Построение модуля оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) статического
типа.
Наращивание
динамического
типа.
разрядности
Режимы
статического
работы
ОЗУ
ОЗУ.
Построение
динамического
типа.
модуля
ОЗУ
Контроллер
динамической памяти и принцип его работы.
5.1.8. КЭШ-память.
КЭШ-память. Принципы организации. Типы КЭШ-памяти. Взаимодействие КЭШпамяти и ОЗУ.
5.1.9. Принципы организации стековой памяти.
Понятие стека. Аппаратный стек. Аппаратно-программный стек.
5.1.10. Функции интерфейса ввода-вывода.
Хранение информации и доступ к ней со стороны МП. Управление обменом.
Преобразование формата данных. Режимы обмена информацией.
5.1.11. Программируемый параллельный интерфейс.
Архитектура и функциональные возможности программируемого параллельного
интерфейса на примере микросхемы КР580ВВ55. Структурная схема. Программирование
интерфейса. Режимы работы.
5.1.12. Программируемый таймер.
Архитектура и функциональные возможности программируемого таймера на
примере микросхемы КР1810ВИ54. Структурная схема. Программирование таймера.
Режимы работы.
5.1.13. Программируемый последовательный интерфейс.
Архитектура
и
функциональные
возможности
программируемого
последовательного интерфейса на примере микросхемы КР580ВВ51. Структурная схема.
Программирование интерфейса. Режимы работы.
5.1.14. Программируемый контроллер прерываний.
Архитектура и функциональные возможности программируемого контроллера
прерываний на примере микросхемы КР580ВН59А. Решаемые задачи. Структурная схема.
Каскадное соединение. Программирование и определение уровней приоритетов.
5.1.15. Программируемый интерфейс клавиатуры и индикации.
Архитектура и функциональные возможности программируемого интерфейса
клавиатуры и индикации на примере микросхемы КР580ВВ79. Структурная схема.
Программирование интерфейса. Режимы работы.
5.1.16. Микроконтроллеры.
6
Архитектура и функциональные возможности микроконтроллеров AVR и PIC.
Структурная схема. Особенности программирования. Взаимодействие с устройствами
управления.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1.
Промышленные
контроллеры
Программное
обеспечение
компьютерных систем
управления
2.
№ № разделов данной дисциплины, необходимых для
изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
10
12
15
16
Х
Х
Х
Х
Х
Х
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Наименование раздела дисциплины
Введение
Однокристальный 8-разрядный
микропроцессор
Однокристальный 16-разрядный
микропроцессор
Построение модуля центрального процессора
на базе БИС i8086
Классификация систем памяти.
Построение модуля ПЗУ.
Построение модуля ОЗУ.
КЭШ-память.
Принципы организации стековой памяти.
Функции интерфейса ввода-вывода.
Программируемый параллельный интерфейс.
Программируемый таймер.
Программируемый последовательный
интерфейс.
Программируемый контроллер прерываний.
Программируемый интерфейс клавиатуры и
индикации.
Микроконтроллеры.
Лекц.
1
2
Всего
час.
1
2
2
2
2
4
4
2
2
2
2
2
2
2
Лаб.
зан.
4
Семин
СРС
2
8
4
12
10
2
2
2
2
14
2
6
6
2
2
6
6
1
2
4
2
1
8
4
8
8
20
7
6.
Лабораторный практикум
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1
5.1.4
2
3
4
5
5.1.6
5.1.7
5.1.12
5.1.15
6
5.1.16
Наименование лабораторных работ
Построение модуля центрального процессора на базе
БИС i8086.
Построение модуля ПЗУ.
Построение модуля ОЗУ.
Разработка таймера.
Разработка программируемого интерфейс клавиатуры
и индикации.
Реализация АЦП на базе микроконтроллера
Трудоемкость
(час.)
4
6
6
6
4
8
7. Практические занятия (семинары)
Не запланированы
7.
Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Разработка МПС приема информации о параметрах объекта, представленных в виде
сигналов, поступающих от аналоговых или цифровых первичных датчиков,
устанавливаемых на объекте, обработки полученной информации в соответствии с
заданием, выдачи результатов обработки на вход блока индикации для принятия
оператором решения о состоянии контролируемого процесса.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература:

В.И. Бойко и др. Схемотехника электронных систем. Микропроцессоры и
микроконтроллеры. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004

К.Фрике Вводный курс цифровой электроники. 2-е исправленное издание. – Москва:
Техносфера, 2004.

Ремизевич Т.В. Микроконтроллеры для встраиваемых приложений. ОДЭКА. 2000г.

Готшальк О.А. Промышленные контроллеры. Санкт-Петербург. 2003.

Бродин В.Б., Шагурин М.И. Микроконтроллеры, архитектура, программирование,
интерфейс: Справочник. М.: Изд-во ЭКОМ, 1999.398 с.

Коффрон Дж. Технические средства микропроцессорных систем: Практический
курс. Пер. с англ. - М.: Мир, 1983.

Сташин В.В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств
на однокристальных микроконтроллерах. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

А.В. Фрунзе Микроконтроллеры? Это же просто! Т.1. – М.: ООО «ИД СКИМЕН»,
2002.
б) дополнительная литература:
- Музылева И.В. Элементная база для построения цифровых систем управления. - Москва:
Техносфера, 2006.
в) программное обеспечение – NI Multisim
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы:
1. Компоненты автоматизации ОВЕН. Ежегодный каталог продукции. WWW.OWEN.RU
8
2. Справочник по контрольно-измерительным приборам, автоматике и клапанам.
2010.IV, www.kipspb.ru.
3. Приборы, системы и средства автоматизации технологических процессов./
Номенклатурный каталог в 12-ти томах., 2000.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для выполнения лабораторных работ и оформления отчетов используются
компьютеры кафедрального вычислительного центра (аудитории -6501-6503)
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Задания для курсовых работ являются индивидуальными для каждого студента.
Для наиболее эффективной работы на практическом занятии студенту следует
предварительно изучить лекционный материал.
Разработчик:
кафедра АТПП
(место работы)
ст. преподаватель
(занимаемая должность)
Шабанов В.А.
(инициалы, фамилия)
Эксперты:
____________________
(место работы)
___________________
(занимаемая должность)
_________________________
(инициалы, фамилия)
____________________
(место работы)
___________________
(занимаемая должность)
_________________________
(инициалы, фамилия)