МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Факультет нано- и биомедицинских технологий
УТВЕРЖДАЮ:
Проректор по учебно-методической работе,
профессор
__________________________ Е.Г. Елина
«_____» ___________________ 201 г.
Рабочая программа дисциплины
Биотехнические системы на базе микроконтроллеров и ПЛИС
Направление подготовки
«Биотехнические системы и технологии»
Профиль подготовки
«Методы и устройства обработки биосигналов»
Квалификация (степень) выпускника
Магистр
Форма обучения очная
Саратов, 2013 г.
1. Цели освоения дисциплины
Целью изучения дисциплины "Биотехнические системы на базе микроконтроллеров и ПЛИС", является формирование у студентов комплекса профессиональных теоретических знаний и практических навыков в области разработки аппаратно-программных систем автоматического управления и контроля на базе программируемых микроконтроллеров (МК) и программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).
Задачами изучения дисциплины являются:
формирование и углубление знаний об особенностях внутренней организации современных однокристальных микрокомпьютеров и ПЛИС, а также аппаратных и программных средствах поддержки разработок на базе таких элементов;
формирование умений создания и отладки программного обеспечения для микроконтроллеров;
формирование владений программными и аппаратными средствами поддержки разработок на базе микроконтроллеров.
2. Место дисциплины в структуре ООП магистратуры
Дисциплина «Биотехнические системы на базе микроконтроллеров и ПЛИС» относится к профессиональному циклу и изучается студентами дневного отделения факультета нано- и биомедицинских технологий СГУ, обучающимися в магистратуре по направлению «Биотехнические системы и технологии», в течение 9, 10 и 11 учебных семестров. Материал дисциплины опирается на ранее приобретенные студентами знания по физике, математике, программированию, основам цифровой и аналоговой электронике и подготавливает студентов к написанию магистерской диссертационной работы.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
Освоение дисциплины «Биотехнические системы на базе микроконтроллеров и ПЛИС» формирует компетенцию ПК-9 (“Способность проектировать устройства, приборы, системы и комплексы биомедицинского и экологического назначения с учетом заданных требований”).
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 13 зачетных единиц, 468 часов.
№
п/п
|
Раздел дисциплины
|
Семестр
|
Неделя семестра
|
Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)
|
Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)
Формы промежуточной аттестации (по семестрам)
|
Лек
|
СТС
|
Лаб
|
|
|
История появления микропроцессоров. Классификация устройств цифровой обработки сигналов и современных микропроцессоров.
|
9
|
2
|
2
|
7
|
5
|
|
|
|
Обзор 8-битных микроконтроллеров, структурные элементы микроконтроллеров.
|
9
|
2
|
2
|
7
|
5
|
|
|
|
Средства аппаратной и программной поддержки разработок на МК AVR.
|
9
|
2
|
3
|
8
|
5
|
|
|
|
Создание простейших программ для МК.
|
9
|
3
|
3
|
8
|
5
|
|
контрольная работа
|
|
Использование программного эмулятора микроконтроллеров.
|
9
|
3
|
3
|
8
|
5
|
|
|
|
Устройство цифрового порта ввода-вывода.
|
9
|
3
|
2
|
8
|
5
|
|
|
|
Организация, назначение и особенности использования таймеров микроконтроллеров. Аппаратная поддержка широтно-импульсной модуляции.
|
9
|
3
|
3
|
8
|
6
|
|
Отчет по лабораторным работам, экзамен
|
|
Организация, назначение и особенности использования встроенных аналого-цифровых преобразователей микроконтроллеров.
|
10
|
3
|
4
|
5
|
12
|
|
|
|
Организация, назначение и особенности использования встроенных коммуникационных интерфейсов UART.
|
10
|
2
|
3
|
5
|
11
|
|
|
|
Организация, назначение и особенности использования встроенной энергонезависимой памяти EEPROM. История развития систем программируемой логики.
|
10
|
2
|
3
|
4
|
11
|
|
контрольная работа
|
|
Структурные схемы устройств программируемой логики: SPDL, CPLD, ПЛИС (FPGA).
|
10
|
3
|
2
|
4
|
10
|
|
|
|
Основные характеристики современных ПЛИС и CPLD.
|
10
|
3
|
2
|
5
|
10
|
|
|
|
Основные структурные элементы ПЛИС.
|
10
|
3
|
2
|
5
|
10
|
|
Отчет по лабораторным работам, экзамен
|
|
SRAM LUT и мультиплексоры в составе логических блоков ПЛИС.
|
11
|
3
|
0
|
18
|
12
|
|
|
|
Цифровые порты ввода-вывода ПЛИС.
|
11
|
3
|
0
|
18
|
12
|
|
|
|
Организация системы тактирования ПЛИС.
|
11
|
3
|
0
|
18
|
12
|
|
|
|
Организация, назначение и особенности использования блоков ОЗУ в ПЛИС.
|
11
|
3
|
0
|
18
|
12
|
|
контрольная работа
|
|
Микропроцессорные ядра, встроенные аппаратные умножители и сумматоры ПЛИС.
|
11
|
3
|
0
|
18
|
12
|
|
|
|
Гигабитные приемопередатчики ПЛИС.
|
11
|
3
|
0
|
18
|
12
|
|
Отчет по лабораторным работам, зачет
|
|
Итого:
|
3 учебных семестра
|
52
|
34
|
190
|
172
|
|
Отчет по лабораторным работам, 3 контрольные работы,
2 экзамена,
зачет
|
Содержание дисциплины
История появления микропроцессоров. Классификация устройств цифровой обработки сигналов и современных микропроцессоров.
Обзор 8-битных микроконтроллеров, структурные элементы микроконтроллеров.
Средства аппаратной и программной поддержки разработок на МК AVR.
Создание простейших программ для МК.
Использование программного эмулятора микроконтроллеров.
Устройство цифрового порта ввода-вывода.
Организация, назначение и особенности использования таймеров микроконтроллеров. Аппаратная поддержка широтно-импульсной модуляции.
Организация, назначение и особенности использования встроенных аналого-цифровых преобразователей микроконтроллеров.
Организация, назначение и особенности использования встроенных коммуникационных интерфейсов UART.
Организация, назначение и особенности использования встроенной энергонезависимой памяти EEPROM. История развития систем программируемой логики.
Структурные схемы устройств программируемой логики: SPDL, CPLD, ПЛИС (FPGA).
Основные характеристики современных ПЛИС и CPLD.
Основные структурные элементы ПЛИС.
SRAM LUT и мультиплексоры в составе логических блоков ПЛИС.
Цифровые порты ввода-вывода ПЛИС.
Организация системы тактирования ПЛИС.
Организация, назначение и особенности использования блоков ОЗУ в ПЛИС.
Микропроцессорные ядра, встроенные аппаратные умножители и сумматоры ПЛИС.
Гигабитные приемопередатчики ПЛИС.
5. Образовательные технологии
В преподавании дисциплины «Биотехнические системы на базе микроконтроллеров и ПЛИС» используются следующие образовательные технологии:
лекционные занятия,
лабораторные занятия,
самостоятельная внеаудиторная работа,
консультации преподавателя,
контрольные работы,
Лекционные занятия проводятся в основном в традиционной форме. При проведении части лекционных занятий используется ПК и мультимедийный проектор.
При проведении лабораторных занятий студенты получают умения программирования арифметико-логического устройства и периферийных модулей микроконтроллеров в ходе работы на лабораторных стендах.
Приблизительный перечень заданий лабораторных работ
Создать программу, генерирующую меандр с частотой 10 кГц на всех выводах порта A. Осуществить эмуляцию работы этой программы в VMLab. Задержку при настройке программы-генератора меандра подобрать экспериментально, контролируя промежуточные результаты в виртуальном осциллоскопе VMLab.
Продемонстрировать генерацию сигнала с требуемой частотой в окне осциллоскопа VMLab в режиме эмуляции.
Создать программу, генерирующую меандр с частотой 10 кГц на выводе PA0 МК. На остальные выводы порта A вывести постоянное значение, соответствующее логической 1. Осуществить эмуляцию работы этой программы в VMLab. Задержку при настройке программы-генератора меандра подобрать экспериментально, контролируя промежуточные результаты в виртуальном осциллоскопе VMLab.
Продемонстрировать генерацию сигнала с требуемой частотой в окне осциллоскопа VMLab в режиме эмуляции.
Создать программу, генерирующую меандр с частотой 10 Гц на выводах PB0 и PB1 МК в противофазе (т.е. когда на PB0 высокий уровень, на PB1 низкий и наоборот). На остальные выводы порта B вывести постоянное значение, соответствующее логической 1. Эмулировать подключение к PB0 и PB1 индикаторных светодиодов D1 и D2 контрольной панели VMLab. Осуществить эмуляцию работы этой программы в VMLab с демонстрацией переключения светодиодов. Задержку при настройке программы-генератора меандра подобрать экспериментально, контролируя промежуточные результаты в виртуальном осциллоскопе VMLab.
Продемонстрировать генерацию сигнала с требуемой частотой в окне осциллоскопа VMLab в режиме эмуляции.
“Бегущий огонь”. Создать программу, циклично последовательно переключающую уровни сигналов на выходе порта C таким образом, чтобы светодиоды ATSTK500 светились последовательно: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 0, 1, … В каждый момент времени должен светится только 1 светодиод. Экспериментально подобрать параметры программной задержки так, чтобы время свечения каждого светодиода было 0.5 с.
“Огненная лента”. Создать программу, циклично переключающую уровни сигналов на выходе порта C таким образом, чтобы светодиоды ATSTK500 зажигались и гасли в следующей последовательности: последовательно зажигаются 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 (в этот момент светятся все), последовательно гаснут 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 (в этот момент погашены все), зажигаются 0, 1, … Экспериментально подобрать параметры программной задержки так, чтобы время между очередным зажиганием или гашением светодиода составляло 0.5 с.
Создать программу, переключающую уровень сигнала на выходе линий порта C при нажатии кнопок, подключенных к соответствующим линиям порта B. При нажатии кнопки n ATSTK500 должен зажигаться n-ый светодиод.
Создать программу, считывающую состояние цифровых линий PB0 и PB1 и выставляющую линии PB2 и PB3 в состояния:  и  . Работу программы продемонстрировать, эмулируя в VMLab работу предложенной преподавателем электрической принципиальной схемы.
Создать программу, которая при нажатии кнопки 1, подключенной к линии порта С, выполняет действия в соответствии с п. 4, при нажатии кнопки 2 выполняет действия в соответствии с п. 5, при нажатии кнопки 0 гасит все светодиоды до нажатия кнопок 1 или 2. Программы стартует в режиме ожидания.
Создать библиотеку функций для вывода цифровой информации на сегменты блока индикации, оформив ее в виде h-файла indicator.h. Библиотека должна включать функцию void SEGerase(void), позволяющую очистить все сегменты индикатора и функцию void SEGdigit(S8 digit, U8 dot). Последняя формирует и посылает на вход сдвигового регистра блока индикации последовательность из 8 битов, управляющих свечением светодиодов одного индикаторного сегмента. Параметры функции: digit – десятичное число от 0 до 9 для вывода соответствующей цифры на индикатор, если digit<0 или digit>9 то сегменты a-g гасятся, dot – логическое значение, управляющее отображением десятичного разделителя индикатора (светодиодом h).
Используемые функции созданного заголовочного файла написать программу, которая в цикле отображает на сегменте X числа от 0 до 9 (обеспечить время отображения каждой цифры около 0.5 с). На сегменте Z должна постоянно отображаться цифра ‘0’ и десятичный разделитель, все светодиоды сегмента Y должны оставаться погашенными.
Используя функции библиотеки indicator.h создать программу, которая отображает с помощью блока индикации заданное трехзначное число a:
a присваивается значение 0, 0 отображается на всех сегментах индикатора,
при нажатии кнопки 0 a уменьшается на 1 (если a 1, иначе игнорируется),
при нажатии кнопки 1 a увеличивается на 1 (если a 998, иначе игнорируется),
при нажатии кнопки 2 a уменьшается на 10 (если a10, иначе игнорируется),
при нажатии кнопки 3 a увеличивается на 10 (если a990, иначе игнорируется),
при нажатии кнопки 7 выполняется п. 1.
Создать программу, переключающую подключенные к порту C светодиоды с частотой 1 Гц. Т.е. 0.5 c должен светиться только светодиод LED0, затем 0.5 c только светодиод LED1, затем опять LED0 и т.д. Переключение светодиодов осуществлять в прерывании переполнения таймера 1.
Создать программу – секундомер, отображающую время с помощью семисегментных индикаторов блока индикации. Для измерения времени использовать прерывание сравнения (output compare A) таймера 1.
Исходное состояние: на всех индикаторах отображается ‘0’, счет времени не осуществляется.
При нажатии кнопки 1 в исходном состоянии секундомер стартует, отображая время, прошедшее от момента старта. Сегменты X и Y отображают секунды, Z – минуты. Десятичный разделитель сегмента Z мигает с частотой 1 Гц и скважностью 2. По истечении 10 минут секундомер переводится в исходное состояние.
При нажатии кнопки 2 секундомер переходит в режим паузы – отсчет времени приостанавливается, десятичный разделитель Z не мерцает, на индикаторе выводится время, прошедшее от момента старта секундомера до паузы.
При нажатии кнопки 1 в режиме паузы секундомер продолжает счет.
При нажатии кнопки 0 секундомер останавливается и сбрасывается, переходя в исходное состояние.
Создать программу – простой электромузыкальный инструмент: по нажатию кнопок SW0-SW6 программа должна генерировать на выводе PA2 меандр с частотой, соответствующей нотам До-Си первой октавы. Генерацию сигнала заданной частоты организовать с использованием прерывания сравнения таймера. Работоспособность программы продемонстрировать, подключив динамик к выводам PA2-GND на плате STK500. Обеспечивать звучание аккордов (одновременное воспроизведение 2 и более музыкальных тонов) не требуется. Звук должен звучать пока удерживается нажатой соответствующая кнопка.
Создать программу, опрашивающую в режиме последовательного опроса канал ADC0 АЦП с частотой не менее 10 Гц. Старшие 8 бит результата преобразования отображать в двоичном виде с помощью светодиодов STK500, подключаемых к порту C платы. Работу программы продемонстрировать, подключив к входу АЦП потенциометр.
Построение цифрового вольтметра: создать программу, опрашивающую с частотой 10 Гц канал ADC0 АЦП и выводящую выраженное в вольтах значение измеренного напряжения на блок 7-сегментных индикаторов. Опрос организуется в прерывании сравнения таймера МК. На индикаторы выводится значение измеренного напряжения в вольтах в формате: “Z.YX”, где Z целая часть величины измеренного напряжения в вольтах, Y – десятая, X – сотая доля измеренной величины. Работу программы продемонстрировать, подключив к входу АЦП потенциометр.
Организовать управление яркостью светодиода, используя аппаратный быстрый ШИМ (fast PWM) таймера 1. Изменение (увеличение/уменьшение) скважности ШИМ-импульсов организовать с помощью тактовых кнопок SW0 и SW1. Обеспечить повтор инкремента/декремента скважности при удержании кнопок с задержкой около 0.3 c. Работоспособность программы продемонстрировать, подключив к используемому выводу аппаратного ШИМ МК светодиод модуля потенциометра.
Обеспечить решение задачи из п.16, организовав “аналоговое” управление скважностью ШИМ путем опроса с помощью АЦП падения напряжения на потенциометре.
Создать программу, обеспечивающую циклическую передачу символа “A” по UART с периодом 1 с. Работоспособность программы продемонстрировать, используя терминал Hyper Terminal.
Создать программу, обеспечивающую прием кода символа, переданного по UART и отображающую принятый код в двоичном виде с помощью индикаторных светодиодов. Работоспособность программы продемонстрировать, используя терминал Hyper Terminal.
Создать программу, обеспечивающую управление свечением индикаторного светодиода, подключенного к PC0. Светодиод должен зажигаться при получении МК через UART символьной строки “ON” и гаснуть при получении последовательности символов “OFF”. Работоспособность программы продемонстрировать, используя терминал Hyper Terminal.
Создать программу, которая при получении микроконтроллером через UART последовательности символов “GET” измеряет напряжение на входе ADC0, нормирует и преобразует его в строку символов в формате: “[U=Z.YX V]”, где Z целая часть величины измеренного напряжения в вольтах, Y – десятая, X – сотая доля измеренной величины. Сформированная текстовая строка посылается через UART. Работоспособность программы продемонстрировать, используя терминал Hyper Terminal и подключив к входу АЦП потенциометр.
Создать функции void eepromWrite(U8 addr, U8 data) и U8 eepromRead(U8 addr), которые осуществляют, соответственно, запись и чтение байта данных в/из EEPROM по адресу addr.
Создать программу, записывающую в EEPROM значения 0Fh, 55h, F0h и AAh по адресам 0-3, соответственно. При нажатии на тактовую кнопку, подключенную к PB0, последовательно и циклично осуществлять считывание байта данных из EEPROM и отображение считанного значения в двоичном виде с помощью светодиодных индикаторов STK500. (Т.е. при первом нажатии на индикаторах нужно отобразить значение байта EEPROM считанного из 0 ячейки, при втором – из 1 ячейки, при пятом снова из 0 и т.д.)
Самостоятельная внеаудиторная работа студентов по дисциплине проводится в течение всего периода изучения дисциплины и заключается в чтении и изучении литературы, подготовке к лабораторным занятиям, в выполнении заданий преподавателя, работе в компьютерном классе и библиотеке.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Дисциплина «Биотехнические системы на базе микроконтроллеров и ПЛИС» предполагает следующее учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов:
использование интернет-ресурсов: информационных порталов, форумов, систем дистанционного обучения,
изучение учебной и периодической специализированной литературы,
личные и online-консультации преподавателей.
В качестве оценочных средств для текущего контроля успеваемости используются:
контрольные работы,
отчеты по результатам выполнения лабораторных работ,
зачет,
экзамены.
Рекомендуется:
- для качественного усвоения материала лекций разбирать вопросы, изложенные в каждой очередной лекции, до следующей, по непонятым деталям консультироваться у лектора, читать соответствующую литературу;
- при подготовке к выполнению и отчетам по лабораторным работам тщательно изучать описание работы, задавать уточняющие вопросы преподавателю и дежурному инженеру, иметь отдельную тетрадь по практикуму, для выполнения заданий и оформления отчетов;
- при подготовке к контрольной работе пользоваться лекциями и рекомендованной литературой;
- задания, которые даются преподавателем во время занятий по отдельным вопросам, обязательны для выполнения, и качество их выполнения будет проверяться во время зачета и экзамена.
Перечень заданий самостоятельной работы, предлагаемых студентам в ходе проведения занятий : перечислены в пункте “Приблизительный перечень заданий лабораторных работ”.
Контрольные вопросы для проведения промежуточной аттестации
История появления микропроцессоров. Классификация устройств цифровой обработки сигналов. Классификация современных микропроцессоров.
Архитектуры RISC и CISC: особенности, преимущества, недостатки. Архитектура фон-Неймана и гарвардская архитектура.
Структурная схема микроконтроллера Atmel megaAVR.
Понятие ядра микропроцессора. Ядро Atmel AVR.
Динамическая память DRAM: физические принципы организации, особенности использования, преимущества, недостатки.
Статическая память SRAM: физические принципы организации, особенности использования, преимущества, недостатки.
Организация памяти данных в микроконтроллерах megaAVR. Особенности адресации ОЗУ. Общее адресное пространство памяти и регистров.
Энергонезависимая память различных типов: физические принципы организации, особенности использования, преимущества, недостатки.
Память команд в микроконтроллерах Atmel megaAVR: организация, особенности адресации, возможности перепрограммирования, самопрограммирование.
Программные средства поддержки разработок на микроконтроллерах AVR. Форматы файлов отладки и микрокода.
Аппаратные средства поддержки разработок на микроконтроллерах megaAVR. Конфигурационные биты доступные при программировании.
Устройство и программирование цифрового порта ввода-вывода Atmel megaAVR. Примеры использования. Использование внутренних подтягивающих резисторов.
Способы тактирования микроконтроллеров Atmel megaAVR. Таймеры микроконтроллеров Atmel megaAVR: cтруктурная схема таймера, использование таймера в режиме последовательного опроса (polling).
Таймеры микроконтроллеров Atmel megaAVR: cтруктурная схема таймера, использование таймера в режиме генерации прерывания переполнения.
Таймеры микроконтроллеров Atmel megaAVR: cтруктурная схема таймера, использование таймера в режиме генерации прерывания сравнения (Compare Match).
Широтно-импульсная модуляция: примеры использования, преимущества и недостатки управления мощностью с помощью ШИМ. Таймеры микроконтроллеров Atmel megaAVR: cтруктурная схема таймера, виды ШИМ, реализация аппаратного ШИМ.
Аналого-цифровой преобразователь в Atmel megaAVR. Структурная схема. Режимы работы. Основные характеристики.
Универсальный асинхронный приемопередатчик (UART) в Atmel megaAVR. Структурная схема. Режимы работы. Основные характеристики.
Основные преимущества и недостатки EEPROM и FLASH. EEPROM встроенная в микроконтроллер Atmel megaAVR: основные характеристики, особенности использования, программное чтение и модификация EEPROM.
Особенности построения устройств на базе микроконтроллеров Atmel megaAVR: организация цепей питания, тактирования, программирования, примеры подключения тактовых кнопок, светодиодных индикаторов, организации интерфейсов с ПК и программатором.
Вопросы для проведения аттестации по итогам освоения дисциплины
История появления микропроцессоров. Классификация устройств цифровой обработки сигналов. Классификация современных микропроцессоров.
Архитектуры RISC и CISC: особенности, преимущества, недостатки. Архитектура фон-Неймана и гарвардская архитектура.
Структурная схема микроконтроллера Atmel megaAVR.
Понятие ядра микропроцессора. Ядро Atmel AVR.
Динамическая память DRAM: физические принципы организации, особенности использования, преимущества, недостатки.
Статическая память SRAM: физические принципы организации, особенности использования, преимущества, недостатки.
Организация памяти данных в микроконтроллерах megaAVR. Особенности адресации ОЗУ. Общее адресное пространство памяти и регистров.
Энергонезависимая память различных типов: физические принципы организации, особенности использования, преимущества, недостатки.
Память команд в микроконтроллерах Atmel megaAVR: организация, особенности адресации, возможности перепрограммирования, самопрограммирование.
Программные средства поддержки разработок на микроконтроллерах AVR. Форматы файлов отладки и микрокода.
Аппаратные средства поддержки разработок на микроконтроллерах megaAVR. Конфигурационные биты доступные при программировании.
Устройство и программирование цифрового порта ввода-вывода Atmel megaAVR. Примеры использования. Использование внутренних подтягивающих резисторов.
Способы тактирования микроконтроллеров Atmel megaAVR. Таймеры микроконтроллеров Atmel megaAVR: cтруктурная схема таймера, использование таймера в режиме последовательного опроса (polling).
Таймеры микроконтроллеров Atmel megaAVR: cтруктурная схема таймера, использование таймера в режиме генерации прерывания переполнения.
Таймеры микроконтроллеров Atmel megaAVR: cтруктурная схема таймера, использование таймера в режиме генерации прерывания сравнения (Compare Match).
Широтно-импульсная модуляция: примеры использования, преимущества и недостатки управления мощностью с помощью ШИМ. Таймеры микроконтроллеров Atmel megaAVR: cтруктурная схема таймера, виды ШИМ, реализация аппаратного ШИМ.
Аналого-цифровой преобразователь в Atmel megaAVR. Структурная схема. Режимы работы. Основные характеристики.
Универсальный асинхронный приемопередатчик (UART) в Atmel megaAVR. Структурная схема. Режимы работы. Основные характеристики.
Основные преимущества и недостатки EEPROM и FLASH. EEPROM встроенная в микроконтроллер Atmel megaAVR: основные характеристики, особенности использования, программное чтение и модификация EEPROM.
Особенности построения устройств на базе микроконтроллеров Atmel megaAVR: организация цепей питания, тактирования, программирования, примеры подключения тактовых кнопок, светодиодных индикаторов, организации интерфейсов с ПК и программатором.
История развития программируемой логики. SPDL, CPLD, FPGA. Структурные схемы устройств программируемой логики.
Характеристики и возможности современных ПЛИС и CPLD. Основные структурные элементы ПЛИС.
SRAM LUT и мультиплексоры в составе логических блоков ПЛИС: особенности использования, преимущества и недостатки.
Тактирование ПЛИС: деревья синхронизации, специализированные выводы, возможности диспетчеров синхронизации PLL и DLL.
Особенности организации портов ввода-вывода общего назначения современных ПЛИС. Блоки интеллектуальной собственности (IP).
Гигабитные приемопередатчики в современных ПЛИС.
Аппаратные умножители, сумматоры и аккумуляторы в ПЛИС.
Встроенные в ПЛИС микропроцессорные ядра, блоки аппаратной поддержки быстрой цифровой обработки сигналов, софтпроцессоры.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
Белов А.В. Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах AVR. –СПб.: Наука и техника, 2010. 528 с: илл.
Ревич Ю.В. Практическое программирование микроконтроллеров Atmel AVR на языке ассемблера. –СПб.: БХВ-Петербург, 2008. 384 с: илл.
Максфилд К. Проектирование на ПЛИС. Курс молодого бойца. М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2007. 408 с: илл.
Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2007. 592 с: илл.
б) дополнительная литература:
Хартов В.Я. Микроконтроллеры AVR. Практикум для начинающих. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 240 с: илл.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
http://avr123.nm.ru
http://atmel.com
http://altera.com
http://xilinx.com
Эмулятор VMLab v.3.15
Компилятор C/С++ WinAVR v.20100110
AVR Studio v.4.18
Altera Quartus II SP2 Web Edition
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Занятия по дисциплине «Биотехнические системы на базе микроконтроллеров и ПЛИС» проводятся в аудиториях, оснащенных компьютерной техникой и мультимедиа-проекторами. При проведении лекций и лабораторных занятий используются электронные презентативные и справочные материалы, используется специализированное программное обеспечение (интегрированные среды разработки компьютерных программ для МК Atmel AVR и ПЛИС Altera). Для проведения лабораторных работ необходимо наличие установок в комплекте: набор разработчика Atmel STK500 или STK600 c модулем сопряжения DIP-40, микроконтроллер Atmel ATmega16-16PI, приставка, содержащая 3 7-сегментных индикатора и подключенный к ним 24 битный сдвиговый регистр, приставка, содержащая потенциометр и светодиод, персональный компьютер с USB и COM-портами (либо с USB-портами и переходником USB-COM) c предустановленным ПО VMLab, WinAVR и AVRStudio.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению «Биотехнические системы и технологии» и профилю подготовки «Методы и устройства обработки биосигналов»
Автор Караваев А.С.
Программа одобрена на заседании базовой кафедры динамического моделирования и биомедицинской инженерии
от 17 декабря 2012 г., протокол № 12.
Зав. кафедрой динамического моделирования и биомедицинской инженерии,
профессор
_____________________________ Б.П. Безручко
«_____» ___________________ 201 г.
Декан факультета нано- и биомедицинских
технологий, профессор
_____________________________ С.Б. Вениг
«_____» ___________________ 201 г.</0>
|
