Saltar al contingut Menu
Mapa
  • Inici
  • Informació
  • Contacte
  • Mapa

Sistemes Digitals i Microcontroladors (SDMI)

Crèdits Dept. Tipus Requisits
6.0 (4.8 ECTS) ESAII
  • Obligatòria per a l'ETIS
  • Optativa per a l'EI
 PI - Pre-correquisit per la EI , ETIS

Professors

Responsable:  (-)
Altres:(-)

Objectius Generals

L'alumne ha d'adquirir els coneixements que el capaciti per especificar, dissenyar i implementar sistemes digitals complexos i sistemes basats en microcontroladors, utilitzant llenguatges de descripció de hardware, eines CAD/CAE i entorns de desenvolupament. Ha d'adquirir les capacitats necessàries per al disseny d'interfícies d'entrada/ sortida i comunicacions.

Objectius Específics

Coneixements

  1. Capacitats i limitacions de les famílies lògiques: Compatibilitat, nivells lògics, restriccions tecnològiques.
  2. 2.1 Dispositius de lògica programable: Arquitectures i tecnologies
    2.2 Llenguatges de descripció de hardware
  3. 3.1 Microcontroladors: famílies i estructures
    3.2 Memòries: connexió al bus, restriccions tecnològiques i aplicacions
  4. 4.1 Dispositius específics dels microcontroladors
    4.2 Interfícies per l'adaptació d'entrada/sortida
  5. Interfícies de comunicacions en sistemes microcontroladors.

Habilitats

  1. 1.2 Resoldre problemes d'interconnexió de portes lògiques garantint la propagació del senyal, detecció i eliminació d'espuris i metaestabilitat, camins de retard, dispersió de la senyal de rellotge.

  2. 2.1 Descriure el comportament d'un sistema digital utilitzant un llenguatge de descripció de hardware (VHDL)
    2.2 Utilitzar les eines de CAD/CAE pel disseny, implementació i avaluació de sistemes digitals.
  3. 3.1 Resoldre el compromís Hardware/software en la implementació d'una determinada funció sobre un sistema microcontrolador.
    3.1 Saber utilitzar les eines de desenvolupament de sistemes microcontroladors
    3.2 Seleccionar el microcontrolador adient per tal de satisfer una especificació funcional (memòria, perifèrics, integrats, interfícies ...)
  4. 4.1 Dissenyar les interfícies d'entrada/sortida (adquisició sensorial,/actuació), d'adaptació elèctrica i d'adaptació temporal.
    4.2 Disseny d'interfícies de comunicacions
  5. 5.1 Dissenyar i implementar el programa d'un microcontrolador (firmware) que compleixi les especificacions eficientment.
    5.2 Obtenir un esquema simbòlic i elèctric d'un sistema microcontrolador
    5.3 Resoldre el compromís en l'ús d'un microcontrolador o d'un sistema digital

Competències

  1. Especificació de dissenys de sistemes digitals i sistemes microcontroladors
  2. Generar correctament memòries tècniques del maquinari: diagrama de blocs, descripció sintètica dels components, diagrama simbòlic, mapes de memòria, esquemes elèctrics, taules de descodificació d'adreces
  3. Presentació tècnica del programari: diagrames d'execució, diagrames d'estats. taules de descripció de processos, llistats d'esdeveniments.....
  4. 4.1 Capacitat d'anàlisis crítica en el redisseny.
    4.2 Saber treballar en equip
  5. Compatibilitat entre medi ambient i tecnologia, criteris de sostenibilitat

Continguts

Hores estimades de:

T P L Alt L Ext. Est A Ext.
Teoria Problemes Laboratori Altres activitats Laboratori extern Estudi Altres hores fora d'horari fixat

1. Introducció: evolució tecnològica dels sistemes digitals i microcontroladors
T      P      L      Alt    L Ext. Est    A Ext. Total 
1,0 0 0 0 0 1,0 0 2,0
  • Laboratori:
    Es contempla una visió històrica de la evolució dels sistemes cablejats cap a els dispositius de lògica programable (CPLD)i microcontroladors

2. Famílies lògiques: compatibilitat, característiques temporals, restriccions tecnològiques
T      P      L      Alt    L Ext. Est    A Ext. Total 
2,0 0 0 0 0 2,0 0 4,0
  • Laboratori:
    S'aprofundeix sobre el comportament físic de les portes lògiques i descobreix a l'alumne quines son les restriccions tecnològiques actuals i que s'han de conèixer i respectar per que els sistemes digitals funcionin correctament.

3. Arquitectura i tecnologia dels dispositius de lògica programable: PLD i FPGA    
T      P      L      Alt    L Ext. Est    A Ext. Total 
6,0 0 0 0 0 6,0 0 12,0
  • Laboratori:
    A partir dels coneixement adquirits pels alumnes en l'assignatura IC en el disseny funcional de sistemes digitals i conegudes les seves restriccions tecnològiques, estudiem l'arquitectura, la tecnologia i l'utilització de les famílies de dispositius PLD. S'aprofundeix en el coneixement de la estructura, tecnologia i funcionalitat del FPGA mes complexos.

4. Tècniques de disseny de sistemes digitals. Llenguatges de descripció de hardware. Eines CAD/CAE
T      P      L      Alt    L Ext. Est    A Ext. Total 
3,0 0 0 0 0 6,0 0 9,0
  • Laboratori:
    S'estudien les tècniques utilitzades actualment per el disseny de sistemes digitals complexos a partir de dispositius de lògica programable així com les eines CAD/CAE més versàtils i actuals (VHDL, entorn de simulació, avaluació de comportament temporal, programació, test), que permeten dissenyar, implementar i avaluar sistemes digitals complexes reduint al màxim el període de desenvolupament.


5. Disseny i implementació d'un sistema digital segons les especificacions
T      P      L      Alt    L Ext. Est    A Ext. Total 
0 0 10,0 0 8,0 0 0 18,0
  • Laboratori:
    Es desenvolupa tot el procés de disseny d'un sistema digital complex basat en un dispositiu programable FPGA: Especificació, descripció de hardware i implementació test i simulació amb eines CAD/CAE.
  • Activitats de laboratori addicionals:
    L'alumne ha de fer un estudi previ per tal de donar solució al problema de disseny plantejat i estructurar la descripció del sistema digital en un llenguatge de descripció de Hardware.

6. Estructures internes dels microcontroladors i capacitats
T      P      L      Alt    L Ext. Est    A Ext. Total 
5,0 0 0 0 0 4,0 0 9,0
  • Laboratori:
    S'estudien diferències entre els sistemes microprocessadors, microcomputadors i els microcontroladors disponibles. S'analitzarà les seves arquitectures internes, capacitats i prestacions.
    L'alumne tindrà una visió amplia dels camps d'aplicació dels microcontroladors

7. Dispositius integrats especialitzats
T      P      L      Alt    L Ext. Est    A Ext. Total 
4,0 0 0 0 0 6,0 0 10,0
  • Laboratori:
    S'analitzen els dispositius específics, més currents, que es troben integrats en el microcontroladors. L'alumne aprendrà la utilització d'aquest dispositius. Es donaren exemples concrets d'aplicació d'aquest dispositius.

8. Expansió externa de les capacitats dels microcontroladors
T      P      L      Alt    L Ext. Est    A Ext. Total 
4,0 0 0 0 0 8,0 0 12,0
  • Laboratori:
    L'alumne aprendrar a connectar dispositius externs al microcntrolador per tal d'ampliar les seves capacitats.També aprendrar a dissenyar les interficies necessaries per garantir la correcta connexió i per potenciar les comunicacions.

9. Programació dels microcontroladors: firmware
T      P      L      Alt    L Ext. Est    A Ext. Total 
3,0 0 0 0 0 4,0 0 7,0
  • Laboratori:
    S¿explicaran les prestacions software de que disposen els microcontroladors per tal de que la seva programació sigui òptima.

10. Programació d'un sistema microcontrolador concret
T      P      L      Alt    L Ext. Est    A Ext. Total 
0 0 12,0 0 5,0 0 0 17,0
  • Laboratori:
    L'alumne es familiaritzarà amb al llenguatge de programació d'un microcontrolador concret i el seu entorn de desenvolupament a partir d'un conjunt de rutines que configuren una aplicació concreta. Se li demanarà que modifiqui determinats aspectes de l'aplicació per tal d¿aprofundir en la programació dels microcontroladors
  • Activitats de laboratori addicionals:
    Estudi del l'estructura, les capacitats, la programació dels dispositius integrats.
    Estudi previ de la documentació de la parctica i de l'entorn de desenvolupament

11. Disseny d'un sistema digital concret basat en microcontroladors. Criteris de sostenibilitat tecnològica
T      P      L      Alt    L Ext. Est    A Ext. Total 
0 0 8,0 0 10,0 0 0 18,0
  • Laboratori:
    Es muntarà una placa basada en un microcontrolador concret i se la dotarà d'una funció de control per tal de resoldre una aplicació especifica. Es dissenyaran les interfícies necessàries per tal d'adquirir la informació sensorial i del usuari i generar las accions de sortida adients.
    Es farà concient a l'alumne de la importancia de tenir en compte el reciclatge i reutilització del components de la placa per efr sostenible la seva producció.


Total per tipus T      P      L      Alt    L Ext. Est    A Ext. Total 
28,0 0 30,0 0 23,0 37,0 0 118,0
Hores addicionals dedicades a l'avaluació 2,0
Total hores de treball per l'estudiant 120,0

Metodologia docent

No es farà distinció entre classes de teoria i problemes pel fet que es pretén que l'assignatura tingui un caire de disseny. Les classes teòriques es reforçaran amb exemples d'aplicació real, mostrant les possibles alternatives de disseny. Amb aquesta metodologia l'alumna anirà desenvolupant el sentit crític i aprendrà a resoldre els compromisos de disseny de forma òptima.
En els diferents blocs temàtics es proposaran exercicis d'autoavaluació consistents en el desenvolupaments del sistemes digital i/o microcontroladors per tal de resoldre un problema especificat.

Mètode d'avaluació

L'avaluació de l'assignatura es determinarà a partir d'un examen parcial (P), un examen final (F) i les pràctiques de laboratori obligatòries (L), fetes en grups de dues/tres persones. Els exàmens inclouran qüestions teòriques i de laboratori. La nota de teoria representarà el 70% de la nota de l'assignatura.

Les pràctiques s'avaluaran per les notes de seguiment de laboratori,el correcte funcionament d'aquestes i la valoració de l'informe elaborat pels corresponents grups de laboratori. La nota de pràctiques contribuiran en un 30% en la nota final de l'assignatura.

La nota global de l'assignatura es calcularà de la següent manera:

NF = Max( P*0.3 + F*0.4, F*0.7) + L*0.3

Bibliografía bàsica

  • John Catsoulis Designing embedded hardware, O'Reilly, 2005.
  • John F. Wakerly Digital design : principles and practices, Prentice Hall, 2006.
  • Myke Predko Programming and customizing PICmicro microcontrollers, McGraw-Hill, 2002.
  • Design with PIC microcontrollers Design with PIC microcontrollers, Prentice Hall, 1998.

Bibliografía complementària

  • Frank Vahid, Tony Givargis Embedded system design : a unified hardware/software introduction, John Wiley & sons, 2002.
  • Jack G. Ganssle The Art of designing embedded systems, Newnes, 2000.
  • Wayne Wolf Computers as components : principles of embedded computing system design, Morgan Kaufmann, 2001.

Enllaços web

  1. http://www-assig.fib.upc.es/~sdmi/
    Pagina web de l'assignatura




  2. http://www.intel.com/design/mcs96/manuals/272238/index.htm
    Manual d'usuari del microcontrolador 80C196KD


  3. http://www.embedded.com
    Web de sistemes empotrats (embedded systems)


Capacitats prèvies

Conceptes de fisica: Teoria de Circuits, senyals electriques, nivells lògics, dispositius...

Coneixer, a nivell de bloc, els elements bàssics dels sistemes digitals: Biestables, registres, multiplexors, contadors, memòries, descodificadors, ....

Coneixement sòlid dels diferents mòduls d'un computador i la seva interrelació

Coneixements de controladors programables: IT, PIC, USART, PIO

Saber progamar amb C i Ensamblador


Compartir
Share

 
logo FIB © Facultat d'Informàtica de Barcelona - Contacte - RSS
Aquest web utilitza cookies pròpies per oferir una millor experiència i servei. En continuar amb la navegació entenem que acceptes la nostra política de cookies.
Versió clàssica Versió mòbil