101324 - MICROPROCESADORES

Tipo de asignatura: obligatoria

Coordinador: Joan Triadó Aymerich

trimestre: Segundo trimestre

Créditos: 4

• Català

Los apuntes de teoría y prácticas así como la bibliografía están íntegramente en inglés

La asignatura de microprocesadores es la continuación de electrónica digital II. Para la interfaz con el mundo real se aprovecharán también conocimientos de electrónica analógica.

Se trabajará con un microcontrolador de bajo coste (ARM Cortex M4, como el implementado en las placas de desarrollo launchpad TIVA TM4C123GX de Texas Instruments).

Un microcontrolador es un microprocesador con más capacidad de entradas y salidas del mundo analógico. Por lo tanto, puede funcionar de forma autónoma sin requerir periféricos.

En esta asignatura se programará directamente el dispositivo sin que haya una capa de sistema operativo. 

Se recomienda al estudiante la adquisición de la placa de desarrollo Launchpad TIVA TM4C123GX de Texas Instruments para poder realizar las prácticas y ejercicios sobre hardware real. El coste de esta placa es inferior a los 25 €. Sin embargo, es posible seguir la asignatura y realizar todas las actividades en modo simulación, sin disponer de la placa.

1. Introducción. Los objetivos de aprendizaje. Sistemas embedits. Conceptos Fundamentales. Lógica digital. Información binaria Implementada con transistores. Información digital almacenado en la memoria. Sistemas de numeración binarios. Numeración en coma fija.

2. Introducción a los ordenadores. Puertos E / S. Registros de la CPU. Lenguaje ensamblador. Sintaxis. Modos de direccionamiento y operandos. Espacio de direcciones. Proceso de desarrollo de software.

3. Introducción a la programación en C. Estructura y organización de C. Variables y expresiones. Funciones. Bifurcaciones condicionales y bucles. La entrada de teclado usando scanf. Palabras clave C Puntuación.

4. Puertos paralelos E / S. Stellaris LM4F120 y Tiva TM4C123 LaunchPad. Pins E / S. Conceptos básicos de entrada y salida de los puertos. Programación de E / S y registro de direcciones.

5. Debug. Herramientas de depuración de hardware. Diseño y Desarrollo. Ciclo de Vida del Producto. Refinamiento adelante. Diseño de Calidad. Funciones, procedimientos, métodos, y subrutinas. Toma de decisiones. Condicional if-then Switch. Bucles. Depuración funcional.

6. Interfaz con pulsadores y LEDs externos. Protoboard. Ejemplos. Diseño de hardware. Diseño de software. Tests.

7. Arrays, tiempo y debug funcional. Teoría del debug. Temporizador SysTick. Arrays, cadenas. Estabilización. Breakpoints. Debug paso a paso. Volcado a arrays.

8. Máquinas de Estados Finitos. Phase-Lock Loop. Estructuras. Máquinas de estados finitos con estructuras indexadas. Motores paso a paso. Ejemplos.

9. Interfaz serie. Sincronización E / S. Transmisor receptor asíncrono universal (UART). Comunicación asíncrona. Detalles de la UART del TM4C. Conversiones. Sistemas Distribuido. Conexión a una pantalla LCD Nokia 5110 usando el puerto serie.

10. Interrupciones. Comunicación y sincronización multi-hilo (thread). NVIC en el procesador ARM Cortex-M. Interrupciones por flanco. SysTick en las interrupciones periódicas. Interfaz del motor de corriente continua con PWM. Ejemplo de construcción de un coche robotizado.

11. Conversión Digital a Analógica y audio. La aproximación de señales continuas en el dominio digital. Conversión Digital a Analógica. Generación de sonido y música.

12. Conversión analógica a digital. Adquisición de Datos y Control. ADC al TM4C123 / LM4F120. Teorema de Nyquist. Robot Car Controller.

13. Sistemas Embedded completos. Documento de requerimientos. El diseño modular. Introducción a los Gráficos. Estructuras de organización de datos. Interrupciones periódicas. Display NOKIA 5110

La evaluación continua se basará en tres elementos:
1. La nota de las actividades prácticas realizadas en el laboratorio (NL),
2. La nota de teoría y problemas (NTP)
3. Actividades realizadas por el estudiante en la plataforma moodle (M)
calificación:
La Nota Final (NF) de la asignatura se obtiene ponderando la Nota de Teoría y problemas (NTP) y la nota de las prácticas de Laboratorio (NL):
NF = 0.7 NTP + 0.3 NL
La NTP se obtiene mediante la evaluación continua o mediante el Examen de recuperación. La asignatura está planificada de forma que, en condiciones normales, pueda ser aprobada por evaluación continua. No obstante, si algún alumno no consigue aprobar la evaluación continua) puede obtener la nota NTP directamente del Examen de recuperación. Para presentarse al examen de recuperación necesario haber sacado una nota superior a 2.5 en la evaluación continua.
Nota de Teoría y Problemas (NTP) para evaluación continua:
La NTP se obtiene a partir de ponderar 3 notas (N1, ..., N3). La nota Nk (para k = 1, ..., 3) es la calificación obtenida en el examen Ek (el que se realiza en el horario de clases) siempre que el alumno haya entregado satisfactoriamente un 80% de las actividades moodle (M) sobre los temas / objetivos evaluados. En el caso de no llegar al 80%, Nk será 0.
Las entregas incluyen tanto la realización a tiempo (y en casa) de los Ejercicios y problemas propuestos después de cada sesión de teoría y problemas, como aquellos Ejercicios y problemas realizados en la propia clase.
Los pesos que ponderan cada nota Nk son proporcionales a las horas de trabajo que el estudiante dedica a realizar las actividades planificadas para conseguir los objetivos evaluados, así como de la importancia relativa de estos objetivos dentro de la asignatura.
NTP = (N1 + N2 + N3) / 3
La nota de Laboratorio (NL):
Al tratarse de una asignatura eminentemente práctica se reducirán al máximo las explicaciones teóricas y se realizarán prácticas en las clases de teoría (grupo completo) y en las clases de prácticas (grupo reducido). Esto permite realizar un total de 9 prácticas.
La nota NL se obtiene utilizando la siguiente fórmula:
NL = 0.65 x PP + 0.35:XNUMX IF

en:
PP es la nota media de todas las pruebas previas individual (de unos 15 minutos de duración), la que se realiza al inicio de la sesión y que consiste en preguntas similares a las actividades realizadas en prácticas. No todas las prácticas tienen prueba previa.
IF es la nota media de todos los informes finales realizados durante las actividades prácticas (no entregar ningún documento en papel).

Nota final:
Al terminar las clases, después de unos pocos días del examen E3, el alumno sabrá si ha aprobado la asignatura mediante la evaluación continua de teoría y problemas, y la evaluación del laboratorio (NF> = 5). En caso de aprobar, ya no es necesario que el alumno realice el Examen de recuperación.
Sistema de calificación
Si no ha aprobado la asignatura por evaluación continua, el alumno puede obtener la nota NTP a través del examen final de recuperación. La nota final de la asignatura se calculará con la misma ponderación utilizada para los alumnos que aprobaron mediante la evaluación continua, utilizando como nota NTP la máxima nota entre la proveniente de la evaluación continua y la proveniente del Examen de recuperación.
Sólo se pueden presentar al examen de recuperación aquellos estudiantes que no hayan aprobado por evaluación continua y hayan obtenido una nota superior a 2.5 en el promedio de los exámenes de teoría.

Normas de realización de las actividades
Las pruebas se realizarán de forma individual.
Las prácticas se realizarán por parejas. La nota de la Práctica puede ser diferente para cada miembro del grupo si el profesor lo considera oportuno.

Es obligatorio realizar todas las actividades de la asignatura.

Examen final de recuperación: los estudiantes que no aprueben por evaluación continua y hayan obtenido una nota superior a 2.5 en el promedio de los exámenes podrán acudir al examen final de recuperación. La nota máxima de la recuperación será de 5.

Las actividades de laboratorio no son recuperables.

Marcos Faundez Zanuy, PowerPoints "Microcomputers" 2023

John Valvano, Volume 1, Introduction to ARM Cortex-M Microcontrollers (fifth edition, 2nd printing- June 2014), 2016, ISBN: 978-1477508992

John Valvano, Volume 2, Real-Time Interfacing to ARM Cortex-M Microcontrollers (fifth edition, 1st printing June 2014), 2016, ISBN: 978-1463590154

Ying Bai Practical microcontroller engineering with ARM Technology, IEEE Press Wiley 2016, ISBN 978-1-119-05237-1

http://users.ece.utexas.edu/~valvano/Volume1/E-Book/ 

John Valvano, Real-Time Operating Systems for ARM Cortex-M Microcontrollers Volume 3, third edition, 2016