tpsee

PROGRAMMAZIONE DISCIPLINARE TPSEE 4BEA a.s. 16-17
DOCENTI: Carlo De Maestri – Pietro Franco Ventura (ITP)
DURATA: 165 ore circa, equamente suddivise nei 2 periodi. Ore settimanali: 5, di cui 4 in laboratorio
MATERIALI di documentazione e studio
Documentazione fornita dai docenti in e-learning
Documentazione in rete
VALUTAZIONE
Elementi da valutare Congruenza, Correttezza e Completezza
Tipo di verifiche
Abilità: Sviluppo moduli SW, Debugging moduli SW, Sviluppo progetti;
Conoscenze: Questionari, Interrogazioni flash (5’), Riassunto della lezione precedente
Attribuzione voto Modulo = abilità (peso: 2/3) & conoscenze (peso: 1/3)
La legenda delle competenze è reperibile in fondo a questo documento
Modulo: Sistemi a microprocessore (µP)
ABILITÀ (saper fare)
o Individuare in un sistema a µP i vari componenti: master & slave, i bus,
memorie dei vari tipi, dispositivi di I/O
o Tracciare il flusso di informazioni all’interno di un µC durante generiche
istruzioni di lettura/scrittura da/verso RAM/ROM o I/O device
o Dimensionare un sistema a µP a seguito di specifiche; determinare: frequenza del clock, dimensione della ROM, dimensione della RAM, quantità e
tipologia dei dispositivi di I/O
Tempi:
CONOSCENZE (sapere)
o Distinzione tra circuito combinatorio e sequenziale
o Distinzione tra logica cablata e logica programmata
o Schema a blocchi di un sistema a microprocessore e architettura a bus
o le periferiche
o Microcomputer (µC) come sistema a µP; ruoli di master e slave
o Arbitraggio dei bus
o Chi trasmette e chi riceve in un µC; il 3-state
o Bus di un µC: DB, AB, CB; direzionalità dei bus
o Componenti di un µC: RAM, ROM, I/O device, µP; le loro funzioni
o µP come esecutore di istruzioni
o Struttura di una istruzione: op-code & operands
o Fasi di una istruzione: fetch, decode, execute
o Semplici istruzioni di trasferimento dati e calcolo: il flusso delle informazioni nel µC
COMPETENZE: 1, 4
DISCIPLINE CONCORRENTI: Sistemi
Modulo: Microcontrollore (µC)
ABILITÀ (saper fare)
Il microcontrollore 16F877A - programmazione
o Impostare lo scheletro di un progetto: #define, main(), setup(), ISR()
o Utilizzare variabili scalari, array, cicli, operatori standard e bitwise
o Configurare i porti di I/O del PIC
o Utilizzare funzioni standard del linguaggio C
o Creare una funzione di delay, senza e con argomento
o Utilizzare funzioni di libreria
o Creare funzioni applicando i concetti di modularizzazione del SW e di
riusabilità
o Creare librerie di funzioni, opportunamente documentate, generando i
file .h .p1 . lpp
Sistema di sviluppo per la progettazione con µC
o Creare e gestire un progetto in MPLAB, con scelta del µC e dei tools
o Editing e Building di un programma
o Utilizzare il debugger integrato MPLABSIM: watch, stop-watch, stimulus, breakpoint, animation, step-into/step-over/step-out
o Collaudo di una funzione
o Simulare con Proteus: disegnare circuiti di controllo di sistemi con µC,
caricare un programma nel µC, eseguire & stoppare una esecuzione, utilizzare: sonde, oscilloscopio virtuale, logic analyzer
o Demoboard EasyPIC4: alimentare, configurare mediante jumper, caricare un file .HEX mediante SW PICFlash opportunamente configurato e interfaccia seriale (USB),
o Gestire un progetto con più sorgenti in ambiente MPLAB; linkare codici
oggetto e librerie
Tempi:
CONOSCENZE (sapere)
Il microcontrollore 16F877A - HW
o Microcontrollori (µC) come sistemi a µP; architettura di Von Neumann e
di Harvard; RISC vs CISC
o PIC16F877A: struttura interna: CPU, ALU, memoria istruzioni, RAM, EEPROM, flash memory, registri, porti, timer, moduli AD/CCP/UART, bus, dimensione dei bus
o PIC: pin-out, clock e frequenze
o PIC: registri TRIS di configurazione dei porti di I/O
o Manuale del PIC: sezioni e ricerca informazioni
o Istruzioni del PIC: linguaggio assembly vs linguaggio C; istruzioni e lor dimensione, Tcycle
o PIC come circuito di controllo di un sistema: schema a blocchi, in e out
o Tabella delle associazioni: oggetti del sistema, direzione dei segnali I/O,
assegnazioni di nomi ai segnali, stato attivo, associazione ai pin
o PIC: download e installazione del pacchetto SW
Sistema di sviluppo per la progettazione con µC
o Elementi di un sistema di sviluppo per µC: Editor, Builder (Preprocessore, Compilatore, Linker), Debugger
o MPLAB: menu; conoscere i file prodotti durante lo sviluppo di un progetto
o MPLAB-SIM: menu, watch di variabili/registri, stop-watch, creare e salvare stimulus
o Simulatore esterno: potenzialità e limiti
o ISIS Proteus: menu e librerie di componenti
o DemoBoard: l’importanza di schede-prototipo; il formato dei file progetto
da caricare; dalla simulazione alla emulazione
o EasyPIC 4: caratteristiche di EasyPIC 4, componenti installati, collegamento al PC, connessioni con l’esterno, SW per il caricamento di programmi
sulla demoboard, configurazione mediante jumper
Basic I/O
o Rappresentare mediante tabella delle associazioni (T.A.) gli ingressi e
le uscite di un sistema controllato
o Gestire con µC semplici dispositivi digitali di input: interruttori e pulsanti
o Gestire con µC semplici dispositivi digitali di output (LED)
o Utilizzare barre LED per visualizzare dati numerici in codice unario e binario
o Utilizzare display a sette segmenti per visualizzare dati numerici (0-9)
o Utilizzare display LCD a più linee per visualizzare dati alfanumerici
o Gestire il conteggio di un evento asincrono con cicli while()
o Disegnare diagrammi temporali per rappresentare l’evoluzione dei segnali
Basic I/O
o Scrittura di stati logici in uscita con I/O diretto; lavorare con bit e byte, in
binario, decimale, esadecimale
o Lettura degli stati logici in ingresso con I/O diretto; lavorare con bit e
byte, in binario, decimale, esadecimale
o Display a 7 segmenti, a LED e LCD: interfacciamento con display alfanumerici ad anodo/catodo comune
o Schemi di interfacciamento con interruttori e pulsanti
o Cicli while() per rilevare il fronte di un segnale: struttura e limiti
o I diagrammi temporali per descrivere l’evoluzione dei segnali
COMPETENZE: 1, 2, 4, 6
DISCIPLINE CONCORRENTI: Sistemi, Elettronica
LABORATORIO: Gestione Luci di un museo; accensione e spegnimento led mediante pulsante; lampeggio led; gestione di un semaforo;
Modulo: Gestione I/O con µC
ABILITÀ (saper fare)
Tempi:
CONOSCENZE (sapere)
Advanced I/O
Advanced I/O
o Gestire il conteggio di eventi asincroni mediante interrupt
o Polling e cicli di scansione; bit di stato di una periferica e “flag”
o Scrivere ISR
o Interrupt nel PIC: sorgenti di interrupt e flag (INTF, RBIF,…); mascherao Interpretare e disegnare diagrammi temporali che rappresentano l’evobilità
o Configurazione degli interrupt: GIE, abilitazioni singole (INTE, RBIE, …) e
luzione dei segnali
collettive (PEIE)
o ISR: definizione, struttura, ciclo di scansione degli interrupt
o Il ritardo SW come sincronizzazione di eventi
Timer programmabili del PIC 16F877
Timer programmabili del PIC 16F877
o Configurare i moduli Timer0, Timer1, Timer2 come contatempi o cono Le caratteristiche di Timer0; schema a blocchi dettagliato; il registro di
taeventi, con o senza prescaler/postscaler
configurazione OPTION
o Temporizzare eventi con il µC utilizzando un modulo Timer
o Schema a blocchi di Timer1 e Timer2; caratteristiche e analogie
o Contare eventi (impulsi) utilizzando un modulo Timer
o Contatempi vs Contatempi: 2 modalità per uno stesso circuito
o Generare impulsi/tempi lunghi o moduli di conteggio alti (oltre le capao Prescaler e Modulo per il Timer; calcolo del modulo; il postscaler
cità dei Timer del PIC) utilizzando una variabile contatore SW
o Confronto con il conteggio SW; vantaggi vs svantaggi; aumentare il moo Interpretare e disegnare diagrammi temporali che rappresentano l’evodulo con contatore SW
luzione dei segnali
o
Modulo CCP del PIC 16f877
o Configurare i registri del PIC per il funzionamento PWM sapendo frequenza e dutycycle del segnale da generare
o Determinare la PWM Resolution
o Utilizzare funzioni di libreria che implementano il PWM
o Creare funzioni di libreria per il funzionamento PWM
I diagrammi temporali per descrivere l’evoluzione dei segnali
Modulo CCP del PIC 16F877
o La modulazione PWM; il segnale PWM; dutycycle di un’onda quadra; formula
o Modulo CCP del PIC
o Registri per la configurazione PWM: CCPxCON, PR2, CCPRxL
o Impostazione di periodo e dutycycle nei due canali CCP
o PWM Resolution: significato e limiti alla configurazione
COMPETENZE: 1, 3, 6
DISCIPLINE CONCORRENTI: Sistemi
LABORATORIO: Conteggio impulsi con TMR0; Frequenzimetro; Periodimetro;
Modulo: PROGETTO
Tempi:
ABILITÀ (saper fare)
Progettazione
o Documentarsi mediante ricerche in rete
o Redigere documentazione di progetto per lo scambio di informazioni
o Lavorare in gruppo e segmentare il lavoro in unità condivisibili
o Redigere manuale d’uso e relazione tecnica
CONOSCENZE (sapere)
Progettazione
o Le fasi di un progetto: analisi del testo, determinazione specifiche, analisi
del problema, determinazione I/O, tabella delle associazioni, schema elettrico, pseudocodice
o Documentazione del progetto: SW per la redazione di documentazione
generica e del manuale d’uso
Metro Elettronico (rilievo distanza con sensore a ultrasuoni)
Sensore a ultrasuoni SRF05
o Collegare il PIC al sensore, disegnare lo schema elettrico nel simulatore
o Ultrasuoni: natura del segnale, frequenze, caratteristiche di propagazione
o Configurare i due sistemi
nello spazio
o Segnali di I/O del SRF05: Trigger ed Echo; formula tempo-distanza
o Generare l’impulso da inviare al TRIGGER
o Modalità Modo1 (Trigger/Echo)
o Configurare Timer1 per misurare la durata dell’ECHO: base dei tempi,
o Modalità Modo2
modulo del timer
o Scrivere una funzione che ritorni la distanza dell’oggetto intercettato
o Il collegamento tra 2 sistemi embedded: interfacciamento, cenni ai protoo Produrre documentazione inerente il progetto
colli di comunicazione, sincronizzazione
COMPETENZE: 4, 5, 9
DISCIPLINE CONCORRENTI: Elettronica; Sistemi
Modulo: Comunicazione seriale (RS-232) & PIC
Tempi:
ABILITÀ (saper fare)
RS-232
•
Configurazione di applicativi per la comunicazione seriale
CONOSCENZE (sapere)
RS-232
•
Comunicazione seriale: seriale vs parallelo
• Convertire baud in bps e viceversa
• Modalità simplex, half-duplex, full-duplex
• Creazione di un cavo null-modem
• Storia ed attualità dell’interfaccia RS-232; terminali e VT100; porte
• Utilizzo di SW di comunicazione (HyperTerminal, Putty, TeraTerm, …);
COM del PC
configurazione di emulatori di terminale
• Il problema della sincronizzazione tra trasmittente e ricevente: comu-
• Comunicazione tra 2 PC attraverso l’interfaccia seriale; troubleshoo-
nicazione sincrona ed asincrona; il clock di trasmissione
ting
• Livello fisico: connettori (DB9, DB25) e livelli elettrici per Mark e Space
• Visualizzare all’oscilloscopio i livelli elettrici di una comunicazione null-
• La connessione null-modem
modem e misurarli; interpretare correttamente il formato della trama
RS-232
• Il protocollo RS-232 (livello logico): formato dei dati in linea (trama)
• Parametri della comunicazione RS-232: velocità in bps, bit di dato, parità, bit di stop; schemi tipo “8n1”
• Baud e baud rate; bps; formula per passare da baud a bps
• Parità per verifica errori: parità: nessuna, pari, dispari; limiti della parità
• Il controllo di flusso: il problema del ricevitore lento; soluzioni HW
(RTS-CTS) e SW (XON XOFF)
• “Echo” dei caratteri
• SW sul PC per la comunicazione seriale: emulatori di terminale
• Osservazioni sulla layerizzazione delle comunicazioni: layer 1 (fisico),
layer 2 (data-link) e superiori
• Semplici diagrammi a traliccio per connessioni simplex, half-duplex,
full-duplex; senza/con controllo di flusso
Gestire comunicazioni RS-232 con il PIC
o Creare programmi in C per il PIC con lo scopo di far comunicare PIC e
terminale (VT); generare menu testuale a più alternative su VT, gestire caratteri in arrivo da VT con getch(), getche(), putc(), gets(), puts()
Gestire comunicazioni RS-232 con il PIC
o Librerie in C per PIC per la comunicazione seriale
o Modulo USART del PIC: info dal manuale
COMPETENZE: 3
DISCIPLINE CONCORRENTI:
Modulo: CONVERSIONE ANALOGICA/DIGITALE
Tempi:
ABILITÀ (saper fare)
CONOSCENZE (sapere)
Acquisizione Dati
Acquisizione Dati
•
Disegnare lo schema a blocchi di un sistema di acquisizione dati in base alla •
La conversione A/D nei sistemi di controllo: motivazioni, vantaggi e svanspecifiche di progetto
•
Dimensionare un sistema di acquisizione dati in termini di: frequenza di
campionamento, numero di bit ADC, tempo di conversione ADC
•
taggi, schema a blocchi di una catena di acquisizione
Definizione di: quantizzazione, codifica
•
Livelli di quantizzazione e quanto; precisione; errore di quantizzazione
•
Codifica unipolare (straight binary) e bipolare (complemento a due)
•
I convertitori ADC: pin-out (SOC, EOC, VREF, clock, VIN out), processo di
conversione, tempo di conversione, risoluzione
COMPETENZE: 7
DISCIPLINE CONCORRENTI: Robotica, Sistemi
sigla
COMPETENZA
focus
P1
Applicare nello studio e nella progettazione di impianti e di apparecchiature elettriche ed elettroniche i procedimenti dell’elettrotecnica e dell’elettronica
Analizzare & Progettare
Circuiti
P2
Utilizzare la strumentazione di laboratorio e di settore e applicare i metodi di misura per effettuare verifiche,
controlli e collaudi
Misurare & Collaudare Circuiti & Sistemi
P3
Analizzare tipologie e caratteristiche tecniche delle macchine elettriche e delle apparecchiature elettroniche,
con riferimento ai criteri di scelta per la loro utilizzazione e interfacciamento
Analizzare e Scegliere Apparecchiature
P4
Gestire progetti
Analizzare Problemi, Progettare Soluzioni
P5
Gestire processi produttivi correlati a funzioni aziendali
Lavorare in gruppo, assumere responsabilità
P6
Utilizzare linguaggi di programmazione, di diversi livelli, riferiti ad ambiti specifici di applicazione
P7
Analizzare il funzionamento, progettare e implementare sistemi automatici
Genova, 17/09/2016
I docenti:
De Maestri Carlo
e
Pietro Franco Ventura
Programmare (SW)
Analizzare & Progettare Sistemi di Misura e
Sistemi di Controllo