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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Disciplina: Microcontroladores e Sistemas Embarcados Código: 30-388 Carga Horária: 80h (Teórica: 50h) (Prática: 30h) Créditos: 04 Pré-Requisitos: 30-381
EMENTA História dos microcontroladores. Arquitetura de microcontroladores. Organização de memórias. Programação de microcontroladores. Interrupções. Periféricos. Interfaces de comunicação. Dispositivos de entrada e saída. Definição, requisito e projeto de sistemas embarcados.
OBJETIVOS A disciplina visa desenvolver competências e habilidades técnicas ao projeto de sistemas embarcados, com o intuito de criar, adaptar e conectar soluções tecnológicas inovadoras, ao desenvolvimento de novos serviços, processos e/ou produtos microcontrolados, relacionando o conceito de sistema em um único circuito integrado. Além disso, almeja-se a compreensão de uma metodologia generalista à solução de problemas reais, propiciando a autonomia na aprendizagem contínua em relação aos avanços tecnológicos e aos desafios da inovação na área de sistemas embarcados. Buscando-se atender essas competências, os seguintes objetivos são apresentados: - Compreender os elementos básicos da arquitetura interna de microcontroladores, para permitir uma visão sistêmica na especificação técnica do dispositivo à aplicação; - Desenvolver programas embarcados à solução de problemas reais; - Entender os aspectos gerais do uso de um ambiente de integrado de desenvolvimento, para a concepção, depuração e compilação de código; - Configurar e aplicar as interrupções, periféricos, interfaces de comunicação e dispositivos de entrada e saídas, integrados entre si, ao projeto de sistemas baseados em microcontroladores; - Entender e projetar interfaces eletrônicas à gravação de firmware em microcontroladores; - Desenvolver sistemas embarcados com sistema operacional de tempo real ao atendimento de demandas tecnológicas atuais e tendências futuras, bem como soluções de engenharia, fomentando a concepção de produtos e/ou processos inovadores.
CONTEÚDOS CURRICULARES
UNIDADE DE ENSINO 01 – INTRODUÇÃO AOS MICROCONTROLADORES Contextualizar os aspectos fundamentais sobre os microcontroladores, evidenciando a evolução histórica e o estudo da arquitetura interna. Descrever e analisar as partes integrantes da arquitetura do microprocessador, do conjunto de instruções e sua relação com a linguagem Assembly, da organização de memórias e os tipos de barramentos constituintes de um microcontrolador. Desta forma, o acadêmico desenvolverá competências na especificação técnica de microcontroladores às soluções de engenharia e desenvolvimentos tecnológicos.
Atividade Prática: Estudos dirigidos à análise e especificação de microcontroladores.
TDE – Atividade conforme normatização envolvendo os conteúdos da Unidade de Ensino 01.
UNIDADE DE ENSINO 02 – PROGRAMAÇÃO E MICROCONTROLADORES Aplicar os conhecimentos de algoritmos e programação estruturada, por meio de uma linguagem de programação específica e de alto nível a um microcontrolador, para permitir a configuração de hardware, manipulação de variáveis e de portas, criação de funções, visando desenvolver habilidades técnicas à elaboração estruturada e sistêmica de firmware em um Ambiente Integrado de Desenvolvimento.
Atividade Prática: Atividades de programação estruturada ao desenvolvimento de firmwares.
TDE – Atividade conforme normatização envolvendo os conteúdos da Unidade de Ensino 02.
UNIDADE DE ENSINO 03 – INTERRUPÇÕES Definir os tipos de interrupções em microcontroladores, evidenciando as particularidades de funcionamento e configuração. Diferenciar interrupções de hardware e de software, contextualizando o pooling. Explanar os aspectos acerca da latência em interrupções. Clarificar a importância das interrupções, a fim de que o acadêmico desenvolva competências e habilidades para reconhecer quando e quais tipos de interrupções podem ser adotadas em um projeto.
Atividade Prática: Exercícios de configuração e uso de interrupções em um microcontrolador.
TDE – Atividade conforme normatização envolvendo os conteúdos da Unidade de Ensino 03.
UNIDADE DE ENSINO 04 – PERIFÉRICOS Apresentar os principais periféricos internos de microcontroladores (conversor analógico digital, temporizadores, EEPROM, PWM) e como configurar e usar em um microcontrolador, visando ao acadêmico compreender, de modo amplo, as funcionalidades básicas e desenvolver a autonomia ao uso de periféricos em qualquer microcontrolador.
Atividade Prática: Montagem de protótipos em laboratório utilizando periféricos.
UNIDADE DE ENSINO 06 – DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA Apresentar as características operacionais, interfaces elétricas e o processo de integração de LEDs, botões, displays de LED e LCD, sensores analógicos e digitais, entre outros dispositivos de entrada e saída para microcontroladores.
Atividade Prática: Montagem de protótipos em laboratório utilizando dispositivos de entrada e saída.
UNIDADE DE ENSINO 05 – INTERFACES DE COMUNICAÇÃO Apresentar as interfaces de comunicação em microcontroladores, paralela e serial (UART, I2C, SPI, CAN, dentre outras), bem como dispositivos de comunicação sem fio, possibilitando ao acadêmico uma visão ampla das possíveis aplicações.
Atividade Prática: Aplicação de comunicação serial entre dispositivos baseados em microcontrolador.
TDE – Atividade conforme normatização envolvendo os conteúdos das Unidades de Ensino 04, 05 e 06.
UNIDADE DE ENSINO 07 – DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS EMBARCADOS Apresentar a definição, requisitos e metodologia ao projeto de sistemas embarcados baseados em microcontroladores, evidenciando o processo de integração hardware/software e implementando elementos de sistema operacional em tempo real.
Atividade Prática: Projeto de um sistema embarcado baseado em microcontrolador.
TDE – Atividade conforme normatização envolvendo os conteúdos da Unidade de Ensino 07.
METODOLOGIA Visando desenvolver as competências apresentadas, as aulas serão desenvolvidas de forma variada e tem como metodologias: a tradicional (expositivo-dialogadas), a ativa e a sócio-interacionista. No intuito de desenvolver as competências específicas à disciplina, podem ser utilizados recursos de multimídia como projetores de imagem e vídeo, kits de desenvolvimento baseados em microcontrolador e ferramentas computacionais de desenvolvimento integrado. A contextualização se dará por meio da proposição de problemas reais. Os alunos irão elaborar Trabalhos Discentes Efetivos no total de 20h, podendo ser, conforme a necessidade, estudos de caso, solução dirigida de problemas de engenharia, montagem de protótipos e projetos de sistemas embarcados em laboratório. Dentre as atividades a serem realizadas durante as 80 horas previstas nesta disciplina, constam 20 horas de atividades extensionistas.
AVALIAÇÃO A avaliação da disciplina se propõe a verificar se as competências propostas neste plano de ensino foram desenvolvidas pelo acadêmico, por meio dos seguintes instrumentos de avaliação: provas escritas, trabalhos e Trabalhos Discentes Efetivos, estes últimos valendo 20% da média parcial. As avaliações serão realizadas ao longo do semestre e distribuídas uniformemente de acordo com o plano de ensino. Numa aula que antecede uma avaliação serão dadas orientações a respeito da sistemática a ser adotada e os conteúdos exigidos, bem como os critérios específicos da avaliação. No instrumento de avaliação haverá de forma explícita e por escrito quanto valerá cada questão.
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BIBLIOGRAFIA BÁSICA SCHNEIDER, A.; SOUZA, F. Sistemas Embarcados: Hardware e Firmware na Prática. Editora Érica, 2015. DE ALMEIDA, R. M. A; DE MORAES, C. H. V.; SERAPHIM, T. F. P. Programação de Sistemas Embarcados: Desenvolvendo Software para Microcontroladores em Linguagem C. Elsevier Brasil, 2017. PEREIRA, F. Microcontroladores PIC: Programação em C. 4. ed., São Paulo: Editora Érica, 2014.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR EVANS, M.; NOBLE, J.; HOCHENBAUM, J. Arduino em ação. São Paulo: Novatec, 2013. MONK, S. Projetos com Arduino e Android. São Paulo: Bookman, 2014. MONK, S. Programação com Arduino: começando com Sketches. São Paulo: Bookman, 2013. SOUZA, D. J. Desbravando o PIC: ampliado e atualizado para o PIC16F628A. São Paulo: Érica, 2014. ZANCO, W. S. Microcontroladores PIC: técnicas de software e hardware para projetos de circuitos eletrônicos. São Paulo: Érica, 2014.
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