РПД 2025 РП МДК0202 Программирование микроконтроллеров 4 курс КСК 2025 - BysonHunter/Tavrich_college GitHub Wiki
🏠 Главная · Рабочие программы · 2025
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского»
(ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского»)
Таврический колледж
(структурное подразделение)
УТВЕРЖДАЮ
Заместитель директора по учебной работе
______________________ О.С. Горащук
«_____» _______________________ 2025 г.
для студентов 4 курса
Специальность 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы
Форма обучения: очная
Форма промежуточной аттестации: экзамен
2025 г.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского»
(ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского»)
Таврический колледж
(структурное подразделение)
УТВЕРЖДАЮ
Заместитель директора по учебной работе
______________________ О.С. Горащук
«_____» _______________________ 2025 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
МДК.02.02 ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ
для студентов 4 курса
Специальность 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы
Форма обучения: очная
Форма промежуточной аттестации: экзамен
2025 г.
Рабочая программа МДК.02.02 Программирование микроконтроллеров для студентов 4 курса разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по специальности 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы, утверждённого приказом Министерства просвещения Российской Федерации от 25.05.2022 № 362, и является частью профессионального модуля ПМ.02 Проектирование управляющих программ компьютерных систем и комплексов.
Рабочая программа сформирована с учетом учебного плана специальности, лекционного материала по программированию микроконтроллеров, практических работ по Arduino, датчикам, дисплеям, исполнительным устройствам и интерфейсам передачи данных, а также необходимости углубленной подготовки обучающихся 4 курса в области разработки встроенного программного обеспечения.
Организация-разработчик: Таврический колледж (структурное подразделение) ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского».
Разработчик: Руденко Андрей Владимирович, преподаватель первой категории.
Рассмотрено и утверждено на заседании выпускающей методической комиссии по направлению подготовки 09.00.00 Информатика и вычислительная техника
от 10.02.2025 г. Протокол № 7
Председатель ___________ В. И. Соловьев
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ МДК.02.02 ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ
Результатом освоения рабочей программы МДК.02.02 Программирование микроконтроллеров на 4 курсе является углубление профессиональных знаний и умений обучающихся в области разработки, интеграции, тестирования, обновления и сопровождения управляющих программ для современных микроконтроллерных систем.
1. Общими (ОК) компетенциями:
| Код | Наименование результата обучения |
|---|---|
| ОК 01. | Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности применительно к различным контекстам |
| ОК 02. | Использовать современные средства поиска, анализа и интерпретации информации и информационные технологии для выполнения задач профессиональной деятельности |
| ОК 03. | Планировать и реализовывать собственное профессиональное и личностное развитие, предпринимательскую деятельность в профессиональной сфере, использовать знания по финансовой грамотности в различных жизненных ситуациях |
| ОК 04. | Эффективно взаимодействовать и работать в коллективе и команде |
| ОК 05. | Осуществлять устную и письменную коммуникацию на государственном языке Российской Федерации с учетом особенностей социального и культурного контекста |
| ОК 06. | Проявлять гражданско-патриотическую позицию, демонстрировать осознанное поведение на основе традиционных общечеловеческих ценностей, применять стандарты антикоррупционного поведения |
| ОК 07. | Содействовать сохранению окружающей среды, ресурсосбережению, применять знания об изменении климата, принципы бережливого производства, эффективно действовать в чрезвычайных ситуациях |
| ОК 08. | Использовать средства физической культуры для сохранения и укрепления здоровья в процессе профессиональной деятельности и поддержания необходимого уровня физической подготовленности |
| ОК 09. | Пользоваться профессиональной документацией на государственном и иностранном языках |
2. Профессиональными (ПК) компетенциями:
| Код | Наименование результата обучения |
|---|---|
| ПК 2.3. | Выполнять интеграцию модулей в управляющую программу |
| ПК 2.4. | Тестировать и верифицировать выпуски управляющих программ |
| ПК 2.5. | Выполнять установку и обновление версий управляющих программ с учетом миграции при необходимости |
3. В результате освоения МДК обучающийся должен:
иметь практический опыт:
– разработки управляющих программ для микроконтроллерных систем на базе AVR, ARM Cortex-M и ESP32/ESP8266;
– интеграции программных модулей работы с GPIO, таймерами, АЦП, прерываниями, интерфейсами связи и периферией;
– подключения и программирования датчиков, LCD/OLED-дисплеев, семисегментных индикаторов, сервоприводов и шаговых двигателей;
– разработки протоколов обмена по UART, I2C, SPI, RS-485/CAN и беспроводным каналам;
– отладки, тестирования, верификации и документирования встроенного программного обеспечения;
– разработки итогового проекта микроконтроллерной системы управления или сбора данных.
уметь:
– выбирать микроконтроллерную платформу, датчики, интерфейсы и исполнительные устройства для конкретной задачи;
– настраивать среду разработки, тип платы, порт подключения, библиотеки и параметры загрузки программы;
– разрабатывать модульные программы с использованием функций, классов, библиотек, прерываний, таймеров и неблокирующих алгоритмов;
– реализовывать опрос датчиков, фильтрацию измерений, управление исполнительными устройствами и вывод информации на дисплеи;
– организовывать обмен данными между микроконтроллерами и внешними устройствами по последовательным интерфейсам;
– применять FreeRTOS или принципы многозадачности для построения систем реального времени;
– выполнять тестирование, верификацию, отладку, обновление и документирование управляющих программ.
знать:
– архитектуру современных микроконтроллеров AVR, ARM Cortex-M, ESP32 и STM32;
– назначение GPIO, таймеров, АЦП, ШИМ, прерываний, систем тактирования и режимов энергосбережения;
– особенности интерфейсов UART, I2C, SPI, RS-485, CAN, Wi-Fi, Bluetooth и MQTT;
– принципы программирования датчиков, дисплеев, сервоприводов, шаговых двигателей и других периферийных устройств;
– основы систем реального времени, многозадачности, FreeRTOS, очередей, семафоров и программных таймеров;
– методы тестирования, отладки, диагностики, защиты от зависаний и обновления встроенного ПО;
– требования к оформлению проектной и эксплуатационной документации на микроконтроллерное устройство.
2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ МДК.02.02 ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ
| Вид учебной работы | Объем часов |
|---|---|
| Объем образовательной программы по МДК на 4 курсе | 128 |
| Самостоятельная работа обучающегося | 6 |
| Объем работы обучающихся во взаимодействии с преподавателем | 118 |
| в том числе: | |
| лекционные занятия | 44 |
| практические занятия | 70 |
| консультации | 4 |
| Промежуточная аттестация в форме экзамена | 4 |
Распределение объема дисциплины по семестрам:
| Семестр | Объем ОП | Самостоятельная работа | С преподавателем | Лекции | Практические занятия | Промежуточная аттестация | Форма контроля |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7 семестр | 56 | 0 | 56 | 22 | 34 | 0 | текущий и рубежный контроль |
| 8 семестр | 72 | 6 | 62 | 22 | 36 | 4 | экзамен |
| Итого 4 курс | 128 | 6 | 118 | 44 | 70 | 4 | экзамен |
2.2. Структура и содержание МДК.02.02 Программирование микроконтроллеров для студентов 4 курса
| Наименование разделов и тем | Содержание учебного материала, практические занятия, самостоятельная работа обучающихся | Объем часов | Применение современных образовательных технологий |
|---|---|---|---|
| Введение | Цели и задачи изучения МДК.02.02 на 4 курсе. Роль современных микроконтроллеров в системах автоматизации, робототехнике, измерительных комплексах, IoT-устройствах и распределенных системах сбора данных. Повторение базовых понятий: MCU, GPIO, ADC, PWM, UART, I2C, SPI, таймеры, прерывания, датчики и исполнительные устройства. | 2 | интерактивная лекция |
| Раздел 1. Современные микроконтроллерные платформы и инструментальные средства разработки | Содержание учебного материала | 10 | |
| Тема 1.1. Архитектура современных микроконтроллеров. AVR, ARM Cortex-M, ESP32, STM32: сравнительная характеристика, области применения, производительность, энергопотребление, периферия. | 2 | интерактивная лекция | |
| Тема 1.2. Программная модель ARM Cortex-M. Регистры ядра, карта памяти, область периферии, NVIC, SysTick, отладочный интерфейс SWD/JTAG. | 2 | анализ архитектурных схем | |
| Тема 1.3. Система тактирования, сброса и энергопотребления микроконтроллеров. Внутренние и внешние генераторы, PLL, режимы сна, управление питанием периферии. | 2 | проблемная лекция | |
| Тема 1.4. Среды разработки и программные библиотеки. Arduino IDE, PlatformIO, STM32CubeIDE, CMSIS, HAL, LL, структура проекта, компиляция и загрузка прошивки. | 2 | демонстрация ПО | |
| Тема 1.5. Загрузчики и обновление встроенного ПО. Bootloader, ISP, SWD, USB-UART, OTA-обновление, версии прошивки и совместимость аппаратной платформы. | 2 | лекция-дискуссия | |
| Практические занятия | 10 | ||
| Практическая работа №1. Настройка инструментальной среды для разработки программ микроконтроллеров. Создание, сборка и загрузка тестовой программы. | 4 | практическая работа | |
| Практическая работа №2. Настройка GPIO, системы тактирования и неблокирующих задержек на основе системного таймера. | 4 | практико-ориентированное обучение | |
| Практическая работа №3. Разработка загрузочной и диагностической программы для проверки платы, портов ввода-вывода и последовательного соединения. | 2 | практическая работа | |
| Раздел 2. Управление периферией, прерываниями и исполнительными устройствами | Содержание учебного материала | 10 | |
| Тема 2.1. Цифровые входы-выходы и внешние прерывания. Обработка кнопок, дребезг контактов, EXTI, приоритеты прерываний и программная фильтрация событий. | 2 | интерактивная лекция | |
| Тема 2.2. Таймеры микроконтроллеров. Режимы счета, сравнения и захвата, ШИМ, генерация временных интервалов, управление яркостью и скоростью. | 2 | разбор алгоритмов | |
| Тема 2.3. Аналого-цифровое преобразование. Разрядность АЦП, опорное напряжение, частота дискретизации, фильтрация измерений, калибровка датчиков. | 2 | проблемная лекция | |
| Тема 2.4. Управление исполнительными устройствами. Сервоприводы, шаговые двигатели, двигатели постоянного тока, драйверы нагрузки, защита выходов. | 2 | лекция с анализом схем | |
| Тема 2.5. Системы индикации и пользовательские интерфейсы. LCD1602, OLED, семисегментные индикаторы, энкодеры, кнопочные меню, экранные состояния. | 2 | интерактивная лекция | |
| Практические занятия | 16 | ||
| Практическая работа №4. Разработка обработчика внешнего прерывания с подавлением дребезга и журналированием событий в последовательный порт. | 4 | практическая работа | |
| Практическая работа №5. Управление сервоприводом и двигателем с помощью таймера и ШИМ. Настройка частоты и скважности сигнала. | 4 | практическая работа | |
| Практическая работа №6. Считывание аналогового датчика, фильтрация данных и вывод результата на LCD/OLED-дисплей. | 4 | практическая работа | |
| Практическая работа №7. Разработка пользовательского меню для управления периферийными устройствами микроконтроллерной системы. | 4 | проектное обучение | |
| Раздел 3. Коммуникационные интерфейсы и распределенные микроконтроллерные системы | Содержание учебного материала | 8 | |
| Тема 3.1. UART, протоколы обмена и обработка пакетов. Формат кадра, скорость передачи, буферизация, контроль ошибок, протокол команд. | 2 | интерактивная лекция | |
| Тема 3.2. Интерфейсы I2C и SPI. Адресация устройств, режим ведущий/ведомый, линии SDA/SCL, MISO/MOSI/SCK/CS, подключение датчиков и дисплеев. | 2 | анализ схем подключения | |
| Тема 3.3. Промышленные интерфейсы и сети микроконтроллеров. RS-485, Modbus RTU, CAN, адресация узлов, устойчивость связи и помехозащищенность. | 2 | проблемная лекция | |
| Тема 3.4. Беспроводные и IoT-системы. ESP8266/ESP32, Wi-Fi, Bluetooth, MQTT, обмен данными с сервером, телеметрия и удаленное управление. | 2 | лекция-дискуссия | |
| Практические занятия | 18 | ||
| Практическая работа №8. Разработка протокола обмена по UART между двумя микроконтроллерами или микроконтроллером и ПК. | 4 | практическая работа | |
| Практическая работа №9. Подключение датчиков по I2C и SPI, опрос устройств, обработка ошибок связи и вывод результатов измерений. | 4 | практическая работа | |
| Практическая работа №10. Разработка распределенной системы обмена данными по RS-485 или модели CAN-сети. | 4 | практическая работа | |
| Практическая работа №11. Разработка IoT-узла на ESP32/ESP8266 с передачей телеметрии по Wi-Fi и отображением состояния системы. | 6 | проектное обучение | |
| Раздел 4. Системы реального времени, надежность и отладка встроенного ПО | Содержание учебного материала | 8 | |
| Тема 4.1. Основы систем реального времени. Периодические и событийные задачи, планирование, задержки, дедлайны, неблокирующее программирование. | 2 | интерактивная лекция | |
| Тема 4.2. FreeRTOS и многозадачность. Задачи, очереди, семафоры, мьютексы, таймеры ОС, обмен данными между задачами. | 2 | демонстрация кода | |
| Тема 4.3. Надежность встроенного ПО. Watchdog, контроль зависаний, обработка ошибок датчиков и интерфейсов, сохранение настроек в энергонезависимой памяти. | 2 | проблемная лекция | |
| Тема 4.4. Отладка и тестирование микроконтроллерных программ. Serial Monitor, логический анализатор, SWD/JTAG, точки останова, модульное и функциональное тестирование. | 2 | практико-ориентированная лекция | |
| Практические занятия | 12 | ||
| Практическая работа №12. Реализация многозадачной программы с FreeRTOS: опрос датчика, управление исполнительным устройством и обновление индикации. | 4 | практическая работа | |
| Практическая работа №13. Реализация сторожевого таймера, сохранения настроек и восстановления работоспособности после сбоя. | 4 | практическая работа | |
| Практическая работа №14. Комплексная отладка микроконтроллерного устройства с использованием Serial Monitor, контрольных сообщений и аппаратной индикации. | 4 | практическая работа | |
| Раздел 5. Итоговый проект микроконтроллерной системы | Содержание учебного материала | 6 | |
| Тема 5.1. Постановка технического задания на итоговый проект. Анализ объекта управления, выбор микроконтроллера, датчиков, интерфейсов, дисплея и исполнительных устройств. | 2 | проектное обучение | |
| Тема 5.2. Модульная структура встроенного программного обеспечения. Драйверы устройств, уровень логики приложения, обработка событий, конфигурационные параметры. | 2 | проектное обучение | |
| Тема 5.3. Документирование, испытания и защита проекта. Структура пояснительной записки, схема подключения, алгоритм работы, листинг программы, методика тестирования. | 2 | проектное обучение | |
| Практические занятия | 14 | ||
| Практическая работа №15. Разработка схемы подключения, алгоритма и структуры программы итогового микроконтроллерного проекта. | 4 | проектное обучение | |
| Практическая работа №16. Реализация программных модулей итогового проекта: датчики, интерфейсы, индикация, исполнительные устройства. | 6 | проектное обучение | |
| Практическая работа №17. Тестирование, верификация, оформление отчета и подготовка к защите итогового проекта. | 4 | проектное обучение | |
| Самостоятельная работа. Подготовка пояснительной записки к итоговому проекту, оформление схемы подключения, алгоритма, листинга программы, таблицы тестов и выводов по результатам испытаний. | 6 | ||
| Консультации. Подготовка к защите итогового проекта и промежуточной аттестации. | 4 | ||
| Всего работа обучающихся во взаимодействии с преподавателем | 118 | ||
| Самостоятельная работа обучающегося | 6 | ||
| Промежуточная аттестация | Экзамен | 4 | |
| Итого объем МДК на 4 курсе | 128 |
Контроль и оценка результатов освоения МДК.02.02 Программирование микроконтроллеров на 4 курсе осуществляется преподавателем в процессе проведения занятий, выполнения обучающимися практических и проектных заданий, защиты отчетов, демонстрации работоспособности микроконтроллерных устройств, а также в ходе промежуточной аттестации.
Текущий контроль и промежуточная аттестация осуществляются в соответствии с Порядком организации и проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации обучающихся в колледжах ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского».
Материалы, используемые для контроля результатов обучения, приводятся в Фонде оценочных средств по МДК.
| Вид контроля | Формы и методы контроля |
|---|---|
| Текущий контроль | Устный опрос, проверка конспектов, проверка программных листингов, схем подключения, отчетов по практическим работам и результатов тестирования микроконтроллерных устройств. |
| Рубежный контроль | Защита практических работ по разделам, выполнение индивидуальных проектных заданий, демонстрация работоспособности программно-аппаратных решений. |
| Промежуточная аттестация | Экзамен с учетом защиты итогового проекта микроконтроллерной системы. |
Основная учебная литература:
1. Журавлев, А. Е. Организация и архитектура ЭВМ. Вычислительные системы : учебное пособие для СПО / А. Е. Журавлев. — Санкт-Петербург : Лань, 2020. — 144 с. — ISBN 978-5-8114-5450-1.
2. Макуха, В. К. Микропроцессорные системы и персональные компьютеры : учебное пособие для среднего профессионального образования / В. К. Макуха, В. А. Микерин. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2023. — 156 с. — ISBN 978-5-534-12091-2.
3. Сажнев, А. М. Микропроцессорные системы: цифровые устройства и микропроцессоры : учебное пособие для среднего профессионального образования / А. М. Сажнев. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2023. — 139 с. — ISBN 978-5-534-12092-9.
Дополнительная учебная литература и учебно-методические материалы:
1. Гуров, В. В. Проектирование микропроцессорных систем: лабораторный практикум : учебное пособие / В. В. Гуров, И. А. Егорова, В. Г. Тышкевич. — Москва : НИЯУ МИФИ, 2010. — 64 с.
2. Методические указания по выполнению практических работ по дисциплине МДК.02.02 Программирование микроконтроллеров. — Таврический колледж, 2025.
3. Презентационные материалы лекций по дисциплине МДК.02.02 Программирование микроконтроллеров.
4. Справочные материалы Arduino, STM32, ESP32, ARM Cortex-M, FreeRTOS и документация к используемым библиотекам и модулям.
5. Документация производителей микроконтроллеров, датчиков, дисплеев, драйверов двигателей и интерфейсных модулей.
Реализация программы МДК предполагает наличие лаборатории микроконтроллеров, микропроцессорных систем и встроенного программирования.
Оборудование лаборатории:
– рабочие места обучающихся и рабочее место преподавателя;
– персональные компьютеры с установленными средами Arduino IDE, PlatformIO, STM32CubeIDE или аналогичными средствами разработки;
– платы Arduino Uno/Nano/Mega, STM32, ESP32/ESP8266 или их учебные аналоги;
– USB-кабели, программаторы и отладчики SWD/JTAG/USB-UART;
– макетные платы, соединительные провода, резисторы, светодиоды, кнопки, потенциометры, энкодеры;
– датчики температуры, влажности, давления, освещенности, расстояния и аналоговые датчики;
– LCD1602/OLED-дисплеи, семисегментные индикаторы, модули I2C/SPI/UART;
– сервоприводы, шаговые двигатели, драйверы двигателей, реле, транзисторные ключи и источники питания;
– логический анализатор или осциллограф для изучения цифровых интерфейсов;
– методические указания, презентационные материалы лекций, справочные таблицы и техническая документация.
← 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ МДК.02.01 Микропроцессорные системы · РП МДК0202 Программирование микроконтроллеров КСК 2025 →