Kontrol algoritmoak zein automatismoak, mikroprozesagailuetan oinarritutako sistema digitaletan inplementatzea eta balioztatzea da “Sistema Elektroniko Digitala” irakasgaian trebatzen dena. Adibide gisa, demagun ibilgailu baten ABS balaztatze sistema euskarri digital batean programatu beharra dagoela. Horretarako ezinbestekoa da, beti ere tresna egokiak erabiliz, exekutatu beharreko kodea sortzea ---eskuz edota automatikoki--- eta balioztatzea ---arazketa---.



Irakaskuntza planean ez da inolako aurrebaldintzarik ezartzen "Sistema Elektroniko Digitalak" irakasgairako sarbide gisa. Halere, bere garapena aldez aurretik ikastea gomendatzen diren "Industria Elektronikaren eta Automatikaren Ingeniaritzako Gradu"-ko hurrengo irakasgaiekin estu lotuta dago:



- "Informatikaren Oinarriak" ---graduko lehen ikasturtea---, "Sistema Elektroniko Digitalak" irakasgaian erabiltzen diren programazio oinarriak ezartzen baititu, eta



- "Elektronika Digitala" ---hirugarren ikasturteko lehen lauhilekoa---, bertan azaltzen diren funtsezko kontzeptutan ---informazio unitatea, sistema bitarra eta hamaseitarra, memoriak, busak, etab.--- oinarritzen baita irakasgai hau.



Bestalde, "Sistema Elektroniko Digitalak" graduko hirugarren ikasturteko derrigorrezko beste zenbait irakasgairekin erlazionatuta dago:



- "Industria Informatika", bertan kontrol-algoritmoak sistema digitaletan inplementatzeko hainbat hardware plataforma eta programazio-lengoaiak aztertzen direlako.



- "Erregulazio Automatikoa", gai honetan diseinatutako kontrol-algoritmoak ondoren zenbait sistema elektroniko digitaletan kontrol-begizta bat ixteko inplementatuko direnak baitira.



- "Tresneria Elektronikoa", beharrezko ezagutza ematen baitu sentsoreen, seinaleak egokitzeko etapen nahiz datu-hartze sistemen arloetan, ezinbestekoa dena sistema elektroniko digitaletan oinarritutako kontrol-sistema automatiko baten funtzionamendu egokia bermatzeko.



“Erregulazio Automatikoa” eta “Sistema Elektroniko Digitalak” irakasgaiek osatzen duten binomioa azpimarratu nahi da. Izan ere, denboran duten jarraikortasunak ---1. eta 2. lau hilabeteetan irakasten dira hurrenez hurren--- kontrolagailuen diseinu eta inplementaziorako indarra hartzen ari den “Ereduetan Oinarritutako Diseinua” deituriko metodologia aplikatzeko aukera ematen du. Metodologia hau “Model-Based Design” (MBD) bezala ere ezagutzen da ingelesez edo “Diseño Basado en Modelos” bezala gazteleraz, eta automozioa edota industria aeroespaziala bezalako alor zorrotzetan erabiltzen da. Lehendabizi, “Erregulazio automatikoa” irakasgaian, tresna egokiak erabiliz eta MBD metodologiak iradokitzen dituen pausuak jarraituz, ikaslea kontrolagailuen diseinu eta balioztatzean trebatzen da. Ondoren, “Sistema Elektroniko Digitalak” irakasgaian, MBD metodologiako azken atazak lantzen dira zeinak “kode sorkuntza automatikoa”-rekin eta kode honen balioztatzearekin lotuak dauden. Modu honetara, bi irakasgai hauen bitartez, kontrolagailuen diseinu eta inplementaziorako prozesua hasieratik bukaeraraino gauzatzeko prestatuko da ikaslea.



Laugarren ikasturtean ematen diren hautazko irakasgaiei dagokienez, "Sistema Elektroniko Digitalak" "Kontrol Digitala" irakasgaiarekin hertsiki lotuta dago, azken honen helburu nagusia sistema digitaletan naturalki aritzen diren kontrol-sistemak aztertu eta diseinatzea baita.



Azkenik, jarduera profesionalari dagokionez, irakasgaiak ondoko helburua du: tituludunek beharrezko konpetentziak beregana ditzaten hala eskatzen duten prozesu industrial automatikotan behar diren sistema elektroniko digitalak integratzeko. Arlo honetan kontsidera litezkeen aktibitate-esparruak hurrengoak dira: sistema txertatuen inplementazioa eta programazioa, seinale-prozesagailu digitalen (DSPen) programazioa, kontrol-algoritmoen inpementazioa, etab.

Irakasgai honek mikrokontrolagailuan oinarrituriko sistema elektroniko digitalak aztertzea eta diseinatzea, nahiz prozesu industrialen kontrolean aplikatzea du helburu. Helburu hori betetzeko, erdietsi beharreko hurrengo gaitasunak ezartzen dira:



- Mikrokontrolagailuan oinarritzen diren sistema elektroniko digitalen funtsak ezagutzea, eta baita prozesu industrialen kontrolean duten aplikazioa ere.



- Garapen-ingurune bat zehazki ezagutzea, mikrokontrolagailuan oinarritutako diseinu digitalak maila altuko lengoaian (C-n) programatu, araztu eta egikaritu ahal izateko.



- Kontrolatu behar den prozesu industrialari buruz hainbat iturritatik jasotako informazioa integratzea, mikrokontrolagailua aukeratzeko oinarrizko jarraibideak era arrazoituan ondorioztatzeaz gain, dagokion hardwarea inplementatzeko.



- Prozesu industrialetan, mikrokontrolagailua aldagaien begizta itxiko neurketa eta kontrol digitalerako bloke funtzional gisa aplikatzea.



Irakasgai honen jarraipen egokia egiteko, aldez aurretik hirugarren ikasturteko lehen lauhilekoan ematen den "Elektronika Digitala" irakasgaia ikastea gomendatzen da.

Mikrokontrolagailuan oinarritutako sistema elektroniko digitalen azterketa, diseinu eta aplikazioei ekiteko, hurrengo gai-zerrenda teoriko eta praktikoa ezartzen da:



GAI-ZERRENDA TEORIKOA



0 Gaia: Irakasgaiaren Aurkezpena

Gaitasun espezifikoak. Gai-zerrenda teoriko eta praktikoa. Ebaluazio metodoa. Gomendatutako bibliografia. Irakasgaian erabiliko diren mikrokontrolagailu zehatzen justifikazioa.



1 Gaia: 8 biteko mikrokontrolagailu baten Arkitektura

Oinarrizko bloke funtzionalak eta busak. RAM memoria-mapa: helburu orokorreko gunea eta funtzio bereziko erregistroen (SFR-en) gunea. Erregistro-bankuak. Pilaren funtzionamenduaren analisia: pilaren erakuslea.



2. Gaia: Sarrera/Irteerako Oinarrizko Gailuak

Helburu orokorreko sarrera/irteera digitalen atakak. Dagozkien SFR-ak. Konexionatuari buruzko kontsiderazioak. Korronte-driver-ak. Oinarrizko semaforo baten adibidea. Sarrera eta irteera analogikoak: A/D eta D/A bihurketak. Dagozkien SFR-ak. A/D bihurketa adibidea.



3 Gaia: Timer-ak

Kontagailu eta tenporizadorearen kontzeptuak. Arkitektura orokorra. CPU-aren erloju-seinalearen sorkuntza. Dagozkien SFR-ak. Funtzionamendu-moduak. Tenporizazio adibidea.



4. Gaia: Etendurak

Kontzeptua. Barne- eta kanpo-etendura kanalak. Reset zirkuitua. Gaikuntza, lehentasuna eta bektorizazioa. Dagozkien SFR-ak. Barne-etendura duen adibidea: etxeko alarma. Barne- eta kanpo-etendurak dituen adibidea: garbigailua.



GAI-ZERRENDA PRAKTIKOA



1 Praktika: Sarrera Mikrokontrolagailuaren Garapen-ingurune eta C Programaziora

Edizioa. Konpilazioa eta elkartzea. Simulazioa eta arazketa (debugging). Datu motak. C lengoaiaren oinarrizko eragile eta programazio-egituren berrikuspena. Oinarrizko ariketak eta maskaren erabilera. Ariketak.



2 Praktika: Semaforo Aldaki Ezberdinen Programazioa

Sarrera/Irteera digitalak. Simulazioa eta arazketa. Hardware-aren konexionatua eta egikaritzea hautaturiko target-ean.



3 Praktika: Argizko Errotulu baten Programazioa.

Taulen kudeaketa. Simulazioa eta arazketa. Hardware-aren konexionatua eta egikaritzea hautaturiko target-ean.



4 Praktika: KZ-eko Serbomotor baten Ardatzaren Posizio Angeluarraren Kontrolerako Proiektua

Proposatutako problemaren banaketa ataza ezberdinetan. Ataza bakoitza bere aldetik ebaztea: A/D bihurketa, hautaturiko sentsoreen karakterizazioa, D/A bihurketa eta kontrol-legearen inplementazioa laginketa-periodoaren tenporizazioari loturiko etendura baten bitartez. Simulazioa eta arazketa. Hardware-aren konexionatua eta egikaritzea hautaturiko target-ean. Azken integrazioa. Kontsigna aldakorren programazioa.



5 Praktika: Induzituz Eszitaturiko Korronte Zuzeneko Motore Baten Abiadura Erregulatzeko algoritmoaren inplemetazioa eta balioztatzea MBD metodologian oinarrituz

MBD metodologiaren inguruko kontzeptu orokorrak. MBD-ean oinarritutako inplementazioa eta balioztatzea. --- Sofware-in-the-Loop (SIL), Processor-in-the-Loop (PIL) eta Hardware-in-the-Loop (HIL)---.

Metodologia aktiboak jarraituko dira; problemetan eta proiektuetan oinarritutako irakaskuntza, hain zuzen ere. Alde batetik, klase magistraletan landutako kontzeptuak barneratu asmoz, problema errealak planteatzen dira irtenbidea emateko. Bestetik, laborategian problema erreal konplexuagoak proposatzen dira (proiektuak), ikaslegoak hauek nola kudeatu behar diren barnera dezan: ataza sinpleagotan banandu, bakoitza problema independente bat bezala tratatu eta ebatzi, eta soluzio oso bat eman emaitza independenteak integratuz.



AURREZ AURREKO IRAKASKUNTZAREN ALTERNATIBA



Ohiz kanpoko egoera bat gertatuko balitz eta ikastetxeak ezingo balitu ateak ireki irakaskuntza bertan emateko, irakaskuntza hori modu birtualean emango litzateke. Bestalde, egoerak hala eskatuko balu, gai-zerrenda teorikoa zein praktikoa egoera berrira egokituko lirateke.

• Azken Ebaluazioaren Sistema
• Kalifikazioko tresnak eta ehunekoak:
  • Garatu beharreko proba idatzia (%): 30
  • Laborategian proba praktikoa (%): 70

Ebaluazio metodoa ebaluazio finala izango da. Ikasleriak irakaskuntzaren gaitasunak lortu dituen aztertzeko hurrengo probak garatuko dira: :



- proba idatzia, zeina praktikotasunagatik, azterketa finala baino lehenago burutuko den: %30 (3 puntu), eta

- laborategiko proba praktikoa: %70 (7 puntu).



Irakasgaia gainditzeko, beharrezkoa da azterketa bakoitzari dagokion puntuazioaren erdia gutxienez lortzea. Hau da:



- proba idatzia: %50 (1,5 puntu), eta

- laborategiko proba praktikoa: %50 (3,5 puntu).



Azterketa bakarra gainditzen bada, azken kalifikazioa 4koa izango da, gehienez.



Ohiko deialdian azterketa bakarra gainditzen bada, azterketa horretan lortutako kalifikazioa ezohiko deialdiraino gordeko da.



OHIKO DEIALDIARI UKO EGITEA



Aipaturiko proba praktikora (azken notaren %70eko pisua duena) ez aurkezteak ebaluazioaren deialdiari uko egitea suposatuko du eta Ez Aurkeztuta gisa agertuko da.



AURREZ AURREKO PROBEN ALTERNATIBA



Ohiz kanpoko egoera bat gertatuko balitz eta, horren ondorioz, zentroak ezingo balitu ateak ireki probak bertan egiteko, aipatutako probak bertaratu gabe egin ahal izateko egokituko lirateke. Ikasleei jarraitu beharreko prozesuaren berri emango litzaieke behar adina denborarekin.

Ikasleriak irakaskuntzaren gaitasunak lortu dituen aztertzeko, hurrengo probak garatuko dira ezohiko deialdian:



- proba idatzia: %30 (3 puntu), eta

- laborategiko proba praktikoa: %70 (7 puntu).



Irakasgaia gainditzeko, beharrezkoa da azterketa bakoitzari dagokion puntuazioaren erdia gutxienez lortzea. Hau da:



- proba idatzia: %50 (1,5 puntu), eta

- laborategiko proba praktikoa: %50 (3,5 puntu).



Azterketa bakarra gainditzen bada, azken kalifikazioa 4koa izango da, gehienez.



EZOHIKO DEIALDIARI UKO EGITEA



Aipaturiko proba praktikora (azken notaren %70eko pisua duena) ez aurkezteak ebaluazioaren deialdiari uko egitea suposatuko du eta Ez Aurkeztuta gisa agertuko da.



AURREZ AURREKO PROBEN ALTERNATIBA



Ohiz kanpoko egoera bat gertatuko balitz eta, horren ondorioz, zentroak ezingo balitu ateak ireki probak bertan egiteko, aipatutako probak bertaratu gabe egin ahal izateko egokituko lirateke. Ikasleei jarraitu beharreko prozesuaren berri emango litzaieke behar adina denborarekin.

Moodle plataforman utzitako laguntasunerako ondoko materiala:

- Klase teoriko eta praktikoen garapenerako euskailu gisa erabilitako gardenkiak.
- Praktiken gidoiak.
- Klase teorikoetan egindako programazio ariketen ebazpenak.
- Laborategian planteatutato programazio problemen ebazpenak. Hauek, nahita, planteamendua egin eta bi aste beranduago utziko dira.

Oinarrizko bibliografia

- Odant B. (1995). "Microcontroladores 8051 y 8052", Thomson Paraninfo.

- Schultz T. (2008). "C and the 8051", Wood Island Prints.

- Yiu J. (2013). "The Definitive Guide to the ARM Cortex-M3 and M4 Processors", Newnes.

Gehiago sakontzeko bibliografia

- INTEL (1994). "MCS 51 Microcontroller Family User's Manual".
- Barrón M. eta Martínez J. (1999). "Aplicaciones Prácticas con el µc-8051. Programación en Lenguaje C", Disen-Educativos.

Aldizkariak

- International Journal of Electrical Engineering Education (IJEEE)
- ELEKTOR
- Automática e Instrumentación
- IEEE Transactions on Education

Web helbideak

- Keil development tools for the 8051 microcontroller:
http://www.keil.com/c51

- NXP 80C552 microcontroller's development tools, evaluation boards, example codes, etc.:
http://www.keil.com/dd/chip/3104.htm

- Web site dedicated to the 8052 microcontroller:
http://www.8052.com

- ARM Cortex-M series web page:
http://www.arm.com/products/processors/cortex-m

- Software and Tools for Kinetis MCUs:
http://www.freescale.com/webapp/sps/site/overview.jsp?code=KINETIS_SWTOOLS

- TWR-KV31F120M: Kinetis KV3x Family Tower System Module:
http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=TWR-KV31F120M&lang_cd=en