Modulhandbuch BaET2012_Grundlagen Technische Informatik

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Verantwortlich: Prof. Dr. Hartung

Modul

Anerkennbare Lehrveranstaltung (LV)

• F07 GTI

Organisation

Bezeichnung Lang BaET2012_Grundlagen Technische Informatik MID BaET2012_GTI MPID

Zuordnung Studiengang BaET2012 Studienrichtung G Wissensgebiete G_GWI

Einordnung ins Curriculum Fachsemester 2 Pflicht G Wahl

Version erstellt 2013-05-29 VID 1 gültig ab WS 2012/13 gültig bis

Zeugnistext

de

Grundlagen der technischen Informatik

Unterrichtssprache

Deutsch

Modulprüfung

Form der Modulprüfung
sK	Regelfall (bei geringer Prüfungsanzahl: sMP)

Beiträge ECTS-CP aus Wissensgebieten
G_GWI	5
Summe	5

Aufwand [h]: 150

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Prüfungselemente

Vorlesung / Übung

Form Kompetenznachweis
bK	individuelle Lernstandsrückmeldung (Gesamtumfang bis max. 2h)
bÜA	Präsenzübung und Selbstlernaufgaben

Beitrag zum Modulergebnis
bK	Voraussetzung für …
bÜA	unbenotet

Spezifische Lernziele

Lerninhalte (Kenntnisse)

• elementare Automatentheorie
  • Boole'sche Algebra kennen (PFK.2, PFK.4, PFK.5)
  • Boolesche Funktionsnetzwerke
    • Grundrechenarten mit Zahlen (PFK.11)
  • Codes zur Informationsdarstellung im Computer (PFK.5, PFK.8, PFK.9, PFK.10)
  • Endliche Diskrete Automaten (FSM) (PFK.5, PFK.7, PFK.8, PFK.9, PFK.10)
• Grundlagen der Technologie digitaler Systeme
  • Beschreibungsformen (PFK.8, PFK.9)
    • Schaltplan
    • Beschreibungssprache (VHDL)
  • Bausteine (PFK.9, PFK.10)
    • Digitale Standard-ICs
      • Gatter AND, OR, NOT, XOR
      • Decoder, Multiplexer
    • Konfigurierbare Bausteine
• Grundlagen der C-Programmierung für hardwarenahe Programmierung (PFK.9)
  • Zeiger und Zeigerarithmetik
  • Standardbibliotheken
    • stdio
    • string
• hardwarenahe I/O-Programmierung in C (PFK .9)
  • Aufbau digitaler I/O-Ports
  • Zugriff auf I/O-Ports mittels Zeiger
  • Zugriff auf I/O-Ports mittels Treiberbibliotheken
  • Bitbasierte Ein-Ausgabe und Verarbeitung mittels C
• Software-Entwicklungsumgebung (PFK.6, PFK.9)
• Programmierung von Aufgaben des Messens, Steuerns und Regelns in C (PFK.8, PFK.9, PFK.10)
  • Realisierung von FSM in C
  • Aufbau einer anwendungsorientierten IO-Bibliothek auf Basis eines Treibers
• Aufbau und Funktionsweise eines dedizierten Kleinrechnersystems (z.B. Mikrocontroller)
  • Architekturübersicht (Register, Rechenwerk, Steuerwerk, Speicher, Busstruktur, I/O-Komponenten) (PFK12)
  • Funktionsweise, d.h. Ablauf einer Programmabarbeitung auf Basis von Registertransfers (PFK 11)
• I/O-Schnittstellen eines Rechnersystems und deren Nutzung mittels C (am Beispiel des dedizierten Kleinrechnersystems) (PFK.9)
  • digitale Ports (siehe oben)
  • Timer/Counter
• Ereignisorientierte Programmierung in C (PFK8, PFK.9, PFK.11)

Fertigkeiten

• Systemverhalten aus spezifizierenden Texten herleiten (PFK.1, PFK.2, PFK.4, PFK.7)
  • technische Texte erfassen
  • implizite Angaben erkennen und verstehen
  • fehlende Angaben
    • erkennen
    • ableiten
    • erfragen
• Nutzung von Beschreibungsverfahren
  • Einfache Umrechnungen Boolescher Funktionen (PFK.2, PFK.11)
  • Umsetzung einer FSM in eine C-Programmstruktur (PFK.8)
• Aufbau eines digitaltechnischen Systems (PFK.6, PFK.8, PFK.9, PFK.10)
  • Nutzung eines Werkzeugs für Spezifikation
    • Synthese aus Modell
    • Systemat. Test mit Testvektoren
• Aufbau eines Steuerungssystems mit Computer (PFK.6, PFK.7, PFK.8, PFK.9, PFK.10)
  • Verstehen und Erläutern der Arbeitsweise eines Kleinrechnersystems inkl. einfacher I/O-Schnittstellen
  • Nutzung von Treiberbibliotheken in C für verschiedene I/O-Schnittstellen mit Unterstützung ihrer Interruptfähigkeit
    • digitale Ports
    • Timer/Counter
  • Programmierung des Systems mit C
    • Systemverhalten aus spezifizierenden Text herleiten
    • Aufstellen des Zustandsüberführungsdiagramms
    • Implementierung mittels C unter Verwendung von Treiberbibliothek

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Die Studierenden lernen, wie digitale Systeme aufgebaut werden und welche Prinzipien dabei angewandt werden. Sie sind in der Lage, einfache digitale Systeme zu entwerfen und mit modernen Technologien (CPLD, FPGA, Hardware-Beschreibungssprache) zu implementieren. Sie lernen die Grundlagen der Mikrocontrollertechnik kennen und sind auf dieser Basis in der Lage, C-Programme für Mikrocontroller zu schreiben..

Praktikum

Form Kompetenznachweis
bK	individuelle Lernstandsrückmeldung (Gesamtumfang bis max. 2h)
bÜA	Präsenzübung und Selbstlernaufgaben

Beitrag zum Modulergebnis
bK	Voraussetzung für …
bÜA	unbenotet

Spezifische Lernziele

Fertigkeiten

• Aufbau eines digitaltechnischen Systems (PFK.6, PFK.8, PFK.9, PFK.10)
  • Nutzung eines Werkzeugs für Spezifikation
    • Synthese
    • Systemat. Test mit Testvektoren
  • Realisierung
    • Konfiguration aus Werkzeug
    • Test am realen System
• Aufbau eines Steuerungssystems mit Computer (PFK.6, PFK.7, PFK.8, PFK.9, PFK.10)
  • Einfache technische Spezifikationen von I/O-Schnittstellen interpretieren und nutzen
  • Nutzung von Treiberbibliotheken in C für verschiedene I/O-Schnittstellen mit Unterstützung ihrer Interruptfähigkeit
    • digitale Ports
    • Timer/Counter
  • Programmierung des Systems mit C
    • Systemverhalten aus spezifizierenden Text herleiten
    • Aufstellen des Zustandsüberführungsdiagramms
    • Implementierung mittels C unter Verwendung von Treiberbibliothek

Handlungskompetenz demonstrieren

• komplexere Aufgaben in einem Kleinteam bewältigen (PSK.1, PSK.6)
• Erarbeitung eines digitalen Steuersystems
  • übersichtliche Problemstellungen verstehen und analysieren (PFK.2, PFK.7)
    • Systemverhalten aus spezifizierenden Texten herleiten
    • System strukturiert analysieren
      • sinnvolle Teilsysteme erkennen
      • Schnittstellen zwischen Teilsystemen erfassen
  • Problemlösung mittels digitalem Entwurfswerkzeug spezifizieren, testen und am Zielsystem in Betrieb nehmen (PFK.8. PFK.9, PFK.10)
• Erarbeitung eines Steuersystems mit Mikrocontroller und C-Programmen
  • übersichtliche Problemstellungen verstehen und analysieren (PFK.2, PFK.7)
    • Systemverhalten aus spezifizierenden Texten herleiten
    • System strukturiert analysieren
      • sinnvolle Teilsysteme erkennen
      • Schnittstellen zwischen Teilsystemen erfassen
  • Problemlösung mittels Software-Entwicklungsumgebung in C implementieren, testen und am Zielsystem in Betrieb nehmen (PFK.8, PFK,9, PFK.10)

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Die Studierenden arbeiten mit einem Entwurfsprogramm für digitale Systeme, z.B. Altera Quartus II. Sie erstellen kleine digitaltechnische Systeme und testen diese mittels Simulation. Sie realisieren ein Beispielsystem mit moderner Digitaltechnik (CPL/FPGA). Sie entwickeln hardwarenahe Programme in der Programmiersprache C mit Software-Entwurfswerkzeugen. Sie implementieren diese Programme unter Nutzung eines Mikrocontrollers und steuern damit eine kleine mechatronische Anlage.