Tutustuminen sulautettujen järjestelmien toimintaan - Keijo
Opintojaksokuvaus
Tutustuminen sulautettujen järjestelmien toimintaperiaatteisiin.
Opintojakson tarkoituksena on tutustua mikroprosessoreihin perustuvien elektroniikkalaitteiden toimintaan käytännön kokeilujen avulla. Tämä tapahtuu rakentamalla koekytkentälevylle 10 erilaista elektronista kytkentää, joita ohjataan mikro-ohjaimella. Mikro-ohjaimeen ladataan tarvittava ohjelmakoodi, joka koodataan ohjeiden mukaan. Mikro-ohjaimena käytetään Arduino Uno R3 alustaa ja ohjelmointiympäristönä Arduino IDE ohjelmistoa. Ohjelmointikielenä on Arduinon oma C++.
Aikaisempaa kokemusta ohjelmoinnista tai elektroniikan rakentelusta ei tarvita.
Opintojakson kohderyhmänä ovat sähköalan ammatillisen perusopetuksen opiskelijat: tieto- ja tietoliikennetekniikan perustutkinto sekä sähkö- ja automaatiotekniikan perustutkinto.
Harjoitukset ovat:
Opintojakson tarkoituksena on tutustua mikroprosessoreihin perustuvien elektroniikkalaitteiden toimintaan käytännön kokeilujen avulla. Tämä tapahtuu rakentamalla koekytkentälevylle 10 erilaista elektronista kytkentää, joita ohjataan mikro-ohjaimella. Mikro-ohjaimeen ladataan tarvittava ohjelmakoodi, joka koodataan ohjeiden mukaan. Mikro-ohjaimena käytetään Arduino Uno R3 alustaa ja ohjelmointiympäristönä Arduino IDE ohjelmistoa. Ohjelmointikielenä on Arduinon oma C++.
Aikaisempaa kokemusta ohjelmoinnista tai elektroniikan rakentelusta ei tarvita.
Opintojakson kohderyhmänä ovat sähköalan ammatillisen perusopetuksen opiskelijat: tieto- ja tietoliikennetekniikan perustutkinto sekä sähkö- ja automaatiotekniikan perustutkinto.
Harjoitukset ovat:
- LED valon ohjaus kytkimellä
- LED valon vilkuttaminen
- LED valon ohjaus aikaviiveellä
- START-STOP ohjaus
- Valaistuskuvion ohjaus
- Looginen JA operaatio
- Logiikkaohjaus
- Hämäräkytkin
- Äänigeneraattori
- Binäärilaskuri
Sisältökartta ja osaamistavoitteet
Opintojakson osaamistavoitteet on määrätty valtakunnallisissa tutkinnon perusteissa:
Tieto- ja tietoliikennetekniikan perustutkinto
Elektroniikan ja ICT:n perustehtävät 45 osp (Pakolliset tutkinnon osat)
Ammattitaitovaatimukset
Ammattitaitovaatimusten lisäksi opiskelija tutustuu harjoituksissa ohjelmoinnin perusrakenteisiin sekä sulautettujen järjestelmien ohjelmoinnin erityispiirteisiin. Harjoituksissa tulevat tutuiksi:
Tieto- ja tietoliikennetekniikan perustutkinto
Elektroniikan ja ICT:n perustehtävät 45 osp (Pakolliset tutkinnon osat)
Ammattitaitovaatimukset
- tuntee elektroniikan rakenneosat ja komponentit ja osaa käyttää niiden datatietoja
- osaa työohjeiden ja kytkentäkaavioiden mukaan rakentaa annettujen toimintadokumenttien mukaisen elektroniikkalaitteen tai sen osakokonaisuuden sekä ja mitata niistä virtoja ja jännitteitä
- osaa käyttää mikrokontrollerin kehitysympäristöä (kääntää sekä ladata sen avulla ohjelmia)
- osaa käyttää asennus ja kytkentätöissä tarvittavia käsi- ja sähkötyökaluja
Ammattitaitovaatimusten lisäksi opiskelija tutustuu harjoituksissa ohjelmoinnin perusrakenteisiin sekä sulautettujen järjestelmien ohjelmoinnin erityispiirteisiin. Harjoituksissa tulevat tutuiksi:
- muuttujat
- peräkkäisrakenne, toistorakenne, ja valintarakenne
- laskutoimitukset
- loogiset operaatiot
- vertailuoperaatio
- digitaalisen lähdön ja tulon käyttö
- analogisen signaalin muuntaminen digitaaliseksi
Ohjaussuunnitelma
Opintojakson materiaali pitää sisällään kaiken tarvittavan ohjeistuksen, jotta harjoitukset saadaan vietyä läpi onnistuneesti. Yksittäiseen harjoitukseen kuluu aikaa 30-60 minuuttia, mikä riippuu opiskelijan lähtötasosta. Harjoituksia voi täydentää niihin liitetyillä syventävillä tehtävillä. Syventävät tehtävät laajentavat osaamisalaa huomattavasti ja ne on tarkoitettu kiitettävälle tasolle pyrkiville opiskelijoille. Syventävät tehtävät voi myös tarvittaessa jättää kokonaan pois.
Harjoitusten yhteinen ohjeistus on koottu erilliseen yleisohjeeseen, jossa on tarkemmat luettelot tarvittavista välineistä. Yleisohjeessa on myös ohjeet tarvittavat tietokoneympäristön asentamiseksi. Erityisesti yleisohjeesta kannattaa käydä läpi yhdessä opiskelijoiden kanssa esimerkkiohjelma, jossa ei vielä tarvitse varsinaisesti rakentaa mitään erillisistä komponenteista.
Pääsääntöisesti on ajateltu, että opiskelijat pystyvät suoriutumaan harjoituksista itsenäisesti. Tarpeen vaatiessa opettaja voi ohjata yksittäistä opiskelijaa. Harjoituksen voidaan myös tehdä pareittain. Tärkeää on että, kaikki saavat rakennettavat kytkennät toimimaan.
Syventävät tehtävät voidaan myös tehdä ryhmätöinä, jolloin ryhmät esittelevät ratkaisunsa muille opiskelijoille. Tällöin harjoitusten syventävät tehtävät kannattaa jakaa ryhmien kesken, koska ei ole tarkoituksenmukaista, että jokainen ryhmä tekee kaikkien harjoitusten tehtävät.
Harjoitusten yhteinen ohjeistus on koottu erilliseen yleisohjeeseen, jossa on tarkemmat luettelot tarvittavista välineistä. Yleisohjeessa on myös ohjeet tarvittavat tietokoneympäristön asentamiseksi. Erityisesti yleisohjeesta kannattaa käydä läpi yhdessä opiskelijoiden kanssa esimerkkiohjelma, jossa ei vielä tarvitse varsinaisesti rakentaa mitään erillisistä komponenteista.
Pääsääntöisesti on ajateltu, että opiskelijat pystyvät suoriutumaan harjoituksista itsenäisesti. Tarpeen vaatiessa opettaja voi ohjata yksittäistä opiskelijaa. Harjoituksen voidaan myös tehdä pareittain. Tärkeää on että, kaikki saavat rakennettavat kytkennät toimimaan.
Syventävät tehtävät voidaan myös tehdä ryhmätöinä, jolloin ryhmät esittelevät ratkaisunsa muille opiskelijoille. Tällöin harjoitusten syventävät tehtävät kannattaa jakaa ryhmien kesken, koska ei ole tarkoituksenmukaista, että jokainen ryhmä tekee kaikkien harjoitusten tehtävät.
Arviointisuunnitelma
Ammatillisessa koulutuksessa opintojakson sisällöt suoritetaan tekemällä oppimistehtäviä. Oppimistehtävät vaihtelevat työmäärältään muutamasta tunnista jopa pariin viikkoon. Kun opintojaksoon kuuluvat oppimistehtävät on suoritettu hyväksytysti, merkitään kyseinen opintojakso suoritetuksi (S). Opintojakson arviointi on sanallista ja sen tarkoituksena on ohjata oppimista. Varsinainen osaamisen arviointi tapahtuu koko tutkinnon osan laajuudelta ja arviointi suoritetaan erillisissä ammattiosaamisen näytöissä.
Kun opintojakson kaikki kymmenen harjoitusta on suoritettu hyväksytysti, katsotaan opintojakso suoritetuksi. Tarvittaessa opettaja voi antaa yksilöllistä palautetta opiskelija, jos tämä on tarpeen. Erityisesti on huomioitava, jos opiskelijalla on vaikeuksia suorittaa tehtäviä itsenäisesti, pitää opettajan ohjata opiskeijaa riittävän osaamisen hankkimiseen.
Kun opintojakson kaikki kymmenen harjoitusta on suoritettu hyväksytysti, katsotaan opintojakso suoritetuksi. Tarvittaessa opettaja voi antaa yksilöllistä palautetta opiskelija, jos tämä on tarpeen. Erityisesti on huomioitava, jos opiskelijalla on vaikeuksia suorittaa tehtäviä itsenäisesti, pitää opettajan ohjata opiskeijaa riittävän osaamisen hankkimiseen.
Vastaukset
Opettajan avuksi harjoitusten kytkentäkaaviot sekä valokuvat jokaisesta tehtävästä kytkennästä.