概要:
マイクロコンピュータを活用した自動計測・制御実験を行う．
授業の進め方・方法:
マイクロコンピュータを活用した自動計測・制御実験を行う．
注意点:
電気回路，電子回路，プログラミングに関する基礎知識が必要である．
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
第1部ガイダンス：イントロダクション |
マイコンを用いた実験の内容を把握する．
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| 2週 |
LED を光らせる． |
マイコンシステム（Arduino）を用いた電子回路の制御方法を理解する．
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| 3週 |
スイッチを使う． |
マイコンを用いた電子回路の制御方法の理解を深める．
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| 4週 |
LED の明るさを変える． |
パルス幅変調方式による D/A 変換の方法を理解する．
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| 5週 |
フォトレジスタで光を検出する． |
マイコン内蔵の A/D 変換器によるデータ取得方法を理解する．
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| 6週 |
シリアル通信． |
マイコンが取得したデータを PC に転送する方法を理解する．
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| 7週 |
LEDの明るさを計測する． |
マイコンによる自動計測システムの基本形を理解する．
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| 8週 |
前期中間試験 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
第2部ガイダンス：計測と制御 |
オペアンプやトランジスタからなる電子回路に関する自動計測実験の内容を把握する．
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| 10週 |
DAC の動作確認と LED－CdS セル系の入出力特性 |
マイコンに外付けした D/A コンバータの利用方法を習得する．SPI 通信の仕組みを理解する．
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| 11週 |
オペアンプ回路１（バッファー） |
オペアンプの使用方法の基礎を理解する．
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| 12週 |
オペアンプ回路２（反転増幅器） |
オペアンプによる反転増幅器の仕組みを理解する．
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| 13週 |
オペアンプ回路３（シュミットトリガー） |
オペアンプによるシュミットトリガー回路の仕組みを理解する．
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| 14週 |
バイポーラトランジスタの静特性 |
バイポーラトランジスタの静特性を理解する．
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| 15週 |
期末試験 |
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| 16週 |
テスト返却と解説 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
フィードバック制御 |
マイコンによる自動制御システムの仕組みを理解する． フィードバック制御の仕組みを再確認する．
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| 2週 |
第3部ガイダンス：組み込み機器演習 |
加速度センサやマトリクスLEDを組み合わせた実験の内容を理解する．
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| 3週 |
加速度センサモジュールの動作確認 |
加速度センサの動作原理と使用方法を理解する．
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| 4週 |
マトリクス LED の動作確認 |
マトリクス LED の動作原理と使用方法を理解する．
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| 5週 |
加速度センサとマトリクス LED による「電子水平器」 |
組み込み機器の例としての電子水平器の構築を通して組み込み機器の構成方法の基本を理解する．
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| 6週 |
ダイナミック点灯方式の実装 |
マトリクス LED におけるダイナミック点灯方式を理解する．
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| 7週 |
Java based IDE ( Processing ) の基本 |
java ベースの統合開発環境 Processing の使用方法を理解する．
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| 8週 |
後期中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
Processing 応用その１（グラフィカルかつインタラクティブなアプリケーション） |
プログラミングの基本を理解する．
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| 10週 |
Processing 応用その２（数値計算の可視化） |
プログラミング方法の理解を深める．
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| 11週 |
ArduinoとProcessing との連携 |
加速度センサからのデータをマイコン（Arduino)で取得し，シリアル通信で PC に送り，それをグラフィカルに美しく可視化する方法 を学ぶ．
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| 12週 |
第4部ガイダンス：タイマーIC５５５応用 |
タイマーICを用いた実験の内容を理解する．
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| 13週 |
タイマーIC５５５活用実験その１ |
タイマーIC５５５とそれを利用した矩形波発生回路の仕組みを理解する．
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| 14週 |
タイマーIC５５５活用実験その２ |
タイマーIC５５５を利用した PWM（パルス幅変調）回路の仕組みを理解する．
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| 15週 |
期末試験 |
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| 16週 |
テスト返却と解説 |
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| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電気回路 | 電荷と電流、電圧を説明できる。 | 4 | |
| オームの法則を説明し、電流・電圧・抵抗の計算ができる。 | 4 | |
| 電子回路 | 演算増幅器の特性を説明できる。 | 4 | |
| 演算増幅器を用いた基本的な回路の動作を説明できる。 | 4 | |
| 計測 | 計測方法の分類(偏位法/零位法、直接測定/間接測定、アナログ計測/ディジタル計測)を説明できる。 | 4 | |
| A/D変換を用いたディジタル計器の原理について説明できる。 | 4 | |
| 電圧降下法による抵抗測定の原理を説明できる。 | 4 | |
| オシロスコープの動作原理を説明できる。 | 4 | |
| 制御 | 伝達関数を用いたシステムの入出力表現ができる。 | 4 | |
| ブロック線図を用いてシステムを表現することができる。 | 4 | |
| フィードバックシステムの安定判別法について説明できる。 | 4 | |
| 情報系分野 | プログラミング | 代入や演算子の概念を理解し、式を記述できる。 | 4 | |
| プロシージャ(または、関数、サブルーチンなど)の概念を理解し、これらを含むプログラムを記述できる。 | 4 | |
| 変数の概念を説明できる。 | 4 | |
| データ型の概念を説明できる。 | 4 | |
| 制御構造の概念を理解し、条件分岐を記述できる。 | 4 | |
| 制御構造の概念を理解し、反復処理を記述できる。 | 4 | |
| 計算機工学 | 要求仕様に従って、標準的なプログラマブルデバイスやマイコンを用いたシステムを構成することができる。 | 4 | |
| その他の学習内容 | オームの法則、キルヒホッフの法則を利用し、直流回路の計算を行うことができる。 | 4 | |
| 分野別の工学実験・実習能力 | 電気・電子系分野【実験・実習能力】 | 電気・電子系【実験実習】 | 電圧・電流・電力などの電気諸量の測定が実践できる。 | 4 | |
| 抵抗・インピーダンスの測定が実践できる。 | 4 | |
| オシロスコープを用いて実際の波形観測が実施できる。 | 4 | |
| 電気・電子系の実験を安全に行うための基本知識を習得する。 | 4 | |
| キルヒホッフの法則を適用し、実験結果を考察できる。 | 4 | |
| 分流・分圧の関係を適用し、実験結果を考察できる。 | 4 | |
| 増幅回路等(トランジスタ、オペアンプ)の動作に関する実験結果を考察できる。 | 4 | |
| 論理回路の動作について実験結果を考察できる。 | 4 | |
| ダイオードの電気的特性の測定法を習得し、その実験結果を考察できる。 | 4 | |
| トランジスタの電気的特性の測定法を習得し、その実験結果を考察できる。 | 4 | |
| ディジタルICの使用方法を習得する。 | 4 | |