Detail předmětu

Embedded systems for industrial control

FEKT-NPORAk. rok: 2017/2018

Mikrokontroler: Programátorský model. Adresovací módy. Instrukční soubor. Vnitřní periferie, čítače, časovače, přerušovací systém. Mapování a adresování periferií.
Periferie: čítače + časovače, synchronní a asynchronní sériová linka. Výkonové členy, inteligentní display. Připojování vnějších prvků k mikrokontroleru jako paměti, A/D a DA převodníky, displeje, klávesnice. Sběrnice I2C, 485. Programovací techniky pro vestavěné systémy, programování periferií. Úvod do OS realného času. Úvod do Faul-tolerant systémů.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Zdeněk Bradáč, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a měřicí techniky (UAMT)

Výsledky učení předmětu

Absolvent je schopen:
- definovat požadavky na jednouchý mikrokontrolérový systém a jeho periferie
- popsat jednouchý mikrokontrolérový systém a jeho periferie
- navrhnout jednouchý mikrokontrolérový systém a jeho periferie
- analyzovat jednouchý mikrokontrolérový systém a jeho periferie
- konstruovat jednouchý mikrokontrolérový systém a jeho periferie
- posoudit zapojení jednouchého mikrokontrolérového systému a jeho periferii
- využít jednouchý mikrokontrolérový systém a jeho periferie
- programovat jednouchý mikrokontrolérový systém a jeho periferie

Prerekvizity

Student je schopen:
- vysvětlit fyzikální vlastnosti základních pasivních a aktivních součástek (R, L, C, transistor, dioda, LED, stabilizátor, transformátor, optočlen, XTAL, atd.)
- počítat se základními elektrickými veličinami
- analyzovat základní elektrické obvody
- vypočítat základní elektrické obvody
- vysvětlit základní logické obvody
- počítat s logickými operacemi
- zjednodušovat logické funkce
- navrhnout zapojení logického obvodu
- programovat v jazyku ISO C
- navrhnout algoritmus
- naprogramovat algoritmus
- navrhnout stavový automat (Moorův, Mealyho)
- algoritmizovat stavový automat
- vysvětlit základní mikropočítačové termíny (CPU, RAM, ROM, EPROM, atd.)
- vysvětlit základní počítačové architektury (Harvard, VonNeuman)
- diskutovat základní pojmy z oblasti pravděpodobnosti a statistiky
- počítat s číselnými soustavami (hexadecimální, octalová, dekadická, binární)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači.. Student zpracuje 6x samostatny test a odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

- až 40 bodů za cvičení (6 písemných testů po 5 bodech, 1 samostatný test na PC po 10 bodech)
- až 60 bodů za zkoušku (zkouška formou testu)
- Zápočet je možno získat jen po získání >= 20 bodů z laboratorních testů

Osnovy výuky

- Úvod do logických systémů. Úvod do numerických systémů. Stavové automaty.
- Programování mikrokontrolérů v ISO C. Struktury počítačů.
- Popis mikrokontroléru a jeho vnitřních periferií – XTAL, časovače/čítače, UART, paměti
- Úvod do konstrukce mikrokontrolérové procesorové desky.
- Úvod do periferních obvodů – adresní dekodér, PIO, alfanumerický display
- Úvod do periferních obvodů – diskrétní PIO, sekundární adresní dekodér, maticová klávesnice
- Úvod do sběrnice I2C
- Úvod do konstrukce periferií se sběrnicí I2C – RTC, A/D, D/A, PIO, RAM, EEPROM
- Úvod do RT-OS
- Úvod do Fault-tolerant systémů

Učební cíle

Seznámit studenty s architekturou mikroprocesorů a mikrokontrolerů, s činností jejich jednotlivých podsystémů, s jejich programováním ve vyšších programovacích jazycích.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

Predko M.,: Handbook of microcontrolers, McGraw-Hill, ISBN 0079137164, 1998 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-MN magisterský navazující

    obor MN-KAM , 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Zdeněk Bradáč, Ph.D.

Osnova

Vnitřní architektura mikroprocesoru. Programátorský model. Adresovací módy. Instrukční soubor.
Vnitřní periferie: čítače/časovače, asynchronní seriová linka. Watchdog, power monitor, resetovací obvod.
Připojování externích pamětí a mapování periferií. Rozšíření digitálních V/V, galvanická oddělení, reléové a tranzistorové výstupy.
Principy připojování priferních obvodů. Inteligentní display, jeho řízení, popis registrů a módů.
Připojení multiplexních displejů. Obvody řízení zobrazovacích subsystémů. Připojení klávesnice, princip řízení. Ošetření zákmitů a hran.
I2C sběrnice, multimaster mode, připojování periferních obvodů.
Typy periferních obvodů na I2C. Obvod RTC, paměť EEPROM a RAM, expander.
Propojení mikropočítače s externím prostředím. A/D a D/A převodníky. Multiplexování. Připojení čidel.
Akční členy, připojení výkonových členů. Spínací můstky. Střídavé akční členy. Implementace PWM.
Sériové sběrnice pro komunikaci. RS232, RS485, RS422, CAN.
Implementace algoritmů řízení. Filtrace signálů.
Vyšší embedded systémy. PC104, DIMM-PC, operační systémy.
Systém reálného času. Multiprocesorová komunikace.

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Zdeněk Bradáč, Ph.D.

Osnova

Organizační záležitosti.
Vývojové prostředí. Specifické vlastnosti jazyku C. Základní programové moduly. Základní programování mikroprocesoru.
Vnitřní periferie. Generování časových závislostí. Čítače a časovače. Módy časovacích obvodů. Ošetření watch dog.
Vstupy, výstupy. Paměťový prostor. Definice polí a proměnných. Mapování a maskování externích obvodů.
Programové obsloužení inteligentního displeje. Redefinice procedur.
Klávesnice. Připojení, naprogramování. Ošetření periodického čtení. Ošetření zákmitů. Testování hran. Přerušovací systém. Redefinice procedur.
Sběrnice I2C. SW implementace. Připojení RAM a EEPROM. Procedury.
Sběrnice I2C. Připojení Real Time Clock. Nastavení a využívání kalendáře.
Synchronní sériová linka. SW emulace. Připojení A/D převodníku na SCI.
Programování A/D a D/A převodníků, multiplexování. Kalibrace, přepočty.
Generování RTC. SW implementace PWM.
Sériová linka RS232. Komunikace embedded systémů s nadřazeným PC. Základní komunikace. XON/XOFF řízení.
Zápočet