Detail předmětu

Návrh elektronických přístrojů

FEKT-MPC-NENAk. rok: 2021/2022

Součástková základna pro elektronické přístroje včetně řídicích mikroprocesorů nebo mikrokontrolérů. Metodika návrhu elektronických zařízení a měřicích systémů, počítačové metody návrhu a využitelnost pro počítačovou simulaci, základní moduly elektronického přístroje a jejich návrh, návrh programového vybavení. Problémy parazitních vazeb a přenosů signálů, elektromagnetická interference a odolnost, parazitní vlastnosti plošných spojů. Interní a externí komunikační sběrnice, bezdrátové komunikační sítě. Možnosti návrhu plošných spojů. Zhotovení technické dokumentace včetně konstrukčních FMEA. Design for X, rozvíjení požadavků na kvalitu, spolehlivost jako výslednice bezporuchovosti, udržovatelnosti a zajištěnosti údržby. Metody plánování kvality.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Pavel Šteffan, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
• definovat a vysvětlit hlavní etapy návrhu elektronického zařízení,
• chápat potřeby návrhu s ohledem na vyrobitelnost, montáž, testovatelnost,
• popsat požadavky na vývoj z hlediska produktové platformy, architektury a modularity,
• identifikovat hlavní parametry součástek z katalogového listu,
• specifikovat parametry jakosti a určit tolerance s ohledem na technologičnost,
• využít metody a nástroje plánování kvality,
• definovat požadavky na spolehlivost a aplikovat konstrukční FMEA analýzy,
• vytvořit obvodové zapojení jednoduchého zařízení sestaveného z mikrokontroléru a připojeného snímače neelektrické veličiny,
• vytvořit programového vybavení pro mikrokontrolér.

Prerekvizity

Student, který si zapíše předmětu, by měl být schopen:
• Analyzovat elektronické obvody s pasivními součástkami, tranzistory a operačními zesilovači,
• vytvářet programové vybavení v programovacím jazyce C.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka znalého pro samostatnou činnost“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Osnovy výuky

1. Úvod
2. Návrh elektronických zařízení, Design for X
3. Produktová platforma, architektura a modularita
4. Statistické vyhodnocování kvality
5. Specifikace parametrů jakosti, tolerance
6. Metody a nástroje plánování kvality
7. Spolehlivost a FMEA analýzy
8. Komunikační sběrnice
9. Součástky v elektrotechnice
10. Bezdrátové komunikační sítě a průmyslové sběrnice

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s návrhem analogových a digitálních převodníků A/D a D/A, obvodů pro elektronické přístroje, použití mikrokontrolérů a komunikačních sběrnic.

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.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-MEL magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program MPC-TIT magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Radovan Novotný, Ph.D.
Ing. Vladimír Levek, Ph.D.

Osnova

Součástková základna pro elektronické přístroje, analogové a digitální integrované obvody, řídicí mikroprocesory a mikrokontroléry. Vnitřní sběrnice a externí vstupní a výstupní sběrnice počítače PC.
Používané průmyslové sběrnice, základní typy, možnost galvanického oddělení.
Elektrická konstrukce. Výběr součástek a aplikační zásady, obvodové řešení, jeho výpočet a optimalizace.
Metodika návrhu analogových a digitálních bloků přístrojů, použití analogových a digitálních integrovaných obvodů. Použití mikroprocesorů, jejich naprogramování a případné využití vazby na vnější počítač PC.
Komunikace po sběrnicích, připojení do sítě intranet/Internet s využitím protokolu TCP/IP. Inteligentní periferie (senzory a aktuátory), využití BlueTooth pro bezdrátové připojení.
Počítačové metody návrhu. PSpice A/D, Optimizer, Eagle, Hyperlinx, Omega Plus.
Koncepce návrhu přístroje nebo zásuvného modulu PC, odlišnosti, zásady. Základní moduly elektronického přístroje a jejich návrh a simulace.
Podrobná analýza příkladu návrhu zásuvné desky pro analogový vstup a analogový výstup počítače PC.
Problémy parazitních vazeb a přenosů signálů, elektromagnetická interference a odolnost, parazitní vlastnosti plošných spojů. Skin efekt, kapacita, indukčnost, rychlost šíření signálu, přeslechy.
Návrhová pravidla pro návrh elektronického přístroje, odlišnosti při návrhu zásuvné jednotky do PC, včetně vnitřního rušení ve skříni PC. Rozmístění součástek, řazení vrstev plošného spoje, zemnění, blokování.
Požadavky uživatele, komfort ovládání, vazba na připojitelný počítač PC, dálkové ovládání po sběrnici, připojitelnost na intanet/Internet.
Možnosti návrhu plošných spojů. Zhotovení technické dokumentace.
Obhajoba samostatných projektů a diskuse o nových trendech.

Cvičení odborného základu

6 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Šteffan, Ph.D.

Osnova

Specifikace zadání týmových projektů řešených po 10 studentech. Základní rozbor zadání.
Konzultace klíčových problémů, vstupní obhajoba navrženého řešení projektů.

Cvičení na počítači

15 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Šteffan, Ph.D.

Osnova

Řešitelské týmy sestavují a odlaďují potřebné řídicí a obslužné programy pro řešený projekt pod konzultačním vedením lektora.

Laboratorní cvičení

18 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Radovan Novotný, Ph.D.
Ing. Vladimír Levek, Ph.D.

Osnova

Řešitelské týmy technicky řeší a realizují v laboratoři zadaný projekt pod konzultačním vedením lektora.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz