Detail předmětu

Mikroprocesorová technika

FSI-RTEAk. rok: 2021/2022

Posluchači jsou seznámeni s aplikacemi mikropočítačové techniky při měření a řízení procesů. Seznámí se s fungováním procesorů ARM a některých periferií a dále některých algoritmů využívaných zejména při řízení elektrických pohonů. Ve cvičení se využívá poměrně snadno dostupných vývojových sad a softwarových nástrojů, se kterými posluchači pracují samostatně a programují v jazyce C.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Jan Knobloch, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Výsledky učení předmětu

Praktické uplatňování číslicové techniky a jednočipových mikropočítačů při řízení mechatronických procesů, programování v jazyce C, samostatná práce s laboratorním vývojovým systémem. Orientace v moderních mikroprocesorových systémech a základních metodách číslicového řízení.

Prerekvizity

Základy programování.
Základní znalost anglického jazyka.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna laboratorním cvičením, která jsou zaměřena na konkrétní aplikaci.

Způsob a kritéria hodnocení

V průběhu semestru lze celkem získat až 40 bodů za:
aktivitu ve cvičeních: max 10,
samostatný projekt 1: max 10,
samostatný projekt 2: max 20.
Podmínky udělení zápočtu:
alespoň 1 bod z každého samostatného projektu.

Závěrečná zkouška je písemná, může zahrnovat vývoj softwaru pro mikrokontrolér a lze za ni získat až 60 bodů.

Učební cíle

Osvojení teoretických a praktických základů číslicové techniky a mikropočítačů, seznámení s algoritmy řízení.

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

Povinná účast v laboratorních cvičeních (min. 80 %). Zpracování úkolů, možnost nahrazení dle individuální dohody s vyučujícím.

Základní literatura

HEROUT, Pavel. Učebnice jazyka C. 4., přeprac. vyd. České Budějovice: Kopp, 2004. ISBN 80-7232-220-6. (CS)
Klíma B., Stupka R.: Mikroprocesorová technika v elektrických pohonech. Studijní opora, Elektronický text, VUT Brno - FEKT, 2004
PM0214 Programming manual: STM32 Cortex®-M4 MCUs and MPUs programming manual. STMicroelectronics [online]. Geneva, Switzerland: STMicroelectronics, 1994- [cit. 2019-02-25]. Dostupné z: https://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/programming_manual/6c/3a/cb/e7/e4/ea/44/9b/DM00046982.pdf/files/DM00046982.pdf/jcr:content/translations/en.DM00046982.pdf (EN)
RM0364 Reference manual: STM32F334xx advanced Arm®-based 32-bit MCUs. STMicroelectronics [online]. Geneva, Switzerland: STMicroelectronics, 1994- [cit. 2019-02-25]. Dostupné z: https://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/reference_manual/71/30/2e/f3/20/5b/46/c1/DM00093941.pdf/files/DM00093941.pdf/jcr:content/translations/en.DM00093941.pdf (EN)

Doporučená literatura

BROWN, Geoffrey. Discovering the STM32 Microcontroller [online]. 1. Indiana University: Indiana University, 2016 [cit. 2019-03-07]. ISBN 0000. Dostupné z: https://www.cs.indiana.edu/~geobrown/book.pdf (EN)
MACHO, Tomáš. Mikroprocesory [online]. Brno, 2017 [cit. 2019-03-12]. Elektronický učební text. FEKT VUT v Brně. (CS)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-MET-P magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jan Knobloch, Ph.D.

Osnova

1. Organizační informace. Reprezentace čísel, číselné soustavy a převody mezi nimi, logické funkce, Booleova algebra. Ukázka použitých nástrojů TrueStudio a CubeMX, zdroje informací.
2. Základy jazyka C: operátory, proměnné, funkce, ukazatele, hlavičkové soubory, linker.
3. Port GPIO. Časovače: základní schéma, princip funkce; vstup: měření délky pulzu, počítání počtu pulzů, PWM vstup; výstup: generování pulzů, PWM pro řízení pulzních měničů.
4. Architektura procesorů ARM: organizace paměti, sběrnice, registry.
5. Architektura procesorů ARM: běh programu a zpracování dat, podprogramy, výjimky.
6. Úvod do zpracování signálů, instrukce MAC. Číslicový integrátor a filtr prvního řádu, odvození diferenční rovnice, přepis na algoritmus.
7. AD převodník: princip, rychlost vs. šum, referenční napětí, praktické použití.
8. DA převodník a DMA. Zpracování signálů z čidel polohy a rychlosti pomocí časovače.
9. Stavový automat, základní princip. Aritmetika s pevnou vs. plovoucí řádovou čárkou, realizace výpočtů na procesorech ARM s a bez FPU.
10. Diskrétní PID regulátor ve složkovém a uzavřeném tvaru; odvození, výpočet, anti-windup, praktická realizace.
11. Generování funkčních závislostí: Taylorova řada, tabulka. Praktické použití.
12. Synchronizace ADC s PWM modulátorem, důvody a potřebnost. Dopravní zpoždění regulační smyčky, návrh regulátoru.
13. Základy mikropočítačového řízení el. pohonů.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jan Knobloch, Ph.D.

Osnova

1. Úvod, bezpečnostní předpisy, seznámení s vývojovými nástroji.
2. Konfigurace vstupů/výstupů GPIO, rozsvícení LED na stisk tlačítka.
3. Časovače I: generování periodického přerušení, ošetření zákmitů tlačítka s použitím časovače.
4. Časovače II: výstupní režim PWM, komplementární výstup, deadtime.
5. Samostatný projekt 1.
6. Integrátor a číslicový filtr 1. řádu, generování signálu obdélník a trojúhelník pomocí integrátoru. Možnosti ladění v reálném čase.
7. AD převodník: nastavení, vyčítání dat, synchronizace s PWM.
8. Měření otáček a polohy pomocí časovače.
9. Využití přímého přístupu k paměti (DMA): převodníky DA a AD, časovače.
10. Diskrétní regulátor PID: složkový a uzavřený tvar.
11. Praktická realizace funkčních závislostí.
12. Samostatný projekt 2.
13. Vyhodnocení projektu, zápočet.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz