Detail předmětu

Mikroprocesorové a vestavěné systémy

FIT-IMPAk. rok: 2021/2022

Vestavěné systémy, základní pojmy, aplikace. Architektura mikrokontrolérů. Paměťový subsystém. Programovací model, programování ARM jádra mikrokontroléru. Využití zásobníku. Podsystém přerušení a jeho programování. Periferní jednotky na čipu a jejich programování: generátor hodin, časovač, komunikační rozhraní UART, IIC a SPI, analogový a číslicový vstup a výstup, obvod reálného času RTC. Specifika programování vestavěných systémů v jazyce C.

Jazyk výuky

čeština, angličtina

Počet kreditů

Garant předmětu

doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

  • Studenti jsou obeznámeni s obecnou strukturou mikrokontrolérů a technikami návrhu vestavěných systémů.
  • Studenti jsou schopni vytvořit a odladit podprogramy a inicializační rutiny pro jednotlivé periferní obvody. Umí používat  základní techniky ladění aplikačních programů vytvořených v jazyce C.

Pochopení specifik návrhu vestavěných systémů s využitím mikrokontrolérů a technik ladění aplikací.

Prerekvizity

Znalost struktury základní procesorové jednotky (CPU) a souvisejících počítačových obvodů, základů elektroniky a techniky programování počítačů na strojové úrovni. Základní znalosti programování v jazyce C.

Způsob a kritéria hodnocení

  • laboratorní úlohy s obhajobou 
  • půlsemestrální písemný test

Učební cíle

Seznámit studenty s realizací vestavěných systémů mikrokontrolérem a architekturami mikrokontrolérů. Seznámit s činností jejich jednotlivých podsystémů a to zejména: CPU-programovací model, flash paměť, časovač, podsystém přerušení, komunikační rozhraní, AD převodník. Naučit studenty zásady a techniky programování vestavěných systémů ve vyšším programovacím jazyce C.

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

Účast na přednáškách a demonstračních cvičeních v tomto předmětu není kontrolována. Kontrolovanou výukou jsou laboratoře a projekt. Laboratorní cvičení se nenahrazuje s výjimkou řádně doložené a uznané překážky ve studiu a po dohodě s vyučujícím v laboratoři.

Prerekvizity a korekvizity

Doporučená literatura

ARM Cortex-M4 Processor Technical Reference Manual, dostupné on-line: http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.100166_0001_00_en/index.html (EN)
Cortex-M0+ Devices Generic Users Guide, dostupné on-line: http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0662b/index.html (EN)
J.W. Valvano, Embedded Systems: Real Time Interfacing to ARM Cortex-M Microcontrollers, ISBN 978-1463590154, 2017. (EN)
J.W.Valvano, Embedded Systems: Introduction to ARM Cortex-M Microcontrollers, Volume 1, ISBN 978-1477508992. (EN)
KL05 Sub-Family Reference Manual, dostupné on-line: https://www.nxp.com/docs/en/reference-manual/KL05P48M48SF1RM.pdf (EN)
K60 Sub-Family Reference Manual, dostupné on-line: https://www.nxp.com/docs/en/reference-manual/K60P144M100SF2V2RM.pdf (EN)
Predko, M.: "Handbook of Microcontrollers", McGraw-Hill, ISBN 0079137164, 1998. (EN)
Přednáškové materiály, materiály z democvičení a HW cvičení.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-BC-3 bakalářský

    obor BIT , 3 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program BIT bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA
Ing. Josef Strnadel, Ph.D.
doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod do vestavěných systémů.
  2. Jádro ARM pro mikrokontroléry.
  3. Paměť mikrokontrolérů, přerušení.
  4. Programování v jazyce C.
  5. Komunikační rozhraní.
  6. Programování FITkitu.
  7. Připojení vstupu a výstupu k mikrokontroléru, porty.
  8. Časování, čítače, časovače.
  9. Připojení analogového vstupu a výstupu.
  10. Generování hodin.
  11. Napájení a spotřeba vestavěných systémů.
  12. Praktické aspekty návrhu vestavěných systémů s mikrokontroléry.
  13. Systémy reálného času.

Cvičení odborného základu

6 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.
doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA
doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.
Ing. Václav Šimek

Laboratorní cvičení

8 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.
Ing. Václav Šimek
Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Osnova

  1. Seznámení s laboratorním kitem, sériová komunikace.
  2. Číslicový vstup/výstup.
  3. Programování časovače, PWM.
  4. Analogový vstup.

Projekt

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.
doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.
doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA
Ing. Václav Šimek
Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Osnova

  • Povinný individuální nebo týmový projekt v rozsahu 12 hodin.