Detail předmětu

Vestavné systémy

FEKT-MPC-PORAk. rok: 2022/2023

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. Úvod do elektromagnetické kompatibility.

Jazyk výuky

čeština

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) Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, 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 a cvičení na počítači. Student zpracuje 5x samostatný úkol a odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

až 40 bodů za cvičení
až 60 bodů za zkoušku

Pro získání bodů ze cvičení:
včas odevzdat protokoly z úloh (5 úloh po maximálně 4 bodech)
včas odevzdat protokol o vypracování samostatného projektu (maximálně 20 bodů)

Pro získání zápočtu:
celkově minimálně 20 bodů z laboratoří
a zároveň odevzdat protokoly ze všech úloh (5 úloh)
a zároveň odevzdat protokol o vypracování samostatného projektu se ziskem minimálně 10 z 20 bodů

Pro uznání zkoušky:
minimálně 30 bodů ze 60 možných bodů 

Osnovy výuky

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

10. Úvod do Fault-tolerant systémů

11. Úvod do elektromagnetické kompatibility


Učební cíle

Seznámit studenty s architektůrou 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

Bradáč, Z., Fiedler, P., Kučera, P.: Embedded systems for industrial control, Sktiptum VUT (EN)
Bradáč, Z., Fiedler, P., Kučera, P.: Embedded systémy pro průmyslové řízení, Skriptum VUT (CS)

Doporučená literatura

Ličev L., Morkes D.: Procesory - architektura, funkce, použit, Computer press, Praha 1999 (CS)
Predko M.,: Handbook of microcontrolers, McGraw-Hill, ISBN 0079137164, 1998 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-KAM magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ondřej Baštán
doc. Ing. Jakub Arm, Ph.D.
doc. Ing. Zdeněk Bradáč, Ph.D.

Osnova

- 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

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Dvorský
Ing. Matej Pončák
doc. Ing. Jakub Arm, Ph.D.
Ing. Ondřej Baštán

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