Detail předmětu

Mikroprocesorová technika v pohonech

FEKT-BKC-MTPAk. rok: 2024/2025

Posluchači jsou seznámeni s aplikacemi mikropočítačové techniky při měření a řízení elektrických pohonů.  Předpokládají se základní znalosti číslicové techniky a základní úrovně anglického jazyka. Posluchači si rozšíří znalosti číslicových obvodů a jejich využití. Samostatně pracují s vývojovou platformou na bázi procesorů ARM Cortex-M4 (konkrétně řada STM32) a programují v jazyce C, využívají měřicí techniku pro analýzu mikroprocesorových obvodů. 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Ing. Jan Knobloch, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky (UVEE)

Vstupní znalosti

Student, který si zapíše předmět, by měl být schopen:
- vysvětlit principy logických obvodů a reprezentaci logického stavu pomocí napěťových úrovní
- navrhovat algoritmy a realizovat jednoduché programy v libovolném programovacím jazyce
- ovládat anglický jazyk na úrovni potřebné pro studium manuálů mikroprocesorů a nápovědy k používaným programovým nástrojům

Vzhledem k zaměření aplikací mikroprocesorů pro řízení pohonů v reálném čase by měl být student dále schopen:
- popsat princip a rovnice matematického modelu stejnosměrného stroje
- vysvětlit princip tranzistorového 4Q měniče
- vysvětlit činnost stejnosměrného pohonu v jednotlivých kvadrantech
- vysvětlit kaskádní regulaci stejnosměrného pohonu Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Hodnoceny jsou dílčí projekty v laboratořích a písemná zkouška formou test.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Laboratorní výuka je povinná.

Učební cíle

Posluchači jsou seznámeni se základy číslicového řízení pomocí jednočipových mikropočítačů a se základy programování .
Písemnou zkouškou se ověřuje, že absolvent předmětu je schopen:
- vysvětlit principy mikroprocesorů na úrovni potřebné pro programování v assembleru a vysvětlit související pojmy: registr, paměť, program, CPU, programový čítač, linker, překladač, debugger, přerušení, obsluha přerušení, vektor přerušení, příznak přerušení, periferie, zásobník, ukazatel zásobníku, stavový registr, podmíněný skok
- vysvětlit principy periferií pro řízení elektrických pohonů s tranzistorovými měniči (GPIO, PWM, ADC, Timer, SPI, SCI)
- aplikovat jazyk C v programech jednočipových mikroprocesorů
- aplikovat assembler v programech jednočipových mikroprocesorů

Na laboratorních cvičeních se studenti naučí a formou hodnocených individuálních projektů se ověřuje schopnost:
- používat vývojové prostředky pro tvorbu a ladění mikroprocesorových aplikací
- realizovat programy v jazyce C
- realizovat části programu nebo funkce v assembleru pro účely řízení v reálném čase
- nastavit a použít periferie mikroprocesoru pro měření analogových signálů, měření frekvence pulsních signálů, generování PWM, přenos dat po sériových linkách

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BKC-SEE bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jan Knobloch, Ph.D.

Osnova

1. Úvod, základní pojmy, mikroprocesor
2. Program v jazyce C na jendočipových mikroproceosrech, compiler, linker.
3. Číselné soustavy, datové typy, logické operace - bitové, na výrazech.
4. Zásobník, volání funkce, lokální proměnné vs. globální proměnné
5. Řídicí struktury v jazyce C, souvislost s assemblerem, stavový registr.
6. Přerušení, vektor přerušení, zdroje přerušení, funkce obluhy přerušení
7. Zlomková aritmetika, programování funkcí pro práci se zlomkovou aritmetikou
8. Periferie - GPIO (obecný vstupní/výstupní port), časovač
9. Úvod do mikroprocesorového řízení pohonů a výkonových měničů. Periferie PWM
10. Periferie - A/D přecodník.
11. Synchronizace A/D převodníku s PWM, snímání elektrických veličin v měniči pro zpětnovazební regulaci.
12. Polohové a rychlostní snímače, snímání polohy , mikroprocesorové zpracování signálů polohových snímačů
13. Sériová rozhraní SCI, SPI a jejich využití, jendoduchá uživatelská rozhraní, tlačítkové klávesnice, znakové LCD displaye

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jan Knobloch, Ph.D.

Osnova

1. Laboratorní pracoviště, vývojové nástroje, měřicí technika, jednoduchý program v jazyce C
2. Vývojové prostředí, debugging, jednoduchá práce s portem GPIO, použití ovladačů periferií - quickstart
3. Data v paměti, datové typy, bitové operace, pole, kostantní proměnné vpaměti FLASH, - praktické příklady
4. Volání funkce, zápis funkce v assembleru
5. Řídicí struktury v assemblerovské funkci
6. Časovač, jeho přerušení, blikání LED
7. Funkce ve zlomkové aritmetice
8. GPIO, vstupní, výstupní režim, přerušení GPIO
9. Nastavení generátoru PWM, analýza výstupních signálů pomoci osciloskopu
10. Práce s A/D převodníkem, zpracování signálu z generátoru pomocí A/D převodníku
11. Nastvení PWM, časovače a AD převodníku do synchronizačního režimu, sledování synchronizačního procesu oscilokomem při modifikaci zpoždění synchronizace.
12. Zpracování signálu pulsního generátoru čítačem
13. Jednoduchá komunikace mezi dvěma mikroprocesory po SPI, SCI