Detail předmětu

Vestavné systémy

FEKT-MPC-PORAk. rok: 2024/2025

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)

Vstupní znalosti

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.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

- až 40 bodů za cvičení (6 písemných testů po 5 bodech, 1 samostatný test na PC po 10 bodech)
- až 60 bodů za zkoušku (zkouška formou testu)
- Zápočet je možno získat jen po získání >= 20 bodů z laboratorních testů
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Učební cíle

Seznámit studenty s architektůrou mikroprocesorů a mikrokontrolerů, s činností jejich jednotlivých podsystémů, s jejich programováním ve vyšších programovacích jazycích.
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

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

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

doc. Ing. Zdeněk Bradáč, Ph.D.

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