Detail předmětu

Mikroprocesorové a vestavěné systémy

FIT-IMPAk. rok: 2025/2026

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

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Vstupní znalosti

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.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

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.

V předmětu je hodnoceno:

  • řešení čtyř laboratorních úloh s obhajobou řešení (celkem lze získat až 16 bodů),
  • půlsemestrální písemný test (až 19 bodů),
  • vypracování projektu s povinným odevzdáním do IS za až 14 bodů, přičemž pro získání zápočtu je podmínkou dosažení minimálního hodnocení 5 bodů za projekt,
  • písemná semestrální zkouška za až 51 bodů, podmínkou úspěšného složení zkoušky je získání alespoň 20 bodů z této písemné zkoušky.

 

Učební cíle

Seznámit studenty s realizací vestavěných systémů mikrokontrolérem, architekturami mikrokontrolérů a integrací mikrokontroléru do systému. Seznámit s činností a použitím 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 včetně základních periferních operací.

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 BIT bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program BIT bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

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

Osnova

  1. Úvod do vestavěných systémů.
  2. Jádro ARM pro mikrokontroléry. 
  3. Paměť mikrokontrolérů, přerušení. 
  4. Programování v jazyce C.
  5. Komunikační rozhraní.
  6. Připojení vstupu a výstupu k mikrokontroléru, porty.
  7. Časování, čítače, časovače.
  8. Připojení analogového vstupu a výstupu.
  9. Generování hodin.
  10. Napájení a spotřeba vestavěných systémů.
  11. Praktické aspekty návrhu vestavěných systémů s mikrokontroléry.
  12. Platforma ESP32.
  13. Systémy reálného času.

Seminář

6 hod., povinná

Vyučující / Lektor

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

Laboratorní cvičení

8 hod., povinná

Vyučující / Lektor

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

Osnova

Povinný individuální nebo výjimečně i týmový projekt v rozsahu 12 hodin.