Detail předmětu
Mikroprocesorové a vestavěné systémy
IMP Ak. rok 2020/2021 zimní semestr 6 kreditů
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.
Garant předmětu
Koordinátor předmětu
Jazyk výuky
Zakončení
Rozsah
- 39 hod. přednášky
- 6 hod. cvičení
- 8 hod. laboratoře
- 12 hod. projekty
Bodové hodnocení
- 51 bodů závěrečná zkouška (písemná část)
- 19 bodů půlsemestrální test (písemná část)
- 16 bodů laboratoře
- 14 bodů projekty
Zajišťuje ústav
Přednášející
Cvičící
Mrázek Vojtěch, Ing., Ph.D. (UPSY)
Piňos Michal, Ing. (UPSY)
Růžička Richard, doc. Ing., Ph.D., MBA (UPSY)
Strnadel Josef, Ing., Ph.D. (UPSY)
Šimek Václav, Ing. (UPSY)
Vašíček Zdeněk, doc. Ing., Ph.D. (UPSY)
Stránky předmětu
- Detailní informace o organizaci semestru najdete na této stránce
- Přednášky jsou streamovány z posuchárny D105
- Laboratorní cvičení probíhají prostřednictvím MS Teams
Získané dovednosti, znalosti a kompetence z 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.
Cíle předmětu
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.
Proč je předmět vyučován
Vestavné počítačové systémy dnes tvoří obrovský a stále rostoucí trh, který s příchodem internetu věcí pravděpodobně ještě dále poroste. Na jednu stranu jde o programování a aplikaci počítačů, jak je známe, na druhou stranu však vestavné počítačové systémy mají při své aplikaci a programování některá specifika a zvláštnosti, které u klasických počítačů nejsou tak důležité nebo je není třeba řešit. To je dáno zejména silnou vazbou vestavného počítače na hardware a okolní procesy. Typickým představitelem počítače pro vestavné aplikace je tzv. mikrokontrolér, obsahující na jednom čipu celý počítač s různými rozhraními a řadou podpůrných hardwarových modulů, které slouží k zjednodušení, zrychlení nebo usnadnění programování aplikací. Mikrokontrolérů se celosvětově ročně vyrobí a nasadí v nejrůznějších aplikacích desítky miliard. Umožňují díky flexibilitě softwarového řešení nejen inovovat a zlevňovat spousty existujících systémů a aplikací (od hraček přes domácí spotřebiče a automobily až po výrobu a průmyslové stroje), ale přináší neustále i nové možnosti, produkty a otevírají nové trhy (např. již zmíněný internet věcí), které by bez existence této formy počítačů nebyly vůbec možné. V předmětu IMP se studenti seznámí s použitím a programováním typických současných mikrokontrolérů, poznají typické moduly, které jsou na čipech k dispozici, jejich použití v aplikacích, základní problémy vestavěných systémů s mikrokontroléry a jejich řešení.
Doporučené prerekvizity
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti
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.
Technické vybavení
volně dostupné
- CodeWarrior
Osnova přednášek
- Úvod do vestavěných systémů.
- Jádro ARM pro mikrokontroléry.
- Paměť mikrokontrolérů, přerušení.
- Programování v jazyce C.
- Komunikační rozhraní.
- Programování FITkitu.
- Připojení vstupu a výstupu k mikrokontroléru, porty.
- Časování, čítače, časovače.
- Připojení analogového vstupu a výstupu.
- Generování hodin.
- Napájení a spotřeba vestavěných systémů.
- Praktické aspekty návrhu vestavěných systémů s mikrokontroléry.
- Systémy reálného času.
Osnova laboratorních cvičení
- Seznámení s laboratorním kitem, sériová komunikace.
- Číslicový vstup/výstup.
- Programování časovače, PWM.
- Analogový vstup.
Osnova ostatní - projekty, práce
- Povinný individuální nebo týmový projekt v rozsahu 12 hodin.
Průběžná kontrola studia
- laboratorní úlohy s obhajobou
- půlsemestrální písemný test
Podmínky zápočtu:
Vypracování projektu s povinným odevzdáním do IS a dosažením minimálního hodnocení 5 bodů.
Kontrolovaná výuka
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.
Podmínky zápočtu
Vypracování projektu s povinným odevzdáním do IS a dosažením minimálního hodnocení 5 bodů.
Zařazení předmětu ve studijních plánech