Fakulta informačních technologií VUT v Brně

Detail předmětu

Mikroprocesorové a vestavěné systémy

IMP Ak. rok 2019/2020 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

Zástupce garanta předmětu

Jazyk výuky

česky

Zakončení

zápočet+zkouška (písemná)

Rozsah

39 hod. přednášky, 6 hod. cvičení, 8 hod. laboratoře, 12 hod. projekty

Bodové hodnocení

51 zkouška, 19 půlsemestrální test, 16 laboratoře, 14 projekty

Zajišťuje ústav

Přednášející

Cvičící

Stránky předmětu

.

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.

Dovednosti, znalosti a kompetence obecné

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.

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.

Literatura studijní

Literatura referenční

Osnova přednášek

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

Osnova laboratorních cvičení

  1. Seznámení s laboratorním kitem, sériová komunikace.
  2. Číslicový vstup/výstup.
  3. Programování časovače, PWM.
  4. Analogový vstup.

Osnova počítačových cvičení

  1. Programování mikrokontroléru.
  2. Laboratorní kit - použití, zapojení, programování.
  3. Kit Minerva - přehled možností a využití.
  4. Vývojové prostředky pro vestavěné systémy s mikrokontroléry.
  5. Ladicí rozhraní mikrokontrolérů.
  6. Návrh časově kritických aplikací.

Osnova ostatní - projekty, práce

  • Povinný individuální nebo týmový projekt v rozsahu 12 hodin.

Průběžná kontrola studia

  • laboratorní úlohy s obhajobou 
  • půlsemestrální písemný test

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.

Rozvrh

DenTypTýdnyMístn.OdDoPSKSkupInfo
Popoč. labvýuky L306 08:0009:50 3BIT
Popoč. labvýuky L306 10:0011:50 3BIT
Útpoč. labvýuky L306 13:0014:50 3BIT
Útpoč. labvýuky L306 15:0016:50 3BIT
Útpoč. lablichý L306 17:0018:50 3BIT
Stpoč. labvýuky L306 14:0015:50 3BIT
Stpoč. labvýuky L306 16:0017:50 3BIT
Čtpoč. labvýuky L306 07:0008:50 3BIT
Čtpoč. labvýuky L306 09:0010:50 3BIT
přednáškavýuky D0206 D105 10:0012:50 3BIT
přednáškavýuky D105 13:0013:50

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BIT, 3. ročník, povinný
  • Program IT-BC-3, obor BIT, 3. ročník, povinný
Nahoru