Detail předmětu

Návrh vestavěných systémů

NAV Ak. rok 2023/2024 letní semestr 5 kreditů

Jednotlivá témata přednášek jsou zaměřena na dílčí problémy, které musí návrhář řešit při návrhu komponent vestavěných systémů. Studenti budou seznámeni s metodami využívanými při návrhu vestavěných systémů a možnostmi využití postupů, s nimiž se seznámili v předmětech zaměřených na technické vybavení počítačů. Laboratorní cvičení budou zaměřena na prezentaci těchto principů při návrhu vestavěných systémů v prostředí návrhového systému.

Garant předmětu

Koordinátor předmětu

Jazyk výuky

česky

Zakončení

zkouška (písemná)

Rozsah

  • 26 hod. přednášky
  • 16 hod. laboratoře
  • 10 hod. projekty

Bodové hodnocení

  • 60 bodů závěrečná zkouška (písemná část)
  • 15 bodů půlsemestrální test (písemná část)
  • 8 bodů laboratoře
  • 17 bodů projekty

Zajišťuje ústav

Přednášející

Cvičící

Cíle předmětu

Rozvíjet znalosti získané v předmětech zaměřených na konstrukci počítačů, demonstrovat tyto principy při návrhu vestavných počítačových systémů a jejich integrace. Využít znalosti získané v předmětech zabývajících se návrhem číslicových systémů pro návrh a implementaci složitých číslicových systémů s komplikovaným sekvenčním chováním. Naučit studenty analyzovat podmínky, v nichž bude navrhované zařízení pracovat a na základě této analýzy zvolit řešení, které bude kompromisem z hlediska ceny, spolehlivosti a dynamických parametrů. V laboratorních cvičeních seznámit studenty se strukturou a principy činnosti vestavěných systémů a s využitím návrhových systémů pro návrh těchto komponent.

  • Studenti se seznámí s principy návrhu číslicových systémů se složitým sekvenčním chováním respektující podmínky prostředí, do něhož bude aplikace nasazena.
  • Seznámí se se současnými nástroji pro podporu práce návrháře.
  • Naučí se rozhodovat mezi možnými způsoby realizace, tzn. rozdělit implementaci mezi obvodové a programové prostředky.
  • Naučí se navrhovat samostatně pracující počítačové systémy nasazené do reálného prostředí a účelově komunikující s uživatelem, příp. dalšími nadřazenými systémy.


  • Student se naučí systematickému postupu návrhu inženýrského díla samostatně i v týmu.
  • Student se naučí odborné terminologii v českém i anglickém jazyce.

Proč je předmět vyučován

Vestavné počítačové systémy zaujímají stále větší podíl trhu počítačů a zpřístupňování a zlevňování prostředků pro jejich návrh a realizaci, stejně jako rozšiřování jejich možností a zvyšování výpočetního výkonu otevírá stále nové možnosti aplikací. Znalost specifik návrhu současných vestavných systémů, zejména integrace jejich hardwarové a softwarové složky do nadřazeného systému, patří do portfolia znalostí a dovedností inženýra, který se profiluje směrem k aplikacím současných informačních technologií do reálného světa.

Doporučené prerekvizity

Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti

  • Znalost programování v asembleru a v jazyce C, základy VHDL.
  • Znalost principů elektronických obvodů a počítačových architektur.

Literatura studijní

  • Daniele Lacamera: Embedded Systems Architecture - Explore architectural concepts, pragmatic design patterns, and best practices to produce robust system. Packt Publishing, 2018, ISBN 978-1788832502.
  • Jonathan W. Valvano: Embedded Microcomputer Systems, Real Time Interfacing. Brooks/Cole, 2000, ISBN 0-534-36642-2.
  • Ken Arnold: Embedded Controller Hardware Design. LLH Technology Publishing, 2001, ISBN 1-878707-52-3.
  • Stuart R. Ball: Embedded Microprocessor Systems: Real World Design. Newnes, 2002, ISBN 0-7506-7534-9.

Osnova přednášek

  1. Vestavný počítačový systém, postupy návrhu, specifikace, požadavky na vestavný systém.
  2. Výběr vhodné platformy pro implementaci, volba vhodného mikrokontroléru. Kdy je a kdy není vhodné použít mikrokontrolér. Jiné možnosti realizace vestavného systému.
  3. Hardwarové a softwarové řešení funkcí vestavného systému.
  4. Číslicové vstupy, snímání binární informace, číslicové výstupy, ovládání dvoustavových akčních členů, rozšiřování číslicových vstupů a výstupů, posílení číslicového výstupu pro ovládání dvoustavových akčních členů.
  5. Analogový vstup a výstup, převodníky, komparátory, ovládání analogových akčních členů.
  6. Chytré využití periferií moderních mikrokontrolérů s ohledem na výkon aplikace.
  7. Připojování senzorů k vestavnému systému, moderní typy senzorů a jejich rozhraní.
  8. Ovládání vestavného systému člověkem, klávesnice, zobrazení stavu a jiné informace, displeje LED a LCD znakové i grafické a jejich ovládání.
  9. Komunikace v rámci vestavěného systému, komunikace s vnějšími systémy, sériová synchronní a asynchronní, paralelní, používané protokoly, sítě. Bezdrátová komunikace.
  10. Možnosti a postupy návrhu systému na DPS.
  11. Napájení a spotřeba vestavěného systému. Principy a techniky úspory energie u mobilních a nositelných vestavných systémů.
  12. Typická architektura software vestavěného systému. Programové konstrukce užívané při programování vestavných systémů, styly a techniky programování vestavných systémů.
  13. Ladění a diagnostika vestavěných systémů.

Osnova laboratorních cvičení

  • Minimální vestavěný počítačový systém s mikrokontrolérem.
  • Praktické rozšíření počtu výstupů mikrokontroléru.
  • Komunikace mikrokontroléru s periferií, senzorem.
  • Ovládání zátěže push-pull driverem a H-můstkem.
  • Optický senzor pro detekci barev.
  • Bezdrátová komunikace přes Bluetooth.
  • Návrh PCB pro vestavěný systém.
  • Realizace PCB pro vestavěný systém.

 

Osnova ostatní - projekty, práce

  • Základní návrh malého vestavěného systému.

Průběžná kontrola studia

  • Laboratorních cvičení - 8 bodů.
  • Hodnocený projekt s obhajobou - 17 bodů.
  • Půlsemestrální písemná práce - 15 bodů.
  • Závěrečná zkouška - 60 bodů.


Rozvrh

DenTypTýdnyMístn.OdDoKapacitaPSKSkupInfo
Čt laboratoř 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky L306.1 L306.2 12:0013:5016 1MIT 2MIT xx Šimek
Čt laboratoř 5., 6., 7., 8., 9., 10., 11., 12., 13. výuky L306.1 L306.2 14:0015:5016 1MIT 2MIT xx Šimek
přednáška 1., 2., 3., 4., 5., 7., 9., 10., 11., 12., 13. výuky E104 13:0014:5070 1MIT 2MIT NCPS NEMB - NADE NGRI xx Růžička
přednáška 2024-03-15 E104 13:0014:5070 1MIT 2MIT NCPS NEMB - NADE NGRI xx Šimek

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru