Návrh vestavěných systémů

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

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

• 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.

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.

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.

• Hardware/Software Codesign (HSC)

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

• 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.

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.

• 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.

• Základní návrh malého vestavěného systému.

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

Laboratorní cvičení - na každém cvičení studenti provádí samostatně experiment s návrhem dílčího řešení, výsledné řešení se prakticky prezentuje vyučujícímu přímo na místě a odevzdává elektronickou formou. Odevzdané a prezentované řešení hodnotí vyučující přidělením příslušného počtu bodů. Nahrazení některého laboratorního cvičení je možné po dohodě s vyučujícím v některém z následujících termínů.