Mikroprocesorové a vestavěné systémy

• 39 hod. přednášky
• 6 hod. seminář
• 8 hod. laboratoře
• 12 hod. projekty

• 51 bodů závěrečná zkouška (písemná část)
• 19 bodů půlsemestrální test (písemná část)
• 16 bodů laboratoře
• 14 bodů projekty

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.

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.

• Návrh počítačových systémů (INP)
• Programování na strojové úrovni (ISU)

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.

• Přednáškové materiály, materiály z democvičení a HW cvičení.

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.

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

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

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.

Vypracování projektu s povinným odevzdáním do IS a dosažením minimálního hodnocení 5 bodů.