Detail předmětu
Mikroprocesorová technika
FSI-RTE Ak. rok: 2021/2022 Letní semestr
Posluchači jsou seznámeni s aplikacemi mikropočítačové techniky při měření a řízení procesů. Seznámí se s fungováním procesorů ARM a některých periferií a dále některých algoritmů využívaných zejména při řízení elektrických pohonů. Ve cvičení se využívá poměrně snadno dostupných vývojových sad a softwarových nástrojů, se kterými posluchači pracují samostatně a programují v jazyce C.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Praktické uplatňování číslicové techniky a jednočipových mikropočítačů při řízení mechatronických procesů, programování v jazyce C, samostatná práce s laboratorním vývojovým systémem. Orientace v moderních mikroprocesorových systémech a základních metodách číslicového řízení.
Prerekvizity
Základy programování.
Základní znalost anglického jazyka.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna laboratorním cvičením, která jsou zaměřena na konkrétní aplikaci.
Způsob a kritéria hodnocení
V průběhu semestru lze celkem získat až 40 bodů za:
aktivitu ve cvičeních: max 10,
samostatný projekt 1: max 10,
samostatný projekt 2: max 20.
Podmínky udělení zápočtu:
alespoň 1 bod z každého samostatného projektu.
Závěrečná zkouška je písemná, může zahrnovat vývoj softwaru pro mikrokontrolér a lze za ni získat až 60 bodů.
Učební cíle
Osvojení teoretických a praktických základů číslicové techniky a mikropočítačů, seznámení s algoritmy řízení.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Povinná účast v laboratorních cvičeních (min. 80 %). Zpracování úkolů, možnost nahrazení dle individuální dohody s vyučujícím.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-MET-P: Mechatronika, magisterský navazující, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Organizační informace. Reprezentace čísel, číselné soustavy a převody mezi nimi, logické funkce, Booleova algebra. Ukázka použitých nástrojů TrueStudio a CubeMX, zdroje informací.
2. Základy jazyka C: operátory, proměnné, funkce, ukazatele, hlavičkové soubory, linker.
3. Port GPIO. Časovače: základní schéma, princip funkce; vstup: měření délky pulzu, počítání počtu pulzů, PWM vstup; výstup: generování pulzů, PWM pro řízení pulzních měničů.
4. Architektura procesorů ARM: organizace paměti, sběrnice, registry.
5. Architektura procesorů ARM: běh programu a zpracování dat, podprogramy, výjimky.
6. Úvod do zpracování signálů, instrukce MAC. Číslicový integrátor a filtr prvního řádu, odvození diferenční rovnice, přepis na algoritmus.
7. AD převodník: princip, rychlost vs. šum, referenční napětí, praktické použití.
8. DA převodník a DMA. Zpracování signálů z čidel polohy a rychlosti pomocí časovače.
9. Stavový automat, základní princip. Aritmetika s pevnou vs. plovoucí řádovou čárkou, realizace výpočtů na procesorech ARM s a bez FPU.
10. Diskrétní PID regulátor ve složkovém a uzavřeném tvaru; odvození, výpočet, anti-windup, praktická realizace.
11. Generování funkčních závislostí: Taylorova řada, tabulka. Praktické použití.
12. Synchronizace ADC s PWM modulátorem, důvody a potřebnost. Dopravní zpoždění regulační smyčky, návrh regulátoru.
13. Základy mikropočítačového řízení el. pohonů.
Laboratorní cvičení
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Úvod, bezpečnostní předpisy, seznámení s vývojovými nástroji.
2. Konfigurace vstupů/výstupů GPIO, rozsvícení LED na stisk tlačítka.
3. Časovače I: generování periodického přerušení, ošetření zákmitů tlačítka s použitím časovače.
4. Časovače II: výstupní režim PWM, komplementární výstup, deadtime.
5. Samostatný projekt 1.
6. Integrátor a číslicový filtr 1. řádu, generování signálu obdélník a trojúhelník pomocí integrátoru. Možnosti ladění v reálném čase.
7. AD převodník: nastavení, vyčítání dat, synchronizace s PWM.
8. Měření otáček a polohy pomocí časovače.
9. Využití přímého přístupu k paměti (DMA): převodníky DA a AD, časovače.
10. Diskrétní regulátor PID: složkový a uzavřený tvar.
11. Praktická realizace funkčních závislostí.
12. Samostatný projekt 2.
13. Vyhodnocení projektu, zápočet.