|
Vyučující
|
-
Čmedla Antonín, Ing. Ph.D.
-
Varga Jiří, prof. Ing. CSc.
-
Beneš Jaroslav, Ing.
-
Zamazal Daniel, Ing. Ph.D.
-
Hrdlička Vladimír, Ing.
-
Severa Tomáš, Ing.
|
|
Obsah předmětu
|
1. Základní části a funkce mikropočítače. Adresové, datové a řídící sběrnice. Periferní obvody. Adresový prostor a jeho rozdělení, adresování perif. obvodů, umístění RAM a ROM (Von Neumann, Harvard). Paměťové mapy. Adresové dekodéry. 2. Detaily počítače. Procesor RISC a CISC. Paměť Cache. Registry GPR. Aritmeticko-logická jednotka, příznakové bity. Zásobník a jeho ovládání, význam. 3. Přerušení programu. Reset, různé příčiny, sledování napájecího napětí. Generace a vnitřní rozvod hodinových impulsů. Režimy sníženého příkonu. Soustava vnitřních sběrnic mikrokontroléru, spojovací matice. 4. Procesor RISC, pipeline, jeho význam a zrychlení, požadavky na sestavu instrukcí pro optimální činnost. Typický 5-stupňový pipeline, jeho stupně a jejich činnost. Základní tvary a typy instrukcí a jejich provádění. Příznakové bity, jejich vznik a použití. Skoky podmíněné a nepodmíněné, volání podprogramů, význam link-registru. Zásobník a jeho činnost. Možné konflikty v řetězci a jejich řešení. Vyprázdnění řetězce, "bublina". Možnosti zrychlení skoků. 5. Přerušení. Typická cesta požadavků a jejich zpracování. Priority požadavků, jejich vyhodnocení, úrovně priority. Řadič přerušení, činnost, spolupráce s procesorem. Přiřazení počátečních adres podprogramů. Využití v programech. Latence interruptů a možnosti jejího zkrácení. Struktura interruptového podprogramu. Přepínání bank, link-registr. Využití zásobníku. 6. Paměťový systém, různé typy pamětí. Přesouvání oblastí adr. prostoru. Překrývání obvodů. Překrývání RAM-ROM. Zrcadlení. Zaplnění paměti daty o různé délce. Zrychlení přístupu k datové paměti - paměť CACHE, činnost. Zrychlení přístupu k paměti FLASH. 7. Kanál DMA. Činnost, spolupráce s procesorem, činnost v jednotlivých režimech, použití. Umístění v počítači. 8. Periferní obvody sestava obecného perif. obvodu. Přehled a význam jednotlivých perif. obvodů: paralelní brány, sériové brány, čítače a časovače, analogové vstupy a výstupy, atd. Řízení perif. obvodů 3 režimy. Vícenásobné využití vývodů pouzdra výstupní obvody, obvody pro úpravu vstupních signálů. Sběrnice pro externí obvody. Multiplexní sběrnice. Adresové dekodéry, programovatelné výběrové obvody. 9. Paralelní vstupy/výstupy. Adresování, řízení směru přenosu. Vazba s připojeným zařízením, princip "handshake". Protokol "push" a "pull". Programová realizace protokolu, možná úskalí. Obvody paralelní brány. Hardwarové hlídání změn vstupů. 10. Sériové vstupy/výstupy. Znaková synchronizace obvody, činnost, UART a RS-232, průběh signálu při přenosu 1 znaku. Bitová synchronizace obvody, činnost. Sériová periferie SPI. Sériová periferie IIC. 11. Čítače a časovače. Režimy činnosti čítání, časování, periodická generace impulsů. Časovací jednotka "input capture" a "output compare" použití, spolupráce s interruptovým systémem. Využití čítačů a časovačů v programech. Pulsně-šířkové modulátory. 12. Analogové vstupy. Řetězec v plné sestavě a zjednodušené řešení u mikrokontrolérů. Funkce, režimy činnosti, využití výstupních registrů převodníku. Analogové výstupy sestava, činnost. 13. Rezerva - doplnění podrobností v probraných tématech
|
|
Studijní aktivity a metody výuky
|
- Příprava na zkoušku [10-60]
- 40 hodin za semestr
- Vypracování seminární práce v bakalářském studijním programu [5-40]
- 25 hodin za semestr
- Kontaktní výuka
- 65 hodin za semestr
- E-learning [dáno e-learningovým kurzem]
- 45 hodin za semestr
- Kontaktní výuka
- 20 hodin za semestr
|
| Předpoklady |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| vysvětlit základy číslicové elektroniky - hradlo, registr, čítač, hazard |
| popsat základní prvky analogové elektroniky |
| orientovat se ve vzorových příkladech kódu v jazyce C |
| Odborné dovednosti |
|---|
| dokázat analyzovat elektrická zapojení základních komponent číslicové a analogové elektroniky |
| programovat základní konstrukce v jazyce C (případně C++) |
| používat odbornou dokumentaci v aglickém jazyce |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| bc. studium: své učení a pracovní činnost si sám plánuje a organizuje, |
| bc. studium: efektivně využívá různé strategie učení k získání a zpracování poznatků a informací, hledá a rozvíjí účinné postupy ve svém učení, |
| bc. studium: uplatňuje při řešení problémů vhodné metody a dříve získané vědomosti a dovednosti, kromě analytického a kritického myšlení využívá i myšlení tvořivé s použitím představivosti a intuice, |
| bc. studium: používá s porozuměním odborný jazyk a symbolická a grafická vyjádření informací různého typu, |
| bc. studium: efektivně využívá moderní informační technologie, |
| bc. studium: vyjadřuje se v mluvených i psaných projevech jasně, srozumitelně a přiměřeně tomu, komu, co a jak chce sdělit, s jakým záměrem a v jaké situaci komunikuje, |
| Výsledky učení |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| popsat základní bloky mikroprocesoru a mikrokontroléru |
| vysvětlit rozdíl mezi RISC a CISC jádrem procesoru s ohledem na realizaci konkrétního HW |
| vysvětlit činnost bloků přerušení v mikrokontroléru |
| ukázat základní funkčnost obvodů vstupu/výstupu včetně příkladů realizaci v mikrokontroléru |
| popsat základní komunikační sběrnice a vysvětlí rozdíly v principech, rychlostech apod. |
| vysvětlit základní konstrukce v jazyce C vzhledem k jejich efektu v mikrokontroléru |
| Odborné dovednosti |
|---|
| vytvořit funkční program pro mikrokontrolér podle zadání úlohy |
| vybrat vhodné bloky mikrokontroléru pro řešení konkrétní úlohy |
| používat vývojové nástroje pro efektivnější tvorbu aplikací |
| analyzovat možné zdroje chyb a problémů při tvorbě aplikací pro mikrokontroléry |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| bc. studium: samostatně a odpovědně se na základě rámcového zadání rozhodují v souvislostech jen částečně známých, |
| bc. studium: samostatně získávají další odborné znalosti, dovednosti a způsobilosti na základě především praktické zkušenosti a jejího vyhodnocení, ale také samostatným studiem teoretických poznatků oboru, |
| Vyučovací metody |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| Přednáška s diskusí, |
| Samostatná práce studentů, |
| Odborné dovednosti |
|---|
| Cvičení (praktické činnosti), |
| Samostatná práce studentů, |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| Přednáška s diskusí, |
| Cvičení (praktické činnosti), |
| Samostatná práce studentů, |
| Hodnotící metody |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| Ústní zkouška, |
| Písemná zkouška, |
| Seminární práce, |
| Odborné dovednosti |
|---|
| Seminární práce, |
| Obecné způsobilosti |
|---|
| Ústní zkouška, |
|
Doporučená literatura
|
-
texty v Courseware.
-
Donald Norris. Programming with STM32: Getting Started with the Nucleo Board and C/C++. 2018. ISBN 1260031314.
-
Dr. Mark Fisher. ARM Cortex M4 Cookbook. 2016. ISBN 9781782176503.
-
Pinker J. Základy mikrokontrolérů - elektronické učební texty.
|