Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Mikrokontroller alapú rendszerek

    A tantárgy angol neve: Microcontroller Based Systems

    Adatlap utolsó módosítása: 2018. február 24.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki szak, BSc képzés           

    Beágyazott és irányító rendszerek szakirány           

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIAUAC06 5 2/1/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Tevesz Gábor,
    A tantárgy tanszéki weboldala https://www.aut.bme.hu/Course/VIAUA348
    4. A tantárgy előadója
    Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
    Dr. Tevesz Gáboregyetemi docensAUT
    Szabó ZoltánmérnöktanárAUT
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít ---
    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    ((Szakirany("AVINbeagy", _) VAGY
    Szakirany("AVINirrend", _) VAGY
    Szakirany("AVINszgepalrend", _) VAGY
    Szakirany("AVIbeágy", _) VAGY
    Szakirany("AVIirány", _) VAGY
    Szakirany("AVIszgalr", _) VAGY
    Szakirany("VIABV-EMBCS", _) )

    VAGY Training.code=("5NAA7") )

    ÉS NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIAUA348" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIAUA348", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

    Ajánlott:
    ---
    7. A tantárgy célkitűzése

    A tárgy célja, hogy a hallgatókat megismertesse az iparban legelterjedtebben használt mikrokontroller architektúrákkal, azok kiválasztási szempontjaival. A megszerzett ismeretek segítségével a hallgatók képessé válnak mikrokontroller alapú rendszerek hardver tervezésére és alacsonyszintű szoftver rendszerének megvalósítására. A kettő közötti elválaszthatatlan kapcsolatot rövid esettanulmányok mutatják be.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    Architektúrális alapok (3 hét)

    Digitális rendszerek központi egységei: mikroprocesszorok és mikrokontrollerek architektúrális összehasonlítása, kiválasztási szempontjai. 8/16/32 bites rendszerek, CISC/RISC architektúra. A megfelelő architektúra kiválasztásának jelentősége és hatása a rendszer legfontosabb jellemzőire (sebesség, bitkezelés, törtszámok kezelése, belső memória, regiszterbankok). Példák a megfelelő mikrokontroller architektúra kiválasztására. A 8 bites és a 32 bites mikrokontroller-architektúrák egy-egy neves képviselőjének megismerése (8051 és Cortex M4 mikrokontrollerek). Programozási modell, megszakítási rendszer.

    Hardverközeli programok fejlesztése (4,5 hét)

    Assembly, C és blokkorientált hardver-közeli programfejlesztés. A szoftverfejlesztés folyamata. Programozási nyelvek, szoftverfejlesztés PC-re és beágyazott rendszerre. Programozási modell, utasításkészlet tulajdonságai. Tipikus ASM/C fejlesztő környezet bemutatása (SiLabs, Keil, STM), a firmware szerkezete (konfigurálás, startup kód, megszakítási rendszer, gyors megszakításkezelés bankváltásokkal.) ASM betétek és ASM függvények használata. Egész és törtszámok ábrázolása, szabványok, áttérések különböző számábrázolási méretek között. ASM és C programrészletek egyszerűbb részfeladatok megoldására. Komplett esettanulmány:  egy valósidejű irányító rendszer szoftver rendszerterve szabadon konfigurálható mikrokontrollerek (SiLabs C8051Fxxx, STM32Fxxx Cortex-M4) alkalmazásával.

    Mikrokontrollerek tipikus integrált perifériái (3 hét)

    Órajel-generátorok (belső, külső, PLL áramkörök), reset-, watch-dog áramkörök. Memória elemek (OTP ROM, flash, RAM, EEPROM). Időzítő és számláló egységek (üzemmódok, kvadratúra-enkóder, capture modul, PWM). Integrált aszinkron és szinkron kommunikációs egységek és protokollok (SCI, SPI, I2C, CAN). Digitális be- és kimenetek, a mikrokontroller I/O portok speciális kialakítása. Analóg be- és kimenetek.

    Mikrokontrollerek kapcsolódása környezetükhöz, tipikus illesztések (2,5 hét)

    Külső órajel generátorok, külső memóriák illesztése (párhuzamos/soros, váróciklus-problémák – cache, gyorsítási lehetőségek). Analóg és digitális be- és kimenetek illesztési problémái, speciális perifériák. Jelkonvertálás fizikai rétegre (RS232, RS422, RS485, CAN, USB). EMC szempontok, leválasztások. Komplett esettanulmány: konkrét hardver tervezési példa a feladat megfogalmazásától a kapcsolási rajzig, a HW-SW rendszer kapcsolata.

    A hardver tervezés alapelvei és lépései (1 hét)

    CAD rendszerek használata a hardver tervezésben: kapcsolási rajz, szimuláció, nyomtatott áramkör tervező rendszerek és ezek legfontosabb tulajdonságai. Formai és tartalmi követelmények, alkatrészek és áramkörök technológiai kérdései (hagyományos/felületszerelt, rétegszám megválasztása, forrasztási technológia választása, stb.). EMC kérdések. Élesztés, programozás, tesztelés interfészei. ISP jelentősége. Egyedi és szabványos (JTAG) felületek. Belső és külső boot loader, firmware update lehetősége és megoldásai.

     

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    A tárgy anyaga előadásokon és gyakorlatokon kerül ismertetésre. Az előadások és a gyakorlatok az anyag ütemében váltogatják egymást, a gyakorlatokon példák és esettanulmányok formájában kerül elmélyítésre az előadásokon elhangzott elméleti tananyag.

    10. Követelmények
     a. A szorgalmi időszakban:

    egy zárthelyi, egy otthoni feladat

     b. A vizsgaidőszakban:írásbeli vizsga
     c.  Elővizsga:van

    Az aláírás megszerzésének feltétele mind a zárthelyi, mind az otthoni feladat elfogadható (legalább elégséges szintű) megoldása. A vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megléte. A vizsgán el kell érni legalább az elégséges szintet, a tárgyból szerzett érdemjegy 25%-ban a zárthelyin, 75%-ban a vizsgán mutatott eredményből tevődik össze.

    11. Pótlási lehetőségek

    A zárthelyihez a TVSZ előírásai szerint a szorgalmi időszakban 1 pótlási lehetőséget biztosítunk. Az otthoni feladat a pótlási hét végéig különeljárási díj ellenében pótolható.

    12. Konzultációs lehetőségek Órák előtt és után, valamint a számonkérésekhez kapcsolódóan egyeztetés szerint.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Tevesz G.: Mikrokontroller alapú rendszerek (Elektronikus jegyzet). BME AUT, 2017.

    Ganssle, J. et al.: Embedded Hardware: Know It All. Elsevier/Newnes, 2007.

    Labrosse, J.J. et al.: Embedded Software: Know It All. Elsevier/Newnes, 2007.
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra

    42

    Készülés előadásokra

    7

    Készülés gyakorlatokra 7
    Készülés a zárthelyire

    12

    Házi feladat elkészítése

    20

    Vizsgafelkészülés

    32

    Összesen

    120

    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
    Dr. Tevesz Gáboregyetemi docensAUT
    Szabó ZoltánmérnöktanárAUT
    IMSc tematika és módszer A tantárgy egyes részei (fejezetek vagy fejezetrészek) elmélyülést tesznek lehetővé a tananyaghoz kapcsolódó összetettebb problémák, feladatok megértésében és megoldásában. Ezeket részben a tantárgy írásos tananyaga kitekintő fejezeteinek önálló feldolgozása, részben a tananyaghoz kapcsolódó összetettebb feladatok opcionális konzultációval segített önálló megoldása támogatja.
    IMSc pontozás IMSc pontot emelt szintű otthoni feladat, plusz zárthelyi és plusz vizsgafeladat elvégzésével lehet szerezni. Max. 8 pont szerezhető az otthoni feladat emelt szintű részének megoldásával, amennyiben az otthoni feladat kötelező részét sikeresen és jó minőségben elvégezte a hallgató. Részpontszám is szerezhető a kijelölt bíráló értékelése alapján. A zárthelyin és a vizsgán plusz („csillagos”) IMSc feladatért max. 6-6 pont szerezhető, amennyiben a zárthelyi ill. a vizsga normál része jeles osztályzatú értékelést kapott. Az IMSc pontok megszerzése az IMSc programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított.