Érzékelő eszközök hardver-szoftver integrációja

A tantárgy angol neve: HW&SW Integration of Sensor Devices

Adatlap utolsó módosítása: 2023. január 9.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Mérnökinformatika MSC


Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIEEMA12   2/1/0/v 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Ress Sándor László,
7. A tantárgy célkitűzése

A tárgy a modern intelligens szenzorokból nyert adatok előfeldolgozásának különböző módszereit és technológiáit tárgyalja. Az intelligens szenzorok általános felépítésének rövid összefoglalása után a tárgy azokra az eszközökre koncentrál, amelyek digitális kimenetet (bináris vektor vagy bináris periodikus jel) állítanak elő. E szenzoreszközök kimenetének feldolgozását a tárgy kétféle megközelítésben tárgyalja. Az első megközelítésben a szenzor kimenetének feldolgozására programozható logikai eszközt, a másikban a megfelelő perifériavezérlőkkel ellátott mikrokontrollert feltételezünk.

A tárgy e két legjellemzőbbnek tekintett, előfeldolgozásra alkalmas technológia bemutatása során – azok általános alkalmazástechnikai sajátosságait nem elhanyagolva – gyakorlatiasságra törekszik, a szenzorikára jellemző konkrét problémák és az azokra adható jól bevált megoldások részletes ismertetésével. A tárgyhoz tartozó előadássorozatot ipari partnerek által bemutatott esettanulmányok zárják. 

8. A tantárgy részletes tematikája
  1. Bevezetés érzékelés, érzékelők általában, transzducer + kiolvasó áramkör + erősítő + A/D + interfész logika + µP, szenzorok típusai, generációk.
  2. Az analóg jelformálás alapjai. Erősítők alapfogalmai, műveleti erősítő, hídkapcsolás.
  3. A/D és D/A átalakítás: analóg multiplexer, mintavevő-tartó, komparátor, alapvető A/D és D/A megoldások, átalakítók hibái, frekvencia-kimenetű A/D-átalakítás (VCO)
  4. Digitális előfeldolgozás bevezető: szenzorok digitális kimenetének feldolgozása mikrokontrollerrel vagy programozható logikai eszközzel, bináris vektor kimenetű A/D interfészek (párhuzamos, soros interfészek, SPI, I2C, TWI, CAN stb.), frekvencia-kimenet feldolgozása
  5. Digitális interfészlogikák I.: a tervezés folyamata, RTL tervezés
  6. Digitális interfészlogikák II.: RTL modellek verifikációjának alapjai, egyszerű HDL verifikációs környezetek, HDL modellek szimulációja
  7. Digitális interfészlogikák III.: A/D-k tipikus interfész-logikái RTL szinten, HDL modellek (UART/SPI/I2C)
  8. Digitális interfészlogikák IV.: Frekvencia kimenetű szenzorok digitális interfészlogikái, frekvencia vs. periódusidő-mérés RTL megvalósítása
  9. Mikrokontrollerek és soft-core processzorok felépítése, általános jellemzőik, processzorbuszok (AMBA, AXI, WISHBONE, AVALON stb.)
  10. Mikrokontrollerek, beágyazott processzorok és perifériáik programozása C és C++ nyelven. A C/C++ nyelv hardverközeli használata
  11. Adatfeldolgozás beágyazott processzorral, kommunikáció megvalósítása. Energiahatékonyság.
  12. Ipari esettanulmány I. - autóipari szakember vendégelőadása
  13. Ipari esettanulmány II. - félvezetőipari szakember vendégelőadása

A gyakorlatok/laborok részletes tematikája

  1. Hídkapcsolás és erősítő alapkapcsolások szimulációja és kipróbálása.
  2. RTL tervezés és verifikáció gyakorlat I.: HDL szimulátor használata
  3. RTL tervezés és verifikáció gyakorlat II.: Soros A/D-interfész kiolvasólogikája, párhuzamos A/D-interfész mintavételezése (általános vektor-szinkronizáló fokozat)
  4. RTL tervezés és verifikáció gyakorlat III.: Soros / párhuzamos interfészlogikák illesztése soft-core mikroprocesszoros rendszerhez
  5. Digitális előfeldolgozás mikroprocesszorral gyakorlat I.: Soros / párhuzamos A/D kiolvasása, mozgóátlag kiszámítása, szűrés 
  6. Digitális előfeldolgozás mikroprocesszorral gyakorlat II.: Frekvencia-kimenetű hőmérsékletmérő rendszer FPGA-ban
9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) A tantárgy elméleti anyagát a 2 óra/hét kiméretű előadásokon ismertetjük. A tárgyhoz laboratóriumi gyakorlat (1 óra/hét) tartozik, amelyeket kéthetente 2-2 órában tartunk meg. 
10. Követelmények

Szorgalmi időszakban:

A félév során egy nagyzárthelyit és három kis zárthelyit iratunk, valamint egy házi feladatot adunk ki, amely a hallgató választása szerint vagy egy kijelölt, szűkebb tématerület szakirodalom alapján való feldolgozása és bemutatása a félév végén, vagy a tárgy oktatóival egyeztett szenzor rendszerbe illesztése, működésének demonstrálására alkalmas hardver-szoftver környezet megvalósítása lehet.

A félév teljesítésének feltétele a nagyzárthelyi, a két legjobb kis zárthelyi és a házi feladat mindegyikének elégséges szintű teljesítése.

Vizsgaidőszakban:

A tárgyból szóbeli vizsgát tartunk.  A végső vizsgajegybe a szóbeli vizsgán elért eredmény 2/3, a félév közben elért eredmény pedig 1/3 súllyal számít bele. A félév közben elért eredményt a nagyzárthelyi, a két legjobb kis zárthelyi átlaga és a házi feladat eredménye adja, egyforma arányban.   


11. Pótlási lehetőségek A nagyzárthelyi a pótlási időszakban egy alkalommal pótolható, pót-pót-ZH alapból nincs.

A kiszárthelyik külön-külön nem, csak együttesen pótolhatók a pótlási időszakban, amennyiben szükséges. A házi feladatok késedelmes bemutatására a pótlási időszak végéig van lehetőség.
12. Konzultációs lehetőségek Zárthelyik ill. vizsganapok előtt az előadókkal történő személyes megbeszélés vagy e-mail képezi a konzultáció alapját.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Elektronikusan elérhető előadás fóliák, oktató által készített segédanyagok.
Tanszéki elektronikus jegyzetek a tanszéki tanulmányi felületről.
14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra 42
Félévközi készülés órákra 20
Felkészülés zárthelyire 10
Házi feladat elkészítése 30
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 18
Vizsgafelkészülés 30
Összesen 150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Horváth Péter, adjunktus, EET

Dr. Jani Lázár, adjunktus, EET

Dr. Ress Sándor, egyetemi docens, EET