Beágyazott rendszerek

A tantárgy angol neve: Embedded Systems

Adatlap utolsó módosítása: 2019. április 24.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Gépészmérnöki Kar
Mechatronikai mérnöki mesterszak

A tárgyat kizárólag a VIK-GPK közös mechatronikai mérnök képzés hallgatói vehetik fel.

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIMIM025   2/1/0/f 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Dülk Ivor,
4. A tantárgy előadója Dr. Dülk Ivor adjunktus, BME, VIK, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM (Training.Code=("5N-A7") VAGY Training.Code=("5N-M7"))

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

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

7. A tantárgy célkitűzése

A tárgy olyan processzoros, ill. számítógépes célberendezések rendszertechnikai kialakításával, ill. hardver felépítésével foglalkozik, amelyek autonóm viselkedésűek, és az őket befogadó alkalmazói környezettel intenzív információs kapcsolatban állnak. Bemutatja a korszerű érzékelők tipikus felépítését, a jelkondicionálás áramköri megoldásait, a digitális jelátalakítókat (AD és DA konverterek), a jelfeldolgozó egységeket, valamint a rendszeren belüli és rendszerek közötti kommunikáció tipikus megoldásait.

A tantárgy összességében az alábbi kompetenciák elsajátítását teszi lehetővé (tudás kompetenciák):
- Átfogó ismeretek a beágyazott rendszerek felépítését, tulajdonságait illetően.
- A beágyazott rendszerek, eszközök fejlesztésének alapvető ismeretei.
- Digitális jelfeldolgozás.
- Beágyazott alkalmazásokban használt érzékelők előnyeikkel és hátrányaikkal.
- Analóg-digitális és digitális-analóg jelátalakítási módszerek.
- Diszkrét Fourier transzformáció, analóg és digitális szűrők.
- Beágyazott eszközök közötti vezetékes adatátvitel tipikus megoldásai.
- Digitális jelfeldolgozó processzorok architekturális sajátosságai.
- Mikroprocesszoros rendszerekben a számítási teljesítmény növelésének alapvető eszközei.

8. A tantárgy részletes tematikája

Beágyazott rendszerek felépítése

1. hét: Főbb jellemzők, alkalmazási területek. Követelmények a beágyazott rendszerekkel szemben. A beágyazott rendszerek tipikus szintjei, az egyes szintek jellegzetes hardver és szoftver architektúrái.

Érzékelők

2. hét: Szenzortechnika. Tipikus érzékelők működési elvének és jelkondicionálásának bemutatása.

3. hét: Hídkapcsolások és rezisztív érzékelők. Elmozdulás, elfordulás, erő, nyomás, mérése.

4. hét: Hőmérséklet, áramlás, fényintenzitás és folyadékszint mérésére használható szenzorok és jelkondicionáló eszközök. Integrált kivitelű érzékelő, jelkondicionáló és távadó eszközök.

Jelfeldolgozó egységek és mikrovezérlők

5. hét: Általános célú processzorok, mikrokontrollerek, tipikus periféria készlete.

6. hét: Jelfeldolgozó processzorok (DSP) felépítése, számítási kapacitás növelése.

7. hét: Szoftveres megoldások és párhuzamos programozás beágyazott rendszerekben.

Digitális jelfeldolgozás

8. hét: Mintavételezés és kvantálás, Fourier transzformáció, spektrum.

9. hét: Mintavételi tételek, diszkrét Fourier transzformáció. Spektrális szivárgás és léckerítés hatás, ablakozás.

10. hét: Digitális szűrök, decimálás, interpolálás.

Korszerű jelátalakítók

11. hét: A/D átalakítók (Flash, szukcesszív approximációs, Dual slope, subranging, pipelined-subranging, Bit-per-stage, Sigma-Delta). AD átalakítók jellemzése, statikus és dinamikus hibák.

12. hét: D/A átalakítók (String, R-2R létra, szegmentált, Sigma-Delta). Kódváltási tranziens. Nullad rendű tartó hatása. Digitális jelszintézis (DDS).

Kommunikáció beágyazott rendszerekben

13. hét: Funkcionális részegységek kommunikációja. Szenzorok rendszerbe illesztése. A kommunikáció szabványos hardver és szoftver eszközei. USART, SPI.

14. hét: Az I2C busz, a CAN busz. Integrált intelligens szenzorok (IEEE 1451).

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

Előadás és gyakorlat.

A tantárgy elméleti és gyakorlati órákból áll. Az előadáson közölt elméleti anyagok megértését az előadásokon felüli, külön gyakorlati alkalmak segítik. A gyakorlatok során a hallgatók egy valós probléma megoldásán dolgoznak csoportosan és elvégzik a szükséges fejlesztéseket. Az előadásokon és gyakorlatokon felhasznált anyagokat, irodalmat a hallgatók letölthetik. A félév során rendszeres konzultációkat biztosítunk.

10. Követelmények

A szorgalmi időszakban: 2 ZH.

A tanulási eredmények értékelése két évközi írásbeli teljesítménymérés (két összegző tanulmányi teljesítményértékelés) alapján történik. Az összegző tanulmányi teljesítményértékelés: a tantárgy és tudás, képesség típusú kompetenciaelemeinek komplex, írásos értékelési módja zárthelyi dolgozat formájában, a szükséges gyakorlati és lexikális ismereteket kéri számon a teljesítményértékelés során, a rendelkezésre álló munkaidő 60 perc.

Az összegző értékelések együttesen vizsgálják és mérik fel a hallgatók tudás és képesség típusú kompetenciákkal meghatározott tanulási eredményeit. Ennek megfelelően az egyes összegző értékelések a kijelölt elméleti ismeretanyag elsajátítottságát, valamint a gyakorlaton szerzett ismeretek meglétét és képességek alkalmazását mérik fel. Teljesítésükre a tanulmányi teljesítményértékelési tervben meghatározott időpontban, előreláthatólag a 8. és 14. oktatási héten kerül sor. A két összegző teljesítményértékelésen egyenként 20-20 pont szerezhető.

11. Pótlási lehetőségek

Mindkét ZH egyszer pótolható.

 

 

12. Konzultációs lehetőségek Igény szerint.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Dr. Dülk Ivor, Bevezetés a beágyazott rendszerekbe, BME VIK, 2016, Budapest 

S. Heath: Embedded Systems Design, Elsevier Science, 2003
Analog Devices: Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning, 1999

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra42
Félévközi készülés előadásra14
Félévközi készülés gyakorlatra14
Felkészülés zárthelyire32
Önálló tananyag-feldolgozás18
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Dülk Ivor adjunktus, BME, VIK, Méréstechnika és Információs Rendszerek tanszék