450-2054/01 – Hardwarové platformy II (HWP II)

Garantující katedraKatedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvíKredity4
Garant předmětudoc. Ing. Jiří Koziorek, Ph.D.Garant verze předmětudoc. Ing. Jiří Koziorek, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník3Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2016/2017Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
KAS73 Ing. Vladimír Kašík, Ph.D.
KOZ47 doc. Ing. Jiří Koziorek, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Klasifikovaný zápočet 2+2

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Cílem první poloviny předmětu je seznámit studenty s průmyslovými řídicími systémy na bázi mikroprocesorů používanými v automatizaci. Zejména se jedná o zařízení pro řízení v reálném čase a pro realizaci rozhraní člověk-stroj. V předmětu se studenti seznámí s programovatelnými automaty, operátorskými panely a počítačovými vizualizačními systémy. Po absolvování budou schopni vytvořit základní řídicí aplikaci v programovatelném automatu a základní vizualizační rozhraní. V části programovatelných logických obvodů je cílem předmětu seznámit studenty s technikami pro HW řešení logických funkcí na platformě programovatelných obvodů FPGA a CPLD. Jednotlivá témata výuky poskytují studentům nepostradatelný základ pro správné pochopení návrhových postupů při implementaci vlastní logiky do těchto obvodů. Studenti tak budou lépe rozumět odlišnosti HW a SW řešení logických funkcí a algoritmů, umět vysvětlit jejich výhody a nevýhody. Po absolvování předmětu jsou studenti schopni zvolit pro řešený úkol vhodné vývojové prostředky, provést návrh a implementaci jednoduchých kombinačních a sekvenčních logických funkcí na základě zadaných požadavků. Tento návrh jsou studenti schopni zadat ve formě schématu a především popisem v jazyce VHDL. Následně jsou schopni logický návrh odladit v logickém simulátoru.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Experimentální práce v laboratoři
Projekt

Anotace

V současném průmyslu je využívána celá řada technických prostředků, které jsou založeny na výpočetní technice a informačních systémech. V oblasti řízení v reálném čase mezi tyto systémy patří zejména programovatelné automaty a jejich různé varianty, systémy pro realizaci rozhraní člověk-stroj, ať už na bázi operátorských panelů nebo počítačových vizualizačních pracovišť. Typickou aplikací těchto systémů v průmyslu je pak realizace řízení pomocí programovatelného automatu a vytvoření uživatelského rozhraní např. pomocí počítačového vizualizačního pracoviště. Základním záměrem předmětu je demonstrovat studentům, jak takový řídicí a informační systém navrhnout a realizovat. V části programovatelných logických obvodů se předmět zabývá technikou programovatelných logických součástek, především typu FPGA a CPLD. Jedná se o technologii, která má i do budoucna nezastupitelnou roli ve stále se rozvíjejícím digitálním světě. Na několika typických představitelích je popsána vnitřní architektura těchto součástek. Do návrhových technik je zařazen popis obvodů pomocí schématu a jazyka VHDL. Zvláštní pozornost je věnována rozdílům v návrhových postupech ve srovnání s obecnými logickými obvody malé a střední hustoty integrace. V praktické části se studenti seznámí s vývojovým prostředím pro návrh, simulaci a implementaci projektu. Zároveň si experimentálně ověří dosažené výsledky na vývojových deskách.

Povinná literatura:

BERGER, Hans. Automating with SIMATIC S7-1500: Configuring, Programming and Testing with STEP 7 Professional. Publicis; 1st edition, 2014. ISBN-13: 978-3895784040. BERGER, Hans. Automating with SIMATIC S7-1200. Configuring, Programming and Testing with STEP 7 Basic V11; Visualization with WinCC Basic V11. 2nd ed., 2013. ISBN 978-3895783852. KAŠÍK, Vladimír. Programování hradlových polí. Učební text a návody do cvičení. VŠB-TU, Ostrava, 2012. ASHENDEN, J.P.: The VHDL Cookbook, First Edition. ISBN-13: 978-0120887859. [online]. Dostupné z http://freecomputerbooks.com/The-VHDL-Cookbook.html#sthash.jfZkfdnz.dpuf MAXFIELD, C.M.: The Design Warrior's Guide to FPGAs. Elsevier Inc.. 2004. ISBN: 978-0-7506-7604-5 HASKELL R. E., HANNA D. M. Hanna. Introduction to Digital Design Using Digilent FPGA Boards. Oakland University, Rochester, Michigan. 2009. ISBN 978-0-9801337-6-9

Doporučená literatura:

PARNELL, Karen and Nick MEHTA. Programmable Logic Design Quick Start Handbook. 4th ed. [s.l.]: Xilinx Inc., 2003. 225 s. ASHENDEN, Peter J. The Designer's Guide to VHDL. San Francisco(USA): Morgan Kaufmann Publishers, 1999. 688 s. ISBN 1-55860-270-4. ŠŤASTNÝ, J.: FPGA prakticky: Realizace číslicových systémů pro programovatelná hradlová pole. 1. vydání. Praha: BEN – technická literatura. 2010. 200 s. ISBN 978-80-7300-261-9. KAMEL, K; KAMEL, E. Programmable Logic Controllers. McGraw-Hill Education, 2014. ISBN 978-0-07-181045-6.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Průběžná kontrola studia: Studenti během semestru pracují na dvou samostatných projektech na vybrané téma. Postup prací bude průběžně kontrolován. Podmínky udělení zápočtu: Podmínkou udělení zápočtu je předvedení funkčnosti aplikací řešených v rámci samostatných projektů a odevzdání protokolů k těmto projektům.

E-learning

Další požadavky na studenta

Další požadavky na studenta nejsou kladeny

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

1. Hardwarové a softwarové prostředky používané v automatizaci. Programovatelný automat. 2. Základní vlastnosti programovatelných automatů, struktura programu, členění paměti, základní instrukce, logické funkce. 3. Programování sekvenčních úloh. 4. Programování zpětnovazebního řízení. 5. Rozhraní člověk-stroj. Operátorské panely. 6. SCADA systémy. 7. Návrh typické řídicí aplikace pomocí techniky programovatelných automatů a vizualizačních systémů 8. Architektura programovatelných obvodů FPGA a CPLD. Řada Xilinx Spartan. 9. Způsoby návrhu programovatelné logiky. Schématický návrh, jazyk VHDL pro popis logických struktur. 10. Návrh základních typů kombinačních logických obvodů. Hradla, multiplexor, dekodér, sčítačka, komparátor. 11. Návrh základních typů sekvenčních logických obvodů. D-klopný obvod, datový a posuvný registr, čítače. Stavové automaty a jejich implementace v FPGA. 12. Implementace pamětí v FPGA. Bloková a distribuovaná paměť, vícebránové paměti. 13. Specifické prvky architektur FPGA. DCM, HW násobičky. Prvky DSP na platformě FPGA. 14. Přechodné děje v logických systémech. Synchronní a asynchronní návrh. Hazardy a jejich eliminace.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2016/2017 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Klasifikovaný zápočet Klasifikovaný zápočet 100  51
Rozsah povinné účasti: Povinná účast na 80% cvičeních.

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (B2660) Počítačové systémy pro průmysl 21. století P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2018/2019 (B2660) Počítačové systémy pro průmysl 21. století P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2017/2018 (B2660) Počítačové systémy pro průmysl 21. století P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2016/2017 (B2660) Počítačové systémy pro průmysl 21. století P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku