450-2054/02 – Hardwarové platformy II (HWP II)
Garantující katedra | Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrství | Kredity | 4 |
Garant předmětu | prof. Ing. Jiří Koziorek, Ph.D. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Jiří Koziorek, Ph.D. |
Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
Ročník | 3 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | angličtina |
Rok zavedení | 2016/2017 | Rok zrušení | 2020/2021 |
Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | bakalářské |
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:
Doporučená literatura:
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
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.