450-4083/01 – Aplikace mikrokontrolérů v biomedicínském inženýrství (AMvBI)

Garantující katedraKatedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvíKredity4
Garant předmětudoc. Ing. Michal Prauzek, Ph.D.Garant verze předmětudoc. Ing. Michal Prauzek, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný typu B
Ročník1Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2019/2020Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
JAN0389 Ing. Karolína Gaiová
PRA132 doc. Ing. Michal Prauzek, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 0+16

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Cílem předmětu je seznámit studenta obecně s mikrokontroléry založené na jádře ARM Cortex M a jejími aplikacemi zejména v oblasti biomedicínského inženýrství. Student je seznámen s možnostmi použití mikrokontrolérů včetně jejich základní konfigurace, nastavení periferií a konstrukce programu. Studenti by po absolvování tohoto kurzu měli být schopni využít mikrokontrolér pro ovládání a řízení jednoduchých hardwarových aplikací a to zejména v oblasti biomedicínského inženýrství.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Experimentální práce v laboratoři
Projekt

Anotace

Předmět je zaměřen na aplikaci mikrokontrolérů ARM Cortex M a jejich využití v biomedicínském inženýrství. Osnova předmětu má tři dílčí části. V první části budou vysvětleny základní pojmy z oblasti týkající se mikroprocesorů a mikrokontrolérů. Ve střední část předmětu se věnuje jednotlivým periferiím mikrokontroléru a jejich možnostem použití. Poslední část vysvětluje aplikace mikrokontroléru v biomedicínském inženýrství pomocí základních řídicích a měřicích úloh. Laboratorní práce v předmětu zahrnuje zejména praktickou činnost s vývojovými prostředky.

Povinná literatura:

Dean, Alexander G. Embedded systems fundamentals with ARM Cortex-M based microcontrollers : a practical approach. Cambridge: ARM Education Media, 2017.

Doporučená literatura:

Zhu, Yifeng. Embedded Systems with ARM® Cortex-M3 Microcontrollers in Assembly Language and C. E-Man Press, LLC, 2014. Ganguly, Amar K. Embedded Systems : Design, Programming and Applications. Oxford: Alpha Science International Ltd, 2014

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Průběžná kontrola studia: písemka samostatný projekt Podmínky udělení zápočtu: Student je klasifikován na základě 1 testu, za 5-20 bodů, a samostatného projektu za 5-20 bodů. Zápočet od 14.týdne. Podmínkou udělení zápočtu je dosažení min. 10 bodů , max. lze získat 40 bodů . Zkouška - Písemná část - závěrečný test - 20 - 40 bodů. Ústní část 10 - 20 bodů. Celkové hodnocení 51 - 100 bodů dle studijního řádu.

E-learning

Další požadavky na studenta

Žádné další požadavky na studenta nejsou kladeny.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Časový harmonogram přednášek: 1. Úvod do předmětu, motivace k učivu, opakování důležitých pojmů z jazyka C. 2. Mikroprocesor (MPU): historie, architektura počítače, aritmeticko-logická jednotka, vnější a vnitřní paměti, instrukce a jejich zpracování, instrukční sada, jádro ARM Cortex M. 3. Mikrokontrolér (MCU): vnitřní struktura, periferie, interní sběrnice, programátorský model, popis dostupné dokumentace. 4. Vstupně-výstupní rozhraní, základní periferie: základní nastavení mikrokontroléru, periferie GPIO, směr dat, pull-up rezistor, logické úrovně. 5. Přerušovací systém: zdroje přerušení, priorita přerušení, vektor přerušení, obsluha přerušení, řadič přerušení (NVIC). 6. Čítače a časovače: SysTick, periferní časovače, módy input capture a output compare, pulzní šířková modulace, časovače reálného času. 7. Analogový signál v mikrokontroléru: paralelní AD převodník a převodník s postupnou aproximací, multiplexovaný převodník, základní DA převodníky. 8. Základní sériová komunikační rozhraní: UART, I2C, SPI 9. Možnosti uživatelských rozhraní: displej, klávesnice. 10. Aplikace MCU: snímání tepu externím modulem, příklad na komunikaci pomocí sériové sběrnice. 11. Aplikace MCU: snímání elektrického potenciálu, příklad na digitalizaci biosignálu. 12. Aplikace MCU: pulzní oxymetr, příklad na ovládání světelného zdroje pomocí pulzně šířkové modulace a digitalizaci snímaného optického signálu. 13. Moderní trendy aplikace mikrokontrolérů v biomedicínském inženýrství, přehled aktuálních technologií světových výrobců. 14. Závěrečná přednáška, příprava ke zkoušce, shrnutí učiva. Praktická cvičení v laboratoři budou probíhat v tématickém souladu s přednáškami v těchto okruzích: - Úvod do implementace vestavěných systému na bázi ARM Cortex M a práce s uživatelským prostředím. - Práce se základními periferiemi mikrokontroléru: vstupně-výstupní rozhraní, přerušovací systém, čítače a časovače, analogově-digitální převodník, sériové komunikační rozhraní, uživatelské rozhraní. - Aplikační práce v biomedicínské elektronice s použitím mikrokontroléru: využití externích modulů, měření analogových signálů, buzení externí komponent.

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná forma (platnost od: 2019/2020 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40  15
        Zkouška Zkouška 60  15
Rozsah povinné účasti: 80% účast na cvičeních

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (N0788A060001) Biomedicínské inženýrství P čeština Ostrava 1 povinně volitelný typu B stu. plán
2019/2020 (N0788A060001) Biomedicínské inženýrství K čeština Ostrava 1 povinně volitelný typu B stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku