450-4083/01 – Aplikace mikrokontrolérů v biomedicínském inženýrství (AMvBI)
| Garantující katedra | Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrství | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Michal Prauzek, Ph.D. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Michal Prauzek, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný typu B |
| Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2019/2020 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
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
Výuka odborníka z praxe (přednáška nebo cvičení)
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
Další studijní materiály
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
Materiály jsou dostupné v https://lms.vsb.cz/
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
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky