Mikrokontroller alapú rendszerek

I. Az előadások részletes tematikája:

Architektúrális alapok (3 hét)

Digitális rendszerek központi egységei: mikroprocesszorok és mikrokontrollerek architektúrális összehasonlítása, kiválasztási szempontjai. 8/16/32 bites rendszerek, CISC/RISC architektúra. A megfelelő architektúra kiválasztásának jelentősége és hatása a rendszer legfontosabb jellemzőire (sebesség, bitkezelés, törtszámok kezelése, belső memória, regiszterbankok). A 8 bites és a 32 bites mikrokontroller-architektúrák egy-egy neves képviselőjének megismerése (8051, ARM Cortex M4 mikrokontrollerek, DSP). Programozási modell, megszakítási rendszer.

Hardverközeli programok fejlesztése (4,5 hét)

Assembly, C és blokkorientált hardver-közeli programfejlesztés. A szoftverfejlesztés folyamata. Programozási nyelvek, szoftverfejlesztés PC-re és beágyazott rendszerre. Programozási modell, utasításkészlet tulajdonságai. Tipikus ASM/C fejlesztő környezetek bemutatása (SiLabs, Keil, STM), a firmware szerkezete (konfigurálás, startup kód, megszakítási rendszer, gyors megszakításkezelés bankváltásokkal.) ASM betétek és ASM függvények használata.

Mikrokontrollerek tipikus integrált perifériái (3 hét)

Órajel-generátorok (belső, külső, PLL áramkörök), reset-, watch-dog áramkörök. Időzítő és számláló egységek (üzemmódok, kvadratúra-enkóder, capture modul, PWM). Integrált aszinkron és szinkron kommunikációs egységek és protokollok (SCI, SPI, I2C, CAN). Digitális be- és kimenetek, a mikrokontroller I/O portok speciális kialakítása. Analóg be- és kimenetek. Memória elemek (OTP ROM, flash, RAM, EEPROM) tulajdonságai, illesztésük.

Mikrokontrollerek kapcsolódása környezetükhöz, tipikus illesztések (2,5 hét)

Külső órajel generátorok, külső memóriák illesztése (párhuzamos/soros, váróciklus-problémák – cache, gyorsítási lehetőségek). Analóg és digitális be- és kimenetek illesztési problémái, speciális perifériák. Jelkonvertálás fizikai rétegre (RS232, RS422, RS485, CAN, USB). EMC szempontok, leválasztások.

A hardvertervezés alapelvei és lépései (1 hét)

CAD rendszerek használata a hardver tervezésben: kapcsolási rajz, szimuláció, nyomtatott áramkör tervező rendszerek és ezek legfontosabb tulajdonságai. Formai és tartalmi követelmények, alkatrészek és áramkörök technológiai kérdései (hagyományos/felületszerelt, rétegszám megválasztása, forrasztási technológia választása, stb.). EMC kérdések. Élesztés, programozás, tesztelés interfészei. ISP jelentősége. Egyedi és szabványos (JTAG) felületek. Belső és külső boot loader, firmware update lehetősége és megoldásai.

II. A gyakorlatok részletes tematikája

A gyakorlatokon példák és esettanulmányok formájában kerül elmélyítésre az előadásokon elhangzott elméleti tananyag.

1.    Példák, esettanulmányok a megfelelő mikrokontroller architektúra kiválasztására (1 hét)

2.    Egész és törtszámok ábrázolása, szabványok, áttérések különböző számábrázolási méretek között. ASM és C programrészletek egyszerűbb részfeladatok megoldására (2 hét)

3.    Assembly és C szintű programpéldák egyszerűbb illesztési és perifériakezelési  megoldásokra (2 hét)

4.    Példák a C program ASM modulokkal történő használatára (1 hét)

5.    Komplett esettanulmány:  egy valósidejű irányító rendszer szoftver rendszerterve szabadon konfigurálható mikrokontrollerek (SiLabs EFM8BB3, STM32Fxxx Cortex-M4) alkalmazásával (2 hét)

6.    Illesztési kérdések beágyazott rendszerek néhány érzékelési és beavatkozási feladatának megoldására. Feladatok megosztása a rendszer hardver és szoftver komponensei között (3 hét)

7.    Komplett esettanulmány: konkrét hardver tervezési példa a feladat megfogalmazásától a kapcsolási rajzig, a hardver-szoftver rendszer kapcsolata (2 hét)