Mikropočítačové systémy (MIPS): Rozdiel medzi revíziami

Aktuálna revízia z 09:10, 24. apríl 2024

Ročník: 2.Bc Mechatronika
Semester: letný
Rozsah: 2-2 (z,s)
Prednášateľ: Ing. Štefan Chamraz,PhD. a Ing. Richard Balogh, PhD.
Odkaz na AIS: B_MIPS - Distribuované vnorené počítačové systémy

Informácie a novinky

Na cvičeniach budeme používať komponenty v laboratóriu, ale ak chcete pracovať aj doma, v opise stavebnice MIPS Kit nájdete zoznam všetkých použitých komponentov. Ak ich nemáte, ale chcete pracovať aj doma, tak si ich môžete buď zapožičať od školy, alebo si môžete od firmy TechFun zakúpiť špeciálny kit, ktorý obsahuje všetky potrebné komponenty za cenu 32,-€ + poštovné.

Prednášky

V stredu o 8:00

Úvod. Architektúry procesorov, rozdiel mikroprocesor - mikropočítač, vstupy a výstupy.
Slajdy z prednášky
Online: https://microchipdeveloper.com/8avr:ioports
Pamäťové priestory. Dokončenie I/O. Digitálne vtupy. Ochrana. Klávesnica.
Slajdy z prednášky
On-line: https://microchipdeveloper.com/8avr:memory
Sériové komunikačné rozhranie I. - USART.
Slajdy z prednášky
Binárne vstupy
Slajdy z prednášky
On-line: https://microchipdeveloper.com/8avr:memory
Zabudované počítadlá (čítače) a časovače
Slajdy z prednášky + Text
Prerušenia. Meranie frekvencie. Počítadlá a časovače s prerušeniami.
Slajdy z prednášky I. a Slajdy z prednášky II.
Číslicovo-analógový prevodník (DAC) a šírkovo modulovaný výstup (PWM).
Slajdy z prednášky
Analógovo číslicový prevodník (ADC).
Slajdy z prednášky
Zabudované periférne obvody: I2C zbernica.
Text, Slajdy z prednášky
Pozvaná prednáška K. Rendek (On Semiconductor):
Návrh 25kW nabíjacieho modulu
Inteligentné periférie - LCD zobrazovač.
Slajdy z prednášky
------------------
Návrh parametrov PWM signálu a spracovanie PWM signálu.
Slajdy z prednášky, + Článok, + SMT160 datasheet
Zabudované počítadlá (čítače) a časovače II - PWM, využitie ako D/A prevodník.
Slajdy z prednášky + Text
Obvody pripojiteľné na I2C.
Slajdy z prednášky, RTC - hodiny reálneho času.

Cvičenia

MIPS Kit - opis komponentov na cvičenia

MIPS Úvodné cvičenie
Programovanie AVR v jazyku C -- LEDky a tlačítka
Vstupy a výstupy AVR -- oneskorenia a ošetrenie zákmitov
Sériové komunikačné rozhranie + Bonus pre pokročilých
Timer 1: Počítadlá a časovače AVR, Timer 0: Generovanie tónov
Prerušenia
Číslicovo-analógový prevodník (DAC) - Šírkovo modulovaný signál PWM
Analógovo-číslicový prevodník
Zbernica I2C
Meranie dĺžky impulzu 2 -- s prerusenim, bez neho, meranie jednej periody, meranie poctu impulzov
LCD displej s radičom HD44780 - inteligentné periférie
Riadenie sústavy 1. rádu‎‎ alebo RC filter

Semestrálny projekt

MIPS Projekt

Podmienky absolvovania

Znalosť odprezentovanej problematiky
Získanie zápočtu z cvičení
- aktívne absolvovanie všetkých cvičení (max. 1 ospravedlnená neúčasť)
- vypracovanie úloh z cvičení
- vypracovanie projektu - programu a dokumentácie k nemu
Získanie potrebného počtu bodov na skúške (min. 50% písomky)

Učitelia

Ing. Štefan Chamraz,PhD. (stefan.chamraz @ stuba.sk)
Ing. Richard Balogh, PhD. (richard.balogh @ elf.stuba.sk)

Literatúra a zdroje

Katalógové listy použitých obvodov (dostupné na internete). Okrem toho je literatúra vo forme odkazov pri každom cvičení.

Knihy

Elliot Williams: Make: AVR Programming. Learning to Write Software for Hardware. O'Reilly Media, 250 pages, 2014.
Friedrich Plötzeneder, Andreas Plötzeneder: Powerprojekte mit Arduino und C. (German Edition) Franzis Verlag, 1. ed., 241 pages, 2013.
Michael Margolis, Brian Jepson, Nicholas Robert Weldin: Arduino Cookbook., 3rd Edition. O'Reilly Media, Inc., 800 pages, 2020.
Ondrej Závodský: Programujeme AVR v jazyku C. Vlastným nákladom. Dostupné online. 2012.

Ostatné

Microchip on-line resources https://microchipdeveloper.com/8avr:start ku vsetkemu okolo AVR
Arduino UNO pinout diagram (svg, teda sa dá zväčšovať) https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c9/Pinout_of_ARDUINO_Board_and_ATMega328PU.svg
Arduino UNO V3 Pinout diagram
Arduino UNO Schematic diagram
Arduino Nano http://marcusjenkins.com/wp-content/uploads/2014/06/nano.pdf
Datasheet obvodu ~~Atmel~~ Microchip ATmega328P
Yahya Tawil: Understanding Arduino UNO Hardware Design. Technical Article, AllAboutCircuits.com. 2016

Jazyk C pre vnorené systémy

Michael Barr: Programming Embedded Systems in C and C++. O'Reilly Media; 1999.
Michael Barr: Embedded C Coding Standard. Barr Group Inc. 2018
Jason Sachs: Important Programming Concepts (Even on Embedded Systems) Part V: State Machines. Embedded Related web, 2015.

Utilitky a užitočnosti

AVR Calculator by Kevin Rosenberg http://radio-hobby.org/modules/tdmdownloads/singlefile.php?cid=8&lid=97 alebo http://web.archive.org/web/20130713104554/http://www.b9.com/elect/avr/kavrcalc/index.html
AVR Calc by Brandon Roberts https://sourceforge.net/projects/avrcalc/
AVRCalc by Jack Tidwell https://www.avrfreaks.net/forum/avrcalc-update
Obrázky by Alberto Piganti (phigixxx) https://github.com/bqlabs/ABC/tree/master/Images

Obsadenie pinov Arduino UNO

Port B			Port C			Port D
D8	PB0	ICP1 / CLK0	D14	PC0	A0	D0	PD0	RxD
D9	PB1	lcd D0	D15	PC1	A1	D1	PD1	TxD
D10	PB2	lcd D1	D16	PC2	sw03	D2	PD2	lcd RS
D11	PB3	lcd D2	D17	PC3	led02	D3	PD3	lcd R/W (?)
D12	PB4	lcd D3	D18	PC4	SDA	D4	PD4	lcd E
D13	PB5	LED	D19	PC5	SCL	D5	PD5	T1 / PWM
						D6	PD6	sw01
						D7	PD7	sw02

Predchodcovia predmetu

MMP Monolitické mikropočítače (1998-2010) pozri všetky stránky k predmetu Category: MMP
DVPS - Distribuované vnorené počítačové systémy (2010-2014) pozri všetky stránky k predmetu Category: DVPS
Všetky nové stránky k predmetu Category: MIPS

Poznamky a ToDo's

Ako funguje napájanie Arduina: https://www.programmingelectronics.com/power-arduino/
Podrobnosti o AD prevodniku a jeho testovanie
- http://www.gammon.com.au/adc

@@ Riadok 4: / Riadok 4: @@
 '''Semester:''' letný 		      <BR>
 '''Rozsah:''' 2-2 (z,s)                     <BR>
-'''Prednášateľ:''' Ing. Štefan Chamraz,PhD. <BR>
+'''Prednášateľ:''' Ing. Štefan Chamraz,PhD. a Ing. Richard Balogh, PhD.<BR>
 '''Odkaz na AIS''':  B_MIPS - [https://is.stuba.sk/katalog/syllabus.pl?predmet=353564 Distribuované vnorené počítačové systémy]
@@ Riadok 10: / Riadok 10: @@
 == Informácie a novinky ==
-* Na praktické precvičenie programovania mikropočítačových systémov budete potrebovať [[MIPS Kit]]. Ak uvedené komponenty nemáte, tak si ich môžete buď zapožičať od školy, alebo si môžete od firmy TechFun zakúpiť špeciálny kit, ktorý obsahuje všetky potrebné komponenty za cenu  27.50€ + poštovné.<BR><BR>
+* Na cvičeniach budeme používať komponenty v laboratóriu, ale ak chcete pracovať aj doma, v opise stavebnice [[MIPS Kit]] nájdete zoznam všetkých použitých komponentov. Ak ich nemáte, ale chcete pracovať aj doma, tak si ich môžete buď zapožičať od školy, alebo si môžete od firmy TechFun zakúpiť [https://techfun.sk/produkt/istrobot-kit-2023/ špeciálny kit], ktorý obsahuje všetky potrebné komponenty za cenu  32,-€ + poštovné.<BR><BR>
 == Prednášky ==
-V pondelok od 13:00 on-line https://meet.google.com/eaf-uggp-skd
+V stredu o 8:00
-# '''Úvod.''' Architektúry procesorov, rozdiel mikroprocesor - mikropočítač, pamäťové priestory, vstupy a výstupy.<BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska01.pdf Slajdy z prednášky]
+# '''Úvod.''' Architektúry procesorov, rozdiel mikroprocesor - mikropočítač, vstupy a výstupy.<BR>[https://senzor.robotika.sk/mips/pdf/01_prednaskaMIPS.pdf Slajdy z prednášky]<BR>Online: https://microchipdeveloper.com/8avr:ioports
-# Inteligentné periférie - LCD zobrazovač.  <BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska02.pdf Slajdy z prednášky]
+# Pamäťové priestory. Dokončenie I/O. Digitálne vtupy. Ochrana. Klávesnica. <BR>[https://senzor.robotika.sk/mips/pdf/02_prednaskaMIPS.pdf Slajdy z prednášky]<BR>On-line: https://microchipdeveloper.com/8avr:memory
-# Digitálne vtupy. Ochrana. Klávesnica. <BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska03.pdf Slajdy z prednášky]<FONT Color="grey"><BR><BR><BR>
+# Sériové komunikačné rozhranie I. - USART.<BR>[https://senzor.robotika.sk/mips/pdf/03_prednaskaMIPS.pdf Slajdy z prednášky]
-# Prerušenia. ''(Resetovacie obvody. Watchdog.)'' <BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska03.pdf Slajdy z prednášky]
+# Binárne vstupy <BR>[https://senzor.robotika.sk/mips/pdf/04_prednaskaMIPS.pdf Slajdy z prednášky]<BR>On-line: https://microchipdeveloper.com/8avr:memory
-# Zabudované počítadlá (čítače) a časovače I.<BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska04OBR.pdf Slajdy z prednášky] + [http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska04.pdf Text]
+# Zabudované počítadlá (čítače) a časovače<BR>[https://senzor.robotika.sk/mips/pdf/05_prednaskaMIPS.pdf Slajdy z prednášky] + [http://senzor.robotika.sk/mmp/2013/prednaska04.pdf Text]
-# Zabudované počítadlá (čítače) a časovače II - PWM, využitie ako D/A prevodník. <BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska05OBR.pdf Slajdy z prednášky] + [http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska05.pdf Text]
+# Prerušenia.  Meranie frekvencie. Počítadlá a časovače s prerušeniami.<BR>[https://senzor.robotika.sk/mips/pdf/06_prednaskaMIPS-1.pdf Slajdy z prednášky I.] a [https://senzor.robotika.sk/mips/pdf/06_prednaskaMIPS-2.pdf Slajdy z prednášky II.]
-# Návrh parametrov PWM signálu a spracovanie PWM signálu.<BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska06.pdf Slajdy z prednášky], [http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska06a.pdf + Článok], [http://senzor.robotika.sk/mmp/SMT160.pdf + SMT160 datasheet]
+# Číslicovo-analógový prevodník (DAC) a šírkovo modulovaný výstup (PWM).<BR>[https://senzor.robotika.sk/mips/pdf/07_prednaskaMIPS.pdf Slajdy z prednášky]
-# Analógovo číslicový prevodník.<BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska07a.pdf Slajdy z prednášky I.], [http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska07b.pdf Slajdy z prednášky II.]
+# Analógovo číslicový prevodník (ADC).<BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska10.pdf Slajdy z prednášky]
-# Zabudované periférne obvody: sériové rozhranie - USART.<BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska08a.pdf Slajdy z prednášky], [http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska08b.pdf Doplňujúce materiály.]
+# Zabudované periférne obvody: I2C zbernica.<BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/2013/prednaska09.pdf Text], [http://senzor.robotika.sk/mmp/2013/prednaska09OBR.pdf Slajdy z prednášky]
-# Zabudované periférne obvody: I2C zbernica.<BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska09.pdf Text], [http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska09OBR.pdf Slajdy z prednášky]
+# Pozvaná prednáška K. Rendek (On Semiconductor):<BR> [http://www.how2power.com/other/DC_Charger.php Návrh 25kW nabíjacieho modulu]
-# Obvody pripojiteľné na I2C. <BR> [http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska10.pdf Slajdy z prednášky], [http://senzor.robotika.sk/mmp/prednaska10RTC.pdf RTC - hodiny reálneho času].
+# Inteligentné periférie - LCD zobrazovač.  <BR>[http://senzor.robotika.sk/mips/pdf/11_prednaskaMIPS.pdf Slajdy z prednášky]<BR>------------------<BR>
+# Návrh parametrov PWM signálu a spracovanie PWM signálu.<BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/2013/prednaska06.pdf Slajdy z prednášky], [http://senzor.robotika.sk/mmp/2013/prednaska06a.pdf + Článok], [http://senzor.robotika.sk/mmp/SMT160.pdf + SMT160 datasheet]
-</FONT>
+# Zabudované počítadlá (čítače) a časovače II - PWM, využitie ako D/A prevodník. <BR>[http://senzor.robotika.sk/mmp/2013/prednaska05OBR.pdf Slajdy z prednášky] + [http://senzor.robotika.sk/mmp/2013/prednaska05.pdf Text]
+# Obvody pripojiteľné na I2C. <BR> [http://senzor.robotika.sk/mmp/2013/prednaska10.pdf Slajdy z prednášky], [http://senzor.robotika.sk/mmp/2013/prednaska10RTC.pdf RTC - hodiny reálneho času].
+<FONT Color="grey"><BR><BR><BR></FONT>
 == Cvičenia ==
@@ Riadok 37: / Riadok 39: @@
 # [[Programovanie AVR v jazyku C]] -- LEDky a tlačítka
 # [[Vstupy a výstupy AVR]] -- oneskorenia a ošetrenie zákmitov
-# [[LCD displej s radičom HD44780]] - inteligentné periférie <FONT Color="grey"><BR><BR>
+# [[Sériové komunikačné rozhranie]] + [[Sériové rozhranie a Processing|Bonus pre pokročilých]]
-# ⬤ Timer 1: [[Počítadlá a časovače AVR]] -- zobrazovanie na LCD  ⬤ Timer0: [[Generovanie tónov]]
+# '''Timer 1:''' [[Počítadlá a časovače AVR]],  '''Timer 0:''' [[Generovanie tónov]]
-# [[Šírkovo modulovaný signál PWM na AVR]] - frekvenčný výstup, LED intenzita, ale možno aj RC člen a pseudoanalog
+# [[Prerušenia]]
-# [[Prerušenia]] - tym padom by sme sa dostali na koniec blikania ledkou
+# [[Číslicovo-analógový prevodník (DAC)]] - Šírkovo modulovaný signál PWM
-# [[Meranie periódy]] -- s prerusenim, bez neho, meranie jednej periody, meranie poctu impulzov za 1sec a pod.
+# [[A/D_prevodník|Analógovo-číslicový prevodník]]
-# [[Analógovo-číslicový prevodník]]
-# [[Sériové komunikačné rozhranie]]
 # [[Zbernica I2C]]
-# [[MIPS Projekt]]
+# [[Meranie dĺžky impulzu 2]] -- s prerusenim, bez neho, meranie jednej periody, meranie poctu impulzov
-</FONT>
+# [[LCD displej s radičom HD44780]] - inteligentné periférie<BR><BR>
+# [[Riadenie sústavy 1. rádu‎‎]] alebo [[RC filter]]
+== Semestrálny projekt ==
+*  '''[[MIPS Projekt]]'''<BR><BR>
 == Podmienky  absolvovania ==
@@ Riadok 63: / Riadok 68: @@
 * Ing. Štefan Chamraz,PhD. (stefan.chamraz @ stuba.sk)
 * Ing. Richard Balogh, PhD. (richard.balogh @ elf.stuba.sk)
+<!--
 * Ing. Matej Rábek, PhD. (matej.rabek @ elf.stuba.sk)
+-->
 == Literatúra a zdroje ==
@@ Riadok 76: / Riadok 81: @@
 * Friedrich Plötzeneder, Andreas Plötzeneder: ''[https://www.scribd.com/book/282872103/Powerprojekte-mit-Arduino-und-C-Schluss-mit-dem-frustrierenden-Ausprobieren-von-Code-Schnipseln Powerprojekte mit Arduino und C]''. (German Edition) Franzis Verlag, 1. ed., 241 pages, 2013.
 * Michael Margolis, Brian Jepson, Nicholas Robert Weldin: ''[https://www.oreilly.com/library/view/arduino-cookbook-3rd/9781491903513/ Arduino Cookbook]''., 3rd Edition. O'Reilly Media, Inc., 800 pages, 2020.
+* Ondrej Závodský: ''[https://svetelektro.com/Download/avr_kniha.pdf Programujeme AVR v jazyku C].'' Vlastným nákladom. Dostupné online. 2012.
@@ Riadok 82: / Riadok 87: @@
 '''Ostatné'''
+* Microchip on-line resources https://microchipdeveloper.com/8avr:start ku vsetkemu okolo AVR
 * Arduino UNO pinout diagram (svg, teda sa dá zväčšovať) https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c9/Pinout_of_ARDUINO_Board_and_ATMega328PU.svg
 * Arduino UNO V3 [http://marcusjenkins.com/wp-content/uploads/2014/06/ARDUINO_V2.pdf Pinout diagram]
@@ Riadok 87: / Riadok 93: @@
 * Arduino Nano http://marcusjenkins.com/wp-content/uploads/2014/06/nano.pdf
 * Datasheet obvodu <S>Atmel</S> Microchip [https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf ATmega328P]
+* Yahya Tawil: ''[https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/understanding-arduino-uno-hardware-design/ Understanding Arduino UNO Hardware Design]''. Technical Article, AllAboutCircuits.com. 2016
 '''Jazyk C pre vnorené systémy'''
+* Michael Barr: [https://barrgroup.com/embedded-systems/books/programming-embedded-systems Programming Embedded Systems in C and C++]. O'Reilly Media; 1999.
 * Michael Barr: [https://barrgroup.com/sites/default/files/barr_c_coding_standard_2018.pdf Embedded C Coding Standard]. Barr Group Inc. 2018
+* Jason Sachs: [https://www.embeddedrelated.com/showarticle/723.php Important Programming Concepts (Even on Embedded Systems) Part V: State Machines]. Embedded Related web, 2015.
@@ Riadok 215: / Riadok 222: @@
 === Predchodcovia predmetu ===
-* DVPS - [[Distribuované vnorené počítačové systémy]] 2010-2014
+* MMP [[Monolitické mikropočítače]] (1998-2010) pozri všetky stránky k predmetu [[:Category: MMP]]
-* MMP [[Monolitické mikropočítače]] 1998-2010
+* DVPS - [[Distribuované vnorené počítačové systémy]] (2010-2014) pozri  všetky stránky k predmetu [[:Category: DVPS]]
-* Všetky stránky k predmetu [[:Category: DVPS]]
-* Všetky stránky k predmetu [[:Category: MMP]]
 * Všetky nové stránky k predmetu [[:Category: MIPS]]
+=== Poznamky a ToDo's ===
+* Ako funguje napájanie Arduina: https://www.programmingelectronics.com/power-arduino/
+* Podrobnosti o AD prevodniku a jeho testovanie
+** http://www.gammon.com.au/adc
 [[Category: AVR]][[Category: MIPS]]