Courses Summer Term Kai Mueller. Kai Mueller

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1 Courses Summer Term Kai Mueller Kai Mueller

2 Courses Summer Term Kai Mueller Kai Mueller Copyright 2014 Kai Mueller Hochschule Bremerhaven / University of Applied Sciences Bremerhaven V0.0b as of 17-MAR-2014 Pages created by DTD DocBook XML / Agynamix DobuDish Thanks to James Clark, Norman Walsh and the OASIS DocBook technical committee 1. Back to K. Mueller's Home Page /index.html

3 Table of Contents 1. Courses Summer Term Undergraduate Courses of Kai Mueller Digital- und Mikroprozessortechnik [ET-DMT / PMA6 und andere Bachelorstudiengänge] Inhalt Ergänzende Lehrbücher Regelungstechnik und Simulation [AU-RTS - PMA6] Wahlpflichtmodul für MT, MAR, GET, NEU Inhalt Ergänzende Lehrbücher Steuerungs- und Feldbustechnik [STF / PMA6] Inhalt Ergänzende Lehrbücher Wahlveranstaltungen im Sommersemester 2014 von Kai Müller (optional courses) Graduate Courses of Kai Mueller Digital Systems / VHDL [ET-DTV / ESD1] Course contents Complimentary Documentation System-on-Chip Design [SY-SOC / ESD1] Course contents Complimentary Documentation Bachelor / Master Thesis Industriepaktika iii

4 List of Tables 2.1. Organisatorisches Mikroprozessortechnik Organisatorisches Regelungstechnik und Simulation Organisatorisches Steuerungs- und Feldbustechnik Organization Digital Systems / VHDL Organization System-on-Chip Design iv

5 1 Courses Summer Term 2014 The following pages contain preliminary information on courses for the summer term Please inform me 1 about mistakes or missing links. All informations and course documentation can be accessed on these official pages. Announcements and changes of the schedule are made only here. The pages are also available for printing (PDF download) 2. The printed version may be slightly outdated. 1 mailto:kmueller@hs-bremerhaven.de 2 assets/kms14.pdf 1

6 2 Undergraduate Courses of Kai Mueller [modules for bachelor programs] 2.1. Digital- und Mikroprozessortechnik [ET- DMT / PMA6 und andere Bachelorstudiengänge] ==>> Dieses Modul ist Teil der Zulassungsvoraussetzung für dem Masterstudiengang ESD 1. Table 2.1. Organisatorisches Mikroprozessortechnik NEWS Beachten Sie die Änderungen der Zeiten ab Bemerkungen Semestergruppe Prüfung 1. Angebot Prüfung 2. Angebot Die letzte Laboraufgabe ("Motorsteuerung") ist Prüfungsleistung und wird geht mit 20% in die Bewertung der Klausur ein. Zur Klausur ist eine Programmausdruck abzugeben. Im Kopf sind Name und Matrikelnummer einzutragen. Gruppenarbeiten sind nicht zulässig, d.h. der Programmausdruck ist von jedem Teilnehmer vorzulegen. Wahlpflichtfach für alle technischen Studiengäge, Pflichtfach für PMA6 Nur'n paar Nullen und Einsen; einfacher kommt man nicht an eine gute Note. PMA6, MTx, MARx, GETx (als Wahlpflichtfach) t.b.s., Raum Z1010 t.b.s., Raum Z1010 (nur bei Bedarf!) 1 2

7 Undergraduate Courses of Kai Mueller Art der Lehrveranstaltung Vorlesung 2 SWS + Labor 2 SWS Beginn Montag, 17. März 2014, 08:00h, Raum Z1090 Ende Montag, 07. Juli 2014 Termine [Vorlesung]: Montag, 1. Block/Raum Z1090 Umdrucke [Labor/Vorlesung]: Montag, 2. Block/Raum Z1090, s. Laborplan 2 ) ==> PicoBlaze Atlys Port Definitions 3 [update] [DMT-Umdruck] 4 Labore Laborplan 8 Der Umdruck enthält die Abschnitte: 1. Digitaltechnik [Teil 1], 2. Sequenzielle Systeme [Teil 2], 3. Programmierbare Logik (CPLD, FPGA) Teil 3, 3. RISC-/CISC-CPUs, Mikroprozessoren und Mikrocontroller [Teil 4], 4. Assembler-Übungen [Teil 4], [PicoBlaze User Guide] 5 Xilinx Corp. (neu) [PicoBlaze Instruction Set Summary] 6 Xilinx Corp. (wichtig) [PicoBlaze Instruction Set Reference] 7 Xilinx Corp. (nicht ganz unwichtig) Die letzte Laboraufgabe kann sich aufgrund neuer Laboraufbauten ändern. Übungs-Klausur mit Lösungen 9 Klausur SS03 / 1. Angebot mit Lösungen 10 Klausuren Spartan-3 Interface Software Schaltplan 11 (Die eingesetzte Schaltung besitzt anderen Leistungsteil.) Univ. Bremerhaven PicoBlaze Tools 12 (under construction) 2 assets/dmtlab42.html 3../VHDL/AtlysPico_Ports.pdf 4../Skript/dmt_all.pdf 5../VHDL/ug129.pdf 6../VHDL/PB_Instr_Sum.pdf 7../VHDL/PB_Instr_Ref.pdf 8 assets/dmtlab42.html 9../Klausur/pdmpss03.pdf 10../Klausur/dmps031.pdf 11../VHDL/S3InterfaceSchem.pdf

8 Undergraduate Courses of Kai Mueller Inhalt Folgende Themen werden behandelt: Digitaltechnik: Zahlendarstellung Boolsche Logik Mikroprozessortechnik: CPU-Architekturen Aufbau des Mikrocontrollers 80x51 Instruktionssatz und Assemblerprogrammierung Steuerungen und Regelungen mit Mikrocontrollern Ergänzende Lehrbücher Heesel, N. und W. Reichstein: Mikrocontroller Praxis. Vieweg, 1996 Limbach, S.: Kompaktkurs Mikrocontroller. Vieweg, 2002 Raisonance 80C51 and XA Development Tools Manual. Raisonance S.A., 2000 K. Urbanski u. R. Woitowitz: Digitaltechnik. Springer, 2000 J. Wakerly: Digital Design: Principles and Practices. Prentice-Hall, 1999 Xilinx ISE Users's Guide. Xilinx Corp., Regelungstechnik und Simulation [AU-RTS - PMA6] Wahlpflichtmodul für MT, MAR, GET, NEU ==>> Dieses Modul ist Teil der Zulassungsvoraussetzung für dem Masterstudiengang ESD

9 Undergraduate Courses of Kai Mueller Xilinx 14 und International Rectifier 15 Table 2.2. Organisatorisches Regelungstechnik und Simulation NEWS Studiengang/Semestergruppen Prüfung 1. Termin Prüfung 2. Termin Art der Lehrveranstaltung Dozent Beginn Die erste Veranstaltung findet am Donnerstag, den , 08:00h, Raum Z1090, statt. Produktionstechnologie PMA6, WP für alle anderen Bachelorstudiengänge t.b.s. t.b.s. Vorlesung: 2 SWS, Labor: 2 SWS Prof. Dr. Kai Müller Donnerstag, , 12:00h, Z1090 Ende Donnerstag, Termine t.b.s. Umdrucke Vorlesungsskript [Teil 1] 16 Weitere Umdrucke auf dem Ilias Server (wird wohl bald abgeschaltet) 17 der HS Bremerhaven (im "geschlossenen Bereich") Laplace-Transformation Rechenregeln und Tabellen 18 Matlab VL [Teil 1] /Skript/rts01.pdf /Skript/laplace.pdf 19../Skript/RTS_class1.pdf 5

10 Undergraduate Courses of Kai Mueller Matlab L [Teil 1] 20 Labore Gruppeneinteilung 21 ==> Klausurthemen 22 ==> Übungsklausur 23 ==> Lösungen zur Übungsklausur 24 Klausuren ==> Sample Test 1 25 ==> Sample Test 2 26 Lösungen Sample Test 2: Software t.b.s. Matlab/Simulink 27 (Mathworks) Scilab 28 (INRIA, Open Source) Inhalt Folgende Themen werden behandelt: Regelungstechnik: Signale, Systeme und Regelkreis Modellbildung Zeit- und Frequenzbereich Reglerentwurf Simulation: Numerische Analyse von Signalen Simulation dynamischer Systeme Ergänzende Lehrbücher Ackermann. J.: Abtastregelung - Band I: Analyse und Synthese. Springer, Berlin, 1983 Ackermann. J.: Robuste Regelung - Analyse und Entwurf von linearen Regelungssystemen mit unsicheren physikalischen Parametern. Springer Verlag, 1993 Adams, D.: The Hitchhikerss Guide to the Galaxy. Pocket, New York, /Skript/RTS_lab1.pdf 21 assets/rtslab42.html 22../Klausur/rtstopics.pdf 23../Klausur/prts.pdf 24../Klausur/lprts.pdf 25../Klausur/st1rts.pdf 26../Klausur/st2rts.pdf

11 Undergraduate Courses of Kai Mueller Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. VDI-Verlag, 1987 Bronstein, I. N., K. A. Semendjajew, G. Musiol und H. Mühlig: Taschenbuch der Mathematik. Verlag Harri Deutsch, Frankfurt/Main, 1993 Gassmann, H.: Einführung in die Regelungstechnik: Teil 1: Problemstellung und Lösungen von Regelungsaufgaben, Teil 2: P-, PI- und PID-Regler, Teil 3: Reglerentwurf mit Frequenzgang und Wurzelortskurven. Verlag Harri Deutsch, Frankfurt/Main, 1993 Konigorski, U.: Umdruck zur Vorlesung Regelungstechnik I. TU Clausthal, Institut für Elektrische Inormationstechnik, 1999 Leonhard, W.: Statistische Analyse linearer Regelsysteme. Teubner, Stuttgart, 1973 Leonhard, W.: Digitale Signalverarbeitung in der Meß- und Regelungstechnik. Teubner, Stuttgart, 1989 Leonhard, W.: Einführung in die Regelungstechnik. Vieweg, Braunschweig, 1981 Linnemann, A: Numerische Methoden für lineare Regelungssysteme. BI-Wissenschafts-Verlag, Mannheim, 1993 Little, J. N. und A. J. Laub: Control Systems Toolbox Users Guide. The Mathworks, Inc., 1990 Matlab Users Guide. The Mathworks, Inc., 1989 Müller, K: Entwurf robuster Regelungen. B. G. Teubner, Stuttgart, 1996 Schlüter, G.: CD-ROM Regelungstechnik. Vorlesungsumdruck und interaktive CDROM zu den Vorlesungen Grundlagen der Regelungstechnik, Zeitdiskrete Regelungstechnik, Fachhochschule Wolfenbüttel, 1999 Schlüter, G.: Digitale Regelungstechnik interaktiv. (Mit interaktiver CDROM zu den Vorlesungen Grundlagen der Regelungstechnik, Zeitdiskrete Regelungstechnik, Fachbuchverlag Leipzig / Carl Hanser Verlag, 2000 Scilab numerical software (open Source) INRIA, Frankreich, 2007 Unbehauen, H.: Regelungstechnik I. Vieweg, Braunschweig, 1982 Wendt, L.: Taschenbuch der Regelungstechnik. Verlag Harri Deutsch, 1998 WinFACT98 Benutzerhandbuch. Ingenieurbüro Dr. Kahlert, Hamm,

12 Undergraduate Courses of Kai Mueller 2.3. Steuerungs- und Feldbustechnik [STF / PMA6] Omron 29 Table 2.3. Organisatorisches Steuerungs- und Feldbustechnik NEWS -- Semestergruppen PT6, Produktionstechnologie Prüfung 1. Angebot (mündlich oder schriftlich) t.b.s. Prüfung 2. Angebot (mündlich oder schriftlich) t.b.s. Art der Lehrveranstaltung Vorlesung 2 SWS +Labor: 2 SWS Beginn Mittwoch, 19. März 2014, 08:00h, Raum Z1090 (Vorlesung) Ende 09. Juli 2014 Termine [Vorlesung]: Mittwoch, 1. Block/Raum Z1090 [Labor/Vorlesung]: Mittwoch, 2. Block/Raum Z1090 Umdruck [Vollständiger STF-Umdruck] 30 [Siemens-Prospekt zur S7-300 SPS] 31 Labore Laborplan 32 [Programmierung der Zustände] 33 [Programmierung der Übergänge] /Skript/stf_all.pdf 31../Tools/SiemensS7300.pdf 32 assets/stflab42.html 33../Softw/spuelm_zust.AWL 34../Softw/spuelm_trans.AWL 8

13 Undergraduate Courses of Kai Mueller Übungs-Klausur mit Lösungen 35 Klausur SS03 / 1. Angebot mit Lösungen 36 ==> weitere Übungsklausur (S05) 37 Klausuren Software ==> weitere Übungsklausur (S06) 38 t.b.s Inhalt Folgende Themen werden behandelt: Steuerungstechnik: SPS (Siemens Step-7 ) IEC Busssysteme in der Automatisierungstechnik: Ethernet Profibus CAN Ergänzende Lehrbücher Gießler, W.: SIMATIC S7, SPS-Einsatzprojektierung und -Programmierung. VDE-Verlag, 2003 Habermann, M. und T. Weiß: STEP 7-Crashkurs. VDE-Verlag, 2002 Kriesel, W., T. Heimbold und D. Telschow: Bustechnologien für die Automation. Hüthig, 1998 Schnell, G.: Busssysteme und der Automatisierungstechnik. Vieweg, 1999 Wellenreuther, W. und D. Zastrow: Steuerungstechnik mit SPS. Vieweg, Wahlveranstaltungen im Sommersemester 2014 von Kai Müller (optional courses) Die Module "ET-DMT" (Digital- und Mikroprozessortechnik) und "AU-RTS" (Regelungstechnik und Simulation)können als Wahlpflichtmodul belegt werden. Beide Module sind Teil der Zulassungsvoraussetzungen für den Master ESD für Bachelorstudiengänge mit 6 Semestern (180 Credits). 35../Klausur/pstfss03.pdf 36../Klausur/stfs031.pdf 37../Klausur/stfs05px.pdf 38../Klausur/stfs06px.pdf 9

14 Undergraduate Courses of Kai Mueller Depending on the audience the course language will be english or german. Die Wahlveranstaltungen sind für alle Studierenden der technischen Fächer geeignet. 10

15 3 Graduate Courses of Kai Mueller [modules for master programs] 3.1. Digital Systems / VHDL [ET-DTV / ESD1] Table 3.1. Organization Digital Systems / VHDL Xilinx 1 NEWS Classes and labs of this module will take place in the first half of this summer term (class 4 hours, lab 4 hours). It ends on May, 09. Study Program Course Language This module is required for SY-SOC (System-on-Chip Design) which starts on May 13. Master Embedded Systems Design [ESD1] English Module Description ET-DTV 2 Exam (1.) t.b.s., room Z1010, Exam (2.) t.b.s., room Z1010,

16 Graduate Courses of Kai Mueller Credits 5 Module Type Lecturer Start of Course class: 4 hours/week lab: 4 hours/week first half of summer term Prof. Dr. Kai Mueller Monday, March 17, 2014, 15:30h, Z1090 End of Course Thursday, May 08, 2014 Class/Lab Dates ==> lab group participants 3 Class #1: Monday, block 5 Class #2: Thursday, block 5 Lab #1 Group 1: Wednesday, block 4 Lab #2 Group 1: Wednesday, block 5 Lab #1 Group 2: Thursday, block 4 Lab #2 Group 2: Thursday, block 5 (all in room Z1090) Mandatory Lab Reports & Deadlines Report #1: Timed state machine (Traffic Light Controller) Deadline: June 10, 2014 Report #2: SPI receiver/ transmitter Deadline: June 17, 2014 Report #3: I2C receiver/transmitter (1 byte read/write) Deadline: June 24, 2014 All designs must be synthesizable. Therefore the Synthesis Script must be part of the report (see below). Every report must contain name and matriculation number - no group report allowed. Started : "Synthesize - XST". Running xst... Command Line: xst -intstyle ise -ifn "C:/Mue/xdev14/spirxtx/spirxtx.x Reading design: spirxtx.prj ================================================== * HDL Parsing * ================================================== Parsing VHDL file "C:\Mue\xdev14\spirxtx\spitx.vhd" into library wo Parsing entity <spitx>. Parsing architecture <Behavioral> of entity <spitx>. Parsing VHDL file "C:\Mue\xdev14\spirxtx\spirx.vhd" into library wo Parsing entity <spirx>. Parsing architecture <Behavioral> of entity <spirx>. Parsing VHDL file "C:\Mue\xdev14\spirxtx\spirxtx.vhd" into library w Parsing entity <spirxtx>. Parsing architecture <Behavioral> of entity <spirxtx>. 3 assets/dtvlab42.html 12

17 Graduate Courses of Kai Mueller ================================================== * HDL Elaboration * ================================================== etc... Timing Summary: Speed Grade: -3 Documents [ESD Sample Design] 4 Minimum period: 2.728ns (Maximum Frequency: MHz) Minimum input arrival time before clock: 3.567ns Maximum output required time after clock: 3.634ns Maximum combinational path delay: No path found ================================================== Process "Synthesize - XST" completed successfully [Complete Course Documentation] 5 (updated) [FPGA Technology Basics] 6 (new) This material has copyright by Xilinx University Program, University of Strathclyde and Steepest Ascend Ltd, 2012 [VHDL Quick Reference] 7 Qualis Corp. Examination Topics [IEEE Standard Logic Quick Reference] 8 Qualis Corp. Test question are selected from the topics below: ==>> [Topics ET-DTV] Course contents Digital Systems Number Systems / Codes Combinational Logic Sequential Systems, State Machines Microprocessors, RISC and CISC Architectures Busses, Ports CPLDs, FPGAs 4../Skript/esd_sample.pdf 5../Skript/etdtv_all.pdf 6../VHDL/FPGA_Techn.pdf 7../VHDL/vhdlref.pdf 8../VHDL/1164qrc.pdf 9 assets/etdtv_topics.pdf 13

18 Graduate Courses of Kai Mueller VHDL Simulation and Verification of Digital Systems Design of Combinational and Sequential Systems Libraries Intellectual Properties Complimentary Documentation K. Urbanski u. R. Woitowitz: Digitaltechnik. Springer, 2000 J. Wakerly: Digital Design: Principles and Practices. Prentice-Hall, 1999 R. Lipsett, C. Schaefer and C. Ussery: VHDL: Hardware Description and Design. Kluwer Academic Publishers, 1990 Xilinx ISE Users's Guide. Xilinx Corp., 2010 Modelsim User's Guide. Mentor Graphics, System-on-Chip Design [SY-SOC / ESD1] Xilinx

19 Graduate Courses of Kai Mueller Table 3.2. Organization System-on-Chip Design NEWS Classes and labs of this module will take place in the second half of this summer term (class 4 hours, lab 4 hours). It starts om May, 19. Study Program Course Language The module ET-DTV (Digital Systems / VHDL) is required to take this course. Master Embedded Systems Design [ESD1] English Module Description SY-SOC 11 Exam (1.) t.b.s., room Z1010, Exam (2.) t.b.s., room Z1010, Credits 5 Module Type Lecturer Start of Course class: 4 hours/week lab: 4 hours/week first half of summer term Prof. Dr. Kai Mueller Monday, May 19, 2014, 15:30h, Z1090 End of Course Thursday, July 04, 2014 Class/Lab Dates ==> lab group participants 12 Class #1: Monday, block 5 Class #2: Thursday, block 5 Lab #1 Group 1: Wednesday, block 4 Lab #2 Group 1: Wednesday, block 5 Lab #1 Group 2: Thursday, block 4 Lab #2 Group 2: Thursday, block 5 Mandatory Lab Reports & Deadlines (all in room Z1090) Report: Industrial System-on-Chip Controller (Drive Control) Deadline: (before exam) The design must be fully synthesized. Therefore the Synthesis Script must be part of the report (see below). Every report must contain name and matriculation number - no group report allowed. All SOC components must be verified by an appropriate "C" progra In addition a triangle function of 10 Hz should be send to DAC chan The triangular function should be filtered by a first order low pass fi with a corner frequency of 10 Hz. The output should be send to DAC Use the interrupt service routine with sampling period of 5ms assets/soclab42.html 15

20 Graduate Courses of Kai Mueller The filter transfer function is z Glp(z) = z The output is shown in below. The filtered output is close to a sine function. The amplitude is smaller than the input function as a result of the 10Hz corner frequency. Documents [Complete Course Documentation] 13 [PicoBlaze User Guide] 14 Xilinx Corp. [PicoBlaze Instruction Set Summary] 15 Xilinx Corp. (very important) Examination Topics [PicoBlaze Instruction Set Reference] 16 Xilinx Corp. (not so important) Test question are selected from the topics below: ==>> [Topics ET-SOC] Course contents Embedded Processors Microprocessor Cores in FPGAs, 8 Bits / 32 Bits Software Development of Embedded CPUs Memory Interface / Memory Controllers Busses Interrupts Real-time Scheduler, Operating Systems Periphery A/D- and D/A-converters Serial Busses Ethernet and Real-time Ethernet Sample applications Simple Industrial Control System 13../Skript/sysoc_all.pdf 14../VHDL/ug129.pdf 15../VHDL/PB_Instr_Sum.pdf 16../VHDL/PB_Instr_Ref.pdf 17 assets/etsoc_topics.pdf 16

21 Graduate Courses of Kai Mueller Simple Medical Device Measurement System Complimentary Documentation J. Wakerly: Digital Design: Principles and Practices. Prentice-Hall, 1999 R. Reis, M. Lubaszewski, J.A.G. Jess: Design of Systems on a Chip: Design and Test Springer 2010 B.M. Al-Hashimi: System-on-Chip: Next Generation Electronics (Circuits, Devices and Systems) Instit. of Eng. and Technology, 2006 Xilinx PicoBlaze Users's Guide. Xilinx Corp., 2010 Xilinx MicroBlaze Users's Guide. Xilinx Corp., 2010 Modelsim User's Guide. Mentor Graphics,

22 4 Bachelor / Master Thesis Diplomarbeiten bzw. Master Thesis im Bereich Automatisierungstechnik, Regelungstechnik oder Messtechnik können können am IAE oder in der Industrie angefertigt weden. Angebote: -- Anschrift: Prof. Dr.-Ing. Kai Müller 1 Hochschule Bremerhaven Institut für Automatisierungs- und Elektrotechnik (IAE) An der Karlstadt Bremerhaven Tel. (0471) mailto:kmueller@hs-bremerhaven.de 18

23 5 Industriepaktika Bei der Beschaffung geeigneter Praktikantenplätze können wir Unterstützung leisten. Anschrift: Prof. Dr.-Ing. Kai Müller 1 Hochschule Bremerhaven Institut für Automatisierungs- und Elektrotechnik (IAE) An der Karlstadt Bremerhaven Tel. (0471) mailto:kmueller@hs-bremerhaven.de 19