F7DIPBA - Pokročilé biomedicínské aplikace mikroprocesorové techniky

Cílem předmětu je seznámit studenty s principy mikroprocesorové techniky v biomedicínckých přístrojových systémech, při snímání, přenosu a zpracování biologických signálů a dat. Součástí předmětu jsou také praktické ukázky designu a programování moderních embedded systémů a implementace vybraných algoritmů pro zpracování biosignálů v mikroprocesorových systémech.

Standardně probíhá výuka kontaktní formou a předmět je zakončen ústní zkouškou, které předchází písemná příprava. V případě, že počet studentů je menší než 5, může výuka probíhat v podobě řízeného samostudia s pravidelnými konzultacemi. Dále je požadováno vypracování písemné studie studentem na zadané téma z oboru. Podmínkou pro připuštění ke zkoušce je absolvování dvou laboratorních cvičení (doloženo protokolem podepsaným studentem, vedoucím cvičení a garantem předmětu). Protokoly budou archivovány v referátu pro doktorské studium.

Přednášky:

1. Stavební prvky mikroprocesorového systému a připojování základních periferií.

2. Digitální vstupy a výstupy, využití čítačů a časovačů mikrokontroléru.

3. Využití řadiče přerušení.

4. A/D a D/A převodníky a moderní analogové frontendy pro měření biosignálů.

5. Sériová a paralelní komunikace mikropočítačů s okolím.

6. Bezdrátové lokální komunikace pomocí ZigBee, XBee, a Bluetooth

7. Dálková komunikace mikrokontroléru pomocí Ethernet, WiFi a datového připojení LTE/3G/4G.

8. Klony architektur ATMega, ARM Cortex M0, M3, M4 a jejich porovnání.

9. Metody ladění firmwaru v embedded zařízeních, využití JTAG rozhraní, remote debugging.

10. Vybrané algoritmy předzpracování a inteligentní segmentace biologických časových řad a jejich implementace na úrovni mikrokontroléru (FFT, SFFT, vlnková transformace).

Cvičení:

1. Metoda plovoucího časového okna a extrakce příznaků z biologických časových řad v reálném čase.

2. Návrh a realizace číslicových filtrů FIR a IIR v mikroprocesorovém systému

Orientace v biomedicínských aplikacích mikroprocesorové techniky. Seznámení s principy mikroprocesorové techniky v biomedicínckých přístrojových systémech, při snímání, přenosu a zpracování biologických signálů a dat. Praktické ukázky designu a programování moderních embedded systémů a implementace vybraných algoritmů pro zpracování biosignálů v mikroprocesorových systémech.

Povinná:

[1] Brtník B., Matoušek D.: Mikroprocesorová technika, BEN 2011.

[2] Oppenheim: Digital Signal Processing, Pearson 2015.

[3] Kernighan, Ritchie: Programovací jazyk C (reedice podle standardu ANSI C), Computer Press 2008.

Doporučená:

[1] Alessio, S.M.: Digital Signal Processing and Spectral Analysis for Scientists, Springer 2016.

[2] Mahmood, N.: Signals and Systems, McGraw-Hill 2014.

[3] William H. Press et al.: Numerical Recipes in C (3th edition), Cambridge University Press 2007.

Modul D