Embedded Systems für Maschinenbau

Fakultät

Fakultät Ingenieurwissenschaften und Informatik (IuI)

Version

Version 1 vom 20.02.2026.

Modulkennung

11B2316

Niveaustufe

Bachelor

Unterrichtssprache

Deutsch

ECTS-Leistungspunkte und Benotung

5.0

Häufigkeit des Angebots des Moduls

Winter- und Sommersemester

Dauer des Moduls

1 Semester

 

 

Kurzbeschreibung

Embedded Systems (deutsch: eingebettete Systeme) sind kombinierte Hard- und Software-Systeme, die in mechatronischen Produkten zur Steuerung, Regelung und zur kommunikativen Integration benötigt werden. Sie verfügen in der Regel nur über begrenzte, dem Einsatzfall angepasste Ressourcen. Daneben werden an das Zeitverhalten häufig besondere Anforderungen gestellt.

Lehr-Lerninhalte

  1. Konzeptionelle Grundlagen
    • Hardware, Firmware, Software
    • Anforderungen und Ziele
    • Ausgewählte Anwendungsbeispiele
    • Vorstellung der semesterbegleitenden Entwurfsaufgabe
  2. Hardware von Eingebetteten Systemen
    • Microcontroller, Mikroprozessor, DSP, FPGA/CPLD, RAM, ROM, Taktgeber
    • Unmittelbare Peripherie
      • Beispiele: Timer, GPIO, ADC/DAC, I2C, I2S, SPI, I2C, USB, Wifi, Ethernet Mac
    • Relevanz der unmittelbaren Peripherie auf das Systemverhalten
      • Timer, DMA, Interrupt, Standby/LowPower
    • Mittelbare Peripherie in mechatronischen Systeme
      • Beispiele: Leistungstreiber für Antriebe, Messverstärker/DAC/ADC, Displays, Energiemanagement (PMU, Akkumanagement), Kommunikationsmodule (Ethernet PHY, 2,4GHz, GPS, 4G)
  3. Grundkurs: Programmierung in C++
  4. Firmware von eingebetteten Systemen
    • Schichtenmodell / Hardwareabstraktion 
    • Echtzeitbetriebssysteme (Multithreading: Prozesskommunikation, Synchronisation)
    • Speicherverwaltung
    • Energieverwaltung
    • Funktionale Sicherheit
  5. Projektierung von eingebetteten Systemen (Teile 1-3 zu Beginn des Semesters, bester Entwurf von Studierenden wird ausgewählt und zu einem Fertiger gesendet)
    1. Konzeptentwurf Hardware am Beispiel (z.B. "Fahrroboter mit Handy-Fernsteuerung")
    2. Schaltplanentwurf mit EDA-Software
    3. Platinen-Entwurf mit EDA-Software
    4. Konzeptentwurf Software
    5. Umsetzung der Software
    6. Test- und Debugging-Möglichkeiten bei eingebetteten Systemen

Gesamtarbeitsaufwand

Der Arbeitsaufwand für das Modul umfasst insgesamt 150 Stunden (siehe auch "ECTS-Leistungspunkte und Benotung").

Lehr- und Lernformen
Dozentengebundenes Lernen
Std. WorkloadLehrtypMediale UmsetzungKonkretisierung
45Vorlesung-
15Labor-Aktivität-
Dozentenungebundenes Lernen
Std. WorkloadLehrtypMediale UmsetzungKonkretisierung
15Veranstaltungsvor- und -nachbereitung-
15Prüfungsvorbereitung-
60Erstellung von Prüfungsleistungen-
Benotete Prüfungsleistung
  • Portfolio-Prüfungsleistung
Unbenotete Prüfungsleistung
  • experimentelle Arbeit
Bemerkung zur Prüfungsart

Die Portfolio-Prüfung umfasst 100 Punkte und besteht aus einer Präsentation und einer mündlichen Prüfung. Mit der Präsentation können maximal 60 Punkte erzielt werden, mit der mündlichen Prüfung können maximal 40 Punkte erzielt werden.

Die Prüfungsleistung "Experimentelle Arbeit" wird erfolgreich absolviert, wenn eine Anwesenheit und eine aktive Mitarbeit bei den Praktikumsterminen attestiert werden kann. Nach derzeitiger Planung soll im Rahmen eines einzigen, durchgehenden Versuchs ein eingebettetes Beispielsystem durch die Studierenden schrittweise und unter Supervision durch den Lehrenden aufgebaut werden.

Prüfungsdauer und Prüfungsumfang

Benotete Prüfungsleistung:

  • Portfolio-Prüfung:
    Präsentation: 20 bis 30 Minuten
    mündliche Prüfung: siehe jeweils gültigen Allgemeinen Teil der Prüfungsordnung

Unbenotete Prüfungsleistung:

  • Die Prüfungsleistung "Experimentelle Arbeit" wird erfolgreich absolviert, wenn eine Anwesenheit und eine aktive Mitarbeit bei den Praktikumsterminen attestiert werden kann. Nach derzeitiger Planung soll im Rahmen eines einzigen, durchgehenden Versuchs ein eingebettetes Beispielsystem durch die Studierenden schrittweise und unter Supervision durch den Lehrenden aufgebaut werden.

Empfohlene Vorkenntnisse

Erfolgreicher Besuch von Elektrotechnik und Informatik

Wissensverbreiterung

Die Studierenden kennen die wesentlichen Begriffe und Attribute im Umfeld eingebetteter Systeme. Sie sind in der Lage, Anforderungsprofile für verschiedene Anwendungsfälle zu erstellen und dazu passende marktübliche Hardwarekomponenten auszuwählen. Darüber hinaus können sie den Aufwand für die Softwareimplementierung abschätzen und einfache Softwaremodule eigenständig entwerfen. Die Studierenden sind mit den notwendigen Aufgaben in einem realen Entwicklungsprojekt vertraut und können dieses Wissen nutzen, um das vorlesungsbegleitende Projekt sowohl fachlich als auch organisatorisch sinnvoll zu gestalten.

Wissensvertiefung

Die Studierenden können die spezifischen Besonderheiten eingebetteter Systeme bei der Softwareentwicklung erörtern und den Möglichkeiten von PC-basierten Umgebungen gegenüberstellen.

Wissensverständnis

Die Studierenden können eine einfache Problemstellung analysieren und passende Lösungsarchitekturen in der Gruppe diskutieren. Sie können schließlich nach kritischer Reflektion eine Entscheidung fällen und mit der Umsetzung beginnen. Im Prozess sind die Stuiderenden in der Lage, alle Entwicklungsschritte im Bereich von Hard- und Software kritisch zu hinterfragen und nach Abschluss zu reflektieren.

Nutzung und Transfer

Dieim Rahmen des Praktikums/Übung umgesetze Projektaufgabe wird der beruflichen Realität eines Maschinenbauers entnommen. Alle erlernten Kompetenzen haben damit unmittelbaren Verwendungs- und Verwendungszusammenhang. Die Studierenden können ihre Fähigkeiten im Bereich von eingebetteten Systeme beruflich nutzen und zu anderen Problemstellungen transferieren.

Wissenschaftliches Selbstverständnis / Professionalität

Die Absolventinnen und Absolventen des Moduls sind in der Lage, einen professionellen Entwicklungsprozess für eingebettete Systeme einzurichten und ihn zum erfolgreichen Abschluss zu bringen. Im Rahmen des Moduls lernen sie eine Auswahl der dafür fachlich erforderlichen Werkzeuge kennen.

Literatur

Marwedel, P. (2021). Eingebettete Systeme: Grundlagen Eingebetteter Systeme in Cyber-Physikalischen Systemen. Springer Vieweg.

Zickert, G. (2023). Leiterplatten: Stromlaufplan, Layout und Fertigung. Carl Hanser Verlag GmbH  Co KG.

Verwendbarkeit nach Studiengängen

  • Fahrzeugtechnik (Bachelor)
    • Fahrzeugtechnik B.Sc. (01.09.2025)

  • Maschinenbau im Praxisverbund
    • Maschinenbau im Praxisverbund B.Sc. (01.03.2026)

  • Maschinenbau (Bachelor)
    • Maschinenbau B.Sc. (01.09.2025)

    Modulpromotor*in
    • Liebler, Klaus
    Lehrende
    • Liebler, Klaus