BME EETender/eet_ebook/BMEVIEEM371/bevezetes.pdf · Tipikus vez erl esi feladatok: Anal og jelek...
26
Bevezet´ es A mikrovez´ erl˝ ok F˝obbgy´ art´ok Mikrovez´ erl˝ok Nagy Gergely BME EET 2012. ´ aprilis 4. ready ebook
Transcript of BME EETender/eet_ebook/BMEVIEEM371/bevezetes.pdf · Tipikus vez erl esi feladatok: Anal og jelek...
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
Mikrovezerlok
Nagy Gergely
BME EET
2012. aprilis 4.
readyebook
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
1 BevezetesAttekintesAz elektronikai tervezes eszkozeiMikroprocesszorok
2 A mikrovezerlok
3 Fobb gyartok
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
Attekintes
A mikrovezerlok az elektronikai tervezesben
A mikrovezerlok architekturaja
Az alapveto reszegysegeik
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
Az elektronikai tervezes eszkozei I.
Megvalosıtasi lehetosegek:Diszkret elemekbol valo epıtkezes
Olcsobb, rovidebb fejlesztesi idoKonnyebben kiprobalhato, modosıthato a terv meg a kesoifazisokban is
ASIC aramkor – chip tervezes
A feladathoz pontosan illeszkedo megoldasOptimalis meret, fogyasztas, sebesseg
A tovabbiakban a diszkret elemekbol felepulo aramkoroktervezesevel foglalkozunk
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
Az elektronikai tervezes eszkozei II.
A donteshozatal, vezerles, kommunikacio problemaja: hamarfelmerul egy bonyolultabb feladat eseten, hogy
Egy funkcio engedelyezese bizonyos mennyisegekertekenek a fuggvenyeben (termosztat)Egy beavatkozo egyseg vezerlese mert mennyisegekertekenek a fuggvenyeben (kijelzo hattervilagıtasa afenyviszonyok fuggvenyeben)Adatok vetele/adasa mas aramkori egysegek, PC, stb. fele(meres-adatgyujtes)Sok egyeb pelda letezik...
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
Az elektronikai tervezes eszkozei III.
A fenti feladatok altalaban nem oldhatoak meg hatekonyandiszkret logikai elemek segıtsegevel (kapuk, flopok).
Osszetettebb vezerlo aramkorokre van szukseg:
FPGAmikrovezerlo
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
Az elektronikai tervezes eszkozei IV. – FPGA
Programozhato modon konfiguralhato digitalisaramkorok
Kapcsolasi rajzzal vagy HDL-el lehet tervezni
Valodi parhuzamossag valosıthato meg
Kozel ASIC szinten, a feladathoz igazodo digitalis aramkortnyerunk
Gyors es bonyolult rendszerek valosıthatoak meg veluk
Tisztan digitalisak
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
Az elektronikai tervezes eszkozei V. – Processzorok
Programot futtato altalanos digitalis aramkorok
Szekvencialis vegrehajtasra kepesek (egyik programsor a masikutan)
Assemblyben, vagy magas szintu programnyelven (BASIC, C,stb.) programozhatoak
Altalanos aramkorok, architekturalisan nem illeszkednek afeladathoz
Specialis csoportjuk a mikrovezerlok, melye analog es digitalisaramkori megoldasokhoz lettek kialakıtva
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
Mikroprocesszorok I.
Tipikus vezerlesi feladatok:
Analog jelek digitalizalasa es feldolgozasa
Idozıtes
Kulso jelek figyelese es reagalas a valtozasokra
Kommunikacio mas aramkorokkel:
sok digitalis port biztosıtasakulonbozo protokollok megvalosıtasa (USART, I2C, SPI, stb.)
Digitalis-analog atalakıtasa es/vagy pulzus-szelessegmodulacio (PWM)
A mikrovezerlok olyan processzorok, amelyek kiegeszulnek afenti funkciokkal.
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
Mikroprocesszorok II.
Felepıtesuk alkalmazkodik a felhasznalasi terulethez,igenyekhez:
Kis fogyasztas
Kis zavarerzekenyseg (egy vezerles nem”szallhat el”!)
Egyszeru, gyorsan vegrehajthato utasıtaskeszlet
Gyors fetch muveletet biztosıto architektura
Vedelem a tapfeszultseg-ingadozas miatti mukodesi hibak ellen
Lefagyas-vedelem
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
Mikroprocesszorok III.
Bar univerzalis aramkorok, de leteznek egy adott felhasznalasiteruletre specialisan alkalmazhato tıpusok:
Autoelektronika (CAN-busz)
RF kommunikacio (ZigBee, Bluetooth)
Vilagıtastechnika
LCD vezerles
Elemes alkalmazasok
USB-s alkalmazasok
...
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
1 Bevezetes
2 A mikrovezerlokA mikrovezerlok architekturajaA mikrovezerlok fobb egysegei
3 Fobb gyartok
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok architekturaja I.
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok architekturaja II.
Altalaban Harvard-architektura
A program- es az adatmemoriakulon helyezkedik el
Program memoria flash,adatmemoria RAM
Egy orajel alatt elvegezheto azutasıtas es az operandusokelovetele (fetch)
A programmemoria zavarvedettebb
Az adat es a programmemorialehet kulonbozo szelessegu
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok architekturaja III.
RISC utasıtaskeszlet:
Reduced Instruction Set Computer
Kis szamu, egyszeru utasıtast ismer
Az utasıtasok lehetnek ugyanolyan szelesek, ıgy egyszerubb esgyorsabb a feldolgozasuk (legtobb utasıtas vegrehajtasi ideje:1 orajel ciklus!)
A muveleteket alapvetoen regiszterekben vegzik el (mivelkeves cımzesi mod van, es a regiszteresek preferaltak) – ennekkovetkezmenye, hogy a RISC processzorokban altalaban sok aregiszter (pl. ATmega8: 32 altalanos celu regiszter van)
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok architekturaja IV.
A gepi szohossz: 4, 8, 16, 32 bit
4 bites: mar nem jellemzo
8 bites: az egyszerubb vezerlok koreben a legelterjedtebbpillanatnyilag
16 bites: pl. a gepkocsik ABS-eben
32 bites: egyre elterjedtebb, fokepp a nagy mikrovezerlokkoreben
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok architekturaja V.
A parhuzamossag megvalosıtasa
Maga a CPU szekvencialis, de a tobbi reszegysegmukodokepes onalloan
Igy pl. egy AD atalakıtas ideje alatt dolgozhatunk (pl.Feldolgozhatjuk az elozo adatot)
Ennek megvalosıtasahoz szukseg van megszakıtasokra,amelyek jelzik a program szamara egy parhuzamosan vegzettmuvelet megtortentet, allapotat
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok fobb egysegei I.
A mikrovezerlok fobb egysegei:
Digitalis portok
Kulso megszakıtasok
Idozıtok
AD-atalakıto
Analog komparator
Kommunikacios interfeszek:
SPIUARTTWI
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok fobb egysegei II.
Digitalis portok:
Ki- es bemenetkent is hasznalhatoak
A beolvasas es a kiıras is egy regiszter megfelelo bitjenek amegvizsgalasa illetve beallıtasa
Beallıthato rajuk egy belso felhuzo ellenallas (ez olyankor ishasznos, ha nincsenek hasznalatban, ugyanis a lebego labonaram szivaroghat)
A labak aramterhelhetosege korlatos (∼10 mA)
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok fobb egysegei III.
Kulso megszakıtasok
Egy kulso esemeny (felfuto/lefuto el, logikai szint) hardveresmegszakıtast valt ki az eszkozben
Egy ilyen labnak az erteket programbol valtoztatvakialakıthato szoftveres interrupt is
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok fobb egysegei IV.
Idozıtok:
Idozıtes
Bemenet figyeles (frekvenciameres)
Kimeneti komparalas
PWM
WDT
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok fobb egysegei V.
Az A/D atalakıto
Felbontas: 8-12 bit
Kulon tapfeszultseg
Belso / kulso referencia
Tobb, multiplexelt csatorna
Egyszeri vagy sorozatos konverzio mod
Interupttal jelzi a konverzio befejeztet
Sleep moddal segıtett zajszures
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok fobb egysegei VI.
Kommunikacios protokolok – UART
RS-232, soros protokoll
Ipari szabvany, hasznalhato digitalis eszkozok kozottikommunikaciora
A PC soros portjan keresztul a szamıtogephez valokapcsolodas legegyszerubb eszkoze
A soros allapotgep altalaban automatikusan mukodik, csakmeg kell adni / ki kell olvasni a kuldendo / fogadott bajtot
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok fobb egysegei VII.
Kommunikacios protokolok – TWI
Two-wire Interface
I2C – soros, ketvezetekes protokoll
A Philips fejlesztette ki
Elonye, hogy hardveresen nagyon egyszeru megvalosıtani
Sok erzekelo IC hasznalja (pl. DS1621 – homerseklet mero IC)
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
A mikrovezerlok fobb egysegei VIII.
Kommunikacios protokolok – SPI
Serial Peripheral Interface
Szinten elterjedt protokoll – peldaul ismerik az SD kartyak
Az Atmel mikrovezerlok felprogramozasa is tortenhet SPI-nkeresztul
Bevezetes A mikrovezerlok Fobb gyartok
Nagy mikrovezerloket gyarto cegek
