Elektronika i techniki mikroprocesorowe

Transkrypt

1 Elektronika i techniki mikroprocesorowe Technika Mikroprocesorowa Układy peryferyjne, komunikacja z uŝytkownikiem Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki Wydział Elektryczny, ul. Krzywoustego 2

2 PLAN WYKŁADU Budowa systemu mikroprocesorowego Zadania układów peryferyjnych i układów komunikacji z uŝytkownikiem Układy peryferyjne: Przetworniki analogowo - cyfrowe Przetworniki cyfrowo - analogowe Pamięci półprzewodnikowe nieulotne Pamięci półprzewodnikowe ulotne Układy komunikacji z uŝytkownikiem: Diody LED Wyświetlacze LED Wyświetlacze LCD i monitory W5: Układy peryferyjne 2

3 Budowa systemu mikroprocesorowego W5: Układy peryferyjne 3

4 Zadania układ adów Wewnętrzne układy peryferyjne systemu mikroprocesorowego: pamięci zawierają programy i dane zapisane w postaci cyfrowej przetworniki przetwarzanie sygnałów ciągłych (z otoczenia) na cyfrowe (uŝyteczne w mikroprocesorze) Układy komunikacji z uŝytkownikiem: klawiatury, panele operatorskie, potencjometry - zadawanie wielkości dla mikroprocesora panele operatorskie, diody, wyświetlacze odczytywanie wielkości z mikroprocesora W5: Układy peryferyjne 4

5 Sygnał ciągły y i dyskretny temperatura[c] czas[min] W5: Układy peryferyjne 5

6 Układy peryferyjne - Przetworniki analogowo-cyfrowe przetwornik analogowo-cyfrowy(a/c) - układ scalony pozwalający na zamianę ciągłych sygnałów wejściowych (najczęściej w postaci sygnałów elektrycznych) na odpowiadającą im wartość cyfrową. W czasie procesu przetwarzania są istotne dwa parametry: - częstotliwość próbkowania sygnału analogowego (w khz) - rozdzielczość sygnału cyfrowego (w bitach). W przetwornikach analogowo-cyfrowych wykorzystuje się dwie metody przetwarzania: - metodę bezpośrednią - metodę wagową. W5: Układy peryferyjne 6

7 Pobieranie sygnału u ciągłego Uwe + - Układ próbkująco-pamiętający K C + - Uwy Uwe Uc Uwy K śledzenie pamiętanie W5: Układy peryferyjne 7 t

8 Przetwornik A/C - metoda bezpośrednia 3-bitowe wyjście binarne 7 6 C 5 B koder BCD 4 3 A V R/2 R R R R R R R/2 U [V] R/2 R R R R R R R/2 Uwe W5: Układy peryferyjne 8

9 Przetwornik A/C - metoda wagowa W5: Układy peryferyjne 9

10 Przetwornika A/C przykłady rozwiąza zań W5: Układy peryferyjne 10

11 Przetwornika A/C - dokładno adność Błąd kwantyzacji Błąd nieliniowości W5: Układy peryferyjne 11

12 Przetwornika A/C - inne rozwiązania zania 1-kanał 24 bitowy przetwornik sigma-delta wewnętrzny oscylator filtr przeciwzakłóceniowy 50/60Hz informacja o przekroczeniu zakresu czas przetwarzania ok.150ms interfejs szeregowy SPI LTC2400 W5: Układy peryferyjne 12

13 LTC struktura wewnętrzna W5: Układy peryferyjne 13

14 LTC sposób b połą łączenia W5: Układy peryferyjne 14

15 Układy peryferyjne - Przetworniki cyfrowo - analogowe przetwornik cyfrowo-analogowy(c/a) - układ scalony pozwalający na zamianę cyfrowego sygnału wejściowego (podanego w bitach) na odpowiadający mu wartość analogową (najczęściej sygnał elektryczny prądu lub napięcia). W czasie procesu przetwarzania są istotne dwa parametry: - szybkość ustalania sygnału wyjściowego (w µs) - rozdzielczość sygnału cyfrowego (w bitach). W przetwornikach analogowo-cyfrowych wykorzystuje się dwie metody przetwarzania: - metodę równoległą - metodę wagową. W5: Układy peryferyjne 15

16 Przetwornik C/A - metoda równolegr wnoległa R R R Vref K3 K2 K1 Uwy U 3/4V ref b1*2 + b0 = V wyj 4 ref Uwyj R K0 2/4V ref dekoder 1z4 1/4V ref b1 b b1b0 W5: Układy peryferyjne 16

17 Przetwornik C/A - metoda wagowa Vref b2 b1 R 2R 4R Uwy dla b2b1b0 = 001 Uwyj = 1/8Vref Vref 4R b0 4R R 2R 4R Uwy W5: Układy peryferyjne 17

18 Przetwornik C/A - parametry komunikacja (szeregowa, równoległa) rozdzielczość szybkość ustalania sygnału wyjściowego napięcie odniesienia Vref (wewnętrzne, zewnętrzne) napięcie zasilania (bipolarne, unipolarne) dokładność Uwyj rzeczywista idealna 3/4V ref 2/4V ref 1/4V ref W5: Układy peryferyjne b1b0 18

19 Przetwornika C/A przykłady rozwiąza zań W5: Układy peryferyjne 19

20 Realizacja przetwornika C/A 8 kanałowy, 14 bitowy C/A dokładność względna ±4b lub ±8b czas ustalania 22us 3 zewnętrzne napięcia odniesienia zasilanie anal. ( )V i (-9..-4)V wpis równoległy, czas dostępu 50ns podwójne buforowanie MAX5264 W5: Układy peryferyjne 20

21 MAX struktura wewnętrzna W5: Układy peryferyjne 21

22 MAX komunikacja W5: Układy peryferyjne 22

23 Układy peryferyjne - Pamięci półprzewodnikowe p przewodnikowe Podział pamięci półprzewodnikowych: pamięci ulotne RAM (Random Access Memory), wykorzystywane jako pamięci danych, których zawartość zanika po wyłączeniu zasilania pamięci nieulotne - zachowują zapisane dane równieŝ po wyłączeniu zasilania, słuŝące jako pamięć programu lub do zapisu parametrów w systemie mikroprocesorowym, które muszą być zapamiętane po wyłączeniu. Wśród tego typu pamięci wyróŝnia się: ROM (Read Only Memory) EPROM EEPROM FLASH W5: Układy peryferyjne 23

24 Idea pamięci półprzewodnikowych p przewodnikowych A 3 A 4 A 1 A Odczyt: -adres komórki na szynę adresową, przykładowo sygnał Read -na szynie danych pojawia się zawartość komórki Dane Szyna adresowa A 1 A 2 A 3 A 4 W5: Układy peryferyjne 24

25 Idea pamięci półprzewodnikowych p przewodnikowych A 3 A 4 Zapis: -adres komórki na szynę adresową, przykładowo wartość do zapisania na szynę danych, przykładowo 1 -sygnał Write A 1 A Dane Szyna adresowa A 1 A 2 A 3 A 4 W5: Układy peryferyjne 25

26 RAM (Random Access Memory) DRAM: -stosowane w komputerach -duŝe pojemności -duŝa gęstość upakowania -wymagają odświeŝania (16k/32ms) -pojemności do 2 GB (256Mx72b) -czasy dostępu (ok. 60ns) Podział pamięci RAM: pamięci dynamiczne DRAM pamięci statyczne RAM RAM: -stosowane w systemach sterowania i jako pamięć podręczna w up PC -fizycznie większe od DRAM (6x) -brak odświeŝania -zawartość zanika po wyłączaniu U -droŝsze od DRAM -pojemności do 16Mb (1Mx16b) -czasy dostępu do 10ns W5: Układy peryferyjne 26

27 RAM (Odczyt - czas dostępu) W5: Układy peryferyjne 27

28 ROM (Read( Only Memory), EPROM W5: Układy peryferyjne 28

29 EPROM - przykład pamięci 27C256 32k bajtów zasilane +5V min czas dostępu 45ns napięcie programujące 12,75V±0,25V czas programowania 100µs/bajt zadania: -program -stałe dane W5: Układy peryferyjne 29

30 EPROM - programowanie kasownik pamięci EPROM W5: Układy peryferyjne 30

31 Pamięci EEPROM - przegląd W5: Układy peryferyjne 31

32 EEPROM - przykład 28C64B 8kB czas dostępu 150ns zaspis 10ms/stronę 64B 100tys cykli zapisu czas utrzymania danych 10 lat zasilanie 5V±10 kontrola zapisu W5: Układy peryferyjne 32

33 Pamięci FLASH - przegląd W5: Układy peryferyjne 33

34 FLASH - przykład AT29C512 64k bajtów 70ns czas dostępu 5V napięcie zasilania i programowania 512 sektorów po 128 bajtów czas programowania sektora 10ms 10tys cykli reprogramowania zabezpieczenie przed wpisem W5: Układy peryferyjne 34

35 FLASH - przykład AT29C512 Dopuszczalne operacje W5: Układy peryferyjne 35

36 Komunikacja z uŝytkownikiem u Diody LED Zalety: łatwy dobór wielkości diody LED do potrzeb wyraźnie widoczne, nawet w ciemnościach, z kilku metrów wysoka odporność na warunki atmosferyczne niezawodność długi czas pracy łatwe sterowanie róŝne kolory Wady: skromne moŝliwości wyświetlania (0 lub 1) R 5V W5: Układy peryferyjne 36

37 Diody LED - przykład kolory: czerwony, zielony, Ŝółty typowy prąd 10mA szczytowy prąd 160mA przy 1/10 W5: Układy peryferyjne 37

38 Komunikacja z uŝytkownikiem u Wyświetlacze LED Zalety: łatwy dobór wielkości znaków 7, mm wyraźnie widoczne, nawet w ciemnościach, z kilku metrów wysoka odporność na warunki atmosferyczne niezawodność długi czas pracy łatwe sterowanie Wady: skromne moŝliwości wyświetlania znaków (głównie cyfry) duŝy pobór energii na segment (10 ma) - wiele cyfr!!! W5: Układy peryferyjne 38

39 Wyświetlacze LED 7 segmentowe (pojedyncze, podwójne, alfanumeryczne, cyfrowe) 14 segmentowe matrycowe W5: Układy peryferyjne 39

40 Wyświetlacz LED 7 segmentowy EVERLIGHT S512IDR W5: Układy peryferyjne 40

41 Komunikacja z uŝytkownikiem u Wyświetlacze LCD Podział: alfanumeryczne graficzne graficzne/alfanumeryczne Zalety: szerokie moŝliwości przekazywania informacji niski pobór mocy duŝe moŝliwości sterowania obrazem (migotanie kursora) Wady: problemy z czytelnością wymagają podświetlania dość skomplikowane sterowanie W5: Układy peryferyjne 41

42 Wyświetlacze LCD alfanumeryczne PARAMETRY Rozmiar (1..4 linii, znaków) podświetlanie (diody LED) tablice znaków własne znaki WYŚWIETLACZE WH2002 i WH 2004: Rozmiar 2 linie po 20 znaków; 4 linie po 20 znaków Zasilanie +5V (pobór prądu 1,6mA) czas odpowiedzi optycznej 150ms podświetlanie LED 280mA czas Ŝycia 100 tys h W5: Układy peryferyjne 42

43 Wyświetlacze LCD alfanumeryczne DOSTĘPNE ZNAKI W5: Układy peryferyjne 43

44 Wyświetlacze graficzny Hitachi LMG7400PLFC tryb graficzny (240*128) i alfanumeryczny (30 znaków * 16 linii) Podświetlanie warstwa luminoforu ze świetówką (360V, 70kHz, 2,5mA) standardowy interface Zasilanie +5V (ok.. 10mA), -15V (ok.. 2,5 ma) W5: Układy peryferyjne 44

45 Wyświetlacze graficzny Hitachi TRYB GRAFICZNY (8 bitowe dane) TRYB TEKSTOWY (8 bitowe znaki) W5: Układy peryferyjne 45

46 KONIEC WYKŁADU NR 6 W5: Układy peryferyjne 46