Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Transkrypt

1 Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska Opracowanie na podstawie Hadam P.: Projektowanie systemów mikroprocesorowych, BTC, Warszawa 2004; i inne

2 Embeded Systems - Systemy wbudowane WSN Wireless Sensor Networks Bezprzewodowe sieci sensorowe RFID - Radio-frequency identification NFC Near Field Communication Komunikacja bliskiego zasięgu Internet of Things Internet rzeczy Smart Metering Inteligentne pomiary HAN Home Area Networks Sieci domowe Zygmunt Kubiak 2

3 EP2/03 Zasilanie Napięcie zasilania, prąd Stabilizator napięcia (nap. Wejściowe, moc) Kondensatory C1, C2 bezindukcyjne; C4, C5 Zasilanie bateryjne, akumulatorki Zygmunt Kubiak 3

4 Stabilizator impulsowy (przełączający) Zalety: wysoka sprawność, duży zakres wejściowych napięć zasilania Wady: wymagana skuteczna filtracja, dławik L Zygmunt Kubiak 4

5 Zygmunt Kubiak 5

6 Zasilanie bateryjne, akumulatorki D1 dioda krzemowa D2 - Dioda Schottkyego niższy spadek napięcia R1 określa prąd ładowania akumulatorków EP3/ Zygmunt Kubiak 6

7 Zasilanie włączane tylko na czas naciśnięcia przycisku Naciśnięcie na czas minimum wymagany do zerowania mikrokontrolera Inne metody ograniczenia poboru mocy obniżenie napięcia zasilania, zmniejszenie częstotliwości zegara, tryby obniżonej mocy EP3/ Zygmunt Kubiak 7

8 Zerowanie mikrokontrolera Bramka Schmitta formuje impuls EP4/ Zygmunt Kubiak 8

9 Prosty układ watchdog a EP4/ Zygmunt Kubiak 9

10 Taktowanie mikrokontrolera EP4/ Zygmunt Kubiak 10

11 Dołączanie układów wyjściowych do mikrokontrolera Tranzystor PNP Rezystor R1 ogranicza prąd bazy; jego wartość określa głębokość nasycenia tranzystora R2 nie jest konieczny skraca czas nasycenia, zmniejsza prąd kolektora dla stanu P0.1 = 1 Obciążenie jest aktywne dla stanu P0.1 = 0 EP5/ Zygmunt Kubiak 11

12 Dołączanie układów wyjściowych do mikrokontrolera EP5/03 Tranzystor NPN Rezystor R1 konieczny w przypadku wyjścia typu otwarty kolektor (otwarty dren); w takim przypadku R2 (nie jest wymagany) stanowi zabezpieczenie wyjścia w przypadku zwarcia B-K w T1 W przypadku wyjścia push-pull, R1 jest zbyteczny Obciążenie jest aktywne dla stanu P0.1 = Zygmunt Kubiak 12

13 Dołączanie układów wyjściowych do mikrokontrolera Rezystor R1 konieczny w przypadku wyjścia typu otwarty kolektor (otwarty dren) W przypadku wyjścia push-pull, R1 jest zbyteczny EP5/ Zygmunt Kubiak 13

14 Dołączanie układów wyjściowych do mikrokontrolera EP5/03 Podłączanie diody LED Rozwiązanie przedstawione na rysunku jest najkorzystniejsze bo niezależne od typu wyjścia Do świecenia diody wystarczy prąd od kilku do kilkunastu ma; takie wartości dopuszczalne są właściwie dla wszystkich mikrokontrolerów Dioda świeci dla stanu P0.1 = Zygmunt Kubiak 14

15 Sterowanie wejść mikrokontrolera Dla poprawnej pracy układów rezystory są niezbędne, chyba że dostępny jest tryb pracy wejść z wewnętrznym rezystorem podciągającym Zewnętrzne rezystory mogą mieć duże wartości rzędu kilkudziesięciu k Naciśnięty SW1 generuje sygnał P0.3 = 1 Naciśnięty SW2 generuje sygnał P0.1 = 0 EP5/ Zygmunt Kubiak 15

16 Sterowanie wejść mikrokontrolera Jeżeli układy wejściowe posiadają wyjścia komplementarne (push-pull) dodatkowe rezystory nie są potrzebne EP5/ Zygmunt Kubiak 16

17 Sterowanie układami o innej wartości napięcia zasilania Pokazane rozwiązanie jest niepoprawne; poziom przełączania układów CMOS wynosi połowy napięcia zasilania Przy napięciu zasilania CMOS równym 8V układ będzie działał EP5/ Zygmunt Kubiak 17

18 Sterowanie układami o innej wartości napięcia zasilania Rozwiązanie poprawne dla ustawionego trybu wyjścia push-pull Dodatkowy tranzystor realizuje konwersję poziomów napięć, ale odwraca sygnał EP5/ Zygmunt Kubiak 18

19 Sterowanie układami o innej wartości napięcia zasilania Poprawne rozwiązanie z użyciem wzmacniacza operacyjnego Można stosować również specjalne układy konwersji poziomów napięć EP5/ Zygmunt Kubiak 19

20 Współpraca z układami wejściowymi o wyższej wartości napięcia zasilania Układ niepoprawny może spowodować uszkodzenie mikrokontrolera EP5/ Zygmunt Kubiak 20

21 Współpraca z układami wejściowymi o wyższej wartości napięcia zasilania EP5/03 Najprostszy sposób rozwiązania problemu Gdy układ zewnętrzny jest w stanie wysokim, dioda D1 spolaryzowana jest zaporowo mikrokontroler odczytuje ten stan jako 1 (jeżeli wewnętrzny rezystor podciągający nie jest załączony to należy dodać rezystor zewnętrzny Gdy układ zewnętrzny jest w stanie niskim, dioda D1 przewodzi; aby obniżyć napięcie na wejściu P3.1 najlepiej zastosować diodę Schottky ego Zygmunt Kubiak 21

22 Sterowanie diodami LED Zalecany sposób sterowania diody LED Wartość rezystora można obliczyć następująco R ogr = (5-0,5-U f )/I f, gdzie U f spadek napięcia na diodzie, I f z reguły ograniczenie leży po stronie mikrokontrolera sprawdzić w dokumentacji EP 6/ Zygmunt Kubiak 22

23 Sterowanie diodami LED Rozwiązanie możliwe do zastosowania w niektórych mikrokontrolerach EP 6/ Zygmunt Kubiak 23

24 Sterowanie diodami LED Rozwiązanie niezalecane duży pobór prądu gdy dioda nie świeci EP 6/ Zygmunt Kubiak 24

25 Sterowanie diodami LED Tranzystor w roli wzmacniacza EP 6/ Zygmunt Kubiak 25

26 Sterowanie diodami LED Wykorzystanie specjalnego układu wzmacniacza pozwala na stosowanie większych prądów EP 6/ Zygmunt Kubiak 26

27 Sterowanie wyświetlaczem LED (ze wspólną anodą) Ze względu na dynamiczne (sekwencyjne) przełączanie cyfr wymagany większy prąd mniejsze wartości rezystorów R1.. R8 Częstotliwość przełączania nie mniejsza od Hz EP 7/ Zygmunt Kubiak 27

28 Sterowanie wyświetlaczem LED (ze wspólną anodą) Kodowanie wyświetlanych cyfr EP 7/ Zygmunt Kubiak 28

29 Sterowanie linijki świetlnej (ze wspólną anodą) Wykorzystanie rejestru szeregowo-równoległego ograniczyło liczbę koniecznych wyjść do 4 EP 7/ Zygmunt Kubiak 29

30 Sterowanie alfanumerycznym wyświetlaczem LCD Połączenie mikrokontrolera z wyświetlaczem LCD, wyposażonym w sterownik HD44780 EP 8/ Zygmunt Kubiak 30

31 Sterowanie układami mocy Sterowanie przekaźnikiem wyłączanie cewki przekaźnika powoduje powstanie przepięć konieczne zastosowanie diody Przekaźnik może być zasilany z innego napięcia EP 8/ Zygmunt Kubiak 31

32 Sterowanie układami mocy Sterowanie optotriakiem zastosowany w przykładzie układ MOC3043 zawiera układ wykrywania przejścia przez zero, co pozwala na uniknięcie zakłóceń przełączeniowych EP 8/ Zygmunt Kubiak 32

33 Sterowanie układami mocy W obwodach stałoprądowych obciążenie najlepiej załączać przy pomocy tranzystora MOSFET dużej mocy Ponieważ napięcie progowe dla takich tranzystorów jest duże (np. 8V) w układzie zastosowano wzmacniacz operacyjny EP 8/ Zygmunt Kubiak 33

34 Podłączanie czujników do mikrokontrolera EP 9/03 Fotodioda spolaryzowana jest w kierunku zaporowym Aby uzyskać efekt pracy dwustanowej zastosowano dodatkowy wzmacniacz tranzystorowy przekroczenie ustawionej wartości progowej powoduje nasycenie tranzystora Czułość można regulować przez dobór wartości rezystora R Zygmunt Kubiak 34

35 Podłączanie czujników do mikrokontrolera Fototranzystor zapewnia znacznie większą czułość, pozwala na rezygnację z dodatkowego tranzystora EP 9/ Zygmunt Kubiak 35

36 Podłączanie czujników do mikrokontrolera Podwójny fototranzystor wykorzystywany jest do wykrywania kierunku ruchu obiektu Tego typu konstrukcja stosowana jest np. w myszce dla każdej współrzędnej EP 9/ Zygmunt Kubiak 36

37 EP 9/03 Podłączanie czujników do mikrokontrolera Podłączanie elementów stykowych, np. styki przekaźników, kontaktrony itp. Konfiguracja rzadko stosowana W przypadku włączonego wewnętrznego rezystora podciągającego wymagana mała wartość rezystancji R1 Stosunkowo duży pobór prądu przy załączonym styku Przypadkowe przełączenie portu do trybu wyjściowego może uszkodzić mikrokontroler Zygmunt Kubiak 37

38 Podłączanie czujników do mikrokontrolera Najczęściej stosowane rozwiązanie W przypadku włączonego wewnętrznego rezystora podciągającego rezystor R1 jest zbyteczny R1 może być wykorzystany do ustawienia optymalnego prądu styku, gwarantującego samooczyszczanie EP 9/ Zygmunt Kubiak 38

39 Podłączanie czujników do mikrokontrolera Gdy styk jest elementem urządzenia zasilanego z wewnętrznego, wyższego napięcia w celu rozdzielenia napięć stosuje się połączenie poprzez diodę EP 9/ Zygmunt Kubiak 39

40 Podłączanie czujników do mikrokontrolera Podłączenie elementu stykowego, oddalonego o kilka, kilkadziesiąt lub więcej metrów od mikrokontrolera Diody zabezpieczają przed przepięciami Skutecznym rozwiązaniem może być warystor o napięciu nieco wyższym od zasilania podłączany równolegle do C2 EP 9/ Zygmunt Kubiak 40

41 Podłączanie czujników do mikrokontrolera Kondensatory C1, C2 zwierają indukowane w doprowadzeniach sygnały wielkiej częstotliwości Układ całkujący R2C3 usuwa lub redukuje krótkie impulsy R1 wymusza znaczącą wartość prądy w obwodzie styku EP 9/ Zygmunt Kubiak 41

42 Podłączanie czujników do mikrokontrolera W systemach przemysłowych najczęstszym rozwiązaniem jest separacja galwaniczna (tu transoptor) Oddzielne źródło zasilania o wyższym napięciu, zwiększa odporność na zakłócenia EP 9/ Zygmunt Kubiak 42

43 Podłączanie czujników do mikrokontrolera Dobór R1, R2 pozwala zmniejszyć czułość transoptora (zwiększyć odporność na zakłócenia) W systemach przemysłowych powszechnie stosowany jest transoptor z dwiema diodami (w obwodzie wejściowym kierunek przepływu prądu nie ma wtedy znaczenia) EP 9/ Zygmunt Kubiak 43

44 Obsługa klawiatury Bezpośrednie podłączenie mikroprzełączników tworzących klawiaturę do mikrokontrolera Założono, że wejścia mikrokontrolera wyposażone są w wewnętrzne rezystory podciągające (dołączone do +Uzas) Wada rozwiazania wymagana duża liczba linii portów mikrokontrolera EP 10/ Zygmunt Kubiak 44

45 Obsługa klawiatury Dołączenie klawiatury adresowanej linią P3.0 do szyny danych EP 10/ Zygmunt Kubiak 45

46 Obsługa klawiatury Klawiatura matrycowa Linie P1.4, P1.5, P1.6 i P1.7 wybierają segmenty klawiatury Duża oszczędność linii portów EP 10/ Zygmunt Kubiak 46

47 Obsługa standardowej klawiatury PC-AT Rozmieszczenie sygnałów i podłączenie klawiatury do mikrokontrolera Pobór prądu może dochodzić do 300 ma EP 11/ Zygmunt Kubiak 47

48 Obsługa standardowej klawiatury PC-AT Transmisja asynchroniczna (start-stopowa) realizowana jest dwukierunkowo Format transmisji znaków EP 11/ Zygmunt Kubiak 48

49 Obsługa standardowej klawiatury PC-AT Przebiegi czasowe podczas transmisji danych do klawiatury Niski stan KBD Clock (> 60 ms) oznacza blokadę klawiatury EP 11/ Zygmunt Kubiak 49

50 Obsługa standardowej klawiatury PC-AT Inicjacja transmisji do klawiatury następuje przez wyzerowanie linii KBD Clock przez mikrokontroler (dokładnie chodzi o zbocze opadające na tej linii). W czasie trwania stanu niskiego, generowanego na linii Clock mikrokontroler zeruje linię KBD Data, a następnie ustawia stan wysoki na KBD Clock, co jest sygnałem rozpoczęcia transmisji do klawiatury. Wtedy kontrolę nad linią KBD Clock przejmuje klawiatura (w czasie do 10 ms) i rozpoczyna generację sygnału zegarowego. EP 11/ Zygmunt Kubiak 50

51 Obsługa standardowej klawiatury PC-AT Transmisją z klawiatury do mikrokontrolera (najczęściej wykorzystywany przypadek), następuje po każdym zdarzeniu związanym ze zmianą stanu klawiszy Klawiatura przesyła 8-bitowy kod naciśniętego klawisza w momencie jego wciśnięcia oraz ten sam kod powiększony o liczbę 128 (80H) w momencie puszczenia tego klawisza Istnieją także grupy klawiszy, których naciskanie czy zwalnianie powoduje przesłanie większej liczby bajtów informacji (np. klawisze funkcyjne F1...F12 i inne) EP 11/ Zygmunt Kubiak 51

52 Obsługa transmisji szeregowej Transmisja RS232 Standard wymaga konwersji sygnałów do poziomów RS232 (np. układ MAX232 Najczęściej realizowana jest transmisja bez wykorzystywania sygnałów sterujących (tylko TxD i RxD) EP 12/ Zygmunt Kubiak 52

53 Komparator analogowy EP 1/04 Najprostsza realizacja przetwornika AC przy wykorzystaniu komparatora P1.0 wyjście z otwartym kolektorem Po wyzerowaniu kondensatora C (P1.0 = 0) rozpoczyna się cykl przetwarzania (P1.0 = 1) Wynik przetwarzania jest proporcjonalny do czasu zmiany stanu komparatora Zygmunt Kubiak 53

54 Podstawowe układy pracy linii portów w trybie wejścia Wybrane ilustracje z książki: P. Hadam: Projektowanie systemów mikroprocesorowych Zygmunt Kubiak 54

55 Podstawowe układy pracy linii portów w trybie wejścia Wybrane ilustracje z książki: P. Hadam: Projektowanie systemów mikroprocesorowych Zygmunt Kubiak 55

56 Podstawowe układy pracy linii portów w trybie wejścia Wybrane ilustracje z książki: P. Hadam: Projektowanie systemów mikroprocesorowych Zygmunt Kubiak 56

57 Sposoby dołączenia czujnika stykowego: a) od strony zasilania, b) od strony masy Wybrane ilustracje z książki: P. Hadam: Projektowanie systemów mikroprocesorowych Zygmunt Kubiak 57

58 Układy wyjściowe dla linii wyjściowych mikrokontrolerów Wybrane ilustracje z książki: P. Hadam: Projektowanie systemów mikroprocesorowych Zygmunt Kubiak 58

59 Układy wyjściowe dla linii wyjściowych mikrokontrolerów Wybrane ilustracje z książki: P. Hadam: Projektowanie systemów mikroprocesorowych Zygmunt Kubiak 59

60 Układy wyjściowe dla linii wyjściowych mikrokontrolerów Wybrane ilustracje z książki: P. Hadam: Projektowanie systemów mikroprocesorowych Zygmunt Kubiak 60

61 Układy wyjściowe dla linii wyjściowych mikrokontrolerów Wybrane ilustracje z książki: P. Hadam: Projektowanie systemów mikroprocesorowych Zygmunt Kubiak 61

62 Układy wyjściowe dla linii wyjściowych mikrokontrolerów Sterowanie układami MOS dużej mocy Wybrane ilustracje z książki: P. Hadam: Projektowanie systemów mikroprocesorowych Zygmunt Kubiak 62

63 Układy wyjściowe dla linii wyjściowych mikrokontrolerów Sterowanie przekaźnikami Wybrane ilustracje z książki: P. Hadam: Projektowanie systemów mikroprocesorowych Zygmunt Kubiak 63

64 Przegląd rodzin układów cyfrowych 4000 (CD4000), 4000A, 4000B, MC1400 Pierwsza seria cyfrowych układów scalonych wykonanych w technologii CMOS. Podstawowy funktor logiczny inwertor jest zbudowany z dwóch komplementarnych tranzystorów MOS (jeden z kanałem typu P, drugi z kanałem typu N), dzięki czemu statyczny prąd spoczynkowy jest na poziomie ułamków ma Zygmunt Kubiak 64

65 Przegląd rodzin układów cyfrowych ABT Advanced BiCMOS Układy wykonane w unowocześnionej technologii BiCMOS w procesie 0,8 mm. Łączą zalety wersji TTL i CMOS. W tej technologii możliwe jest uzyskiwanie wydajności prądowej wyjść do 64 ma, a w wykonaniach specjalnych nawet do 180 ma. Moc rozpraszana jest bardzo niewielka, porównywalna z klasycznymi CMOS-ami. Układy ABT cechuje duża szybkość pracy, podobna do uzyskiwanej w technologiach bipolarnych Zygmunt Kubiak 65

66 Przegląd rodzin układów cyfrowych AC, ACT Advanced CMOS Układy produkowane w procesie 1 mm CMOS. W tej serii znajdziemy m.in. podstawowe funktory logiczne. Rodzina ta jest przeznaczona dla aplikacji o średniej i wysokiej szybkości pracy o małym poborze mocy. Układy AC posiadają wejścia i wyjścia typu CMOS, natomiast układy ACT posiadają wejścia TTL i wyjścia CMOS Zygmunt Kubiak 66

67 Przegląd rodzin układów cyfrowych AHC (TI, Philips), VHC (Fairchild, ON, Toshiba), AHCT Advanced High-Speed CMOS Seria stanowiąca wygodne rozwiązanie w przypadku konieczności migracji z serii HC/HCT do innych, charakteryzujących się lepszymi parametrami, przy zachowaniu zbliżonych kosztów. Układy AHC/AHCT w porównaniu z tradycyjnymi rodzinami HCMOS osiągają 3-krotnie większe prędkości, zbliżone do serii LS. Mogą pracować przy niższym napięciu zasilającym, mają większą odporność na szumy. W tej serii oferowany jest ponadto szerszy wybór układów. Układy AHC i VHC stanowią wzajemne odpowiedniki wyrobów różnych producentów. Układy AHC posiadają wejścia i wyjścia typu CMOS, natomiast układy AHCT posiadają wejścia TTL i wyjścia CMOS Zygmunt Kubiak 67

68 Przegląd rodzin układów cyfrowych ALS Advanced Low-Power Schottky Logic Rodzina układów, będąca rozwinięciem i ulepszeniem jednej z najpopularniejszych i do niedawna najczęściej stosowanej serii LS. Zawiera szeroką gamę funktorów. Może być wykorzystywana w aplikacjach, w których trzeba pogodzić wymagania dotyczące szybkości i mocy rozpraszanej. Do tej pory najczęściej stosowano w takich sytuacjach układy AS. Układy ALS przy nieznacznie mniejszej prędkości charakteryzują się dużo mniejszą mocą strat Zygmunt Kubiak 68

69 Przegląd rodzin układów cyfrowych AS Advanced Shottky Rodzina AS jest wytwarzana w technologii bipolarnej, stanowi bezpośrednie rozwinięcie serii S. Dzięki zastosowanym modyfikacjom w układach AS uzyskano dużo mniejszą moc strat niż w serii S. Rodzina AS zawiera większość podstawowych elementów logicznych Zygmunt Kubiak 69

70 Przegląd rodzin układów cyfrowych AUC Advanced Ultra-Lov-Voltage CMOS Pierwsza rodzina wśród układów cyfrowych, która została zoptymalizowana do napięcia zasilającego o wartości 1,8 V. Układy tej serii pracują jednak prawidłowo w zakresie napięć zasilających od 0,8 V do 2,5 V, przy czym wejścia zachowują tolerancję 3,6 V. Jest to jedna z najmłodszych rodzin układów cyfrowych. Ma szansę stać się jedną z wiodących wśród układów logicznych. Charakteryzuje się dużą szybkością, pracą z niskimi napięciami zasilającymi, niewielką mocą rozpraszaną i wysoką odpornością na szumy. Coraz częściej powstają w tej technologii procesory, pamięci, układy ASIC. Jest chętnie stosowana w układach Little Logic Zygmunt Kubiak 70

71 Przegląd rodzin układów cyfrowych AUP Advanced Ultra-Low-Power CMOS Rodzina układów cyfrowych o niezwykle niskim zapotrzebowaniu na energię, nadająca się znakomicie do urządzeń zasilanych bateryjnie. Seria AUP w porównaniu z innymi seriami niskonapięciowymi (3,3 V) odznacza się aż o 91% mniejszym statycznym prądem zasilającym i o 83% mniejszym prądem dynamicznym. Jednocześnie z tak korzystnymi parametrami związanymi z mocą, udało się uzyskać bardzo krótkie czasy propagacji (2 ns dla 3,3 V i 3 ns dla 1,8 V). Seria AUP (na dzień dzisiejszy) obejmuje jedynie układy Little Logic Zygmunt Kubiak 71

72 Przegląd rodzin układów cyfrowych AVC Advanced Very-Low-Voltage CMOS Technologia niskonapięciowa od 1,2 V do 3,6 V (optymalnie 2,5 V). Czasy propagacji uzyskiwane w tej technologii są mniejsze od 2 ns przy napięciu zasilającym równym 2,5 V. Układy AVC umożliwiają konstruowanie magistral pracujących z częstotliwościami przekraczającymi 100 MHz. Nadają się do aplikacji wykorzystujących kilka napięć zasilających Zygmunt Kubiak 72

73 Przegląd rodzin układów cyfrowych BCT (TI, Fairchild), BC (ON, Toshiba) BiCMOS Technology Struktura układów BCT jest wykonana jednocześnie w technologii bipolarnej i CMOS. Uzyskano dzięki temu kompatybilność wyjść z układami TTL, przy zachowaniu pewnych cech układów CMOS. Rodzina BCT stosowana jest powszechnie do produkcji driverów, zatrzasków (latches) i transceiverów. Niska impedancja obwodów wyjściowych pozwala na pracę z dużymi prędkościami, zapewniając przy tym dużą wydajność prądową. Odmiana 64BCT (TI) może pracować w zakresie temperatur od - 40 C do +85 C Zygmunt Kubiak 73

74 Przegląd rodzin układów cyfrowych CB3Q 2.5-V/3.3-V Low-Voltage High-Bandwidth Bus-Switch Crossbar Jest to rodzina szerokopasmowych kluczy pracujących z częstotliwością bliską 500 MHz, bazujących na tranzystorach FET (rys. 1). Charakteryzują się one niską rezystancją włączonego klucza Ron i bardzo krótkimi czasami propagacji. Umożliwiają przełączanie sygnałów w zakresie napięciowym od zera do VCC zarówno od strony wejścia, jak i wyjścia (rail-to-rail input/output RRIO). Rodzina CB3Q jest rozwinięciem rodzin CBT i CBTLV Zygmunt Kubiak 74

75 Przegląd rodzin układów cyfrowych CB3T 2.5-V/3.3-V Low-Voltage Translator Bus-Switch Crossbar Budowa układów CB3T jest podobna do CB3Q. Serię tę można wykorzystywać do realizacji 2-kierunkowych translatorów poziomów w aplikacjach wykorzystujących kilka napięć zasilających. Przykładowo przy zasilaniu 3,3 V można dokonać translacji 5-woltowego sygnału wejściowego do poziomu 3,3 V na wyjściu, a przy zasilaniu 2,5 V możliwa jest translacja sygnału wejściowego o poziomach 5 V lub 3,3 V do poziomu wyjściowego 2,5 V. Parametry tej rodziny pozwalają na konstruowanie interfejsów pomiędzy różnorodnymi komponentami systemów (pamięci, procesory, urządzenia peryferyjne, układy ASIC i bloki logiczne) wykorzystujących różne standardy sygnałów cyfrowych TTL, LVTTL, CMOS Zygmunt Kubiak 75

76 Przegląd rodzin układów cyfrowych CBT (TI), FST (Fairchild), FST/QS (IDT), P15C (Pericom) Crossbar Technology Kolejna rodzina oparta na kluczach wykorzystujących tranzystory FET. Znajduje zastosowanie głównie do produkcji szybkich przełączników magistralowych, multiplekserów i demultiplekserów. Klucze CBT coraz powszechniej zastępują wysłużone bufory CMOS-owe typu HC245. Charakteryzują się dużo większą szybkością pracy i mniejszą mocą rozpraszaną, ponadto dobrą izolacją przełączanych szyn. Nadają się do realizacji 2- kierunkowych translatorów poziomów dla aplikacji wykorzystujących napięcia zasilające 5 V i 3,3 V Zygmunt Kubiak 76

77 Przegląd rodzin układów cyfrowych CBT-C 5-V Bus-Switch Crossbar Technology Logic With -2-V Undershoot Protection I w tej rodzinie wykorzystuje się klucze bazujące na tranzystorach FET. Układy CBT-C w porównaniu z wersją CBT posiadają dodatkowe zabezpieczenie przed podaniem na wejście zbyt dużego napięcia ujemnego undershoot protection (chroni układy przed napięciami aż do -2 V). Mają ponadto krótszy czas włączania/wyłączania Zygmunt Kubiak 77

78 Przegląd rodzin układów cyfrowych CBTLV (TI, IDT), P13B (Pericom) Low-Voltage Crossbar Technology Rodzina CBTLV stanowi niskonapięciowe (3,3 V) uzupełnienie 5-woltowej rodziny kluczy CBT. Układy CBTLV stosuje się w systemach wieloprocesorowych m.in. do łączenia i rozgałęziania szybkich magistral, ale w pewnych aplikacjach mogą również zastępować... przekaźniki. Zapewniają przy tym dużo większą prędkość włączania i wyłączania oraz poprawiają pewność włączenia Zygmunt Kubiak 78

79 Przegląd rodzin układów cyfrowych F Fast (Advanced Shottkey) Układy 74Fxxx są wykonane w technologii bipolarnej, udoskonalonej w porównaniu z wcześniejszymi seriami 74xxx i 74Sxxx. Rodzina 74F cechuje się większą szybkością niż 74S, przy jednoczesnym, mniejszym zużyciu energii. Seria F zawiera podstawowe funktory logiczne Zygmunt Kubiak 79

80 Cykl życia rodzin układów cyfrowych Zygmunt Kubiak 80

81 Rozwój technologii układów cyfrowych Zygmunt Kubiak 81

82 PCB obwód drukowany (ang. Printed Circuit Board) Obwód drukowany płytka z materiału izolacyjnego przeznaczona do połączenia elektrycznego i mechanicznego elementów elektronicznych za pomocą połączeń elektrycznych (tzw. ścieżek) z punktami lutowniczymi (tzw. padami). Płytki obwodów drukowanych projektowane są pod kątem budowanego układu elektronicznego i wykonywane są techniką trawienia. Płytki obwodów drukowanych wytwarza się z płytek pokrytych warstwą miedzi (laminatów), na które różnymi technikami nanoszony (drukowany) jest wzór ścieżek, a następnie celem otrzymania pożądanego wzoru wykonuję się obróbkę chemiczną. Farby pokrywające warstwę miedzi mogą być nanoszone sitodrukiem lub offsetem. Możliwe jest też wykonanie obwodu drukowanego przez nałożenie srebrnych farb przewodzących metodą sitodruku Zygmunt Kubiak 82

83 Obwód drukowany może być jedno, dwu lub wielowarstwowy (z warstwami wewnętrznymi). Podzespoły elektroniczne na płytce montowane są bądź w sposób przewlekany (montaż przewlekany, ang. Through-Hole Technology, THT), bądź powierzchniowo (montaż powierzchniowy, ang. Surface Mount Technology, SMT). W pierwszym przypadku wyprowadzenia elektryczne elementu w postaci wąsów, przewlekane są przez przygotowane otwory płytki i lutowane z przeciwnej strony płytki niż ta, na której element się znajduje. W drugim przypadku elementy lutowane są na dowolnej stronie płytki, są to elementy SMD - ang. Surface Mount Device. Obwody drukowane dawniej projektowane były ręcznie. Obecnie do projektowania wykorzystuje się komputery i odpowiednie oprogramowanie typu CAD (np. Altium Designer, DesignSparc PCB, Eagle, Fritzing) Zygmunt Kubiak 83

84 Wersja EAGLE Light - ograniczenia schemat tylko jedna strona ale o maksymalnych wymiarach druk maksymalnie dwuwarstwowy płytka < 80x100 mm programu nie można używać w celach komercyjnych ( Plik eagle-win exe Freeware license for "non-profit" and evaluation purposes. See the file "freeware.key" or the URL " Zygmunt Kubiak 84

85 Panel kontrolny Zygmunt Kubiak 85

86 Panel do rysowania schematów ideowych Zygmunt Kubiak 86

87 Panel do tworzenia druku Zygmunt Kubiak 87

88 Uwagi Zygmunt Kubiak 88

89 Uwagi Zygmunt Kubiak 89

90 Uwagi Filtracja zasilania Zygmunt Kubiak 90

91 Uwagi Zygmunt Kubiak 91

92 Uwagi Zygmunt Kubiak 92

93 Uwagi Zygmunt Kubiak 93

94 Uwagi Zygmunt Kubiak 94

95 Uwagi Zygmunt Kubiak 95

96 DZIĘKUJĘ Zygmunt Kubiak 96