EINGEBETTETE SYSTEME Vorlesungen WS2010

Mikrocontroller- Komponenten Prozessorkerne Speicher Festspeicher Schreib- und Lesespeicher Ein- und Ausgabeeinheiten Anbindung an den Prozessorkern Digitale parallele Ein- und Ausgabeeinheiten Digitale serielle Ein- und Ausgabeeinheiten Wandlung zwischen analogen und digitalen Signalen Zeitgeberbasierte Einheiten Watchdog-Eiheit Echtzeit-Ein und Ausgabeeinheiten Zähler und Zeitgeber Capture- und Compare-Eiheit Pulsweitenmodulator Mikrocontroller und Mikroprozessoren Brinkschulte, Uwe und Theo Ungerer Mikrorechner-Technik Bähring, Helmut

Mikrocontroller- Komponenten

Mikrocontroller-Komponenten Prozessorkern: prinzipiell kein Unterschied zum Kern eines Mikroprozessors Kosten spielen jedoch meist die dominante Rolle Einfache RISC- oder CISC Prozessorkerne Benötigen wenig Fläche Verhalten und Eigenschaften sind wohl bekannt Im Low-Cost-Bereich oft einfache 8-Bit-Kerne ohne Pipeline

Mikrocontroller- Komponenten

Speicher

Aufbau von nonvolatilem RAM

Ein-/Ausgabeeinheiten

Serielle und parallele Ein-/Ausgabekanäle

Eine einfache Ein- und Ausgabeschnittstelle

Interfacebausteine werden wie Speicher oder durch ein I/O-Signal angesprochen

Mikrocontroller-Komponenten

Aufbau einer Echtzeit-Ausgabeeinheit

Prinzipieller Aufbau einer Zähler-Zeitgebereinheit

Mikrocontroller-Komponenten Watchdog „Wachhund“ zur Überwachung der Programmaktivitäten eines Mikrocontrollers Programm muss in regelmäßigen Abständen Lebenszeichen liefern Bleiben diese aus, so nimmt der Wachhund einen Fehler im Programmablauf an - Reset

Prinzipieller Aufbau eines Watchdog

Prinzipieller Aufbau ein Pulsweitenmodulator Erzeugung eines Signals mit: konstanter Periode, aber variablem Tastverhältnis

Aufbau einer Capture-und-Compare-Einheit zum Messen von Ereignissen zum Erzeugen einmaliger oder periodischer Ausgangssignale

AD-/DA-Wandler zwischen digitalen und analogen Signalen

A/D-Wandler: Kompensationsverfahren/Zählverfahren

A/D-Wandler: Wägeverfahren

A/D-Wandler: Parallelverfahren

Vergleich verschiedener Verfahren

Analogmessdatenerfassung

serielle Ein-/Ausgabe Grundlegende serielle Übertragungstechniken: asynchrone Übertragung synchrone Übertragung

Serielle Schnittstellen Schnittstellenvereinbarungen: übergeordnete Übertragungsmerkmale Serielle Ein-/Ausgabe: Einzelne Bits eines Zeichens werden nacheinander in einem festenSchrittakt auf einer eigenen Datenleitung übertragen. Synchrone Ein-/Ausgabe aufeinanderfolgende Zeichen werden in einem festen Zeitraster transportiert, das für die gesamte Dauer der Datenübertragung aufrecht erhalten bleibt. Asynchrone Ein-/Ausgabe die Zeitabstände zwischen den einzelnen Zeichentransporten sind variabel. 􀂌

asynchrone Datenübertragung Der Empfangstakt synchronisiert sich nach jedem überttragenen Zeichen erneut mit mit dem Sendetakt. Zeichensynchronisation

Asynchrone Datenübertragung

synchrone Datenübertragung Hierbei werden Sende- und Empfangstakt nicht mehr nach jedem Zeichen, Sonder erst nach Übertragung eines größeren Datenblocks neu synchronisiert Rahmensynchronisation SYNC STX Daten BCC ETX zeichenorientierte Übertragung Flag Adresse Steuerfeld FCS bitorientierte Übertragung STX - Start of Text ETX - End of Text BCC - Block Check Character Bitmuster (Flag) zur Synchronisation Prüfbits (FCS Frame Check Sequence) zur Erkennung von Übertragungsfehlern

serielle Ein-/Ausgabeeinheit

Serielle Schnittstellen

Asynchrone Datenübertragung

Asynchrone Datenübertragung Betriebsarten: Simplexbetrieb: Die Datenübertragung ist nur in einer Richtung möglich, an dem einen Ende gibt es einen Sender, an dem anderen Ende gibt es einen Empfänger: unidirektionale Verbindung􀂌 Halbduplexbetrieb Die Datenübertragung ist in beiden Richtungen möglich, jedoch nicht gleichzeitig; beide Seiten haben einen Sender und einen Empfänger, die je nach Übertragungrichtungwahlweise an die Signallleitungangekoppelt werden: bidirektionale Verbindung. Vollduplexbetrieb: Die Datenübertragung ist in beiden Richtungen zur gleichen Zeit möglich, für jede Richtung existieren eigene Übertragungsleitung.

Serielle Schnittstellen Schnittstellenvereinbarungen Grundlage für die Beschreibung von Ein-/Ausgabearten: asynchron serielle Ein-/Ausgabe Universal Asynchronous Receiver /Transmitter (UART) Serial Communications Interface (SCI) Asynchronous Communications Interface Adapter (ACIA) Asynchronous Serial Communications Controller (ASCC) Asynchronous Communications Element (ACE) synchrone serielle Ein-/Ausgabe. Programmable Communications Interface (PCI) Universal Synchronous/ Asynchronous Receiver /Transmitter (USART) Advanced Data-Linc Controller (ADLC) Serial Communications Controller (SCC) oder Multiprotocol Controller

Datenübertragung Leistungsmaße: Übertragungsgeschwindigkeit (Übertragungsrate): Anzahl der übertragenen Bits pro Sekunde (Bits/s, b/s), bei paralleler Übertragung: Bytes/s Schrittgeschwindigkeit (Baud-Rate) Anzahl der Informationen pro Sekunde Bei der seriellen Übertragung ist die Übertragungs-und die Baud-Rate üblicherweise gleich. Bei der parallelen Datenübertragung ist die Anzahl der Bits pro Sekunde um den Faktor der Parallelität größer als die Baudrate. Transfergeschwindigkeit die effektive Geschwindigkeit der Übertragung von Datenbits, wobei mit übertragene Bits zur Fehlererkennung nicht mitgerechnet werden.

Serielle Schnittstellen

RS-422 Beschaltung

RS485 Beschaltung