EINGEBETTETE SYSTEME Vorlesungen WS2010.

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1 EINGEBETTETE SYSTEME Vorlesungen WS2010

2 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

3 Mikrocontroller- Komponenten

4 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

5 Mikrocontroller- Komponenten

6 Speicher

7 Aufbau von nonvolatilem RAM

8 Ein-/Ausgabeeinheiten

9 Serielle und parallele Ein-/Ausgabekanäle

10 Eine einfache Ein- und Ausgabeschnittstelle

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

12 Mikrocontroller-Komponenten

13 Aufbau einer Echtzeit-Ausgabeeinheit

14 Prinzipieller Aufbau einer Zähler-Zeitgebereinheit

15 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

16 Prinzipieller Aufbau eines Watchdog

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

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

19 AD-/DA-Wandler zwischen digitalen und analogen Signalen

20 A/D-Wandler: Kompensationsverfahren/Zählverfahren

21 A/D-Wandler: Wägeverfahren

22 A/D-Wandler: Parallelverfahren

23 Vergleich verschiedener Verfahren

24 Analogmessdatenerfassung

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

26 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. 􀂌

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

28 Asynchrone Datenübertragung

29 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

30 serielle Ein-/Ausgabeeinheit

31 Serielle Schnittstellen

32 Asynchrone Datenübertragung

33 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.

34 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

35 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.

36 Serielle Schnittstellen

37 RS-422 Beschaltung

38 RS485 Beschaltung