360 likes | 514 Views
TIES530 - Sulautettujen järjestelmien arkkitehtuurit. Luento 8: Oheislaitteet ja komponentit. Jukka Ihalainen, jukka.ihalainen@chydenius.fi Tietoliikennelaboratorio, http://rf.chydenius.fi. Komponentteja. Vastukset ylösvetovastus virranrajoitus
E N D
TIES530 - Sulautettujen järjestelmien arkkitehtuurit Luento 8: Oheislaitteet ja komponentit Jukka Ihalainen, jukka.ihalainen@chydenius.fi Tietoliikennelaboratorio, http://rf.chydenius.fi
Komponentteja • Vastukset • ylösvetovastus • virranrajoitus • useat komponentit kestävät vain muutaman kymmenen mA:n virtoja, esim LED tyypillisesti max 20 mA • jännitteenjako • esim äänenvoimakkuuden säätö
Komponentteja… • Kondensaattorit • kytkentäkondensaattorina blokkaa tasakomponentin , kytkinvärähtelyiden suodatus (alipäästösuodatin), käyttöjännitteen häiriöiden suodatus • muovieristeiset (POLKO, polyesterikondensaattori), keraamiset (KERKO), elektrolyyttiset (ELKO)
Komponentteja… • Kelat • vastustaa virran muutosta • releet, muuntajat, suodattimet • vastuksen kanssa sarjassa muodostaa ylipäästösuodattimen
Komponentteja… • Diodit • tasasuuntauksessa, suojauksessa, paristovarmennus • zener (jännitteentasaaja), tyristori (valohimmennin), triakki (säädin), diakki (säädin), fotodiodi, valodiodi (LED)
Komponentteja… • Transistorit • PNP, NPN, FET • kytkimenä, vahvistimena • kontrollerin i/o-liitännän kautta ei voida ajaa suuria kuormia (max. muutama 10mA) eli ei yleensä jaksa ohjata edes relettä
Komponentteja… • Painonapit/kytkimet/releet • esim. 4x4 puhelinnäppäimistö voidaan liittää joko suoraan kontrollerin i/o-tuloihin (8) ja pollaamalla tutkia näppäinten painalluksia • voidaan käyttää myös valmista näppäimistöpiiriä 74C922, joka vie kontrollerista 4 i/o tuloa ja yhden ulkoisen keskeytyslinjan
Komponentteja… • Regulaattorit • positiiviset (esim. L78xx, jossa xx on lähtöjännitteen arvo, L7805 lähtö +5V), negatiiviset (esim. L79xx)
Komponentteja… • Kiteet • kellokiteet , taajuus yleensä 32768 kHz, tarkkuus 20ppm • mikroprosessorikiteet (HC49), ~2MHz …32MHz, tarkkuus yl. 50 ppm
Komponentteja… • Näytöt • yksittäiset LEDit tai pylväsnäytöt, 7-segmentti-näytöt, pistematriisinäytöt, LCD-näytöt
Liitäntätavat • digitaalinen i/o –liitäntä • harvoin pystytään kytkemään suoraan prosessiin vaan vaaditaan sopivaa liitäntäelektroniikkaa • lähdöistä ei saada riittävästi virtaa tai ne eivät pysty nielemään riittävästi virtaa • lähdön ja kuorman jännitetasot erisuuret • tulot eivät ole TTL-tasoista signaalia • lähtöjä voidaan laajentaa esim. 8-porttisella D-kiikulla, joka liitetään prosessorin tietoväylään (74HC377) tai siirtorekisterillä (serial in – parallel out) (74HC595) • tuloja voidaan vastaavasti laajentaa esim. 8-porttisella puskuripiirillä (74HC541) tai siirtorekisterillä (parallel in – serial out)
Liitäntätavat… • analoginen i/o –liitäntä • ulkoisia A/D ja D/A –muuntimia on saatavana sekä rinnakkais- että sarjaliitettävänä • kanavia 1, 2, 4, 8 • resoluutio 8 – 24 bittiä • muunnosajat ~10us
Liitäntätavat… • SPI • Motorolan kehittämä synkroninen tiedonsiirtoväylä • tiedonsiirto MOSI (Master Out Slave In) ja MISO (Master In Slave Out) signaalien välityksellä. Lisäksi kellosignaali (SCLK) sekä tarvittaessa piirin valintasignaali (SS) • suosittu väylä nykyään • A/D muuntimia, radiopiirit, ethernet-kontrollerit, muut kontrollerit
Liitäntätavat… • IIC-väylä (Inter-Intergrated Circuit bus, IIC, I2C tai I2C) • Philipsin kehittämä yksinkertainen 2-johtiminen sarjaväylä • SDA (Serial data line) • SCL (Serial clock line) • väylässä törmäysten havaitsemismekanismi • jokaisella väylään liitetyllä laitteella oma osoite • tiedonsiirtonopeus 100/400 kb/s
Tiedonsiirron liitäntäpiirit • USB (Universal Serial Bus) • sarjaväyläarkkitehtuuri oheislaitteiden liittämiseksi tietokoneeseen • mikrokontrolleriympäristössä voidaan RS232 yhteys korvata USB-yhteydellä. • esim Future Technology Devices Internationalin valmistama FT232RQ, joka voidaan liittää kontrollerin rx, tx, rts ja cts -linjoihin
Tiedonsiirron liitäntäpiirit… • RS-232 • rs232 –signaalin 0-tilaa vastaa jännite +5V… +15V ja 1-tilaa jännite -15V…-5V (negatiivinen logiikka) rs232 signaali on sovitettava TTL-tasoisiin liitäntöihin. Tämä tehdään RS-232 –sovitinpiirillä, esim MAX232-piiri. Balansoimaton sarjaliitäntä eli signaalien jännitepotentiaalia verrataan maatasoon. • sovitinpiiri tarvitsee ympärilleen vain 4 kondensaattoria (ELKO) sisäistä jännitepumppua varten (+5V +10V ja -10V) • sovitinpiiri sisältää yleensä 2 tai useampia lähetin/vastaanotinpareja (rx/tx)
Tiedonsiirron liitäntäpiirit… • RS-485/RS-422 • balansoitu sarjaliitäntä, jossa signaalin looginen taso määräytyy kahden johtimen välisestä jännite-erosta • kaapelina kierretty parikaapeli, joka kumoaa kaapeliin indusoidun häiriön • voidaan tehdä jopa 32 laitteen verkko • kaapelin pituus jopa 1200m, ja tiedonsiirtonopeus 2,5Mb/s • yleinen liitäntä erilaisissa mittalaitteissa (teollisuus)
Tiedonsiirron liitäntäpiirit… • CAN (Controller Area Network) • alun perin autoteollisuuden käyttöön kehitetty sarjaliitäntä • vähemmän kaapelointia • tukee useita isäntiä samassa väylässä • vianetsintä- ja analysointilaitteita • useita valmistajia, esim Infineon 82C900
Tiedonsiirron liitäntäpiirit… • Ethernet • 10 Mb/s, 100 Mb/s, 1Gb/s • sulautettu järjestelmä saadaan helposti liitettyä yleiseen verkkoon • voi lähettää tietoa palvelimille • voidaan ohjata järjestelmää verkon kautta • voi lähettää hälytyksiä (email, snmp-trap,…) • ethernet kontrolleri voidaan liittää prosessorin data- ja osoiteväylään (Cirrus Logic CS8900A) tai yksinkertaisemmin SPI-väylään (Microchip ENC28J60)
Tiedonsiirron liitäntäpiirit… • Bluetooth • markkinoilla valmiita moduuleja, joita voi integroida omaan sulautettuun järjestelmään • Bluetoothissa sarjamuotoinen liityntä, joten voidaan liittää kontrollerin UART –liityntään • esim Free2Move tekee bluetoothmoduulia F2MO3AC2, joka sisältää myös antennin
Tiedonsiirron liitäntäpiirit… • Zigbee (802.15.4) ja Wibree (Nokian BluLite) • vähän energiaa kuluttavia radioteknologioita • molempien ideana, että kaikki laitteet keskustelevat toistensa kanssa • Wibree tuevaisuudessa yhteensopiva myös Bluetoothin kanssa • ja muut radiot • paljon käyttökohteita lyhyen ja pitkän kantaman radiolinkeille (kauko-ohjaus)
Tiedonsiirron liitäntäpiirit… • GPS • valmiita moduuleita markkinoilla runsaasti • helpohko integroida toiseen järjestelmään • sarjamuotoinen datayhteys kontrollerille (9600,8,n,1)
Anturit ja toimilaitteet • Analogiset • lämpötila esim Pt100, LM335, NTC- ja PTC-vastusanturit • valo esim BPW21
Digitaaliset • lämpötila esim. DS18S20 ja DS1621