EINGEBETTETE SYSTEME

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

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-LincController (ADLC) • Serial Communications Controller (SCC) oder MultiprotocolController

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