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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

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EINGEBETTETESYSTEME

Vorlesungen WS2010

mikrocontroller komponenten

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 komponenten2

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 komponenten5

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 ein pulsweitenmodulator

Prinzipieller Aufbau ein Pulsweitenmodulator

Erzeugung eines Signals mit:

konstanter Periode, aber

variablem Tastverhältnis

aufbau einer capture und compare e inheit

Aufbau einer Capture-und-Compare-Einheit

zum Messen von Ereignissen

zum Erzeugen einmaliger oder periodischer Ausgangssignale

serielle ein ausgabe

serielle Ein-/Ausgabe

Grundlegende serielle Übertragungstechniken:

  • asynchrone Übertragung
  • synchrone Übertragung
serielle schnittstellen

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 daten bertragung

asynchrone Datenübertragung

Der Empfangstakt synchronisiert sich nach jedem überttragenen Zeichen

erneut mit mit dem Sendetakt.

Zeichensynchronisation

synchrone daten bertragung

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

asynchrone daten bertragung3

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 schnittstellen2

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
daten bertragung

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.