TIES530 - Sulautettujen järjestelmien arkkitehtuurit

Esitys aiheesta: "TIES530 - Sulautettujen järjestelmien arkkitehtuurit"— Esityksen transkriptio:

1 TIES530 - Sulautettujen järjestelmien arkkitehtuurit
Luento 8: Oheislaitteet ja komponentit Jukka Ihalainen, Tietoliikennelaboratorio,

2 Komponentteja Vastukset ylösvetovastus virranrajoitus jännitteenjako
useat komponentit kestävät vain muutaman kymmenen mA:n virtoja, esim LED tyypillisesti max 20 mA jännitteenjako esim äänenvoimakkuuden säätö

3 Komponentteja… Kondensaattorit
kytkentäkondensaattorina blokkaa tasakomponentin , kytkinvärähtelyiden suodatus (alipäästösuodatin), käyttöjännitteen häiriöiden suodatus muovieristeiset (POLKO, polyesterikondensaattori), keraamiset (KERKO), elektrolyyttiset (ELKO)

4 Komponentteja… Kelat vastustaa virran muutosta
releet, muuntajat, suodattimet vastuksen kanssa sarjassa muodostaa ylipäästösuodattimen

5 Komponentteja… Diodit
tasasuuntauksessa, suojauksessa, paristovarmennus zener (jännitteentasaaja), tyristori (valohimmennin), triakki (säädin), diakki (säädin), fotodiodi, valodiodi (LED)

6 Komponentteja…

7 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

8 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

9 Komponentteja… Regulaattorit
positiiviset (esim. L78xx, jossa xx on lähtöjännitteen arvo, L7805  lähtö +5V), negatiiviset (esim. L79xx)

10 Komponentteja… Kiteet
kellokiteet , taajuus yleensä kHz, tarkkuus 20ppm mikroprosessorikiteet (HC49), ~2MHz …32MHz, tarkkuus yl. 50 ppm

11 Komponentteja… Näytöt
yksittäiset LEDit tai pylväsnäytöt, 7-segmentti-näytöt, pistematriisinäytöt, LCD-näytöt

12 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)

13

14 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

15 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

16 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

17 DS 1621

18 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

19

20 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)

21

22 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)

23

24 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

25

26 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 ( , snmp-trap,…) ethernet kontrolleri voidaan liittää prosessorin data- ja osoiteväylään (Cirrus Logic CS8900A) tai yksinkertaisemmin SPI-väylään (Microchip ENC28J60)

27

28 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

29

30 Tiedonsiirron liitäntäpiirit…
Zigbee ( ) 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)

31

32 Tiedonsiirron liitäntäpiirit…
GPS valmiita moduuleita markkinoilla runsaasti helpohko integroida toiseen järjestelmään sarjamuotoinen datayhteys kontrollerille (9600,8,n,1)

33

34 Anturit ja toimilaitteet
Analogiset lämpötila esim Pt100, LM335, NTC- ja PTC-vastusanturit valo esim BPW21

35 Digitaaliset lämpötila esim. DS18S20 ja DS1621