Mikrokontrollerit.

Esitys aiheesta: "Mikrokontrollerit."— Esityksen transkriptio:

1 Mikrokontrollerit

2 Mikrokontrolleri (microkontroller)
Mikrokontrolleri eli mikro-ohjain on mikropiiri eli IC-piiri, jossa on mikroprosessori ja joitain muisti- ja liityntälohkoja. Mikrokontrollereita käytetään sulautetuissa järjestelmisssä (embedded systen) Sulautetuksi järjestelmäksi kutsutaan laitetta, jossa mikroprosessori on osana elektroniikkajärjestelmää

3 Mikrokontrollerit Mikrokontrollerit korvaavat ohjelmoitavia logiikkapiirejä Edullisempi vaihtoehto kuin logiikkapiirit Uudelleen ohjelmoitavissa jopa kertaa Muutokset toimintaan ohjelmallisesti Runsaasti valinnanvaraa

4 Surituskyky riippuu Rekistereiden ja tietoväylien leveys Kellotaajuus
4,8,16, 32.. Bittiä Tietoväylän leveyden myötä myös hinta kasvaa Kellotaajuus Rekisterien määrä ja käskykanta Yleensä tehonkulutus merkittävin tekijä Sleep, halt, power down tehonsäästö

5 Ominaisuuksia Ohjelmallisesti määriteltävät tulo ja lähtöliitännät
Ohjelmoitavat ylös/alasveto vastukset A/D ja D/A muuntimet Analoginen jännitevertailija Esim pariston käyttöjännitteen vertailu Pulssinleveysmodulaattori PWM Tuotetaan analoginen jännitesignaali Watchdoc valvoo ettei ohjelma ole jäänyt jumiin Reaaliaika kello

6 PWM

7 Arduino Projekti Olivetin opiskelijoita varten.
Tavoitteena helppokäyttöinen ympäristö ohjelmointia ja elektroniikkasuunnittelua varten Alkuperäinen valmistaja italiainen Smart Projects, mutta koska ympäristön speksit ovat julkiset myös muita valmistajia löytyy

8 Arduino Arduino on avoimeen laitteistoon perustuva mikrokontrolleri-elektroniikka-alusta sekä ohjelmointiympäristö Perustuu Atmel mikrokontrolleriin Voidaan kytkeä, sensoreita, ledejä, moottoreita.. Ohjelmoidaan C kielellä johon voidaan upottaa myös konekieltä

9

10 Arduino Uno Microcontroller : ATmega328 Operating Voltage 5V
Input Voltage (recommended) 7-12V Input Voltage (limits) 6-20V Digital I/O Pins: 14 (of which 6 provide PWM output) Analog Input Pins: 6 DC Current per I/O Pin: 40 mA DC Current for 3.3V Pin: 50 mA Flash Memory: 32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader SRAM: 2 KB (ATmega328) EEPROM: 1 KB (ATmega328) Clock Speed: 16 MHz

11 Arduino Uno Virransyötön valinta automaattinen Ylijännitesuoja
UART TTL tiedonvälitys, sarjamuotoisen datan lähetys ja vastaanotto

12 Arduino käyttöliittymä
Arduino on avoin ohjelmointiympäristö Käyttöliittymän avulla on mahdollista ohjelmoida käyttäen useita valmiita funktioita, joilla pääsee nopeasti alkuun. Asioita ei tarvitse tehdä rekisteritasolla, vaan kirjastot tarjoavat valmiita funktioita esim digitaalisten lähtöjen muuttamiseen Ohjelmointi tapahtuu C-kielellä, mutta myös konekielisten käskyjen piilottaminen C-koodin sekaan on mahdollista. Liittymä USB portin kautta Suunnitteluun

13 Ohjelmointi Arduinossa on vain kaksi pääfunktiota:
setup() – Funkio, joka alustaa laitteen asetukset. loop() – Funktio, jota toistetaan virran sammuttamiseen asti

14 Esimerkki Ledin vilkutus
/*   Blink   Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.     This example code is in the public domain.  */ void setup() {                   // initialize the digital pin as an output.   // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards:   pinMode(13, OUTPUT);     } void loop() {   digitalWrite(13, HIGH);   // set the LED on   delay(1000);              // wait for a second   digitalWrite(13, LOW);    // set the LED off   delay(1000);              // wait for a second }

15

16 Soveltaminen

17 Kytkennät Mikrokontrolleria ei aina voida kytkeä suoraan toimilaitteeseen ilman liitäntäelektroniikkaa Lähdöstä ei saada tai tulo ei pysty nielemään tarpeeksi virtaa Lähdön ja kuorman väliset jännitetasot ovat erisuuret Tuloliitännässä ongelmia syntyy jos tuleva signaali ei ole TTL-tasoista (transistor-transistor logic )

18 Lähtö ja tuloliitännät
Kontrollereiden lähtöjen virransyöttökyky on pieni parhaimmillaankin vain muutamia kymmeniä milliampeereja Saatava virta riippuu kaikkien lähtöjen kuormasta Lähtöliitäntä voidaan puskuroida esim transistorilla

19 Transistori : Kun kannalle B tuodaan jännite, niin virta kulkee Collectorin C ja emitterin E läpi C +Vcc R2 R1 Kontrolleri B Vastus R1 mitoitetaan siten että transistori on kyllästystilassa E

20 Tulojen erottaminen Jos tuleva signaali ei ole TTL tasoinen pitää signaalille tehdä logiikkamuunnos Muunnos voidaan tehdä optoerottimella Optoerotin (optocoupler, optoisolator) on komponentti, jolla saadaan galvaaninen eristys häiritsevän ohjaavan virtapiirin ja häiriöalttiin ohjattavan virtapiirin välille taikka toisinpäin. Optoerotin on luonteeltaan digitaalinen komponentti: se välittää päällä-pois -signaaleja

21 Optoerotin Optoerottimet ovat tyypillisesti pakattuna yhteen 6-pinniseen tai 8-pinniseen, valotiiviiseen IC-koteloon Kyseessä on yhdistelmä kahta eri laitetta: optista lähetintä, joka on tyypillisesti LED sekä optista vastaanotinta, kuten fototransistori. Näitä kahta osaa erottaa läpinäkyvä rajapinta, joka estää sähkövirran kulun niiden välillä, mutta läpäisee valoa.

22 Optoerotin Optoerottimen periaatekaavio. Pinnit: 1 anodi 2 katodi
3 ei kiinni 4 emitteri 5 kollektori 6 kanta.

23 Suojavastus Komponeteille on valmistajan määrittelemä tehonkesto
Vastuksia käytetään suojamaan komponetteja (esim ledit , optoerottiemet, transistorit Muistisääntö U = RI

24