Mikroprocesory i mikrokontrolery

Mikroprocesor – mikrokontroler jednoukładowy Realizuje proste operacje arytmetyczne i logiczne zgodnie z programem działania. Służy do sterowania działaniem urządzeń technicznych. Ciąg prostych operacji może zapewnić stosunkowo skomplikowane sterowanie. Małe rozmiary, niska cena i łatwość narzucenia programu działania powodują zastosowanie zarówno w urządzeniach wyspecjalizowanych (np.sterowanie silnikiem spalinowym lub telefonem komórkowym) jak i w urządzeniach jednostkowych, a nawet prototypowych.

CPURAMROMWe/Wy Magistrala adresowa Magistrala danych We Wy Magistrala sterująca ALU – jednostka arytmetyczno-logiczna DBF, ABF -bufory danych i adresów Acc – akumulator CU – jednostka sterująca Rejestry (stos, licznik rozkazów...) Mikroprocesor-mikrokontroler

Pamięci ROM –(Remmember Only Memmory) pamięć stała, nieulotna. Służy do przechowywania programu. Nie jest kasowana po wyłączeniu zasilania. Występuje w mikrokontrolerach specjalizowanych PROM –(Programmable ROM). Można jednorazowo wpisać do niej program EPROM –(Earasable PROM). Można wielokrotnie wpisać do niej program. Stary zapis wymazuje się naświetlaniem UV. EEPROM –(Electrically EPROM). Można wielokrotnie wpisać do niej program. Stary zapis wymazuje się elektronicznie. RAM –(Random Acsess Memory) ulotna, wielokrotnego zapisu. Kasowana po wyłączeniu zasilania. Może być dynamiczna –wówczas wymaga odświeżania. Flash –Pamięć wielokrotnego zapisu nie kasowana po wyłączeniu zasilania. Procedura wpisu i odczytu bardziej skomplikowana.

UKŁAD OPERACYJNY UKŁAD STERU- JĄCY

Mikroprocesor pracuje synchronicznie w takt zegara – od 1 do 25 MHz. Im szybszy zegar, tym większy pobór prądu. Np.: 25MHz – 7mA, 1MHz – 0,5 mA, 32kHz - 15µA Takty zegarowe T3T3 T2T2 T1T1 T3T3 T2T2 T1T1 T4T4 T3T3 T2T2 T1T1 Cykle maszynowe Cykl rozkazowy 1 pobranie kodu operacji 2 odczyt z pamięci 3 zapis do pamięci Słowo maszynowe jest zazwyczaj 8-bitowe (wyjątkowo 16 lub 32 bitowe) Cykle rozkazowe są wykonywane w zasadzie kolejno, jeden po drugim.

Mało pamięci w rejestrach procesora 8051 : 128 (256) bajtów na pamięć danych i 4 (8) kB pamięci programu. Wobec 8-bitowego słowa dane i adresy zawierają się w dwóch słowach Możliwość zewnętrznego dołączenia 64 kB obu pamieci Szyna adresowa jest z reguły 16 bitowa.

Programowanie – mnemonika- asembler- kompilatory Przesyłanie adresów, danych, kodów rozkazów i sterowania jest możliwe jedynie zestawem wartości binarnych, co nie jest dogodne przy programowaniu pracy mikroprocesora. Liczby binarne zapis heksadecymalny liczby czterobitowej (dziesiętny z rozszerzeniem do 16 za pomocą liter A –F) , 9 9, 10 A, 11 B, F FF hh Do oznaczania kodów rozkazów używa się zapisu mnemonicznego: (Skróty angielskich nazw poleceń) -programowanie w asemblerze Kompilator lub interpreter tłumaczy kody źródłowe na wynikowe, binarne Możliwe, i coraz częściej stosowane, jest również pisanie programów w językach wyższego poziomu

Rejestry mikroprocesora

Realizacja rozkazu Licznik rozkazów PC rejestr rozkazów IR MA ROM (kody rozkazów) MD +1 Dekodowanie rozkazu Wykonanie rozkazu Sekwencyjne wykonywanie poleceń

Pętle programowe i podprogramy Licznik rozkazów PC rejestr rozkazów IR MA ROM (kody rozkazów) MD nn Dekodowanie rozkazów Wykonanie rozkazów aż do spełnienia warunku JP Licznik rozkazów PC rejestr rozkazów IR MA ROM (kody rozkazów ) MD nn Dekodowanie rozkazów Wykonanie rozkazów podprogramu aż do RET CALL STOS CALL +1 Wskaźnik stosu SP SP-2 SP+2 A max

ALU argument 2 Wynik mm argument 1 pamięć ALU argument 2 argument 1 pamięć ALU argument 1 pamięć Accu Tryby realizacji operacji arytmetyczno - logicznych I wiele innych sposobów adresowania: wskaźnikowe, natychmiastowe, bezpośrednie, indeksowe, względne, pośrednie

A 15 A 14. A 1 A 0 D 15 D 14. D 1 D 0 sygnły sterujace Magistrala adresowa Magistrala danych Mikroprocesor Z-80

ALE PSEN P 2 P 1 P 0 Mikrokontroler 8051

Schemat mikrokontrolera

Systemy pomiarowe

METODA POMIARU NARZĘDZIE POMIAROWE ODTWARZANIE MEZURANDU X M M* N Z V Mezurand M Stała (przyrządu) Rozdzielczość Selektywność Zakres pomiarowy M min M max X min X max Powtarzalność Czułość S = N/X Procedura pomiarowa

Przetwornik pomiarowy Czujnik Przetwornik pomiarowy Czujnik Przetwornik pomiarowy Czujnik Przetwornik pomiarowy Czujnik Kontroler podsystemu Magistrala interfejsu Komputer nadrzędny Magistrala interfejsu Systemy pomiarowe MT-3

Struktury systemów pomiarowych

Warstwy interfejsowe wg. ISO-OSI ( open system interconection) Użytkownika Aplikacyjna Prezentacji Sesyjna Transportu Sieciowa Przesyłu danych Fizyczna PROFIBUS DDLM FDL RS485

CAMAC ( Computer Automated Measurement and Control Equipment) VME(1982) VXI(1987) Kaseta 40 MB/s HPIB(1972) GPIB IEEE 488 IEC 625 1: m 1 MB/s RÓWNOLEGŁE Drukarka Centronix Interfejsy Karta IEC 625/ MXI PCI PXI ISA PC SZEREGOWE RS (1962) RS - 232C(1968) RS-423A {1:10, 30 m, 100kb/s } RS - 422A {1:10, 1200 m 10Mb/s} RS485 {32:32,1200 m, 10 Mb/s} (EIA/TIA 232E) PROFIBUS 32 : m 10 – 500 kb/s I2CI2C Microwire Dla mikrokontrolerów i IEEE 1394 Fire Wire { do 400Mb/s} CAN Controller Area Network Motoryzacja Automatyka do500 m do 1Mb/s ETHERNET USB (1997) {1:127, 5m, 480 Mb/s } 1 :1, 15 m 115 kb/s czujników zintegrowanych

Profibus FMS ( Fieldbus Messge Specification ) PA ( Process Automation ) DP ( Decentralized Peripherials ) Master Magistrala Pętla elementów aktywnych (Token) Slave.... Pętla elementów aktywnych (Token) MT-3

NCAP STIM A/C TEDS Logika Czujnik Sieć MSTIM Lista przyłączy MMI NCAP TEDS Czujnik TEDS Czujnik NORMA IEEE 1451 MT-3

Zawartość elektronicznej karty katalogowej TEDS

Moduł czujnika pomiarowego wyposażonego w elektroniczna kartę katalogową TEDS

Interfejs mieszany MMI

Struktura przetwornika inteligentnego

Zestawienie norm serii IEEE 1451

Dekodowanie i kodowanie informacji TEDS

I 20 mA 4 mA X min X max 20 mA 4 mA X minX max I NADAJNiK ŹRÓDŁO PRĄDOWE ZASILACZ 12, 24, 36, 48 V ODBIORNIK PĘTLA 4 –20 mA Pętla Prądowa 4 – 20 mA

Protokół HART Przesyłanie danych cyfrowych pętla prądową Sygnał o częstotliwości 1200Hz – stan niski Sygnał o częstotliwości 2200Hz – stan wysoki Do 15 elementów w sieci