Mikrokontroller. Klocka, interface, sensorer

Transkript

1 Mikrokontroller Klocka, interface, sensorer

2 Synkronisering Alla operationer på digitala signaler måste ske synkront synkroniserat = 1 C osynkroniserat = 1 C?? 0

3 Synkronisering Synkronisering i en mikrokontroller sker ofta med någon form av extern klockpuls. Denna klockpuls består oftast av en fyrkantvåg med en mycket preciserad frekvens (klockhastighet), som är individuell för varje typ av mikroprocessor.

4 Synkronisering Astabil vippa (Multivibrator) V dd R 1 R 3 R 2 R 4 C 2 C 1 Q 1 Q 2

5 Synkronisering Astabil vippa V dd V dd R 1 R 3 R 2 R 4 C 2 R 3 R 2 R C 1 2 C 1 R 4 C 1 Q 1 Q 2 Q 1 Q 2

6 Synkronisering V dd R 3 R 2 R C 1 2 C 1 R 4 Q 1 Q 2

7 Synkronisering Bistabil vippa Stabil i båda tillstånden V dd R 3 R 2 R 1 R 4 Q 1 Q 2

8 Synkronisering Astabil vippa V dd R 3 Q 1

9 Synkronisering Astabil vippa V dd V dd R 1 R 3 R 2 R 4 C 2 R 1 R 2 C 1 Q 1 Q 2 C 1 C 2 Digital oscillator ( klock-puls generator)

10 Synkronisering Klock-puls -generering V dd R 1 R 2 C 1 C 2 Temperatur och variationer i komponentvärden ger stora timing -fel. Kan åtgärdas genom att låsa oscillatorns frekvens med hjälp av en kristall.

11 Synkronisering Piezo-elektrisk kristall Bergskristall (kvartskristall, Quartz crystal ) f = 1 2¼ p L 1 C 1

12 Synkronisering Digital Kristall-oscillator X V dd R 1 R 2 C 1 C 2 Finns i lite olika varianter Om man vill ha puls-tåg med arbetsfaktor 50% Pierce -oscillator.

13 Digital klock-krets Exempel

14 Mikrokontroller INTERFACE

15 Interface Open Drain (Open Collector vid BJT) Kan styra andra spänningar än den interna spänningen för IC. IC Vdd Pull-Up -resistor Output GND

16 Interface Open Drain används ofta då man behöver en högre spänning som representerar logisk 1, än de 5 V som vanligtvis används. I schemat så betecknas en open-drain/collector med en asterisk på utgången,

17 Interface Tristate: Avsikten med Tristate är att avlägsna all påverkan av en krets. D.v.s, att det ska verka som om kretsen inte fanns närvarande. Detta betyder att kretsens utgång kan inte vara jordad eftersom det betyder logisk 0, och den kan inte vara ansluten till matningsspänningen eftersom det är en logisk 1. Ett tredje tillstånd behövs, som kopplar bort kretsen

18 Interface Tristate Typisk användning är vid Chip-select CS signal När Chip-select är inaktiv så är kretsen bortkopplad från alla andra kretsar T. ex., minneskretsar och mikrokontrollers använder den här tekniken för att aktiveras. Tristate-utgången markeras med en upp och ned vänd triangel > 1 5

19 Mikrokontroller

20 Mikrokontroller SENSOR / AKTUATOR

21 Sensorer Sensorer Definition: En sensor är en anordning som omvandlar en specifik form av energi till elektrisk energi De flesta sensorer utnyttjar någon form av fysikalisk/kemisk effekt eller påverkan för att skatta och känna av omgivande miljö Light Sound wave Semiconductor Magnetism Thermal Photovoltaic Piezoelectricity Zeeman Stark Doppler Raman Brillouin Nonlinear Optical parametric Doppler Acoustoelectric Acoustomagnetic Masking Diffraction Tunnel Zener Electric field Gun Josephson Superconduction Barkhausen Seebeck Peltier Thomson Photovoltaic Photoconductive Photoelectron emission Photoelectromagnetic Pockels Kerr Piezoelectric

22 Sensorer Om man istället omvandlar elektrisk energi till någon annan form av energi för att påverka den omgivande miljön, så kallas en sådan enhet för en Aktuator Så en aktuator är motsatsen till en sensor. En givare kan vara aktiv eller passiv. En aktiv givare genererar sin egen utsignal, t.ex., fototransistor En passiv givare styr en signal som matas utifrån, t. ex. Fotoresistor (vars resistans ändras av mängden ljus)

23 Sensorer Kapacitiva sensorer Använder det elektriska fältet mellan objekt för att mäta mekanisk påverkan Så, om avståndet mellan plattorna ändrar sig så kommer kapacitansen att ändra sig och eftersom strömmen genom kondensatorn är i(t) = dq(t) dt C = " A d = C du(t) dt När kapacitansen ändras, så ändras strömmen T. ex., mikrofoner, touch -knappar, tryck-sensor

24 Sensorer Induktiva givare Spolen känner av förändringar i magnetfält u(t) = L di(t) dt Spolens induktans kan också skrivas L = ¹ N2 A ` Så genom att påverka spolens längd, area, antal varv eller det magnetiska materialet i spolen, så kan vi överföra mekaniska förändringar till spänningsförändringar. T. ex., generator/motor, lägesgivare/aktuator, magnetfältsavkännare, varvräknare, flödesmätare.

25 Sensorer Peltier-element (Aktuator) Om en elektrisk ström rör sig från ett ämne till ett annat så kommer värme att produceras eller avges. (Sensor) Om man värmer det ena ämnet och kyler ner det andra så kommer det att generera en ström

26 Sensorer Electrokemiska sensorer Syre sensor Zirkoniumoxid är känsligt för syre i en gasblandning Arbetstemperatur på 640 Celcius. Vid den här temperaturen så fungerar zirkonium som en elektrolyt Syrejoner rör sig genom sensorn och genererar en elektrisk ström Används t. ex., som lambda-sensor i bilar, för att mäta förbränningen.

27 Sensorer Halvledare (Givare) Fotodioder, fototransistorer (Aktuator) LED, IR, UV, Laser Kan tillverkas för att känna av/generera olika våglängder på ljus (Givare) Hall-effekt, halvledare som känner av magnetfält.

28 Avancerade sensorer Attityd-sensor (Gyroskop) En sensor som kan känna av om ett objekt roteras i någon riktning genom att mäta rotation runt x, y och z axlarna Den mekaniska metoden är att använda ett roterande hjul som referens när man mäter lutningsvinklarna

29 Avancerade sensorer Dagens attitydsensorer är optoelektroniska och använder laserljus Om laserljus skickas genom två stationära lika långa optiska kablar, så kommer signalen från dem att vara identiska. Om kablarna roteras så kommer laserljuset i den ena kabeln att färdas en kortare väg och ljuset i den andra att färdas en längre väg, vilket ger upphov till en fasskillnad mellan signalerna.

30 Avancerade sensorer Piezo-elektriskt gyro En vibrerande kristall tenderar att, oavsett vridande rörelser, vibrera i samma plan T.ex., finns i iphone4, ipad2, radiostyrda helikoptrar, bildstabilisering i kameror, i många moderna bilar