Introduktion till fordonselektronik ET054G. Föreläsning 10

Relevanta dokument
Moment 2 Digital elektronik. Föreläsning Inbyggda system, introduktion

Moment 2 - Digital elektronik. Föreläsning 1 Binära tal och logiska grindar

Elektroteknik MF1016 föreläsning 9 MF1017 föreläsning 7 Mikrodatorteknik

A/D D/A omvandling. Lars Wallman. Lunds Universitet / LTH / Institutionen för Mätteknik och Industriell Elektroteknik

System S. Datorarkitektur - en inledning. Organisation av datorsystem: olika abstraktionsnivåer. den mest abstrakta synen på systemet

Grundläggande datavetenskap, 4p

F2: Motorola Arkitektur. Assembler vs. Maskinkod Exekvering av instruktioner i Instruktionsformat MOVE instruktionen

Digitala System: Datorteknik ERIK LARSSON

SVAR TILL TENTAMEN I DATORSYSTEM, VT2013

AD-DA-omvandlare. Mätteknik. Ville Jalkanen. 1

0.1. INTRODUKTION Instruktionens opcode decodas till en språknivå som är förstålig för ALUn.

Intel Pentium. Intel khz. 32 million 2600MHz. Copyright 2005 Benny Thörnberg, Mattias O Nils

Målsättning med kursen

Ett urval D/A- och A/D-omvandlare

Adressrum, programmerarens bild

Grundläggande A/D- och D/A-omvandling. 1 Inledning. 2 Digital/analog(D/A)-omvandling

Datorteknik. Den digitala automaten. En dator måste kunna räkna! Register och bussanslutning

Mikroprogrammering I

Minnet. Minne. Minns Man Minnet? Aktivera Kursens mål: LV3 Fo7. RAM-minnen: ROM PROM FLASH RWM. Primärminnen Sekundärminne Blockminne. Ext 15.

HF0010. Introduktionskurs i datateknik 1,5 hp

Datormodell. Datorns uppgifter -Utföra program (instruktioner) Göra beräkningar på data Flytta data Interagera med omvärlden

En Von Neumann-arkitektur ( Von Neumann-principen i föreläsning 1) innebär:

D/A- och A/D-omvandlarmodul MOD687-31

A/D- och D/A- omvandlare

AD-/DA-omvandlare. Digitala signaler, Sampling och Sample-Hold

In- och Utenheter. Fö 3: In/Ut matning och kopplingsstruktur. Några exempel. Egenskaper. In- och Utenheter. Styrning.

Lathund, procent med bråk, åk 8

Digital- och datorteknik

Mätningar på op-förstärkare. Del 3, växelspänningsförstärkning med balanserad ingång.

Pipelining i Intel Pentium II

Vad bör göras? Steg 1. RISC => pipelining. Parallellism. Pipelining. Nya LDA 13. RISC(reduced instruction set computer) Öka klockfrekvensen

Datorarkitekturer med operativsystem ERIK LARSSON

Ellära. Laboration 1 Mätning av ström och spänning

APEX Flex ProChip System

Elektronen och laddning

Datorsystemteknik DAV A14 Föreläsning 1

Ext-14 (Ver ) Ext-14. FLEX-processorns styrenhet med fast logik

Datorsystemteknik DVGA03 Föreläsning 8

TSEA28 Datorteknik Y (och U)

Elektroteknik MF1035 föreläsning 5

Analog till Digitalomvandling

Datorarkitekturer med operativsystem ERIK LARSSON

Övning1 Datorteknik, HH vt12 - Talsystem, logik, minne, instruktioner, assembler

Datorsystem 2 CPU. Förra gången: Datorns historia Denna gång: Byggstenar i en dators arkitektur. Visning av Akka (för de som är intresserade)

LV6 LV7. Aktivera Kursens mål:

Tentamen den 18 mars svar Datorteknik, EIT070

Multimeter och räknare Del 1: Multimetern. Multimeter

TSEA28 Datorteknik Y (och U)

Elektronik Dataomvandlare

Digitala System: Datorteknik ERIK LARSSON

Svensk Bruksanvisning

Elektronik. Dataomvandlare

DatorsystemteknikDAVA14 Föreläsning 9

Tentamen i Digitala system - EDI610 15hp varav denna tentamen 4,5hp

Närliggande allokering Datorteknik

2E1112 Elektrisk mätteknik

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

Datorteknik. Tomas Nordström. Föreläsning 2. För utveckling av verksamhet, produkter och livskvalitet.

Lunds Tekniska Högskola Datorarkitektur med operativsystem EITF60. Superscalar vs VLIW. Cornelia Kloth IDA2. Inlämningsdatum:

Enchipsdatorns gränssnitt mot den analoga omvärlden

David Wessman, Lund, 30 oktober 2014 Statistisk Termodynamik - Kapitel 5. Sammanfattning av Gunnar Ohléns bok Statistisk Termodynamik.

De grundläggande logiska grindarna

MIKRODATORTEKNIK 2012 INNEHÅLLSFÖRTECKNING

Tillståndsmaskiner. 1 Konvertering mellan Mealy och Moore. Ola Dahl och Mattias Krysander Linköpings tekniska högskola, ISY, Datorteknik

Analogt och Digital. Viktor Öwall. Elektronik

Lektion 5: Sensorer och givare. 5MT030: Automation - Lektion 5 p. 1

Den här texten ska förhoppningsvis underlätta en del av anpassningarna. Det kan säkert finnas en del fel och annat tok.

Digitala Projekt (EITF11)

Föreläsning 8 och 9. insignal. utsignal. Tvåport. Hambley avsnitt

Det finns en hemsida. Adressen är

Facit med lösningsförslag kommer att anslås på vår hemsida Du kan dessutom få dem via e-post, se nedan.

Analog till Digitalomvandling

A-del motsvarande KS1

vägtrafiken? Hur mycket bullrar

PRÖVNINGSANVISNINGAR

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

Koncept Katalog 2009

Datorteknik. Den digitala automaten. En dator måste kunna räkna! Register och bussanslutning

4. Pipelining. 4. Pipelining

Elektronik Elektronik 2019

DEMONSTRATIONER MAGNETISM II. Helmholtzspolen Elektronstråle i magnetfält Bestämning av e/m

Blixtrarna hettar upp luften så att den exploderar, det är det som är åskknallen.

Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: Tentamen TE111B El3. Namn: Personnummer: Tentamensdatum: Tid: 14:00-18:00.

ATT KUNNA TILL. MA1050 Matte Grund Vuxenutbildningen Dennis Jonsson

Föreläsning 1 i Elektronik ESS010

Svar till tentamen den 16 december 2013 Datorarkitekturer med operativsystem, EDT621, 7,5 poäng

Utveckla arbetsmiljö och verksamhet genom samverkan

TENTAMEN Datorteknik (DO2005) D1/E1/Mek1/Ö1

Pipelining i Intel 80486

Bruksanvisning - Spisvakt Prefi 2.3

Tentamen SSY 065, lördag 14/4, 08:30-12:30, M. Examinator: Martin Fabian, (772) 3716 Tider för lärarens närvaro: 09:30, 11:30

Mätning av effekter. Vad är elektrisk effekt? Vad är aktiv-, skenbar- reaktiv- medel- och direkteffekt samt effektfaktor?

Elektronik Dataomvandlare

Praktisk programmering

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

Föreläsningsanteckningar 2. Mikroprogrammering I

5-växlad manuell direktväxlad växellåda 085 DS: Grundinställning

Kriterium Kvalitet 1 Kvalitet 2 Kvalitet 3 Kvalitet 4 Använda, Utveckla och uttrycka

Datorteknik ERIK LARSSON

Distribuerade Informationssystem VT-04

Transkript:

Introduktion till fordonselektronik ET54G Föreläsning Introduktion till fordonselektronik Copyright 27 Börje Norlin

PC Vart hittar vi mikrodatorsystem? Bilen (tändningen, färddator, bromsar, etc ) TV-spel Mikrovågsugn TV, video Mobiltelefon Trafikljus Etc... 2 Copyright 27 Börje Norlin

Vad är en Mikro Processor Det är den centrala delen i en dator eller i ett chip Utför beräkningar Programmerbar (en eller flera gånger) Utför en serie instruktioner, dvs. ett program Världens första dator Scheutz differencemaskin, år 843 Intel 44, den första kommersiella mikro processorn Niagara 8 kärnors processor Copyright 27 Börje Norlin 3

John von Neumann I början av 5-talet kommer matematikern von Neumann med iden att separera instruktionssekvensen (programmet) från hårdvaran. Fortran COBOL C/C++ För det kallas han ibland The inventor of software Pga. sin enkelhet att programmera har VN-arkitekturen blivit den dominerande datorarkitekturen ända fram till idag. Dock med vissa modifieringar!!! 4 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter Copyright 27 Börje Norlin

Von Neumann Arkitekturen Processor Minne Exekveringsenhet ALU Register Både data och instruktioner på samma systembuss IO-enheter BE IR PC Kontroller Kontrollenhet Systembuss Elektriska och elektroniska fordonskomponenter Copyright 27 Börje Norlin 5

Minne : $73 (ADD $23,reg) 23: $55 Exekvering i 5-takt Processor Exekveringsenhet ALU Register IO-enheter BE IR PC: Kontroller Kontrollenhet Hämta instr. Avkoda instr. Hämta operand Utför beräkning Skriv resultat 6 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter Copyright 27 Börje Norlin

Von Neumann maskinen sammanfattning von Neumann arkitekturen har bara en minnesarea (en systembuss) kod exekveras sekventiellt Instruktion i von Neumann arkitekturen utförs enligt följande läs operationsord, avkoda, läs operand, utför op., skriv resultat Enkel arkitektur för datorkonstruktörer, programmerare, kompilatorkonstruktörer Ineffektiv, bara 2% av exekveringstiden används för verklig exekvering (ALU operationer) Mest använda mikroprocessorarkitekturen (dock modifierad) Vad kan göras för att effektivisera denna arkitektur Prefetch, cache, pipelining, branch prediction, DMA CPU Minne I/O Systembuss 7 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter Copyright 27 Börje Norlin

Harvard arkitekturen En begränsning i von Neumann arkitekturen uppstår i form av styrkonflikter om vi försöker minska antalet kontrollsteg genom att tex införa en pipeline Till exempel om vi samtidigt försöker läsa en operand samtidigt som vi försöker läsa en instruktion. Detta är inte möjligt i von Neumann arkitekturen efter som vi endast har en system buss och inte kan adressera två minnespositioner samtidigt. Copyright 27 Börje Norlin 8

Harvard arkitekturen I Harvard arkitekturen är detta löst genom att ha två separata system bussar: En för instruktioner En för data Dvs: Data och instruktioner kan laddas samtidigt, vilket ökar effektiviteten. Innebär fler I/O signaler Dyrare processor Högre effektförbrukning Används internt i moderna 32- bitars mikroprocessorer och så kallade RISC processorer Mer ovanligt externt Programminne CPU Program-systembuss Dataminne Data-systembuss I/O Copyright 27 Börje Norlin 9

Databussar En databuss består av ett antal ledningar. Där alla ledningar är kopplade till ett flertal moduler. Varje modul har en enskild uppgift. T.ex. motorstyrenheten och ABS-styrenheten I fordon har man ett buss-system kallat CAN (Controller Area Network) CAN är en seriell busstyp, och kräver mindre antal kablar än en parallell busstyp Copyright 27 Börje Norlin

Varför databussystem Seriell dataöverföring Transmitter Receiver Receiver Transmitter Copyright 27 Börje Norlin

Varför databussystem Parallell data överföring Receiver Transmitter Parallel data överföring 2 Copyright 27 Börje Norlin

Varför databussystem Singelsystem Central styrenhet S A S A S S A A S A S A A S S A Sensorer och komponenter S 3 Copyright 27 Börje Norlin

Varför databussystem Fler styrenheter, utbyte av information mellan fler olika system Central styrenheter Fler sensorer och komponenter 4 Copyright 27 Börje Norlin

Varför databussystem Fler styrenheter, Ger konflikt mellan olika styrsystem Fler styrenheter Fler sensorer och komponenter STOP Mer kabel och ledningsnät Begränsning av utrymme för installationer 5 Copyright 27 Börje Norlin

Varför databussystem CAN nätverk med tre styrenheter 6 Copyright 27 Börje Norlin

CAN bus varianter Kedja Stjärna Ring 7 Copyright 27 Börje Norlin

CAN-Bus Prioritetsordning ABS/EDS styrdon Automatväxellåda styrdon Motorstyrdon 3 2 8 Copyright 27 Börje Norlin

CAN-Bus Prioritetsordning Prioritet Data från... Information 2 3 4 ABS/EDS styrdon Motorstyrdon Dataprotokoll Nr. Motorstyrdon Dataprotokoll Nr. 2 Styrdon för automatväxellåda - Motorbroms kontrollsignal - Motorvarvtal - Gasspjällsläge - Kickdown - Kylvätsketemperatur - Bilhastighet - Växelväljarläge - Växellåda i nöd-läge - Växling 9 Copyright 27 Börje Norlin

Signalöverföring Control unit Control unit 2 Control unit 3 Control unit 4 Provide data Transmit data 2 Copyright 27 Börje Norlin

Signalöverföring Control unit Control unit 2 Control unit 3 Control unit 4 Provide data Receive data Transmit data Receive data Receive data 2 Copyright 27 Börje Norlin

Signalöverföring Control unit Control unit 2 Control unit 3 Control unit 4 Provide data Check data Check data Check data Receive data Transmit data Receive data Receive data 22 Copyright 27 Börje Norlin

Signalöverföring Control unit Control unit 2 Control unit 3 Control unit 4 Accept data Provide data Delete data Accept data Check data Check data Check data Receive data Transmit data Receive data Receive data 23 Copyright 27 Börje Norlin

Electromagnetisk Strålning Gammastrålning, Röntgenstrålning, UV-ljus, Synligt ljus, IR-ljus, Mikrovågor, Radiovågor Copyright 27 Börje Norlin 24

Elektromagnetisk Strålning EM-strålning är en vågrörelse som fortplantas i tid och rum Utbredningen styrs av Maxwells ekvationer Består av 2 komponenter, elektrisk och magnetisk Alla elektriska apparater ger ut EM-vågor (och kan ta upp) Följer Maxwells ekvation 25 Copyright 27 Börje Norlin

EMC EMC ElectroMagnetic Compability Det finns ett regelverk som ställer krav på elektriska komponenters EMC Krav på hur mycket Elektromagnetisk strålning (EMvågor) dom får ge ut Krav på hur mycket EM-strålning dom ska tåla Styrs av EU-direktivet 24/8/EG, direktivet om elektromagnetisk kompatibilitet (EMC). EMC-lagen (SFS 992:52), förordningen (SFS 993:67) och föreskriften (ELSÄK-FS 27:) Copyright 27 Börje Norlin 26

EMC Kan orsakas av: Galvanisk koppling Kapasitiv koppling Induktiv koppling Strålning 27 Copyright 27 Börje Norlin

EMC Skydd mot EMI i kablar Tvinnade kablar Skärmade kablar Skärmad tvinnad kabel 28 Copyright 27 Börje Norlin

Givare En givare (sensor, probe, pickup) kan omvandla en fysisk eller en kemisk storhet till en elektrisk signal. Ex. på fysiska och kemiska storheter: Temperatur, tryck, hastighet, rotationshastighet, vibrationer, syrehalt, CO-koncentration, fukt, kraft, acceleration etc. Ex. på elektriska signaler Ström, spänning, amplituden på ström och spänning, frekvens, fas, pulser, cykler, oscillation, resistans, induktans, kapacitans Copyright 27 Börje Norlin 29

Givare Definition av en givare matematiskt Givarens utsignal: E = f(ϕ,y,y2, ) Mätvariabel: ϕ = g(ei,y,y2, ) Där E = energi/kraft Ei = fysisk/kemisk kvantitet Yx = störningar (temperatur, vibrationer, EMC, ) 3 Copyright 27 Börje Norlin

Givare 3 Copyright 27 Börje Norlin

Givare Man kan dela in en bils givare i 3 områden Funktionella givare/sensorer Tempgivare, tryckgivare, Givare/sensorer för säkerhet ABS-givaren, Larm, Sensorer för övervakning av system OBD (On Board Diagnostic) Bränsleförbrukning, felkontroller, 32 Copyright 27 Börje Norlin

Givare Höga krav ställs på givare monterade i en bil, dom ska tåla: Mekanisk stress: Vibrationer, stötar, Klimatet: Från kallaste vintern till hetaste öken, höga temperaturer från motorn Kemisk påverkan: Salt, batterisyra, olja fett, bränsle, EMC: Strålning, lokala strömpulser, överspänningar, Sen ska dom vara billiga att tillverka, hålla en viss standard och ha hög noggrannhet 33 Copyright 27 Börje Norlin

Givare Ofta gör man om den analoga signalen i en givare till en digital signal. Då använder man sig av AD-omvandlare. A/D och D/A omvandling Innehåll: Digital-till-analog omvandling Spänningsdelare Viktade resistorer R-2R resistorstege Analog-till-digital omvandling Nivåramp Successiv approximation Flash 34 Copyright 27 Börje Norlin

Copyright 27 Börje Norlin 35 22--25 Jan Thim 35 Digital till Analog omvandling 3 4 2 t 3 4 2 t V D/A x V

Digital till Analog omvandling Omvandling av det binära talet x till spänningen V. x =. xx2 x3 där x 7/8 2 3 där Eref är en referensspänning. 2 + x2 2 + x3 2 ) E ref Referensspänningen är en skalfaktor V = ( x V (normerat till E ref ) 8/8 7/8 6/8 5/8 Fullt utslag då x= V=7/8 E ref 4/8 3/8 2/8 /8 x 36 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 36

Resistornät för spänningsdelning Princip för D/A med spänningsdelning MSB x x 2 x 3 LSB E ref 7/8 E ref 6/8 E ref 5/8 E ref 4/8 E ref 3/8 E ref 2/8 E ref /8 E ref /8 E ref 7 6 5 4 3 2 Analog MUX V = /8 E ref 37 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 37

V = 7R 8R E ref D/A med spänningsdelning R x x 2 x 3 E ref R R R R R R 7/8 E ref 6/8 E ref 5/8 E ref 4/8 E ref 3/8 E ref 2/8 E ref /8 E ref /8 E ref 7 6 5 4 3 2 Analog MUX V R 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 38 38

x D/A med viktade resistorer R 2R i i F x 2 - V x 3 4R i 2 + 8R i 3 E ref i = i2 = 4 2 i 3 Viktade resistorer ger viktade strömmar som summeras vid OP:n V = ( x 2 + x 2 2 2 + x 3 2 3 ) E ref 39 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 39

D/A med R-2R resistorstege R R i i 2 2R 2R x x 2 - + V E ref R i 3 2R x 3 Virtuell jordpunkt 2R Oavsett läget på switchen kommer den högra anslutningen kopplas till potentialen V 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 4 4

Strömmarna i en R-2R resistorstege E ref i i 2R I varje förgrening delas inkommande ström i två lika stora strömmar R i 2 2R E ref i i 2R 2R 2R//2R = R R 2R i 3 2R 2R R 2R i 2 2R E ref R i 4 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 4

V Analog till Digital omvandling Kvantisering: det analoga värdet tilldelas ett siffervärde 2 3 4 t A/D 3 4 2 Resultatet är en serie tidsdiskreta värden som är kvantiserade Sampling med konstant frekvens (samplingsfrekvens) 42 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 42

Analog_in A/D-omvandlare nivåramp + V - V DAC < V start styrenhet Vdac_lt_v clear stop start räknare reset enable DA omvandlare x x 2 V DAC clock ready clock x 3 clock X Digital utsignal (3-bitar) Omvandling_klar 43 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 43

Omvandlingstid nivåramp V 7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 /8 V DAC Omvandlingen klar: V DAC >V??? Omvandlingstiden varierar: -tiden är kortare för omvandling av små spänningar -Maximal omvandlingstid är: t c = 2 n T clock 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 44 44

Styrenhet nivåramp Styrenheten är en tillståndsmaskin Tillståndsgraf start = / clear=; stop=; ready = WAIT CONVERT start = / clear=; stop=; ready = Vdac_lt_V = / clear=; stop=; ready = Vdac_lt_V = / clear=; stop=; ready = 45 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 45

Analog_in A/D-omvandlare successiv approximation + V - V DAC < V Succ. Approx. Reg (SAR) start Vdac_lt_v start DA omvandlare x x 2 V DAC clock ready x 3 clock Omvandling_klar X Digital utsignal (3-bitar) 46 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 46

E REF 8/8 7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 Omvandling med succ. approximation V V IN = 5.5/8 /8 2 3 4 t Det omvandlade talet blev 5/8 E REF Omvadnlingstiden är 4 cykler (n+, där n är antal bitar 47 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 47

Succ. Appr. Register (SAR) En tillståndsmaskin som tar fram ett digitalt tal enligt intervall-halveringsmetod S SAR=2 S SAR=4 / / S2 SAR=6 Format: Vdac_lt_V / ready Om V dac < V: Vdac_lt_V = Annars: Vdac_lt_V = / / / S3 SAR= S4 SAR=3 / / / / S5 SAR=5 S6 SAR=7 / / / / / S7 SAR= S8 SAR=2 S9 SAR=4 S SAR=6 Exempel: omvandling där Det analoga värdet motsvarar det digitala talet 5. 48 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 48

A/D-omvandlare Flash 3/6 E ref - + Avkodare: termometerkod till binärkod Resistornät för spänningsdelning /6 E ref - + Digital utsignal (3-bitar) 9/6 E ref - + 7/6 E ref - + X = E ref 5/6 E ref - + 3/6 E ref - + /6 E ref - + Analog_in /6 E ref 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 49 49

Avkodare termometer till binärkod termometerkod Kombinatorisk logik C 7 C X -X 3 C 7 C 6 C 5 C 4 C 3 C 2 C X 3 X 2 X 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 5 5

omvandlingstid -- antal klockcykler Jämförelse Omvandlingstider 5 4 3 2 nivåramp Succ. approx. t c t = 2 c n = n + 2 4 6 8 2 4 6 antal bitar t c flash = 5 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 5

Jämförelse komplexitet Nivå-ramp och succ. approximation är av samma komplexitet Flash omvandlaren kräver n- komparatorer för en n- bitars omvandlare Ex. En bitars omvandlare kräver 23 komparatorer 22--25 Jan Thim Copyright 27 Börje Norlin 52 52