TIES530 - Sulautettujen j

1
TIES530 - Sulautettujen järjestelmien
arkkitehtuurit
Luento 8 Oheislaitteet ja komponentit

• Jukka Ihalainen, jukka.ihalainen_at_chydenius.fi
• Tietoliikennelaboratorio, http//rf.chydenius.fi

2
Komponentteja

• Vastukset
• ylösvetovastus
• virranrajoitus
• useat komponentit kestävät vain muutaman kymmenen
  mAn 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 32768 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
(No Transcript)
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
(No Transcript)
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
(No Transcript)
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
(No Transcript)
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
(No Transcript)
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 (email, snmp-trap,)
• ethernet kontrolleri voidaan liittää prosessorin
  data- ja osoiteväylään (Cirrus Logic CS8900A) tai
  yksinkertaisemmin SPI-väylään (Microchip
  ENC28J60)

27
(No Transcript)
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
(No Transcript)
30
Tiedonsiirron liitäntäpiirit

• Zigbee (802.15.4) 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
(No Transcript)
32
Tiedonsiirron liitäntäpiirit

• GPS
• valmiita moduuleita markkinoilla runsaasti
• helpohko integroida toiseen järjestelmään
• sarjamuotoinen datayhteys kontrollerille
  (9600,8,n,1)

33
(No Transcript)
34
Anturit ja toimilaitteet

• Analogiset
• lämpötila esim Pt100, LM335, NTC- ja
  PTC-vastusanturit
• valo esim BPW21

35

• Digitaaliset
• lämpötila esim. DS18S20 ja DS1621