A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL. Přednáška , kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL. Přednáška 1. 2011, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer"

Jindřiška Matoušková
před 9 lety
Počet zobrazení:

1 Přednáška , kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer 1

2 Náplň HW návrh vestavěných systémů, komponenty a jejich využití, procesor jako součástka Logické obvody a jejich vlastnosti z hlediska spolupráce s mikrořad. (odběr, typovéřady, rychlost z hlediska spolupráce s mikroprocesorem, spolupráce rychlých logických obvodů, vedení, odrazy, zemnění, rozvody napájení, blokování). Bloky komunikace s obsluhou (tlačítka, klávesnice, LED a LCD zobrazovače 8 a 32 bitové procesory mikrořadiče (Microcontroller) pro vestavěné systémy Obvody a periferie na čipu mikrořadičů (vstupy, výstupy, rozhraní SPI, I 2 C, I 2 S, USART převodníky A/D, převodníky D/A), Vnější periferie a jejich připojování (připojení vnějších řadičů Ethernet,..) Vnější paměťové obvody a jejich připojování k mikroprocesoru Dohlížecí obvody a monitorovací obvody pro zajištění spolehlivé funkce vestavěného systému. Napájení síťové napájení, bateriové napájení vestavěných systémů 2

Bloky komunikace s obsluhou (tlačítka, klávesnice, LED a LCD zobrazovače 8 a 32 bitové procesory mikrořadiče (Microcontroller) pro vestavěné systémy Obvody a periferie na čipu mikrořadičů (vstupy,

3 Cvičení Seznámení s IDE Keil pro ARM Logické obvody (dále L.O.)- statické parametry a jejich určení (skup. 2 stud.) Logické obvody dynamické parametry a jejich určení, buzení obvodu procesorem STM32, generování signálu o dané frekvenci (měření -sk. 2 st., příprava programu pro generaci 1 st. Dále již jen skupina 1 student) Konfigurace výstupních bran STM32, ovládání výstupů, připojení LED, ovládání registru a posuvného registru, připojení výstupu s posuvným registrem 74HCT595, ovládání zobrazovače nebo krokového motorku (dle volby) (1. hodnocená úloha) + zpráva Čtení vstupů (tlačítko, klávesnice), vstup s posuvným registrem, využití SPI Sériová komunikace, využití UART, komunikace s RS232, zobrazení dat na PC (terminál) (2. hodnocená úloha) + zpráva Využití interní čítačové jednotky, pro generování a čítání impulsů, určení frekvence, generování signálu PWM. Samostatný projekt: Návrh systému pro sběr dat a monitorování (hodnocená úloha, studie k projektu, návrh a realizace, závěrečná zpráva), Test v semestru 9. týden společný termín - na přednášce (v míst. 340) 3

Dále již jen skupina 1 student) Konfigurace výstupních bran STM32, ovládání výstupů, připojení LED, ovládání registru a posuvného registru, připojení výstupu s posuvným registrem 74HCT595, ovládání

4 Cvičení poznámky Možno osadit zapájet minimodul s STM32 a využít jej v projektu ladění boot loader, nebo pomocí SWD z kitu STM32 Discovery samostatná práce studenty, uvedení příp. informačních zdrojů) Plagiátorství ne!!! Účast na cvičeních povinná Domácí příprava, příprava programů Zapůjčení modulů STM32 Discovery, příp. i kont. pole na celý semetr Potřebné vybavení napájení + 5V ( např. z USB), příp. multimetr Minimum potřebného vybavení PC s USB a nainstalovaným SW Keil, mini USB kabel, Vhodný doplněk převodník USB na RS232 (dostupné např. v NC computers za Kč, využitelné i pro práci s jinými mikroprocesory pro vestavěné systémy pro funkci Boot Loader) 4

pole na celý semetr Potřebné vybavení napájení + 5V ( např. z USB), příp.

5 Hodnocení 1., 2. hodnocená úloha, samostatný projekt, zprávy, samostatná práce studenty, uvedení příp. informačních zdrojů) Plagiátorství ne!!! Účast na cvičeních povinná Domácí příprava, příprava programů, vývojový diagram, schéma v laboratoři odladění úlohy, využití přístrojového vybavení 5

6 Jádro ARM Cortex M3 Firma ARM (nevyrábí vlastní procesory) návrh jádra jádro v rámci licencí využívá mnoho výrobců (ST, NXP, TI, Atmel,..) definováno: jádro CPU řadič přerušení rozložení v adresním prostoru (kde- SRAM interní, externí, kde vnitřní sběrnice spolupráce s rozhraním pro ladění (debug) JTAG, SWD Výrobci individuálně doplňují periefrie 6

Jádro ARM Cortex M3 Volně dostupné materiály: Sadasivan S.:An Introduction to the ARM Cortex-M3 Processor (www.arm.com) DUI 0552A_Cortex - M3devices generic user Guide (www.arm.com) DDI 0337E Cortex -M3 Revision: r1p1 Technical Reference Manual (www.

7 Jádro ARM Cortex M3 Volně dostupné materiály: Sadasivan S.:An Introduction to the ARM Cortex-M3 Processor ( DUI 0552A_Cortex - M3devices generic user Guide ( DDI 0337E Cortex -M3 Revision: r1p1 Technical Reference Manual ( DDI 0403 ARM v7-m Architecture Reference Manual ( dostupný po zaregistrování) (podrobný popis architektury ARMv7M do které spadá i ARM Cortex M3) 7

com) DUI 0552A_Cortex - M3devices generic user Guide (www.arm.

8 STM32F100x Volně dostupné materiály: katalogový listk STM32F100x: STM32F100x4 STM32F100x6,STM32F100x8 STM32F100xB (Doc ID Rev 5) podrobný referenční manuál: RM0041 Reference manual STM32F100xx advanced ARM-based 32-bit MCUs ( 8

(Doc ID 16455 Rev 5) podrobný referenční manuál: RM0041

9 Literatura The Insider s GuideTo The STM32 ARM Based Microcontroller An Engineer s Introduction To The STM32 Series Velmi zkrácený přehled architektury ARM Cortex M3 z hlediska, implemetace do STM32 přehledný zkrácený popis periferií STM32 doporučeno pro získání prvního přehledu k použití periferiístm32, následně detailní studium referenčního manuálu k STM32 Tento manuál je dobrý proto to, zjistit, co se má vlastně hledat v dalších podrobných manuálech 9

com Velmi zkrácený přehled architektury ARM Cortex M3 z hlediska, implemetace do STM32 přehledný zkrácený popis

10 Registry ARM Cortex M3 - R0 R12 obecné registry Dolní registry (low reg.) R0 R7 přístupné všemi instrucemi. s příst. k registrům. Horní registry (high reg.) R8 R12 přístup pouze 32 bitovými instrukcemi s příst. k registrům 10

s příst. k registrům. Horní registry (high reg.

11 Registry R13 až R15 Stack pointer Registr R13 -Stack Pointer (SP) ukazatel zásobníku. R13 dvě formy: hlavní SP (SP main) procesní SR (SP_process) Link register Registr R14 je užíván při volání podprogramů (subroutine Link Register - LR). Do LR se uloží návratová adresa z PC při instrukci při vykonání instrukcí Branch an Link (BL) or Branch and Link with Exchange (BLX). LR je využit také při návratu z obsluhy výjimky (exception return). R14 možno obsluhovat jako obecný registr Programový čítač (Program counter - PC) registr R15 Bit [0] je vždy, takže instrukce jsou zarovnány na hranice slova (4 Byte) nebo poloviční slova (2 Byte). Stavový reg. programu (Program Status Registers xpsr) stavových registr příznaků (Flags) 11

Do LR se uloží návratová adresa z PC při instrukci při vykonání instrukcí Branch an Link (BL) or Branch and Link with Exchange (BLX).

12 Pojem instrukce - Thumb - 2 ARM Cortex M3 návaznost na procesory ARM procesory ARM 16 bitové instrukce Thumb 32 bitové instrukce ARM ( přepínání v programu, jaká sada instrukcí se používá) ARM Cortex M3 - instrukce Thumb doplněné 32- bitovými instrukcemi sada označená jako Thumb 2, ARM Cortex M3 používá sadu Thumb 2 bez přepínání, Pokus o přepnutí do režimu instrukcí ARM ( 32 bitových vyvolá chybu) 16 bitové instrukce Thumb omezené možnosti např. ve vzdálenosti adresy pro skok,. možnost 12

instrukcemi sada označená jako Thumb 2, ARM Cortex M3 používá sadu Thumb 2 bez přepínání, Pokus o přepnutí do režimu

13 Příznakový registr - 1 indikuje aktivní stav N negativní nebo menší než Z Nula C Carry/ Borrow výpůjčka V přetečení overflow Q sticky saturation (při aritmetice se saturací) 13

14 Adresový prostor - 14

15 STM32F100 - Cortex-M3 CPU MHz Flash Flash I/F I/F kB Flash Memory Power Supply Reg Reg1.8V POR/PDR/PVD JTAG/SW Debug Nested vect vectit IT Ctrl Ctrl 1 x Systick Timer 1 x DMA 7 Channels CRC 1x6x 16-bit PWM Synchronized AC AC Timer Timer Up Up to to Ext. Ext. ITs ITs Up Up to to I/Os I/Os 1x 1x SPI SPI 1x 1x USART/LIN Smartcard/IrDa Modem-Ctrl ARM Lite Hi-Speed Bus Matrix / / Arbiter (max (max 24MHz) 24MHz) Bridge ARM Peripheral Bus (max 24MHz) Bridge 4kB-8kB SRAM 20B 20B Backup Regs Clock Control ARM Peripheral Bus (max 24MHz) 1x16-bit timer with 2 IC/OC/PWM 2x16-bit timer each with 1 IC/OC/PWM 2 x 12bit DAC 1x 1x 12-bit ADC channels // 850ksps Temp Sensor XTAL oscillators 32KHz + 3~25MHz Int. Int. RC RC oscillators 40KHz + 8MHz PLL PLL RTC // AWU 2x 2x Watchdog (independent & window) 3 x 16-bit Timer HDMI CEC CEC 2x 2x SPI SPI 2x 2x USART/LIN Smartcard // IrDa IrDa Modem Control 2x 2x I2C I2C 15

Ext. ITs ITs Up Up to to 80 80 I/Os I/Os 1x 1x SPI SPI 1x 1x USART/LIN Smartcard/IrDa Modem-Ctrl ARM Lite Hi-Speed Bus Matrix / / Arbiter (max (max 24MHz) 24MHz) Bridge ARM Peripheral Bus (max 24MHz)

16 Výklad ke cvičením -měření vlastností LO A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL - Statické parametry: vstupní charakteristika Ii = f (Ui) převodní charakteristika Uo = f (Ui), rozhodovací úroveň vnitřní odpor výstupu ve stavu H - R H, vnitřní odpor výstupu ve stavu l R L, klidový odběr odběr v závislosti na vstupním napětí ( při rozhodovací úrovni) chování obvodu se vstupem plovoucím Dynamické parametry: zpoždění odběr v závislosti na frekvenci vstupního signálu určení Cpd U I I I U CC I O U O zvýšení odběru při zátěži kapacitou (kondenzátor, osciloskopická sonda) 74HC00, 74HCT00 16

výstupu ve stavu H - R H, vnitřní odpor výstupu ve stavu l R L, klidový odběr odběr v závislosti na vstupním napětí ( při rozhodovací úrovni) chování

17 Měření vlastností LO - Měřicí zapojení, výklad na přednášce, příprava na cvičení U CC + 5 V C B R1 + 5 V I I I O R 1 U I U O R 2 U i Ucc in GND out U o I i I i U CC U i U CC U i 17

18 Měření vlastností LO - působení diod ve vstupním obvodu, působení na vstupní charakteristiku působení substrátových diod, (výklad na přednášce k problematice cvičení) U CC U CC I I I O T1 U I U O U 1 T2 U 2 U CC D1 D3 CMOS obvod U R 1 D2 U 2 D4 D6 D7 D5 18

diod, (výklad na přednášce k problematice cvičení) U CC U CC I

Podobné dokumenty

Přednáška , kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer. A4B38NVS, 2012, J.Fischer, kat. měření,, ČVUT - FEL 1

Přednáška , kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer. A4B38NVS, 2012, J.Fischer, kat. měření,, ČVUT - FEL 1 Přednáška 10 2012, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer A4B38NVS, 2012, J.Fischer, kat. měření,, ČVUT - FEL 1 Náplň přednášky Čítače v MCU forma, principy činnosti A4B38NVS, 2012, J.Fischer, kat.