Interface Technieken. Roggemans M. 2012

Interface Technieken Roggemans M. 2012

Evaluatie • • • •

Begrijpen leerstof Figuren kunnen verklaren/uitleggen Kritische kijk op technologie Basiskennis analoge 1

(info van het internet)

• Herbekijk leerstof en stel vragen!!

Interface Technieken

2

Blokschema computersysteem Netspanning

Batterij

Voedib ne gw ssap ka inngningsV

di

Systeem voeding

i

wegr sPao m ovdin es

Systeem clock Debugsysteem(PC)

I supply

MICROCONTROLLER Analoge signalen

Analoge ingang

Analoge uitgang

CPU 8/16/32 bit

T sensor

Signaal bewerking

JTAG interface

Analoge I/O poort

I2C SPI USB UART

ADC DAC

Signaal bewerking

Seriële interface

Databus Bus interface

Externe businterface Adresbus

Tim ceirr/C cuoitu snter Timer/Counter

Vref(DC)

DigitaleI/Opoort

DigitaleI/Opoort

Schakelaar G alvaniid sch dig ge itsaclehe inge an ng

pp tole-r cO ou

Digitale signalen


xte runpet iE ngte in arnrg en

3

Blokschema computersysteem X-tal Osc.

POR

ADRES DECODER

ADRESBUS S S

CPU

ROM (FLASH) (EPROM) (EEPROM)

SRAM

PAR. POORT

TIMER SER. COUNTER POORT

DATABUS Interface Technieken

4

De systeemklok: aandachtspunten •Snelheid van een systeem (uitvoeren instructies, synchronisatie signalen) •Nauwkeurigheid van de klok (meten ( t van tijd) •Stabiliteit van de klok (o.a. temp afhankelijk) •Toepassings oepass gs a afhankelijke a e j ee eisen: se •Communicatie (stabiel/nauwkeurig) •Tijdsmetingen (genereren van signalen) •Kostprijs •Mechanische stabiliteit (trillingen) •EMC problematiek •Stoomverbruik Interface Technieken

5

De systeemklok: PLL (instelbare frequentie)


6

De systeemklok: RC oscillator


7

De systeemklok: tolerantie RC oscillator


8

De systeemklok: kristal oscillator Hier meten, probe 1/10


9

De systeemklok: kristal+microcontroller


Quartz schijfje

10

De systeemklok: kristal+microcontroller `GND


11

De systeemklok: oscillator


12

De systeemklok: resonator


13

De systeemklok: keuzecriteria


14

De systeemklok: Sneller is beter? Systemen vergelijkbaar op klok? •Snelheid klok ≠ snelheid systeem (PLL) •Snelheid is evenredig g met stroomverbruik •Snelheid klok ≠ cyclustijd •Snelheid is evenredig g met EMC (dit onderdrukken kost geld) Dus: klok zo traag mogelijk (er zijn systemen met ondergrens)


15

De systeemklok:

ATmega8 XC888 Interface Technieken

16

De systeemklok: bewaking


17

De voeding:

•NOOIT NOOIT

meten t mett een

Ohm-meter/ Oh t / diodentester opp een schakeling

tenzij je weet wat je doet…


18

De voeding: analoog geregeld


19

De voeding: analoog geregeld + beveiliging


20

De voeding: applicatie gegevens

(Vout-Vin)min=drop p out voltage g ((Normaal 2V, LDO xxx mV)) Interface Technieken

21

De voeding: schakelende voeding


22

De voeding: schakelende voeding feedback


23

De voeding: schakelende voeding


24

De voeding: schakelende voeding (regelaars) • A Analoge l regelaars l enkel k l spanning i verlagen l • Analoge regelaars dissiperen vermogen Pregelaar=(Vin-Vout) x Iout


25

De voeding: schakelende voeding (step up)


26

De voeding: schakelende voeding (step down)


27

De voeding


28

De voeding: Schakelende 78XX


29

De voeding: Schakelende 7805


30

De voeding: schakelende voeding (step U/D)


31

De voeding: schakelende voeding (inverteren)


32

De voeding: DC/DC omvormers


33

De voeding: DC/DC omvormers


34

De voeding: batterij


35



36



37

De voeding: batterij (VARTA)


38

De voeding: batterij (VARTA)


39

De voeding: batterij (VARTA) • Spanning batterij niet constant over levensduur • Spanningsregelaar tussen batterij en verbruiker is noodzakelijk tenzij verbruiker heeft geen nood aan constante spanning!! • Aantal cellen bepaalt step up/down regelaar


40

De voeding: niet geregeld Voedingsgegevens ARM7 controller NXP


41

De voeding:


42

De voeding: inschakelen/uitschakelen Dip

Piek

BROWN OUT

POR


43

De voeding: reset en spanningsbewaking


44

De voeding: econoreset


45

De voeding: ontkoppelen

G t afstand Grote f t d (cm) ( )


46



47



48



49

De voeding: verschuiving in massapotentiaal


50

De voeding: verschuiving in massapotentiaal


51

De voeding: verschuiving in massapotentiaal Spanningsval 0,5v

-

+

PS

Signaal 0 4v 0,4v +

Massapotentiaal (0v ?) Spanningsval 0,5v


0 9v 0,9v -

52

De voeding: gemengde systemen


53



54



55

De voeding: gemengde systemen ADuC8xx microcontroller


56


Sterpunt


57



58



59

De voeding: gemengde systemen Meerdere componenten met analoog/digitaal deel → 1 sterpunt voor totaal systeem

Sterpunt


60

De voeding: gemengde systemen Meerdere p printplaten p in 1 systeem, y enkel digitale g componenten: p 1 massa “vlak”


61

De voeding: gemengde systemen Meerdere p printplaten p in 1 systeem, y digitale g en analoge g componenten: p 1 massa “vlak” digitaal en 1 massa “vlak” analoog en 1 sterpunt


62

De voeding: gemengde systemen besluit: • Alle signalen worden gemeten t.o.v. GND – Zo min mogelijk storing op deze potentiaal

• Digitale systemen relatief ongevoelig voor storing g op p voeding g ((5%)) – Problemen voorkomen door ontkoppelen

• Analoge systemen heel gevoelig voor storingen op voeding (hogere frequenties) – Scheiden van digitale componenten – Problemen voorkomen door ontkoppelen – Indien mogelijk aparte voeding gebruiken Interface Technieken

63

Poorten: push-pull


64

Poorten: push-pull XC888 data


65

Poorten: input XC888


66

Poorten: Tri state opvangen bij reset

Er verloopt tijd tussen inschakelen spanning en initialisatie !


67

Poorten: beveiliging met Schottky dioden


68

Poorten: bidirectioneel gebruik (push-pull poort/communicatie)


69

Poorten: bidirectioneel gebruik (OC poort)


70

Poorten: OC poort gegevens


71

Poorten: OC poorten gebruik (als input met internal pull-up)


72

Poorten: OC poorten gebruik


73

Poorten: OC poorten gebruik


74

Ontwerpcriteria: temperatuur: • • • •

Commercial grade grade: 0 °C to 70 °C Industrial g grade: −40 °C to 85 °C Automotive grade: −40 °C to 125 °C Milit Military grade: d −55 55 °C tto 125 °C

Hoe beveiligen g tegen g overtemperatuur p ? • Inwendige temperatuur sensor in controller ? • Uitwendige sensor, verwerking door controller zelf ?

• Bimetaal sensor!! (ook als beveiliging bij Vb boilers) Interface Technieken

75

Ontwerpcriteria: behuizing: DIL, DIP


76

Ontwerpcriteria: behuizing: trough hole


77

Ontwerpcriteria: behuizing: trough hole


78

Ontwerpcriteria: behuizing: SMD


79

Ontwerpcriteria: behuizing: SMD


80

Ontwerpcriteria: behuizing: Boring 3,5 mm SMD


81

Ontwerpcriteria: algemeen: • Ontwikkelomgeving: – IDE (betalend <> gratis (uitzondering 8bit)) – Programmeertaal

• Ontwerpvolgorde: – – – – – –

Opgave (lastenboek) Hardware blokschema en schema Software blokschema (flowchart) Opbouw programma Versie controle Debugging • Hardware debugging • Software debugging (simulator=doen als-of)

• Documentatie Interface Technieken

82

Ontwerpcriteria

Documentatie Interface Technieken

83

Programmeren microcontroller: programmer


84

Programmeren microcontroller: com poort • Bootloader in controller noodzakelijk!!


85

Programmeren microcontroller: dongle

• GEEN bootloader in controller nodig. nodig • Hardware connectie met inwendig geheugen via SPI


86

Programmeren microcontroller: JTAG • Geen bootloader nodig. • Hardware connectie met verschillende hardware units i d in device. i • Debugging in runtime!!


87

Programmeren microcontroller: Fuse- configuration & lock bits


88

Programmeren microcontroller: Fuse- configuration & lock bits


89

PCB: Algemeen • Materiaal drager: •Pertinax (papier en hars) •Epoxy p y (g (glasvezel en hars)) •Aluminium •Mylar •Ceramiek Ceramiek •Dikte van de koper laag •Kwaliteit etsproces •Coatings: •Tin •Zilver •Goud Goud •Tin/lood •RoHS Interface Technieken

90

PCB: Enkelzijdige PCB


91

PCB: dubbelzijdige PCB


92



93


Groene laag= G l soldeermasker Witte opdruk= Silk screen


94



95

PCB: mechanische layout! (mechanische beperkingen opgelegd door fabrikant PCB)

Montagegaten!!


96

Prototyping


97

Prototyping


98

Prototyping


99

Keuzecriteria microcontroller • Economische co o sc e pa parameters: a ees – Stock – Ervaring – Herbruikbaarheid tools en software – Mechanische randvoorwaarden (DIL of SMD)

• Rekenkracht – 8,16,32,… bit – Speciale S i l controllers t ll (DSP (DSP,..))

• Beschikbaarheid ((in tijd j en ruimte)) Interface Technieken

100

Fail safe: externe watchdog

(bewaking spanning, kristal en programmaverloop)


101

Fail safe werking: temperatuur


102

Fail safe werking: redundante systemen


103

Fail safe werking: redundante systemen


104

Stroomverbruik: i.f.v. kloksnelheid


105

Stroomverbruik: i.f.v. voedingsspanning

Fmax afhankelijk van Vcc


106

Stroomverbruik: i.f.v. activiteitsgraad (idle) Normal


107

Stroomverbruik: i.f.v. activiteitsgraad (power down)


108

Werkingsgebied:


109

Digitale I/O: contactdender 100R


Digitale I/O: aansluiten van schakelaars

Waarom deze weerstand?


111

Digitale I/O: keypad


112

Digitale I/O: keypad ?????


113

Digitale I/O: keypad


114

Digitale I/O: keypad analoog inlezen


115

Digitale I/O: galvanische scheiding Wanneer: • Gevaar voor elektrocutie • Spanningsverschuiving tussen 2 systemen (vb: spanningsvallen over massaverbinding)

• Koppelen systemen met andere werkspanning k i (koppeling 5v systeem met 24v I/O) • Gevaar voor ongewenste g stroompaden p (vb: aardingslussen)

• Detectoren ((nuldoorgang g g detectie)) Interface Technieken

116

Digitale I/O: galvanische scheidingmet weerstanden


117

Digitale I/O: galvanische scheiding


118

Digitale I/O: galvanische scheiding


119

Digitale I/O: galvanische scheiding analoge signalen


120

Digitale I/O: galvanische scheiding (layout)


121

Digitale I/O: specificaties optocoupler


122



123



124

Digitale I/O: optocoupler toepassing


125


http://www.freeinfosociety.com


126


• output optocoupler kan overal geplaatst worden!


127


•Laag impedante input •grote tolerantie voor spanningsvallen in ingangscircuit!


128

Digitale I/O: optocoupler toepassing (AC)


129

Digitale I/O: solid state relay


130

Digitale I/O: solid state relay (DC & AC)


131

Digitale I/O: overgangsverschijnselen


132



133



134

Digitale I/O: scheiding met transformator


135

Digitale I/O: 50Hz klok

Bruikbaar voor nuldoorgang detectie?? Interface Technieken

136

Industriële sensoren


137

Industriële sensoren (12/24 Volt!!)


138

Industriële sensoren (12/24 Volt!!)


139

Digitale output: 8051 karakteristieken


140

Digitale output: AVR karakteristieken


141

Digitale output: transistor als versterker

Wat na/tijdens reset bij OC poorten en Push Push-Pull Pull poorten? Interface Technieken

142

Digitale output Vcc

Nodig bij weak pull-up OC output


143

Digitale output: ULN280x karakteristiek


144

Digitale output: Logic level FET


145

Digitale output: LED’s aansturing AVR/8051 AVR


146

Digitale output: case study • Ontkoppelcondensatoren ? • LM317 programmeerbaar vanuit controller • Complex wegens common cathode LED’s


147

Digitale output: 7-segment display


148

Digitale output: OK?


149

Digitale output: decoder


150

Digitale output: display driver


151



152



153

Digitale output

?


154

Digitale output: matrix display


155

Digitale output: LCD display

(hoe werkt een LCD scherm?)


156




157




158

Digitale output


159

Digitale output


160

Digitale output: grafische module


161

Digitale output: Alfanumerische module


162

Digitale output: LCD module aansluitingen(grafisch)


163

Digitale output (grafisch LCD):


164

Digitale output (alfa-num)


165



166



167



168


169

Digitale output: inductieve belasting


170

Digitale output


171

Digitale output


(low side driver)

172

Digitale output


173

Digitale output


174

Digitale output


(high side driver)

175

Digitale output


176

Digitale output


177

Digitale output: stappen motoren


178

Digitale output: stappen motoren


179

Digitale output


180

Digitale output


181

Digitale output


182

Digitale output


183

Digitale output: current chopping (hogere stapsnelheden)


184

Digitale output


185

Digitale output


186

Digitale output


187

Digitale output: full step aansturing


188

Digitale output: half step aansturing


189

Digitale output: microstepping


190

Digitale output


191

Digitale output: relais en contactoren Voordelen: •Je kan zowat elk type belasting schakelen h k l Nadelen: •Contactdender •Vonkvorming •Corrosie contacten •Schakelvermogen S h k l •Inductieve spoel Interface Technieken

192

Digitale output: relais en contactoren


193

Digitale output


194

Digitale output


195

Digitale output


196

Digitale output


197

Digitale output

AC!! Interface Technieken

198

Digitale output


199

Digitale output


200

Digitale output


201

Digitale output


202

Analoge I/O


203

Analoge I/O


204

Analoge I/O


205

Analoge I/O


206

Analoge I/O


207

Analoge I/O


208

Analoge I/O


209

Analoge I/O


210

Analoge I/O


211

Analoge I/O


212

Analoge I/O DAC 3 bit


213

Analoge I/O


214

Analoge I/O


215

Analoge I/O


216

Analoge I/O (SOC)


217

Analoge I/O ATtiny25


218

Analoge I/O


219

Analoge I/O


220

Analoge I/O


221

Analoge I/O


222

Analoge I/O


223

Analoge I/O


224

Analoge I/O


225

Analoge I/O


226

Analoge I/O


227

Analoge I/O


228

Analoge I/O


229

Analoge I/O


230

Analoge I/O


231

Analoge I/O


232

Analoge I/O


233

Analoge I/O


234

Timers en counters


235

Timers en counters


236

Timers en counters


237

Timers en counters


238

Timers en counters


239

Timers en counters


240

Timers en counters


241

Timers en counters


242

Timers en counters


243

Timers en counters


244

Timers en counters


245

Timers en counters


246

Timers en counters


247

Timers en counters


248

Timers en counters


249

Communicatie


250

Communicatie


251

Communicatie


252

Communicatie


253

Communicatie


254

Communicatie


255

Communicatie


256

Communicatie


257

Communicatie: IIC


258

Communicatie: IIC • • • • • • • •

Hoe weet slave wanneer de communicatie start? Hoe weet een slave dat data voor hem is? Hoe weet slave einde communicatie Hoe weet slave wanneer antwoorden? Hoe weet master data OK ontvangen? Hoe weet master van welke slave data afkomstig? Wat bij foutieve overdracht? Hoe snelheid communicatie bepalen?


259

Communicatie


260

Communicatie


261

Communicatie


262

Communicatie


263

Communicatie


264

Communicatie


265

Communicatie


266

Communicatie


267

Communicatie


268

Communicatie


269

Communicatie


270

Communicatie


271

Communicatie


272

Communicatie


273

Communicatie


274

Communicatie


275

Communicatie


276

Communicatie


277

Communicatie


278

Communicatie


279

Communicatie


280

Communicatie


281

Communicatie


282

Communicatie


283

Communicatie


284

Communicatie


285

Communicatie


286

Communicatie

Fail a sa safe e werking e gb bijj bussystemen!


287

Communicatie


288

Communicatie RC5 communicatie (Manchester coded)


289

Communicatie


290

Communicatie


291

Communicatie

SPI <> FM radio di Interface Technieken

292

Communicatie


293

Communicatie


294

Communicatie DIGI modules


295

Communicatie


296

Communicatie


297

Interrupts


298

Interrupts


299

Interrupts


300

Interrupts Inwendige interrupt bronnen


301

Interrupts Hardware I/O unit

Interrupt pending bit

To CPU

Wegens contactdender NOOIT schakelaars aansluiten op interrupt input!!! Interface Technieken

302

Interrupts ISR

Bewaar registers g gebruikt in ISR

Berekeningen B k i ISR

Herstel registers gebruikt in ISR

RETI


303

Externe busverbindingen


304



305



306

The end


307

Interface Technieken. Roggemans M. 2012

Recommend Documents