Sistemi Elettronici #1. Sistemi Elettronici. Definizioni e concetti generali. Sistemi Elettronici Laurea Triennale in Elettronica A.A.

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1 Sistemi Elettronici Definizioni e concetti generali

2 Concetti generali Il microcontrollore è un dispositivo che raggruppa su un unico chip un processore ed un insieme di dispositivi CPU Memoria RAM Memoria Eprom o EEPROM od OTP Porte I/O Timers e contatori Uart o porte di comunicazione seriale speciali ("Bus SPI","Bus I2C") Convertitori A/D Ha prestazioni più basse rispetto ai microprocessori general purpose In generale non necessita di RAM ulteriore oltre quella integrata, per cui sono disponibili numerosi PIN di I/O

3 A cosa servono?? Poichè presentano: Converitori A/D e D/A PWM Timer/contatori RTC PIN di ingresso/uscita Dispositivi di I/O (inter. seriali, etc) Sono adatti alla realizzazione di applicazioni di controllo, acquisizione/elaborazione dei segnali (altra possibile definizione come sistema di elaborazione delle informazioni) Tali applicazioni richiedevano design ad-hoc di componenti ed hardware dedicato Oggi è possibile realizzare tale applicazioni ricorrendo ad un unico tipo di microcontrollore, cambiando solo gli aspetti software In una BMW sono presenti più di 70 microcontrollori 68HC11(MOTOROLA)

4 Vantaggi delle periferiche su singolo chip Sono richiesti meno dispositivi discreti per la realizzazione di un sistema Il sistema riesce ad avere dimensioni ridotte Si abbassano i costi: I dispositivi ed il core costano qualche EURO Si abbassa il consumo di potenza: Device on chip hanno consumo minore di device esterne Si abbassa la sensibilità ad interferenze EM Sono disponibili più pin per l I/O utente (per acquisizione ad esempio) Il sistema nel complesso è più affidabile; sono interconnessi meno componenti

5 Ulteriori Vantaggi Sistema intelligente in grado di eseguire elaborazione complesse e di comunicare con altri disposivi. Riconvertibilità del progetto (riprogrammando il dispositivo); Protezione contro le copiature (la maggiore parte del singlechip offre la possibiltà di proteggere da lettura il programma contenuto nella ROM) ; Risparmio energetico (le versioni CMOS supportano il modo di funzionamento stand-by : è possibile bloccare, via software, l'attività della CPU e quindi ottenere correnti di alimentazione molto basse);

6 Caratteristiche architetturali richieste ad un microcontrollore

7 Esempi di Applicazioni Prodotti per l informazione personale: Telefoni cellulari, pager, orologi, registratori, calcolatrici Componenti Laptop : mouse, tastiere, modem, fax, schede sonore, caricatori di batterie Applicazioni Home serrature per porte, sistemi di allarme, termostati, condizionatori, telecomandi, VCR, frigoriferi, exercise equipment, lavatrici, forni a micro-onde giochi; automotive Settore industriale: Controllo di assi (posizione, velocità) Regolatori ON-OFF Regolatori PID

8 Caratteristiche generali Si distinguono per Set di istruzioni/architettura CISC/RISC (Complex Instructions Set Computer/ Reduced Instruction Set Computer) Numero e tipo di dispositivi di I/O Solitamente vengono forniti core da produttori di CPU, produttori di dispositivi arricchiscono il core con dispositivi proprietari di elaborazione dei segnali Frequenza di clock Numero di bit 4/8/16/32 Potenza di elaborazione/power comsuption Condizionata dalle grandezze precedenti

9 R ALU PC MEMORIA SREG CPU PERIFERICHE PERIFERICHE INTERFACCIAMENTO

10 CPU: Funzionamento Una CPU opera in questa maniera: E definita a priori una serie di operazioni che possono essere svolte ma non è definito un ordine con cui debbano essere eseguite E presente una memoria programma (memoria flash), in ogni locazione vi è un codice binario che definisce una operazione Nella CPU vi è un registro detto Program Counter (PC), all inizio il contenuto del PC viene preso come indirizzo di memoria. Viene letto ed interpretato il contenuto della cella di memoria, viene eseguita l operazione corrispondente e poi viene incrementato il contenuto del PC per passare all operazione successiva.

11 CPU-PROGRAM COUNTER-MEMORIA 16 CPU PC MEMORIA PROGRAMMA

12 Memoria programma Con 16 bit si possono codificare 2 16 =65536 operazioni diverse Sembrano molte ma, a titolo di esempio l istruzione Vai a prendere la cella 18 è differente dall istruzione Vai a prendere la cella 20 L operazione più semplice è quella di non fare nulla (ma è pur sempre una operazione), ed è identificata con il mnemonico NOP (NO Operation) Le altre operazioni sono operazioni matematiche, spostamento di dati da una parte all altra, spostamento di bit, somma, moltiplicazione (somma e spostamenti)

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