Microcontrollori 12/03/2014. Progettazione Sistemi Elettronici 2013/2014 1

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1 Microcontrollori 2013/2014 1

2 Microcontrollori 2013/2014 2

3 Microcontrollori CPU Instruction set -CISC Complex Instruction Set Computing (Intel x86 family; Motorola 680x0) -RISC Reduced Instruction Set computer (ARM family, ATMEL AVR Family) Architecture(respect integer operand maximum dimension) -8 bit (Intel 8051, ATMEL AVR, PIC ) -16 bit (Intel 8088, Motorola 68000, TI MSP430) -32 bit (x86 family, Motorola 680x0, ATMEL AVR32, Power PC) -64 bit (x86-64 family, Power PC) 2013/2014 3

4 Microcontrollori - CPU Costituita da una unità aritmetica e una unità di controllo che interpreta le istruzioni e gestisce il trasferimento dei dati nei Registri. 2013/2014 4

5 Microcontrollori - Architettura Informazioni presenti in un programma: Codice di Istruzioni per l esecuzione Dati utilizzati dalle Istruzioni ARCHITETTURE VON NEUMANN HARWARD 2013/2014 5

6 Microcontrollori - Memoria VON NEUMANN HARWARD 2013/2014 6

7 Microcontrollori - Architettura MSP 430 TEXAS INSTRUMENT BUS PERIFERICHE + Memorie 2013/2014 7

8 Microcontrollori - Architettura ATMEL AVR BUS MEMORIE BUS PERIFERICHE 2013/2014 8

9 Microcontrollori Registri Interni Registri dedicati: Program Counter (PC): Puntatore alla prossima istruzione che deve essere letta ed eseguita dalla CPU. Stack Pointer (SP): Utilizzato per memorizzare informazioni sullo stato delle istruzioni (instructions: store by PUSH, retrieve by POP); utilizzato per i parametri delle routine (PUSH, POP in calling routine) urato dalle subroutine per memorizzare il punto di ritorno al programma (RET). Status Register (SR): Registro di stato della CPU, aggiornato automaticamenete dalla CPU. 2013/2014 9

10 Microcontrollori General Purpose Register R0 R1 R2 R3 R26 R27 R28 R29 R30 R31 Register File XL XH YL YH ZL ZH X Pointer Y Pointer Z Pointer 2013/

11 Microcontrollori General Purpose Register Register File ALU 2013/

12 Microcontrollori Processor Size Unità di Misura: Bits Corrisponde alla dimensione massima dei dati che può elaborare la CPU Rispecchia la dimensione del bua interno e della memoria die registri della CPU Architetture standard : 8, 16, 32 Bits 2013/

13 Microcontrollori- Performance Metrics Elaborazione: Clock Speed MIPS (instructions per sec) Latency Throughput Elettrciche: Power Consumptions Voltage Supply Noise Immunity Sensitivity 2013/

14 Microcontrollori- Power Consumption Contributi al consumo di potenza nei dispositivi CMOS: Consumo dinamico (P DYN ) Consumo di corto circuito (P SHORT ) Consumi di Leakage (P LEAK ) P = P + P + DYN SHORT P LEAK 2013/

15 Microcontrollori- Power Consumption P DYN = A C V 2 f A : Attività del Gate C: Capacità di carico V: Tensione di alimentazione f : Frequenza del clock 2013/

16 Microcontrollori- Power Consumption P SHORT =τ A V I SHORT f I SHORT = R ONN V + R ONP P SHORT =τ A V I SHORT f t=tempo di corto circuito A : Attività del Gate I SHORT : Corrente di corto circuito V: Tensione di alimentazione f : Frequenza del clock 2013/

17 Microcontrollori- Power Consumption P = V LEAK I LEAK 2013/

18 Microcontrollori- Power Consumption 2013/

19 Microcontrollori Clock System 2013/

20 Microcontrollori - Crystal 2013/

21 Microcontrollori - Crystal Specifiche: Quality Factor Rapporto fra l energia immagazzinata e quella dissipata. Q alto lentezza nella partenza Load Capacitance Capacità necessaria per far oscillare il quarzo ESR Resistenza serie equivalente Frequency Stability Massima deviazione della frequenza dalla specifica in un dato range di temperatura Frequency Tolerance Massima deviazione della frequenza dalla specifica a 25 C. 2013/

22 Microcontrollori Reset Logic EVENTI Interni Ed Esterni RESTART! 2013/

23 Microcontrollori Reset Logic Start Up External Reset 2013/

24 Microcontrollori Reset Logic Watch dog Reset 2013/

25 Microcontrollori Reset Logic Brown Out Reset 2013/

26 Microcontrollori Reset Logic In quale stato riporta il dispositivo? 2013/

27 Microcontrollori - Timer 2013/

28 PWM Pulse Width Modulation 2013/

29 PWM Pulse Width Modulation 2013/

30 PWM Pulse Width Modulation FILTRO 2013/

31 PWM Pulse Width Modulation 2013/

32 Microcontrollori - Interrupt Permette di rispondere ad un evento Esterno senza polling Esterno : tutto ciò che è al di fuori del Core e tutto ciò che può attivare i flag di interrupt 2013/

33 Microcontrollori - Interrupt System reset (Non)-maskable NMI Maskable 2013/

34 Microcontrollori - Interrupt 2013/

35 Microcontrollori - Interrupt Overheads Interrupt arrives Complete current instruction Save essential register information Vector to ISR Save additional register information Interrupt Latency Execute body of ISR Restore other register information Return from interrupt and restore essential registers Resume task Interrupt Termination 2013/

36 Microcontrollori - GPIO PORT PIN PORT NOT EQUAL TO PIN!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 2013/

37 Microcontrollori - GPIO DDx 0 Pull-Up PORTx 0 PINx? Physical Pin? Direction: Pull-Up: INPUT OFF 2013/

38 Microcontrollori - GPIO DDx Switch On Pull-Up 0 Pull-Up PORTx 1 PINx? Physical Pin? Direction: Pull-Up: INPUT ON 2013/

39 Microcontrollori - GPIO DDx 1 Pull-Up PORTx 1 PINx 1 Physical Pin 1 Direction: Pull-Up: OUTPUT OFF 2013/