ŚCIĄGA NA TEL

1.Narysować schemat blokowy struktury wewnętrznej mikroprocesora typu 8051 lub 80c552 i scharakteryzować główne moduły pod względem funkcjonalnym.

Wewnętrzna pamięć programu, typu ROM, ma pojemność 4096 (4K) słów 8-bitowych. Może być rozszerzona do 64K bajtów przez dołączenie pamięci zewnętrznej.

Wewnętrzna pamięć danych, typu RAM, ma pojemność 128 bajtów. Możliwe jest dołączenie zewnętrznej pamięci danych o pojemności do 64K słów (w ramach osobnej przestrzeni adresowej).

Układ czasowo-licznikowy zawiera dwa 16-bitowe liczniki, które mogą zliczać wewnętrzne impulsy zegarowe lub impulsy zewnętrzne. Oba liczniki mogą pracować w jednym z czterech, ustawianych indywidualnie, trybów.

Linie wejścia-wyjścia, których jest 32, są zorganizowane w cztery 8-bitowe porty. Część z tych linii (zwłaszcza linie portu P3) może być wykorzystana do realizacji specjalnych funkcji.

Port szeregowy umożliwia niezależne nadawanie i odbieranie transmisji szeregowej. Może pracować w czterech trybach.

Układ przerwań (dwupoziomowy) może obsługiwać dwa przerwania zewnętrzne i dwa z układu czasowo-licznikowego oraz przerwaniez układuszeregowegowejścia-wyjścia(razem 5)

2. Narysować schemat blokowy struktury wewnętrznej mikroprocesora typu M6800 lub M68HC11 i scharakteryzować główne moduły pod względem funkcjonalnym.

Możliwości sprzętowe:

Możliwości programowe:

Mikroprocesor typu M68HC11 wyposażony jest w moduł konwertera A/C który zamienia nam wartości ciągłe (analogowe) na wartości cyfrowe które procesor może przetwarzać.

Posiada 2 interfejsy komunikacyjne: SPI do komunikacji z zewnętrznymi urządzeniami trybie Master/Slave jak np.: konwertery C/A, zegary czasu rzeczywistego itp. Oraz interfejs szeregowy RS232, RS485 do komunikacji np. z komputerem.

Posiada pamięć zorganizowaną w: 8 kilobajtów pamięci ROM, 512 bajtów EEPROM oraz 256 bajtów podręcznej pamięci RAM. Posiada również jednostkę logiczną obsługującą przerwania: IRQ, XIRQ, RESET; jednostkę kontroli trybu pracy; tryb uśpienia; jednostkę sterującą timerami i licznikami; jednostkę umożliwiającą odczyt i zapis do zewnętrznej pamięci. Główną częścią całego mikroprocesora jest jednostka sterująca czyli CPU.

3. Omówić strukturę i organizację pamięci wewnętrznej układów mikroprocesorowych rodziny MCS51.

Wewnętrzna pamięć danych zawarta w układzie mikrokomputera, przeznaczonego na pamięć użytkową, ma pojemność 128 lub 256 słów 8-bitowych, w zależności od typu układu najdogodniejsza do zapamiętania argumentów i wyników wszelkiego rodzaju obliczeń. Większość rozkazów przesłań dotyczy tej pamięci i to z niej są pobierane dane do większości dwuargumentowych operacji arytmetycznych i logicznych. Ponadto, w ramach osobnej przestrzeni adresowej można dołączyć do układu zewnętrzną pamięć danych o pojemności do 64K słów. Programowy dostęp do tej pamięci jest możliwy tylko za pomocą rozkazów MOVX.

operandu (w kodzie instrukcji podawany jest numer tego rejestru)

Wewnętrzną pamięć danych adresujemy przez:

4. Omówić strukturę i organizację pamięci wewnętrznej układów mikroprocesorowych rodziny M6800

Program, danych i stosu pamięci zajmują ten sam obszar pamięci. Całkowity rozmiar pamięci adresowalnych jest 64 KB.

Pamięć programu - program może być umieszczony w dowolnym miejscu w pamięci. Skacz i podprogramu instrukcji obsługi mogą być używane, aby przejść w dowolnym miejscu w pamięci. Warunkowych i bezwarunkowych oddziały są ograniczone do adresów pamięci, umieszczone nie dalej niż -125 - +129 bajtów z instrukcji oddziału.

Pamięć danych - dane mogą być w dowolnym miejscu w pamięci.

pamięci Stack - stos może być umieszczony w dowolnym miejscu w pamięci.

miejsc w pamięci zastrzeżone:

FFF8h - FFF9h: Pointer do przerwania IRQ rutynowego przetwarzania. FFFAh - FFFBh: Pointer oprogramowania rutynowych przerwania przetwarzania.

FFFCh - FFFDh: Pointer do przerwania NMI rutynowego przetwarzania.

FFFEh - FFFFh: Wskaźnik do obsługi kodów RESET.

Niektóre adresy pamięci mogą być zastrzeżone dla odwzorowany w pamięci I / O, gdyż procesor nie posiada sprzętu I / O możliwości.

5. Scharakteryzować sposoby adresowania rodzin mikroprocesorów MCS51 i M6800, cechy wspólne i różnice.

Motorola

Dostępne są następujące tryby adresowania: bezpośredniego rejestru danych – Dn bezpośredniego rejestru adresowego – An pośredniego rejestrem adresowym – (An)

pośredniego rejestrem adresowym z postinkrementacją – (An)+

pośredniego rejestrem adresowym z predekrementacją – -(An)

pośredniego rejestrem adresowym z przesunięciem – w(An)

pośredniego rejestrem adresowym z indeksem – b(An,Dn.[L,W]); b(An,Am.[L,W])

absolutnego krótkiego – w absolutnego długiego – l

licznikiem programu z przesunięciem – w(PC)

licznikiem programu z indeksem – b(PC,Dn.[L,W]); b(PC,An.[L,W])

natychmiastowe – #x

rejestru statusowego – SR

rejestru kodów warunków – CCR

Różnica między nimi polega na tym że np. w motoroli pod adresem 0 ukrywa się tylko jedna rzecz a w 51’ adres 0 może odnosić się do kilku miejsc(np. adres 0 w rejestrze R0 itd.). W Motoroli adresowanie jest liniowe a w 51’ nie.

6. Porównanie architektury podstawowych systemów przetwarzania danych w systemach mikroprocesorowych

Architektura harwardzka – rodzaj architektury komputera. W odróżnieniu od architektury von Neumanna, pamięć danych programu jest oddzielona od pamięci rozkazów[1].

Podstawowa architektura komputerów zerowej generacji i początkowa komputerów pierwszej generacji.

Prostsza (w stosunku do architektury von Neumanna) budowa przekłada się na większą szybkość działania - dlatego ten typ architektury jest często wykorzystywany w procesorach sygnałowych oraz przy dostępie procesora do pamięci cache.

Architektura von Neumanna – pierwszy rodzaj architektury komputera. Cechą charakterystyczną tej architektury jest to, że dane przechowywane są wspólnie z instrukcjami, co sprawia, że są kodowane w ten sam sposób.

W architekturze tej komputer składa się z czterech głównych komponentów:

Zmodyfikowana architektura harwardzka − znana również jako architektura mieszana, łączy w sobie cechy architektury harwardzkiej i architektury von Neumanna. Oddzielone zostały obszary pamięci na dane i rozkazy, lecz wykorzystują one wspólne magistrale danych i adresową. Niniejsza architektura umożliwia łatwe przesyłanie danych pomiędzy rozdzielonymi pamięciami.

Przykładem wykorzystania zmodyfikowanej architektury harwardzkiej jest rodzina mikrokontrolerów 8051.

7. Omówić charakterystyczne cechy mikrokonwertera (na przykładzie układu) jako podstawowego elementu inteligentnych czujników pomiarowych

CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA:

Ze względu na zastosowane technologie i związaną z tym miniaturyzację czujniki inteligentne, mimo dużych możliwości będą miały małe wymiary i niewielką względnie cenę. Sygnały pomiarowe tych czujników będą dostarczały więcej informacji po wprowadzeniu norm, ponieważ będą zawierały jednostkę oraz symbol identyfikacyjny czujnika. Będą mogły by skorygowane ze względu na wielkości wpływowe, możliwa jest również kalibracja. Przydatne są bezpośrednio w układach sterujących. Transmisja będzie szybka i niezależna od sieci. Mimo zastosowania techniki cyfrowej, użytkownik ma dostęp do sygnału analogowego.

8. Przedstawić metody transferu danych pomiędzy przetwornikiem A/C a pamięcią w układach mikroprocesorowych

Algorytm obsługi przetwornika w trybie DMA:

-Wyłączy zasilanie przetwornika (tryb power down: MD1 iMD0 ustawione na 0 w rejestrze ADCCN1)

-Adres wskaźnika przesyłanych danych ustawic na początekobszaru danych, wskaźnik danych określany jest 24-bitowo w rejestrach DMAL, DMAH, DMAP (wpisa w podanej kolejności)

-Przygotowac zewnętrzną pamięc danych, określic numery rzetwarzanych kanałów pomiarowych oraz wielkośc bloku danych

-Przeprowadzic inicjalizację rejestrów ADC SFRs w następującej kolejności:

W ADCCON2 ustaw w tryb DMA (MOV ADCCON2,#40; DMA)

W ADCCON1 ustaw parametry czasowe konwersji i włącz zasilanie przetwornika

Proces konwersji DMA może być wyzwalany sygnałem startu pojedynczej konwersji, z układu licznika L2 lub sygnałem zewnętrznym.

9. Scharakteryzuj budowę słów kodowych przetworników A/C

11. Podaj przykłady adresowania komórek pamięci leżących w różnych obszarach pamięci mikroprocesora przy wykorzystaniu poleceń języka programowania C. Uszereguj je pod względem czasu dostępu do pamięci.

Cechuje go posiadanie oddzielnych magistral dostępu do pamięci programu i pamięci danych, co pozwala na niezależny dostęp do pamięci danych i pamięci programu i danych jednocześnie. Istnieje moduł który pozwala na komunikację pomiędzy magistralami danych i programu, ale dostęp ten nie jest to dostęp bezpośredni.

16kW(kilo słów) Dane 16-bitów (32 kB) 16kW Program 24-bitów(48kB)

Dzięki oddzieleniu jednostek ALU, MAC i Shifter jest możliwe np. iż wynik dodawania będzie argumentem w operacji mnożenia a wynik całej operacji uzyskuje się w ciągu 1 cyklu rozkazowego.

12. Scharakteryzować system magistral i połączenia podstawowych jednostek funkcjonalnych w mikroprocesorach sygnałowych na przykładzie rodziny ADSP2100.

13. Przedstawić rolę buforów cyklicznych procesorów sygnałowych w algorytmach cyfrowych filtrów numerycznych.

Bufory cykliczne wykorzystują automatyczną implementację generowania adresów modulo dla dostępu do buforów cyklicznych. Do oblicznia kolejnego adresu wykorzystuje się następujące informacje:

-bieżącą lokalizacją, przechowywaną w rejestrze I (bez znaku)

-wartośc modyfikującą, przechowywaną w rejestrze M (ze znakiem)

-długośc bufora przechowywaną w rejestrze L (bez znaku)

-bazowy adres bufora

14. Opisać zasady transferu danych w systemach DSP wykorzystujących generatory adresu DAG.

Generatory adresu danych DAG są jednostkami zaprojektowanymi do generowania adresów

pośrednich w celu wskazania danych w pamięci. Operują na danych 14-bitowych.

Każda jednostka posiada 3 różne typy rejestrów:

I (rejstry indeksowe): zawierają bieżący adres,

M (rejestry modyfikujące): zawierają różnicę pomiędzy bieżącym i następnym adresem,

L (rejestry długości): zawierają rozmiar bufora cyklicznego (dla zapewnienia normalnego liniowego adresowania ustawiane są

na 0).

Każda jednostka DAG zawiera po 4 rejestry każdego typu, numerowane od 0 do 3 dla DAG1 i od 4 do 7 dla DAG2. Rejestry L

i I są niezależne,

15. Przedstawić strukturę rejestrów roboczych systemów DSP na przykładzie procesora rodziny ADSP20xx.

16. Omówić rolę rejestrów roboczych (R0-R7) w specjalizowanych w mikrokontrolerach. Podać programowe przykłady obsługi tych rejestrów.

W pamięci użytkowej słowa o adresach 0-31 stanowią cztery zbiory uniwersalnych rejestrów roboczych R0-R7. W danej chwili dostępne są rejestry tylko z jednego zbioru, wskazanego przez 2-bitowy wskaźnik zbioru rejestrów, który z kolei może być zmieniany programowo. Drugi i dalsze zbiory mogą być używane jako rozszerzenie pierwszego, oraz przeznaczone do wykorzystania w programach obsługi przerwań lub podprogramach, kiedy istotne jest zachowanie zawartości rejestrów zbioru pierwszego, używanych w programie głównym. Rejestry R0 i R1 z aktywnego zbioru pełnią funkcję wskaźników danych do adresowania pośredniego zawartością rejestru pamięci danych, wewnętrznej i zewnętrznej. W wewnętrznej pamięci danych za pomocą tych wskaźników jest możliwe adresowanie tylko obszaru pamięci użytkowej (0-7FH). W obszarze o adresach 128-255 jest umieszczona grupa rejestrów specjalnych. Należą do nich: Akumulator, rejestr B, słowo stanu programu, wskaźnik stosu, wskaźnik danych oraz DPTR, porty 0-3, słowo sterujące do ustawiania priorytetów przerwań, słowo sterujące pracą systemu przerwań, słowo sterujące i kontrolne układu czasowo- licznikowego i systemu przerwań, słowo sterujące do ustawiania trybu pracy liczników w układzie czasowo-licznikowym, 16-bitowy licznik T0, 16-bitowy licznik T1, słowo sterujące licznika 2, 16-bitowy licznik T2, słowo ładowane do licznika T2, słowo sterujące portu szeregowego, bufor portu szeregowego, słowo sterujące zasilania.

17. Omówić metody konfiguracji (wyboru trybu pracy) typowych programowanych modułów zegarów/liczników (T0, T1, T2) MCS-51.

Układy czasowo – licznikowe zawierają dwa 16 –bitowe liczniki T0 i T1. Mogą one zliczać impulsy zewnętrzne, doprowadzone do wejść, odpowiedni T0 (P3.4) lub T1(P3.5), spełniają w ten sposób funkcję licznika. Mogą też zliczać wewnętrzne impulsy zegarowe, celu odmierzenia opóźnień czy generowania przerwań zegarowych o zadanej częstotliwości. W tym przypadku spełniają funkcję czasomierza. Poza tym każdy z nich może pracować w jednym z czterech indywidualnie ustawionych trybów.

Ustawienia trybu pracy (TMOD słowo to ustawia tryby pracy)

M0, M1 (bity sterujące) – wybór trybu.

Określa tryb pracy licznika Ti: M1 M0 = 00-tyrb 0: 8-bitowy licznik THi taktowany poprzez 5-bitowy dzielnik TLi; M1 M0 = 01- tryb 1: 16- bitowy licznik THi, TLi: M1 M0 = 10- tryb 2: 8 –bitowy licznik TLi z automatycznym wpisywaniem wartości początkowej z THi: M1 M0 =

11 –tryb3: licznik T0 – dwa niezależne 8 –bitowe liczniki: TL0 (sterowany za pomocą bitów sterujących licznika T1) i TH0 (sterowany za pomocą bitów sterujących licznika T1); licznik T1 zatrzymany.

18. Narysować schemat blokowy układu do pomiaru okresu Tx sygnału napięciowego przy wykorzystaniu specjalizowanego modułów zegarów/liczników MCS51. Przedstawić analizę błędów pomiarowych układu.

długość słowa licznika L2:N(16) pojemność licznika L2:2^n(65536) liczba przepełnienia licznika L2:Nirq okres sygnału Tx:

Tx=Tosc[(N2-N1)+Nirq*2^n] Częstotliwość fx=1/Tx

19. Omówić zasady obsługi przetworników obrotowo-impulsowych w systemie mikroprocesorowym.Zaproponować rozdział zadań pomiędzy sprzęt i oprogramowanie.

Przetworniki obrotowo-impulsowe są przeznaczone do pomiaru przemieszczeń kątowych, a więc zarówno do pomiaru kąta jak i prędkości kątowej. Z pomocą napędu paskowego, zębatki lub koła ciernego mogą być mierzone również przemieszczenia liniowe. Przetworniki te pozwalają na określenie pozycji względnej przez zliczanie impulsów. Przy tym kierunek ruchu może być rozpoznawany dzięki przesunięciu fazowemu kanałów A i B, tak, że elektronika współpracująca musi dodawać lub odejmować przychodzące impulsy (tzw. kwadratura). Kanał zerowy C (indeks) oznacza przy każdym obrocie przetwornika pozycję absolutną, która może służyć do wyznaczania pozycji zerowej układu pomiarowego. Przy zgraniu tego sygnału z sygnałem z inicjatora umieszczonego np. na początku stołu frezarki, uzyskać można precyzyjny punkt zerowy mimo dużej histerezy inicjatora. Rozdzielczość przetwornika określana jest w działkach odpowiadających liczbie kresek na tarczy podziałowej przetwornika lub liczbie okresów fali prostokątnej wychodzącej z jednego kanału przetwornika. Licznik rozróżnia wszystkie zbocza sygnałów prostokątnych, co zwiększa liczbę impulsów 4-krotnie. Przetworniki impulsowe wykonywane są w kilku standardach wyjść: najpopularniejszy OC umozliwia pracę wyjścia z różnym od zasilania przetwornika napięciem układu wejściowego i jest idealny do zapewnienia optoizolacji układu pomiarowego, standard NL z zasilaniem +5V dobrze nadaje się w do dużych prędkości, standard PP chętnie jest stosowany w warunkach przemysłowych ze sterownikami PLC. W szerokiej gamie przetworników oferujemy enkodery do pracy ręcznej jako zadajniki, miniaturowe w obudowie przemysłowej, przemysłowe ze wzmocnioną osią, z otworem na oś, o małej i bardzo dużej rozdzielczości.

20. Narysować schemat blokowy układu do pomiaru okresu Tx sygnału napięciowego przy wykorzystaniu specjalizowanego modułów zegarów/liczników MCS51. Przeanalizować procesy numeryczne realizowane przez mikroprocesor.

Patrz 18. To samo

21. Omówić zasady dołączania peryferyjnych urządzeń elektronicznych do mikroprocesorów – schematy strukturalne.

Dołączanie urządzeń zewnętrznych możliwe jest tylko w ramach przestrzeni adresowej zewnętrznej pamięci danych. Sam procesor nie rozróżnia jakie urządzenie jest dołączone, widzi je jako część pamięci adresowej. Urządzenia te rozróżnia układ GAL, a obsługują je 2 linie (RD,WR) oraz porty P0 i P2. Do rozbudowy pamięci systemu mogą być użyte dowolne uniwersalne układy pamięci, lub specjalizowane układy peryferyjne, przystosowane do współpracy z multipleksowaną magistralą. Do rozbudowy we-wy można wykorzystać dowolne układy we-wy, np. z rodziny MCS80. Należy jednak dodać, że rozbudowa systemu, a zwłaszcza dołączanie zewnętrznej pamięci programu, odbywa się kosztem zmniejszenia linii we-wy (nie mogą być użyte porty P0 i P2), oraz strat części zalet jednoukładowości mikrokomputera.

22. Omówić zasady obsługi przetwornika kąta obrotu z wyjściem równoległym w systemie mikroprocesorowym. Przedstawić koncepcję dekodowania kodu Gray’a w oparciu o tablicę wartości kodowych.

23. Omówić system obsługi przerwań w mikroprocesorach rodziny MCS51. Źródła przerwań, priorytety przerwań, wektory przerwań.

24. Układy diagnostyczne typu WATCH-DOG - zasada wykorzystania w algorytmach przetwarzania numerycznego.

Watchdog (ang. pies stróżujący) to urządzenie lub program, najczęściej układ elektroniczny, chroniący system mikroprocesorowy przed zbyt długim przebywaniem w stanie zawieszenia. Jego działanie polega na zresetowaniu procesora w przypadku nieotrzymania w określonym czasie sygnału generowanego przez program. Występuje w dwóch głównych wariantach: sprzętowym oraz programowym. Sprzętowy uznawany jest za znacznie bardziej niezawodny. W oprogramowaniu umieszcza się funkcję ustawiającą wartość licznika na pewną wartość początkową. Z upływem czasu mierzonego przez niezależny od procesora zegar, wartość licznika zmienia się (zwykle maleje), co określony czas. Jeśli osiągnie pewną wartość, zwykle jest nią 0, następuje opisane zresetowanie procesora lub generowane jest przerwanie. Jednym z założeń poprawnej pracy systemu z watchdogiem jest ustawianie na nowo wartości licznika co pewien czas. Ta funkcja jest umieszczana w programach tak, by wykonywać się co czas mniejszy od czasu wyzerowania licznika. Jeśli program przestanie działać poprawnie – np.: wpadnie w wieczną pętlę lub zakleszczy się i nie będzie ustawiał licznika na nowo, można założyć że reset jest uzasadniony. W ten sposób watchdog chroni system komputerowy przed nieprzewidzianym zatrzymaniem się.

Watchdog jest instalowany w systemach, które działają często bez obsługi człowieka, ich nieprzerwane działanie jest bardzo ważne lub działanie nieprzewidziane może być niebezpieczne. Są standardem w systemach wbudowanych funkcjonujących w różnych urządzeniach. W większości współczesnych mikrokontrolerów watchdog jest jednym z elementów ich architektury i nie trzeba stosować dodatkowego sprzętu. A system udostępnia rozkazy procesora do ustawiania parametrów i resetowania watchdoga. Niektóre systemy operacyjne udostępniają mechanizmy zapobiegające zawieszeniu się (zablokowaniu) systemu w przypadku jego błędu (panika jądra) oraz oprogramowanie obsługi watchdoga programowego i sprzętowego, np pakiet watchdog w Linuksie.

25. Na podstawie schematu blokowego przedstaw strukturę inteligentnego czujnika pomiarowego w/g IEEE 1451. Jakie elementy składowe zawiera cyfrowy komunikat reprezentujący wyjściowy sygnał pomiarowy czujnika.

26. Opisać budowę przetworników A/C stosowanych w mikrokontrolerach jednoukładowych MCS51 (układy sterujące, rejestry aproksymacyjne, multipleksery analogowe, źródła napięć referencyjnych).

27. Opisać budowę przetworników A/C stosowanych w mikrokontrolerach jednoukładowych M68HC11 (M6805) (układy sterujące, rejestry aproksymacyjne, multipleksery analogowe, źródła napięć referencyjnych).

System A/D jest 8-kanałowym, 8-bitowym przetwornikiem z multipleksowanym wejściem, działającym z dokładnością do najmniej znaczącego bitu. Przetwarzanie realizowane jest metodą kompensacji wagowej. Cztery podstawowe bloki funkcjonalne przetwornika to:

multiplekser

przetwornik analogowy - kondensatory ładowane napięciem odniesienia

blok sterowania - układ porównania

4 rejestry przechowujące wynik Działanie:

Z nóżki wejściowej pobierane jest napięcie i porównywane z napięciem odniesienia w obrębie macierzy kondensatorów. Każda konwersja A/D składa się z 8 operacji porównania, począwszy od najbardziej znaczącego bitu. Wyniki kolejnych konwersji zapisywane są w odpowiednich rejestrach wynikowych. Łącznie można dokonać przetworzenia 16 sygnałów analogowych: 8 wejściowych, 4 wewnętrznych punktów odniesienia i 4 rezerwy.

Cztery tryby pracy:

-4 kolejne konwersje w kanale pojedynczym

-ciągła konwersja w kanale pojedynczym

-po jednym przetwarzaniu w czterech kanałach

-ciągła konwersja w 4 kanałach

28. Podać przykład budowy algorytmu przetwarzania numerycznego obsługującego wielokanałowy przetworniki a/c – analiza schematu blokowego.

29. Omówić algorytmy konwersji wyniku binarnego przetwarzania a/c do postaci zmiennoprzecinkowej wielkości fizycznej, gdy przetwornik wykorzystuje zestaw napięć referencyjnych U-REF i U+REF.

To samo co wyżej +

Przykład algorytmu konwersji wyniku przetwarzania A/C przy parametrach:

Przykład uproszczonego algorytmu konwersji wyniku przetwarzania A/C (bez stosowania arytmetyki liczb zmiennoprzecinkowych), wynik konwersji jest liczbą typu int reprezentującą wartość napięcia wejściowego w [mV] :

30. Opisać metody przetwarzania wielokanałowego w modułowych systemach kontrolnopomiarowych - architektura, programowanie

31. Charakterystyka oprogramowania narzędziowego mikroprocesorowych systemów pomiarowych.

Zasady tworzenia aplikacji pomiarowych

Aplikacje pomiarowe powinny być tworzone tak aby ich działanie nie wpływało na wynik pomiaru. Jeżeli w pomiarze istotną rolę odgrywa czas, to obliczenia powinny być wykonywane po dokonaniu pomiarów związanych z czasem. Aplikacje powinny być możliwie jak najmniej skomplikowane, nie powinny wykonywać niepotrzebnych operacji. Powinny one być także w miarę przejrzyste, aby można było je później poprawić, lub rozbudować.

Sprzęt powinien być dobierany tak aby mógł spełniać określone wymagania, np. jeżeli aplikacja będzie potrzebowała więcej pamięci, należałoby dołączyć pamięć zewnętrzną, podobnie jest z układami wejścia wyjścia i przerwaniami. Jeżeli nasz układ pomiarowy nie będzie połączony z komputerem należało by przyłączyć wyświetlacz.

32. Omówić metody wyzwalania pomiaru w typowych przetwornikach A/C mikrokontrolerów analogowych.

Wyzwalanie pomiaru przetwornika A/C

33. W jaki sposób rozdzielczość przetwornika A/C wpływa na wartość szumu kwantyzacji przetwornika ?

34. Przedstawić podstawowe parametry pracy przetwornika A/C.

  1. Nieliniowość całkowa (ang. Integral Nonlinearity - INL) – największe odchylenie rzeczywistej charakterystyki przetwarzania od linii prostej

  1. Rozdzielczość – stosunek przedziału kwantyzacji Q do pełnego zakresu prze-
    twornika FS, jest równa odwrotności liczby poziomów kwantyzacji, najczęściej określana liczbą bitów N słowa cyfrowego

  2. Dokładność przetwornika (bezwzględna lub względna) – największa różnica między rzeczywistą a przewidywaną wartością sygnału analogowego dla danego słowa cyfrowego

  3. Błąd przesunięcia (bezwzględny lub względny) – różnica między rzeczywistą a idealną wartością sygnału analogowego dla minimalnej lub zerowej wartości cyfrowej

  1. Błąd skalowania (wzmocnienia ang. gain error) – różnica między przewidywaną i ekstrapolowaną wartością rzeczywistą sygnału analogowego dla pełnego zakresu przetwornika

  1. Nieliniowość różniczkowa (ang. Differencial Nonlinearity – DNL ) – charakteryzuje lokalne odchylenia charakterystyki od linii prostej

  2. Czas przełączania – czas zmiany napięcia wyjściowego przetwornika od wartości początkowej do 90% zakresu zmiany napięcia wyjściowego

  1. Maksymalna częstotliwość przetwarzania – maksymalna liczba konwersji na
    sekundę, częstotliwość graniczna = 1/czas konwersji

  2. Szpilki napięcia (ang. glitch) – szpilki związane z przenikaniem przez pojemności

pasożytnicze cyfrowych sygnałów przełączających klucze analogowe

35. Omówić podstawowe błędy przetwarzania przetwornika A/C i C/A.

  1. Nieliniowość całkowa (ang. Integral Nonlinearity - INL) – największe odchylenie rzeczywistej charakterystyki przetwarzania od linii prostej

  1. Błąd przesunięcia (bezwzględny lub względny) – różnica między rzeczywistą a idealną wartością sygnału analogowego dla minimalnej lub zerowej wartości cyfrowej

  1. Błąd skalowania (wzmocnienia ang. gain error) – różnica między przewidywaną i ekstrapolowaną wartością rzeczywistą sygnału analogowego dla pełnego zakresu przetwornika

  1. Nieliniowość różniczkowa (ang. Differencial Nonlinearity – DNL ) – charakteryzuje lokalne odchylenia charakterystyki od linii prostej

  2. Czas przełączania – czas zmiany napięcia wyjściowego przetwornika od wartości początkowej do 90% zakresu zmiany napięcia wyjściowego

36. Efektywna rozdzielczość kodowa przetworników A/C.

Skuteczna ilość bitów (enob) jest miarą dynamicznych przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC) oraz związanego z nim obwody. Rozdzielczość ADC jest określona przez liczbę bitów, która reprezentuje wartość analogową, w zasadzie podając 2N poziomy sygnału dla sygnału N-bitowej. Jednak wszystkie obwody rzeczywistym ADC wprowadzić szumy i zniekształcenia. Enob określa rozdzielczość idealnego obwodu ADC, które mają taką samą rozdzielczość jak obwód pod uwagę.
Enob jest również stosowany jako środek jakości dla innych bloków, takich jak wzmacniacze sample-and-hold. W ten sposób, bloki analogowe mogą być łatwo uwzględnione w obliczeniach sygnału łańcuchowe całkowita enob łańcucha bloków jest zwykle poniżej enob najgorszego bloku.

SINAD jest stosunek wskazujące jakość sygnału.
     6,02 Termin na dzielnik konwertuje decybelach (reprezentacja log10) do bitów (reprezentacja log2). [Uwaga 1]
     Termin pochodzi od 1.76 błędu kwantyzacji w idealnym ADC. [Uwaga 2]

37. Reprezentacje cyfrowe wielkości mierzonych – podstawowe określenia.

38. Scharakteryzuj zasadę pomiaru temperatury przy pomocy czujnika RTD w układzie pomiarowym bezpośredniego pomiaru R.

39. Scharakteryzuj zasadę pomiaru temperatury przy pomocy czujnika termistorowego w układzie pomiarowym bezpośredniego pomiaru R.

40. Scharakteryzuj podstawowe układy pomiarowe pomiaru temperatury termoelementami w mikrosystemach analogowych.

41. Opisz podstawowy układ sterowania silnika prądu stałego metodą impulsową w układzie H z pomiarem prądu i pomiarem prędkości obrotowej.

42. Przedstawić procedury numerycznych konwersji binarnego wyniku przetwarzania A/C temperatury czujnika, wiedząc, że UREF=2.5V a stałe czujnika temperatury U(25C)=600mV, U/T=3mV/C, a wartość binarna wyniku przetwarzania Wbin=3D5HEX. Określić temperaturę czujnika.

Uref=2,5mV

U(25)=600mV

dU/dT=-3mV/C

Wbin=3D5hex

Wdec=982

T=25(600-Wdec)/3

T=25(600-981)/3=-102

43. Przedstawić algorytm konwersji numerycznej binarnego wyniku przetwarzania A/C mikrokonwertera ADuC824 na wartość napięcia reprezentowaną 32bitową reprezentacją całkowitoliczbową (long int), napięciowego sygnału różnicowego podanego na wejścia AIN3-AIN4, dla 24 bitowego słowa o wartościach: ADC0H=7EH, ADC0M=0A5H, ADC0L=0F3H (kod binarny przesunięty) przy założeniu, że VREF = 2.5 V, a zakres napięć wejściowych przetwornika 320mV.

44. Określ wartość Ux napięcia sygnału pomiarowego uzyskanego z 10-bitowego przetwornika A/C przekazującego część starszą wyniku w rejestrze ADCH=0xA3 oraz cześć młodszą wyniku w rejestrze ADCON=0x57 wiedząc, że 2 najmłodsze bity wyniku znajdują się na pozycjach b7 i b6 słowa ADCON. Napięcie referencyjne przetwornika URef+=5V a URef-=0V. Zapisz algorytm obliczeń w języku programowania C.

45. Podczas rejestracji sygnału analogowego w przedziale obserwacji T=1s bipolarnym 12-bitowym przetwornikiem A/C (UREF=1.25V) zarejestrowano minimalną i maksymalną wartość sygnału, odpowiednio Dmin=0053hex oraz Dmax=08A1hex. Określ wartość napięcia międzyszczytowego w przedziale obserwacji sygnału. Przetwornik pracuje w kodzie binarnym przesuniętym.

Umin=(0x53-0x800)*2*1.25/(2^12)=-1,19934082V Umax=(0x8A1-0x800)*2*1.25/(2^12)=0,098266602V

Różnica to napięcie międzyszczytowe czyli 1,19934082V

46. Określ wartość temperatury czujnika mikrokonwertera ADuC812 na podstawie pojedynczego binarnego wyniku przetwarzania Xi=0x83BA, przyjmując parametry: UREF-=0V, UREF+=2.5V, stała czujnika temperatury U25C=600mV, U/T=3mV/C.

mały chaczyk przetwornik ADuC812 jest 12 bitowy dlatego do obliczeń Xi=0x03BA

Ux=X*(Uref+ - Uref-)/LX

X -- wartość z przetwornika A/C

Uref(+/-) -- napięcia referencyjne

LX -- liczba możliwych stanów przetwornika czyli 2 do potęgi rozdzielczości przetwornika

ADuC812 - przetwornik 12 bitowy

UWAGA: ADuC812 jest 12-bitowy ale w rejestrach wynikowych sprzedaje również informacje

o numerze przetwarzanego kanału. Chodzi o tą 8-kę z

przodu.

Tx=Tn+(Ux-Un)/Kn

Wzór wynika z funkcji liniowej gdzie mamy jeden punkt i współczynnik kierunkowy.

Tn -- z podanych informacji o czujniku temperatura 25°C

Un -- ==||== napięcie w temperaturze 25st czyli

600mV = 0,6V

Kn -- podany parametr kierunkowy charakterystyki czujnika DU/DT=-3mV/

Ux=0,022788V

Tx=217,404st

47. Określ średnią wartość temperatury czujnika mikrokonwertera ADuC812 na podstawie binarnych wyników przetwarzania, przyjmując parametry: UREF-=0V, UREF+=2.5V, stała czujnika temperatury U25C=630mV, U/T= -3mV/C, kanał pomiarowy M=8, kolejne wartości binarne wyników przetwarzania (wraz z numerem kanału) Xi=840DHEX, Xi+1=8409HEX, Xi+2=8411HEX.

TAK JAK POWYŻEJ dochodzi tylko średnia ale to jest proste

Ux=X*(Uref+ - Uref-)/LX

X -- wartość z przetwornika A/C

Uref(+/-) -- napięcia referencyjne

LX -- liczba możliwych stanów przetwornika czyli 2 do potęgi rozdzielczości przetwornika

ADuC812 - przetwornik 12 bitowy

UWAGA: ADuC812 jest 12-bitowy ale w rejestrach wynikowych sprzedaje również informacje o numerze przetwarzanego kanału. Chodzi o tą 8-kę z przodu.

Tx=Tn+(Ux-Un)/Kn

Wzór wynika z funkcji liniowej gdzie mamy jeden punkt i współczynnik kierunkowy.

Tn -- z podanych informacji o czujniku temperatura

25°C

Un -- ==||== napięcie w temperaturze 25st czyli

630mV = 0,63V

Kn -- podany parametr kierunkowy charakterystyki czujnika DU/DT=-3mV/

Xi=40D(hex)

Xi=1037

Ui=0,63293457V

Ti=24,021809896°C

Xi+1=409(hex)Xi+1=1033 Ui+1=0,630493164V Ti+1=24,835611979°C

Xi+2=411(hex)Xi+1=1041 Ui+2=0,635375977V Ti+2=23,208007813°C

T(śtednia)=([Ti]+[Ti+1]+[Ti+2])/3 T(średnia)=24,021809896°C

48. W jakim kanale pomiarowym, 12-bitowego przetwornika A/C mikrokontrolera ADuC831, zmierzono maksymalną wartość napięcia (Xmax) z szeregu 3 wartości, przyjmując parametry: UREF=2.5V oraz kolejne wartości binarne wyników przetwarzania Xi=340DHEX, Xi+1=5409HEX, Xi+2=1411HEX.

Dla mikrokonwertera AduC812 zachodzą następujące zależności:

Fsys=11059200Hz

Tosc=12/Fosc -> 1.085us

Tprób = 2 * T2 =2*(Dz*1.085us)

Przy czym dzielnik Dz jest liczbą naturalną, a więc stąd wynikają błędy przy doborze częstotliwości próbkowania. Dla naszego przypadku mamy:

fprób=1/Tprób=1/(2*(Dz*1.085us))

stąd

Dz=1/(2*(fprób*1.085us))=14,4

Czyli dobieramy za Dz=143. Teraz należy sprawdzić jaką w rzeczywistości uzyskaliśmy w ten sposób częstotliwość próbkowania i porównać ją z zakładaną:

fprób[143]=1/(2*(14*1.085us))=32916.39 Hz

Czyli błąd względny doboru częstotliwości wynosi:

delfprób=(fprób[14]- fprób)/ fprób=(32916,39- 32000)/32000=0,02286%

49. Określić względny błąd doboru częstotliwości próbkowania fprb= 32000Hz wykorzystując wewnętrzne układy dzielników częstotliwości (licznik L2) dla mikrokonwertera ADuC812 (fsys=11059200Hz).

???

50. Podaj binarną wartość kodu sterującego 12-bitowego unipolarnego przetwornika C/A aby na wyjściu uzyskać napięcie 1.55V. Napięcie referencyjne przetwornika UREF=2.5V.

1.55/2.5*(2^12)=2539,52 -->100111101011(binarnie)

51. Określ maks. częstotliwość sygnału wejściowego fmax M-kanałowego systemu akwizycji danych pomiarowych bez układu PP przy założeniu tkonw=20μs, a rozdzielczość przetwornika A/C N=12bit i dokładności przetwarzania 1LSB. Jaka jest maksymalna częstotliwość próbkowania przy sekwencyjnym multipleksowaniu M=16 kanałów pomiarowych.

Fmax(jednego kanału)= 1/tkonw=50kHz

Fmax(16-u kanałów)=Fmax(jednego kanału)/16=3125

52. Podczas rejestracji sygnału analogowego w przedziale obserwacji T=1s unipolarnym 12-bitowym przetwornikiem A/C (UREF=1.25V) zarejestrowano minimalną i maksymalną wartość sygnału, odpowiednio Dmin=0053hex oraz Dmax=07A1hex. Określ wartość napięcia międzyszczytowego w przedziale obserwacji sygnału. Przetwornik pracuje w naturalnym kodzie binarnym.

Umin=(0x53-0x800)*2*1.25/(2^12)=-1,19934082V Umax=(0x8A1-0x800)*2*1.25/(2^12)=0,098266602V

Różnica to napięcię międzyszczytowe czyli 1,19934082V

53. Podczas rejestracji sygnału analogowego w przedziale obserwacji T=100ms unipolarnym 13-bitowym przetwornikiem A/C (UREF=2.5V) zarejestrowano minimalną i maksymalną wartość sygnału, odpowiednio Dmin=00C8hex oraz Dmax=1388hex. Określ wartość napięcia międzyszczytowego w przedziale obserwacji sygnału. Przetwornik pracuje w naturalnym kodzie binarnym.

???

54. W systemie pomiarowym zmierzono kolejno wartości napięcia U1=0.25V, U2=4.5V i U3=-1.75V. Przedstaw binarną postać wyników pomiarów w kodzie U2, binarnym przesuniętym i w kodzie znak-moduł dla przetwornika bipolarnego N=14 o zakresie przetwarzania UFS=5V. (𝑧𝑛𝑎𝑘: 𝑎13 = 0 → 𝑧 = +1)

Szukane:

Dane: Ufs=5V, N=14, W=0.25

wzór:

W=(Ufs*D*2)/(2^N) dla bipolarnego przetwornika

W=(Ufs*D)/(2^N) dla unipolarnego przetwornika

po przeksztalceniu:

D=(W*2^N)/2*Ufs=(0.25*2^14)/(2*5)=410

410=110011010B

i teraz zaminiamy na oszczegolne kodowanie

U2: 00 0000 0110 0110

Binarny przesunięty: 01 0001 1001 1010

Znak-modul: 00 0001 1001 1010

55. Podczas rejestracji sygnału analogowego w przedziale obserwacji T=1s unipolarnym 14-bitowym przetwornikiem A/C (UREF=1.25V) zarejestrowano minimalną i maksymalną wartość sygnału, odpowiednio Dmin=0258hex oraz Dmax=2EE0hex. Określ wartość napięcia międzyszczytowego w przedziale obserwacji sygnału. Przetwornik pracuje w naturalnym kodzie binarnym.

???

56. W systemie pomiarowym zmierzono kolejno wartości napięcia U1=0.35V, U2=5.5V i U3=-2.75V. Przedstaw binarną postać wyników pomiarów w kodzie U2, binarnym przesuniętym i w kodzie znak-moduł dla przetwornika bipolarnego N=13 o zakresie przetwarzania UFS=5V. (𝑧𝑛𝑎𝑘: 𝑎12 = 0 → 𝑧 = −1)

???

57. Wyznacz 3 kolejne adresy generowane w układzie DAG procesora sygnałowego, jeżeli: adres bazowy rejestru cyklicznego B=1000HEX, długość bufora cyklicznego L=0040HEX, modyfikator adresu M=0001HEX a bieżący adres A=103EHEX.

???

58. Wyznacz 3 kolejne adresy generowane w układzie DAG procesora sygnałowego, jeżeli: adres bazowy rejestru cyklicznego B=1000HEX, długość bufora cyklicznego L=0020HEX, modyfikator adresu M=3FFFHEX a bieżący adres A=1002HEX.

???


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
ŚCIĄGA NA TEL
sciaga moja na tel, WIP zarządzanie i inżynieria produkcji, sesja 1, ekonomia
Jak ściągać na maturze
ściaga na filozofie, filozoficzne i etyczne cośtam
ściąga na ekonomie, Budownictwo, 2 semestr
Pytania-z-egzaminu-z-czwartorzedu-sciaga-na-dlugopis, Studia, Czwartorzęd
Technologia remediacji druga ściąga na 2 koło całość, Studia, Ochrona środowiska
Moja zajebista ściąga na urządzenia Węgierka
ŚCIĄGA NA EGZAMIN rozród
Ściąga na drugie koło z wykładów
ściąga na biochemie na egzamin

więcej podobnych podstron