Mikrocontroller-Busse

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1 Mikrocontroller-Busse Projekt Elektronik Mohammed Goni Projekt: Terarriensteuerung WsSe 09

2 1 Einleitung 2 Microcontroller (MCU) 3 Bussysteme Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe 09 2 / 1

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4 Einführung Grundlagen standardisierte Kommunikationsbusse zur Vernetzung von technischen Systemen. Knoten oder Busteilnehmer: Komponenten die an einem Bus angeschlossenen sind. zentrale oder dezentrale Busvermittlung. unterscheidung Zwischen parallelen und seriellen Bussen. unterscheidung nach Verwendungsart in Systembusse,Speicherbusse, Peripheriebusse und I/O-busse. Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe 09 4 / 1

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6 MCU Systemerweiterung MCU lassen sich in verschiedenen Betriebsarten einsetzen 1. Single Chip Mode Einsatz In kleineren Anwendungen, in welchen der interne Speicher ausreicht. 2.Expanded Chip Mode Einsatz In vielen Fällen,in denen der interne Speicher nicht ausreicht oder es müssen zusätzliche Peripherie-Bausteine für spezielle Anwendungen mit dem Microcontroller betrieben werden. Dabei übernehmen Ports die Funktionen von Adress-Daten- und Controllbus und steuern damit externe Komponenten. Spezielle Chip-Select Ausgänge selektieren die Speicherbausteine im gewünschten Adressbereich. Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe 09 6 / 1

7 MCU (Struktur) Mehrere digitale 8 Bit Ports. Anschlüsse als Ein oder Ausgang Serielle Schnittstellen: SPI, RS232, I2C, CAN, usw. Timer System: mehrere Kanälen IC, OC, PWM, Pulsakkumulator Analog-Digital Wandler: 8 Eingänge mit 8 bis 10 Bit Auflösung SRAM EEPROM ALU CPU Steuerwerk Interruptsystem: Interrupts von internen und externen Quellen Flash EEPROM Akkumulatoren Programmzähler Realtime Interrupt, Watchdog, System-Clock Überwachung Daten-Bus: 8 oder 16 Bit Adress-Bus: Je nach System 16 bis 22 Bit Controll-Bus: mit den Signalen Read, Write, Reset, Eclk, usw. Mehrere Chip-Select Leitungen für die Ansteuerung externer Bauteile (z.b. Speicher) Im Single Chip Mode können die Bus-Leitungen als normale I/O-Ports genutzt werden Fig.2: Typischer Aufbau und Funktionsblöcke eines modernen Microcontrollers Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe 09 7 / 1

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9 Schnittstellen Serielle Schnittstellen Für die Kommunikation mit Datenendgeräten sind zwei serielle Schnittstellen (SCI: Serial Communications Interface) vorgesehen. Diese Schnittstellen können nur über einen externen Treiber an ein Datenendgerät angeschlossen werden. Zur Kommunikation mit anderen Prozessoren und Peripherieschaltungen verfügt der Controller zudem über ein schnelles serielles Interface (SPI Serial Peripheral Interface). Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe 09 9 / 1

10 Mikrocontroller-Busse 1.I 2 C Serieller Bus (Inter-IC-Bus). 2-Wire:zweidraht-Bus 100 und 400 khz üblich. Master-Slave-Bus ( (Multimaster-Mode) fähig). Takt (engl. serial clock line, SCL) und Datenleitung (engl. serial data line, SDA). Abbildung: Simulation der Stellgrössen Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe / 1

11 I 2 C (Eigenschaften) - langsamer als die meisten anderen Bus-Systeme. + wegen niedrigen Kosten, ideal für Peripherie-Geräte,die nicht schnell sein müssen. - Ungeeignet zur Überbrückung größerer Entfernungen. - nicht störsicher genug für Übertragungen zwischen verschiedenen Geräten mit getrennten Gehäusen. - Störungen sowohl des SDA- als auch des SCL-Signals resultieren in fehlerhaft übertragenen Daten. + Einsatz: Lautstärkeregler,ADC oder DAC, Echtzeituhren, kleine nichtflüchtige Speicher oder bidirektionale Schalter,Chipkartenbereich(Krankenversichertenkarte)und Multiplexer. Auch elektronische Sensoren haben oft einen Analog-Digital-Wandler miti 2 C-Schnittstelle integriert. Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe / 1

12 I 2 C Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe / 1

13 Mikrocontroller-Busse 2.SPI-(Serial Peripheral Interface ) Standard für einen synchronen seriellen Datenbus 3-Wire,Sehr schnell (mehrere MHz) SDO/MOSI, SDI/MISO, SCKL, (CS) Multimaster-Mode fähig. Protokoll nicht fest definiert Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe / 1

14 SPI-(Eigenschaften ) Drei gemeinsame Leitungen, an denen jeder Teilnehmer angeschlossen ist - SDO (Serial Data Out) bzw. MOSI (Master out Slave in) - SDI (Serial Data In) bzw. MISO (Master in Slave out) - SCK (Serial Clock) Einstellmöglichkeiten, beispielsweise mit welcher Taktflanke ausgegeben bzw. eingelesen wird, Wortlänge, Übertragung MSB oder LSB zuerst. Unterschiedliche Taktfrequenzen bis in den MHz-Bereich zulässig. Vielfältige Einsatzmöglichkeiten in Audio- und Messanwendungen, zur Datenübertragung zwischen Mikrocontrollern. Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe / 1

15 I 2 C Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe / 1

16 Mikrocontroller-Busse 3.CAN-(Controller-Area-Network) Kein Standard-Bus in Mikrocontrollern. Max 1Mbit/s (max. 40m), 125 kbit/s (max. 500m). Feldbus (Automatisierungstechnik, KFZ). Adressierung über 11bit/29bit Identifier. Multimaster-Mode fähig. Protokoll wesentlich aufwändiger als bei I2C/SPI. Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe / 1

17 Mikrocontroller-Busse 4.IEC-625-(General Purpose Interface Bus, auch General Purpose Instrumentation Bus) GPIB, GP-IB ist ein parallele Datenbus. Einsatz:Bsp Verbindung von Messgeräten,Plottern und Druckern mit einem Computer. maximale Geschwindigkeit der Standardausführung beträgt 1 MByte/s. Adressierung über 11bit/29bit Identifier. Multimaster-Mode fähig. Protokoll wesentlich aufwändiger als bei I2C/SPI. Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe / 1

18 4.IEC-625 Abbildung: IEEE-488-Stecker-Buchsen-Kombination Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe / 1

19 Mikrocontroller-Busse 5.LIN-(Local Interconnect Network ) Einsatz, wo die Bandbreite und Vielseitigkeit von CAN nicht benötigt wird. speziell für die kostengünstige Kommunikation intelligenter Sensoren und Aktuatoren in Kfz. setzt sich aus einem LIN-Master und einem oder mehreren LIN-Slaves zusammen. LIN-Protokoll, ein einheitliches Format zur Beschreibung eines gesamten LIN sowie die Schnittstelle zwischen einem LIN und der Applikation. Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe / 1

20 Mikrocontroller-Busse 6.Universal Serial Bus (USB) Einsatz, wo die Bandbreite und Vielseitigkeit von CAN nicht benötigt wird. Weitere busse:dallas 1-Wire,USB,RS-232 über USART zu anderen Geräten. Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe / 1

21 Quellen AVRlib Wikipedia. skript Automobielelektronik. microcontroller.net. Mohammed Goni (Projekt: Terarriensteuerung) Elektronik WiSe 09 WsSe / 1