SISTEMAS DIGITALES 1 Introducción UNIDAD 4 ...

3/11/2020

1

SISTEMAS DIGITALES 1UNIDAD 4:

MICROCONTROLADORES

Temas tratados• Introducción

• Arquitectura de un microcontrolador. Procesador. Memorias. Reloj.

Módulos de entrada y salida digital (repaso).

• Implementación de Redes de Petri en lenguaje C

• Interrupciones. Diseño de la aplicación. Programación en modo encuesta

y por interrupciones. Administración de las interrupciones. Criterios de

diseño.

• Conversión analógica-digital. Métodos de conversión. Multiplexado de

canales. Conversión digital-analógica.

• Temporizadores. Fuentes de reloj. Pre-escalado y resolución. Funciones

de captura y salida automática. Modulación de ancho de pulso.

IntroducciónEjemplo. Se quiere implementar un controlador para:

Leer periódicamente una temperatura y a partir de ella prender y apagar un calefactor, mostrando en un display la temperatura actual. La temperatura debe poder ajustarse. La funcionalidad debe poder cambiarse.

¿Posibles implementaciones para el controlador?

REPASO

Introducción

Un implementación programada con diseño discreto requería:• Un microprocesador

• 20 líneas de I/O (2 chips de 16 c/u)

• 1 Interfaz serie (1 chip)

• 1 Timer (1 chip)

• Memoria SRAM (para variables)

• Memoria Flash (para programa)

• Memoria EEPROM (para constantes)

REPASO

3/11/2020

2

Introducción

Diseño

discreto.

REPASO

Introducción

Diseño

Integrado.

ATmega16 (atmel)

REPASO

Introducción

Uso de los microcontroladores•Microondas, Lavarropas, Televisores, ...

•Automóviles, aviones, barcos

•Teléfonos

•Automatización industrial

•Pequeños dispositivos ad-hoc

• ...

REPASO

• Cada fabricante tiene una oferta estructurada por “familias” y “subfamilias”.

• Cada familia tiene el mismo núcleo del procesador (o al menos con compatibilidad de código). El diseño del procesador puede ser propio o de terceros (caso ARM).

• Pueden ser familias orientadas a la aplicación

• O por performance (de diferente tipo)

REPASO

INTRODUCCIÓN

3/11/2020

3

REPASO

Ejemplo: oferta NXP de microcontroladores

Distintas familias:

• Basados en arquitecturas ARM (varias sub familias)

• Basados en Power Architecture ®

• Basados en arquitecturas Coldfire de 32 bits

• Basados en arquitecturas S12, HC08, HCS08, 80C51, etc. de 8 y 16 bits

• Con inclusión de procesadores de señal en el chip (DSC)

• De aplicación muy específica (encriptado, wireless, etc.)

Selección de microcontroladores

Selección de microcontroladores Selección de microcontroladores

3/11/2020

4

Selección de microcontroladoresSELECCIÓN DE MICROCONTROLADORES

kit FRDM-KL46Z

• MCU: Familia KL46

Arquitectura

REPASO

3/11/2020

5

MemoriaS en el MCU• Registros (memoria de corto plazo):

• Pequeña (relativamente)

• Almacenamiento temporario p/CPU

• Memoria de datos• Relativamente Grande

• Almacena datos mientras el MCU funciona

• Memoria de programa• Relativamente Grande

• De preferencia, mantiene el programa incluso con el MCU apagado.

REPASO

Memoria: Tipo físicos

REPASO

Memoria

•S/DRAM: sin limite de escrituras

•EEPROM: 100.000 ciclos de borrado

•Flash: 10.000 ciclos de borrado

REPASO

Memoria: Direccionamiento

• Separado:

• Cada tipo físico se direcciona por separado (por ejemplo, usando diferentes registros índices)

• Hay direcciones repetidas

• Contínuo:

• Se accede siempre igual y la lógica interna accede a la memoria que corresponde

• No hay direcciones repetidas

REPASO

3/11/2020

6


• Separado

REPASO


• Continuo

REPASO

Memoria: uso Memoria: uso

3/11/2020

7

Memoria: uso Memoria: stack (low->high)

Arquitectura

•CISC vs. RISC

•Von Neuman vs. Harvard

•Tamaño/variedad de las instrucciones

•8/16/32 bits

REPASO

Algunos conceptos básicos:

Arquitectura

Arquitectura Von Neuman

REPASO


3/11/2020

8

Arquitectura

Arquitectura Harvard

REPASO


Arquitectura

Ejemplo: ARM Cortex M4 Harvard 32 bits

(simplificado)

Debugging

Alta velocidad

Arquitectura: Procesador• Tamaño/variedad de las instrucciones

• 8/16/32 bits

REPASO

� Tamaño/variedad de las instrucciones

� 8/16/32 bits

3/11/2020

9

Evolucion del mercado Arquitectura: Procesador• Tamaño/variedad de las instrucciones

• 8/16/32 bits

REPASO

Ejemplo: registros en arquitectura ARMv6mEJEMPLO: del manual de referencia de arquitectura ARMv6-M

3/11/2020

10

Arquitectura: Procesador

�Sobre las instrucciones

�Por stack

�Por acumulador

�Dos direcciones

�Tres direcciones(A+B)*C

Arquitectura: Procesador

�Modos de direccionamiento

Ejemplo: registros e instrucciones en arquitectura ARMv6m

• Veamos un programa corriendo . . .

Fuentes de reloj en los MCU

• Los diferentes módulos que componen el microcontrolador requieren diferentes relojes para su operación.

• En general, existe un módulo generador de reloj SCG (SystemClock Generator) ó MCG (Multipurpose Clock Generator) que provee las diferentes señales necesarias.

• Como cualquier módulo, las frecuencias que produce el SCG pueden ser programadas/seleccionadas mediante el seteo de registros.

• Sin embargo, el cambio de frecuencias puede requerir un proceso que involucra varias etapas mas que el simple cambio de valores en un registro.

3/11/2020

11

Fuentes de reloj en los MCU• Ejemplo: distribución de señales de reloj en el MCU MCF51AC256

Fuentes de reloj en los MCU• Ejemplo: generación de señales de reloj en el MCU KL46Z

Fuentes de reloj en los MCU

Ver valores luego de un reset

Modos/estados de operacion

• Los MCU pueden ponerse en diferentes estados de operación acorde a las necesidades de la aplicación.

• Normalmente los estados están relacionados con el consumo de energía

• Ejemplo: (MC9S08JM60) • RUN MODE: modo normal de ejecución; todos los relojes y módulos

funcionando

• Active Background Mode: modo de depuración “on-chip”

• WAIT MODE: el CPU se detiene y vuelve al trabajo con una interrupción

• 3 STOP modes: en estos modos, diferentes relojes (módulos) son “apagados”; normalmente se mantienen los valores de registros, RAM y pines de I/O

3/11/2020

12

Entrada/Salida digital

REPASO

Digital I/O

• Implementadas por pines de conexión directa al exterior:• Se agrupan en “ports” de a 8 / 32 pines.

• En general, los pines se pueden configurar como entrada o salida

• La lógica puede ser positiva o negativa.

• Los pines pueden tener (generalmente tienen) otras funciones alternativas.

REPASO

Digital I/O•pin 1 del port B•Módulo de Interrupción 1 - entrada 5•Pin Tx de puerto serie

•Conversor AD canal 5

REPASO

Digital I/O

• Los pines se controlan mediante 2 o 3 registros, como mínimo. Funcionalmente:• Data Direction Register (DDR): hay uno por cada puerto y

cada bit determina la dirección de un pin.

• Port Register (PORT): uno por cada puerto y cada bit controla el estado del puerto (si es de salida)

• Port Input Register (PIN): uno por cada puerto y cada bit da el estado de su respectivo pin

REPASO

3/11/2020

13

Digital I/O

(del manual de referencia del MCU)

REPASO

Solo dos registros

Digital I/O

REPASO

Digital I/O

PTBDD = 0x80; // PTBDD = 0x80; // PTBDD = 0x80; // PTBDD = 0x80; // initializeinitializeinitializeinitialize PTB7 as output PTB7 as output PTB7 as output PTB7 as output PTBD = 0; // PTBD = 0; // PTBD = 0; // PTBD = 0; // initializeinitializeinitializeinitialize PTB to 0PTB to 0PTB to 0PTB to 0PTBD_PTBD7 = ~PTBD_PTBD7; // PTBD_PTBD7 = ~PTBD_PTBD7; // PTBD_PTBD7 = ~PTBD_PTBD7; // PTBD_PTBD7 = ~PTBD_PTBD7; // invertinvertinvertinvert thethethethe outputoutputoutputoutput

1 0 0 0 0 0 0 0

Ejemplo:bit 7 bit 0

REPASO

Digital I/O

(del manual de referencia del MCU)

6 Registros para el port B

FREESCALE KL46Z

REPASO

3/11/2020

14

Digital I/O

GPIOB_PDDR | = (1 << 7); GPIOB_PDDR | = (1 << 7); GPIOB_PDDR | = (1 << 7); GPIOB_PDDR | = (1 << 7); // // // // KDS KDS KDS KDS ---- PTB7 PTB7 PTB7 PTB7 as output as output as output as output PTBPTBPTBPTB---->PDDR | = (1 << 7); // >PDDR | = (1 << 7); // >PDDR | = (1 << 7); // >PDDR | = (1 << 7); // MCUexpressoMCUexpressoMCUexpressoMCUexpresso;;;;GPIOB_PCOR | = (1<<7); GPIOB_PCOR | = (1<<7); GPIOB_PCOR | = (1<<7); GPIOB_PCOR | = (1<<7); // // // // KDS KDS KDS KDS ---- PTB7 to 0PTB7 to 0PTB7 to 0PTB7 to 0PTBPTBPTBPTB---->PCOR | = (1<<7)// >PCOR | = (1<<7)// >PCOR | = (1<<7)// >PCOR | = (1<<7)// MCUexpressoMCUexpressoMCUexpressoMCUexpresso;;;;GPIOB_PTOR |= (1 << 7); GPIOB_PTOR |= (1 << 7); GPIOB_PTOR |= (1 << 7); GPIOB_PTOR |= (1 << 7); //KDS //KDS //KDS //KDS ---- invertinvertinvertinvert thethethethe outputoutputoutputoutputPTBPTBPTBPTB---->>>>PTOR |= (1 << 7); PTOR |= (1 << 7); PTOR |= (1 << 7); PTOR |= (1 << 7); MCUexpressoMCUexpressoMCUexpressoMCUexpresso;;;;

. . . 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

Ejemplo:

bit 7 bit 0FREESCALE KL46Z

REPASO

Digital I/O:

Otros registros relacionados:

• Pin Control Register n (PORTx_PCRn): define Interrupt Status Flag and Clear -Interruptconfiguration - Pin function (multiplexer) - Driver strength - Filter control - Slew rate - Pullup/down resistor

• System Integration Module => System Clock Gating Control Registers:

habilita el uso del clock en los puertos

FREESCALE KL46Z

REPASO

Digital I/O:

REPASO

Digital I/O

•PORT DATA (Output) Register: de preferencia debe escribirse con operaciones de escritura de bit, si están disponibles

•Caso contrario usar : Read-Modify-Write con cuidado.

REPASO

3/11/2020

15

Digital Input

• Cancelación de ruidos

• Resistencias de pull-up/down en las entradas: puede (debe) programarse su conexión/desconexión.

REPASO

Digital Input• La entrada se muestrea con cada pulso (flanco

ascendente normalmente) del clock, lo que ocasiona “metaestabilidad”:

Digital Input

• Normalmente incorporan un Schmitt-trigger.

• Para reducir la “metaestabilidad” se introducen “sincronizadores”

Digital Output

• Apenas el DDR setea un pin como salida, el MCU excita el pin de acuerdo al contenido del registro PORT DATA (output) correspondiente.

• Cuidado con los cortocircuitos

• Orden de seteo de DDR y PORT

REPASO

3/11/2020

16

Maquinas de estado finito en c/c++(MEF/FSM)

• Maquina de estado finito:

REPASO

Uso de MEF en la implementacion de controladores digitales en C

Ventajas

• Modelo muy simple de plantear

• Provee una vista general, rápida y clara del Sistema modelado y sus estados conceptuales

• Si el problema modelado es simple o habitual, permite reutilizar código o estrategias y lograr una rápida implementación

Desventajas

• Muy bajo nivel de especificación: no muestra comportamientos del Sistema ocultos por el modelo

• El grado de sistematización en la implementación de la MEF es bajo: gran parte del trabajo implementación debe definirse (resolverse) en el código.

• Esta resolución es muchas veces mas compleja que la realización del modelo mismo.

• La falta de sistematicidad hace que la implementación no garantice el comportamiento del Sistema tal cual el modelo.

REPASO

R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

Redes de petri en c/c++

• Dada una Red de Petri es posible implementarla en código C en forma sistemática.

• El modelo debe estar libre de conflictos

• Veremos dos metodologías. En ambas el código producido opera en 4 etapas:

1. Adquisición de las entradas

2. Análisis de las transiciones: para determinar aquellas sensibilizadas

3. Evolución del marcado de la red

4. Producción de las Salidas

• En los ejemplos que siguen se asume la existencia de macros SW1, SW2, etc. que operan sobre los pines que corresponden

//Marcado inicial

L1 = 1;

L4 = 1;

...

...

for(;;){

//se adquieren las entradas

Ent1 = SW1;

Ent2 = SW2;

...

...

//se determina el estado de las transiciones

T1 = L1 && Ent1;

T2 = L2 && Ent2 && !Ent1;

T3 = L3 && L4 && !Ent2 && Ent1;

T4 = L5 && L6 && !Ent1;

...

...

Implementacion de redes de petri en C• Método 1: desarrollo del código a partir de la inspección directa de la

red

R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

3/11/2020

17

Implementacion de redes de petri en C• Método 1: desarrollo del código a partir de la inspección directa de la

red//evolución de la red según las reglas de marcado

if (T1) {L1=0; L2=1;}

if (T2) {L2=0; L5=1; L3=1;}

if (T3) {L3=0; L4=0; L6=1;}

if (T4) {L5=0; L6=0; L1=1; L4=1;}

...

...

//producción de las salidas (SET

R = L1 || L3 && Ent2 || L5;

A = L2 || L6;

V = L4;

...

...

}

R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

Pueden ir aquí otras acciones

asociadas al franqueo de la

transición

Implementacion de redes de petri en C• Método 2: desarrollo por variables y con código único

R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

�En este método el programa ejecutado

es siempre el mismo con

independencia del modelo

� La red se define mediante la matriz de

incidencia, un vector de marcado y

funciones de entrada y salida (por

ejemplo en un .h)


R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

Archivo Petri.h


R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

Archivo Petri.h

3/11/2020

18


R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

En el main() el código es siempre el mismo:

Implementacion de redes de petri en C• Comparación entre los métodos

El método 1 es mas simple cuando el modelo es simple.

El método 2 es mas estructurado y fácilmente escalables a modelos complejos

Ambos pueden adaptarse para pasar de un esquema de polling a uno por interrupciones. El método 2 es mas eficiente en este caso.

El método 2 permite cambiar modelos simplemente cambiando headersen un mismo proyecto: un proyecto -> muchas soluciones

El método 2 puede ser adaptado para resolver y funcionar con redes que presenten conflictos, facilitando la realización del modelo

Ambos pueden adaptarse muy sencillamente para trabajar con redes no binarias.

Redes de petri versus MEF en la implementación de controladores digitales en C

Ventajas

• El modelo bajo Redes de Petri es exhaustivo (sirve como especificación)

• Permite una implementación sistemática

• Las metodologías de implementación garantizan el comportamiento según el modelo

• Posibilidad de generación automática del código

Desventajas

• El modelo es mas complejo que con MEF

interrupciones

3/11/2020

19

Interrupciones

• Un programa sin uso de interrupiones (polling):

¿inconvenientes?

Procesar

Producir

salidas

. . .

do_init();

. . .

for (;;) {

do_inputs();

do_some_process();

set_outputs()

}

Inicializa-

ciones

Leer

entradas

Interrupciones

• Con interrupciones:

Interrupciones


Interrupciones


Pueden no existir

Procesar

Producir

salidas

. . .

do_init();

. . .

interrupts_on;

for (;;) {

do_some_process();

set_outputs()

}

Atender

evento 1

Atender

evento 2

Atender

evento n. . .

Inicializa-

ciones

3/11/2020

20

Interrupciones

• Las interrupciones se generan cuando cambia un “estado”.

• Permiten la reacción ante eventos

• Restricciones de tiempo real

• Interrupt Service Routine (ISR)

Interrupciones

• Polling vs. Interrupts

• Siempre hay que analizar la situación puntual, pero en general, usar interrupciones cuando:

• Los eventos son infrecuentes

• Hay mucho tiempo entre eventos

• El cambio de estado es importante

• Quiero detectar impulsos cortos

• Hay eventos generados por hardware (no hay rebotes o picos)

• Hay muy poco para hacer así que conviene estar en modo sleep

Interrupciones

•Conviene “polear” cuando:• El operador es humano

• No se requiere una temporización precisa

• El estado es mas importante que el cambio

• Los “impulsos” duran mucho

• Hay ruido en la señal

• Hay cosas para hacer en el main (pero no demasiado)

Interrupciones

• Control de Interrupciones• Interrupt Enable (IE): bit que se setea para habilitar al

controlador que llame a la ISR cuando se produce el evento.

• Interrupt Flag (IF): lo setea el MCU cuando se produce el evento. Se limpia automática o manualmente.

• Interrupt mode (IM): mas de un bit para indicar si la interrupción se produce por flanco ascendente, descendente, , etc.

• Global Interrupt Enable.

3/11/2020

21

Interrupciones

•Control de Interrupciones• Inhabilitar las interrupciones no implica perder eventos.

• Cuidado al limpiar la IF

• Normal Interrupts and NMI

Interrupciones

• Interrupt Vector Table: es una tabla donde se indica para cada interrupción en donde se encuentra la ISR que la atiende.

• Puede contener la dirección de la primera instrucción de la ISR respectiva o una instruciónjump (JSR) a la ISR (depende el MCU)

MC

9S

08Q

G8

(Fre

escale

)

MC

9S

08Q

G8

(Fre

escale

)

INTERRUPCIONES

3/11/2020

22

Interrupciones

• Prioridades: fijas o variables

• Dentro de una ISR se puede establecer cuales interrupciones se permiten (sin hacerlo “a mano” vía los IE)

• Cancelación de ruidos (por muestras múltiples)

• Eventos internos

Interrupciones

• Pasos que ocurren ante una interrupción:1. MCU setea la IF (esté o no habilitada la interrupción)

2. Se termina la instrucción en curso o si el MCU está en estado “sleep”, se despierta.

3. Se identifica la ISR considerando los IE y la interrupcion de mas alta prioridad (si hay mas de un IF seteado).

4. Se llama a la ISR (... y ya pasó un tiempito)

Ejemplo: Interrupcionespara el MKL46Z256VLL4

• NVIC

• Registros NVIC:• NVIC_ISER: set enable

• NVIC_ICER: clear enable

• NVIC_IPRn: prioridad

Ver:

• Manual del referencia del KL46 (pag. 54)

• ARM architecture v6m reference manual (pag. 281)

• Registros PERIFERICOS


3/11/2020

23


Ejemplo:

Ejemplo: Interrupcionespara el MKL46Z256VLL4Ejemplo: interrupciones en entrada digital

Habilitar interrupciones del PIN: por ejemplo, para el Port C pin 3 por flanco ascendente (SW1 del kit)-> PORTC_PCR3, bits IRQC

Ubicar en NVIC el vector a utilizar de acuerdo a la necesidad: por ejemplo, para el Port C es el vector 47

Ubicar para ese vector el puntero a la ISR (nombre de la función ISR): PORTCD_IRQHandler(). Aquí se pone el código que atiende el evento

Ubicar para el vector 47 el numero de IRQ y IPR: 31 y 7 respectivamente

Determinar los bits del NVIC_IPRn a configurar: NVIC_IPR7 bits PRI_N3 (puede dejarse por defecto en cero)

Habilitar las interrupciones con NVIC_ISER: la 31

(a partir de este paso el MCU empieza a reaccionar a los eventos)

Ejemplo: Interrupcionespara el MKL46Z256VLL4En definitiva:

Entrada/Salida analogica

3/11/2020

24

Analog I/O

• Conversión DIGITAL a ANALOGICA:• Usando un modulador de ancho de pulso

Conversión DIGITAL a ANALOGICA:

• Por redes del tipo R-2R. Para r bits sería:

REPASO

Conversión DIGITAL a ANALOGICA:

• Por redes del tipo R-2R. Para r bits sería:

REPASO

Conversión Analógica-Digital (CAD)

• Comparador: determina si V1 >V2 y arroja 1, ó 0 en caso contrario.

3/11/2020

25


• Conversión de valor

Involucra 3 pasos sucesivos:


Codificación

Cu

an

tificació

n

Muestreo


• El numero de bits en la codificación determina la resolución del conversor.

• Se puede muestrear a cualquier velocidad según la necesidad, pero si la aplicación requiere no perder información (ej: transmisión de video o audio) la velocidad de muestreo debe ser mayor o igual a dos veces la frecuencia máxima de la señal analógica (teorema de Nyquist-Shannon)

• Además, hay que tener en cuenta el tiempo que puede llevar la conversión.

• Y como la conversión lleva tiempo: para asegurar la estabilidad se usa una etapa de retención (sample-hold)


• En la práctica el proceso es:

Filtro anti-aliasingMuestreo y

Retención

Cuantificación y Codificación

Señal analógica

x(t)

Limitación de ancho de

banda

Varios

métodos

posibles

3/11/2020

26


Métodos mas comunes de Conversión Analógica-Digital:

• Integrador de simple/doble rampa

• Directa (flash)

• Seguidor (Tracking)

• Aproximaciones sucesivas

• Sigma-Delta


• Integrador de simple rampa


• Integrador de doble rampa


• Directa (flash): muy rápida (1 bit time); muy cara

Este método de conversión rápido es utilizado en algunos MCU y por lo general, no hay mas de 1 o 2 canales “rápidos”.

3/11/2020

27


• Seguidor (tracking): muy lenta (2r bit times) y variable; barata.


• Aproximaciones sucesivas: velocidad media y fija en r+1

Este es el método mas utilizado en MCUs


Sigma-Delta (∑Δ)

• En vez de trabajar a la frecuencia de Nyquist, sobremuestrean.

• Esto disminuye el nivel de ruido de cuantificación permitiendo implementar conversores de 20 a 24 bits (con un diseño muy cuidado)

• Pero la frecuencia de datos final es baja: se usan para convertir señales que requieran gran rango dinámico y bajas frecuencias (ej: vibraciones de terremotos o adquisiciones precisas de baja tasa en la industria)

• Difícil encontrarlos dentro de un MCU


3/11/2020

28


Modulador Sigma-Delta (∑Δ)

La señal digital obtenida queda conformada de manera que:

Un “1” significa que ha habido un cambio positivo desde la última muestra

Un “0” que ha habido un cambio negativo desde la última muestra






Sigma-Delta (∑Δ)

El filtro “decimador” promedia muestras de 1 bit a fs para obtener a fd muestras

de mayor resolución.

Por ejemplo (diezmado en un factor de 16):

1010010110001010 (16 muestras de 1 bit)

Promedio=7/16 ≡ 0,4375=0111 (1 muestra de 4 bits)

3/11/2020

29


• Control del CAD

Habilitación

Tensión de Referencia

Entrada Salida (registro)

Conversion Complete

Start Conversion

Conversión Analógica-Digital (CAD)• Los MCU pueden tener varios CADs, con normalmente de 8 a

12 bits de precisión (KL46: 16 bits).

• Cada CAD puede atender hasta16 o más entradas (canales).

• Los canales se multiplexan (aumentan los tiempos).

• Autoincremento: al leer un canal, se pasa al siguiente y se efectúa un SC automáticamente.

• Existe el “modo contínuo” y de disparos sucesivos mediante el RTC

• Una conversión puede “dispararse” por eventos como un timer, una variación de una entrada digital o una señal externa.

Ejemplo: cad en el MKL46Z256VLL4• Linear successive approximation algorithm with up to 16-bit resolution

• Up to four pairs of differential and 24 single-ended external analog inputs

• Output modes: differential 16-bit, 13-bit, 11-bit, and 9-bit modes / single-ended 16-bit, 12-bit, 10-bit, and 8-bit modes

• Output format in 2's complement 16-bit sign extended for differential modes

• Output in right-justified unsigned format for single-ended

• Single or continuous conversion

• Configurable sample time and conversion speed/power

• Conversion complete/hardware average complete flag and interrupt

• Input clock selectable from up to four sources

• Operation in low-power modes for lower noise

• Asynchronous clock source for lower noise operation with option to output the clock

• Selectable hardware conversion trigger with hardware channel select

• Automatic compare with interrupt for less-than, greater-than or equal-to, within range, or out-of-range, programmable value

• Temperature sensor

• Hardware average function

• Selectable voltage reference: external or alternate

• Self-Calibration mode

Eje

mp

lo:

CA

D e

n e

l M

KL4

6Z

25

6V

LL4

3/11/2020

30

Ejemplo: cad en el MKL46Z256VLL4

(Ver pag. 471 del manual de referencia del KL46Z

Ejemplo: cad en el MKL46Z256VLL4• Configurar el CAD (solo algunas posibilidades)

• Habilitar reloj para el módulo: SIM_SCGC6

• Seleccionar el reloj y divisor:ADC0_CFG1

• Seleccionar la resolución: ADC0_CFG1

• Seleccionar el tiempo muestra: ADC0_CFG1y ADC0_CFG2

• Seleccionar el modo de conversión: soft o hard, por demanda o continuo :ADC0_SC2 y ADC0_SC3

• Seleccionar referencias: ADC0_SC2

• Seleccionar la forma: de adquisición diferencial o simple: ADC0_SC1

• Seleccionar si se va a trabajar por interrupciones o polling: ADC0_SC1

• Seleccionar el canal a adquirir (si es necesario): ADC0_SC1

• Adquisición• Disparar la conversión: ADC0_SC1

• Ver si la conversión se completó: ADC0_SC1(polling) ó procesar la ISR (interrupción)

• Leer el valor: ADC0_RA

Ejemplo: cad en el MKL46Z256VLL4

• En definitiva:

TIMERS / PWM

3/11/2020

31

Timers

• Son contadores que suben o bajan con cada pulso de reloj.

• El valor actual se lee de un registro o se setea en el mismo.

• Cuidado al acceder a timers con longitud de registro mayor a la palabra del MCU

Timers

• Los timers generalmente generan una interrupción cuando hacen overflow

• Esto sirve para generar señales o eventos periódicos (con acotada precisión)

• Pueden tener una señal de clock independiente del MCU. Con ella se incrementa la cuenta.

Timers• Prescaler

• Es otro contador (de 8 o 10 bits) que trabaja contra el clock y produce una salida que es la que entra al timer.

� Se logra una extension de tiempos a medir por la división del prescaler.

Ejemplo:

� 8 bit timer, clock de 1 Mhz -> cuenta máxima 255 uS con una

resolución de 1 uS

� 8 bit timer, clock de 1 Mhz, prescaler en 1024 -> cuenta máxima

260 ms con una resolución de 1 ms.

Timers• Otras fuentes de cuenta:

• Pulsos externos

• Cristal externo: generalmente de 32.768 KHz que implementa otro RTC independiente en el MCU

• Timestamp (input capture)• Puede setearse un evento para que automáticamente se copie el valor

del contador en un registro de captura. Ejemplo: cuando un comparador cambia o una entrada cambia, tomar la cuenta.

• Disparo de salida (output compare)• Se setea en el timer una cuenta y cuando se alcanza, automáticamente

se levanta una salida, o similar.

• Canales• Un timer puede manejar varios canales de ic, oc o pwm.

3/11/2020

32

Modulación de Ancho de Pulso (PWM)

• Es un timer que genera una señal periódica de salida con período y ciclo de trabajo configurables

Modulación de Ancho de Pulso (PWM)

•Además de su uso como CDA, los PWM se usan para controlar ABS en autos, niveles de iluminación en LCDs, control de motores, etc.

EJEMPLO: TimerS en el KL46

•2-channel periodic interrupt timer (PIT)

•Real time clock (RTC)

•Low-power timer (LPT)

•System tick timer (SysTick)

•One 6-channel TPM/PWM

•Two 2-channel TPM/PWM

Ejemplo: timers en el KL46• Periodic Interrupt Timer (hay 2)

• Contadores de 32 bit que pueden ser encadenados (¡y contar con 64 bits!)• Generan una interrupción y un pulso al llegar a la cuenta• Muy simples de usar (ver ejemplo en pag. 596 del manual de referencia)

• RealTimeClock (RTC)• Con dos registros: 32 bits (segundos) y 16 bits (prescaler) que sube con cada

ciclo del oscilador de 32.768KHz)• Sigue trabajando en modo de bajo consumo y puede generar una interrupción

para salir de él o producir una alarma en determinado tiempo.• Tiene muy buenas capacidades de compensación (hasta 0.12 ppm)

• Low Power Timer• Temporizador o contador de pulsos de 16 bit• De bajo consumo y facil de usar

• SysTick• Estándar de ARM (ver pag. 275 de la ref. ARMv6M)• Muy simple: (sólo 4 registros), trabaja con el clock del procesador y cuenta en

24 bits

3/11/2020

33

Ejemplo: timers en el KL46• Módulos TPM en KL46

• 16 bits

• Reloj seleccionable: puede incrementarse con cada flanco del reloj asincrónico del módulo o en el flanco ascendente de un reloj externo (sincronizado con el asincrónico interno)

• Prescaler: programable para dividir por 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, or 128

• Modo de cuenta libre o con modulo

• Cuenta up o down

• 6 canales configurables para input capture, output compare, PWM

• Input capture: en flaco ascendente, descendente o ambos.

• Output compare: la salida se puede setear,(1) limpiar (0), invertir o generar un pulso

• Cada uno de los canales PWM pueden configurarse como “edge-aligned” o “center-aligned”

• Genera una interrupción o pedido de DMA por canal o por overflow

• Otras características . . .

Timer/pwm(Modulo tpm en KL46)

Ejemplo: timers en el KL46• Ejemplo de uso del SysTick

• Ver si utilizar o no el valor de calibración para 10 ms (si existe)

• Setear el valor a contar: SYST_RVR

• Resetear el valor actual: SYST_CVR

• Habilita el timer indicando el reloj a utilizar y si se trabaja por interrupciones: SYST_CSR

• Atender la interrupción: SysTick_Handler()

3/11/2020

34

Ejemplo: timers en el KL46• En definitiva:

Ejemplo: timers en el KL46• Ejemplo de uso del TPM

• Descripción de los registros• (pagina 566 y siguientes del manual de referencia del KL46)

• Pasos para configurar y usar TPM0 como temporizador general:1. SIM_SCGC6: habilitar el clock

2. SIM_SOPT2: clock a utilizar para el TPM segun necesidad

3. TPM0_SC: limpiar TOF, desabilitar el TPM, seleccionar el prescalado segúnnecesidad y habilitar o no la generacion de interrupciones por overflow segun se trabaje por polling o interrupciones.

4. TPM0_CNT: a cero.

5. TPM0_MOD: con el valor necesario según necesidad.

6. TPM_CONF: segun necesidad (normalmente CSOO y CSOT a cero)

7. NVIC_ICPR y NVIC_ISER: si se trabajará por interrupciones

8. void CMP0_IRQHandler(): definirla si se trabaja por interrupciones (el tratamientose hace aquí. Recordad grabar 1 en TOF )

9. TMP0_SC: habilitar el timer

10. Si se trabaja por polling, ver el estado de TOF en TMP0_SC y procesar seguncorresponda.

Ejemplo: timers en el KL46• Ejemplo de uso del TPM

SISTEMAS DIGITALES 1 Introducción UNIDAD 4 ...

Documents

Transcript of SISTEMAS DIGITALES 1 Introducción UNIDAD 4 ...