EX4 de Sistemes Electrònics Digitals...

EX4: Recerca i anàlisi d’informació sobre microprocessadors i microcontroladors

1

EX4 de Sistemes Electrònics Digitals

GRUP: DATA: Descripció breu de les aportacions realitzades TEMPS D’ESTUDI I DE PREPARACIÓ DE L’EXERCICI:

Sessions TGA a l’aula: Sessions TGB al laboratori Sessions TGC fora de l’horari Treball individual Estudiant 1: Estudiant 2: Estudiant 3:

Temps total (per estudiant) CONTINGUT DE L’EXERCICI

Recerca i anàlisi d’informació sobre microprocessadors i microcontroladors ..................................... 3

Descripció de la pràctica: ......................................................................................................................... 3

Conceptes relacionats amb aquesta pràctica/problema: ............................................................................ 3

Desenvolupament de la pràctica/problema: .............................................................................................. 3 La visita de les webs dels fabricants de sistemes microprocessadors i microcontroladors ................. 3 La visita dels portals generals d’informació ........................................................................................ 4 L’organització i anàlisi de la informació ............................................................................................. 4 Les eines de programació per a microcontroladors ............................................................................. 7 MPLAB ................................................................................................................................................. 8

Desenvolupament de la pràctica / problema. Treball del grup ................................................................. 9 Apartat 1 ............................................................................................................................................... 9

EPSC – SED:Sistemes Electrònics Digitals

2

MPLAB ................................................................................................................................................. 9

Bibliografia i referències consultades ....................................................................................................... 9

Pla de treball (full de ruta) que heu preparat per resoldre la pràctica ..................................................... 11

“Fulls de dubtes” de l’EX4 ..................................................................................................................... 12 Sobre l’apartat A) de visita a webs de fabricants de xips microprocessadors i microcontroladors .. 12 Sobre l’apartat B) de visita a webs portals generals d’informació .................................................... 12 Sobre els apartats C) i D) d’arquitectura d’un microprocessador i els conceptes bàsics ................. 13 Sobre els apartat E) i F) sobre el software de programació d’aplicacions amb microprocessadors 13

MOLT IMPORTANT: Aquest curs s’espera de vosaltres que ja prepareu i editeu textos de certa qualitat, per tant: preneu aquest document de plantilla d’estils i formats. Amplieu-lo i modifiqueu-lo per plantejar, desenvolupar, solucionar i verificar el funcionament del vostre disseny. - Passeu el corrector ortogràfic i repasseu la gramàtica tant si escriviu en anglès, castellà o català. - Fixeu-vos també que l’índex de contingut de l’exercici es genera automàticament si respecteu els estils: Normal, Títol 1, Títol 2 i Títol 3. - D’una forma similar, heu de respectar l’estil del peu de figura (Llegenda) i les referències creuades a les figures que s’actualitzen automàticament quan n’inseriu de noves. - Consulteu-nos també qualsevol dubte que tingueu sobre l’edició de documents i aquesta plantilla en particular. Tingueu en compte les anotacions i indicacions que us han fet els professors en els vostres treballs previs, per tal de no cometre els mateixos errades en aquest treball ACTIVITATS Qui Què Com Quan Grup de treball cooperatiu

Edició impresa (primera versió) de l’informe de l’exercici. Imprimiu la pàgina 1 i 2 amb l’índex actualitzat i a partir de la pàgina 9. Presentació Power-Point el dia 23 de novembre

Amb la plantilla i seguint el documents de criteris de qualitat

Abans de la data límit que trobareu al pla de treball o bé al tauló d’anuncis de la web de SED

Els professors o els companys a través d’una correcció creuada

Correcció de la primera versió Amb la plantilla d’avaluació

Com a màxim una setmana desprès del lliurament de la primera versió impresa

(amb caràcter voluntari)1 Grup de treball cooperatiu

Edició electrònica (segona versió) del document complet amb la incorporació de les millores assenyalades pels correctors

Amb un generador de fitxers PDF

Com a màxim una setmana desprès del lliurament de la correcció. S’enviarà per correu electrònic als professors.

Professors Penjar a la web de SED el document per evidenciar el treball desenvolupat

A través d’un enllaç al document a l’apartat de Grups de Classe

Durant el quadrimestre

1 És clar que la realització d’aquesta feina addicional millora la qualificació de l’exercici


3

Recerca i anàlisi d’informació sobre microprocessadors i microcontroladors

Descripció de la pràctica:

Es tracta d’explicar quin són els conceptes clau d’aquest tema. Cercar informació sobre xips microprocessadors / microcontroladors comercials a la bibliografia i a Internet i presentar els resultats. Així mateix, s’intentarà organitzar un diagrama per explicar quin és el procés que s’ha de seguir per realitzar aplicacions amb microprocessadors, des de la concepció fins a la gravació del programa en el xip. Conceptes relacionats amb aquesta pràctica/problema:

El microprocessador; el microcomputador o microcontrolador; sistemes microprocessadors en un únic xip (embedded systems); l’arquitectura d’un sistema microprocessador, la memòria de dades i de programa, els busos interns i els mòduls perifèrics. Els xips microprocessadors comercials de 8 bits més usuals, les característiques i aplicacions bàsiques, el programari per a desenvolupar aplicacions amb microcontroladors. Desenvolupament de la pràctica/problema:

La visita de les webs dels fabricants de sistemes microprocessadors i microcontroladors

A) Visiteu les webs de les empreses Atmel, Microchip, Hitachi, Texas Instruments, Motorola (Freescale), National Semiconductor, Analog Devices, Intel, NEC, KEIL Software, Philips, STMicroelectronics, etc.

Fig. 1 Quadre de companyies multinacionals fabricants de microprocessadors i microcontroladors


4

Indiqueu quins aspectes de la visita a aquestes webs us ha sorprès més o us ha cridat més l’atenció. Què trobeu més remarcable? Què és el que us costa més d’entendre? La visita dels portals generals d’informació

B) Visiteu els portals que ofereixen enllaços a multitud d’empreses del sector i manuals de components, com per exemple:

Fig. 2 Portals d’informació general sobre components i circuits electrònics

Indiqueu quins aspectes de la visita a alguna d’aquestes webs us ha sorprès més o us ha cridat més l’atenció. Què trobeu més remarcable? L’organització i anàlisi de la informació

C) Cada grup de treball realitzarà pel fabricant indicat a la Taula 1 (a més de Microchip) un diagrama que representi l’arquitectura general d’un microcontrolador de 8 bits típic dels que fabriqui.

Grup Fabricant Tots Microchip (per exemple

el 16F877A) G1 Philips G2 Atmel G3 Texas Instruments G4 Freescale G5 Renesas

Taula 1 Llista de fabricants assignats als grups de treball


5

Per exemple, del M3803 d’Hitachi- Renesas o Mitsubishi, s’obté el diagrama de la Fig. 3 en el qual s’aprecien les subsistemes més importants del microcontrolador: CPU, memòria RAM i ROM, ports d’entrada i sortida digitals, i altres perifèrics més específics com ara els temporitzadors, els convertidors A/D i D/A, etc.

Fig. 3 Arquitectura interna del microcontrolador M3803 d’Hitachi-Renesas i Mitsubishi

D) Genereu una taula que llisti les característiques (features) principals del component Per exemple, pel mateix xip M3803 s’obté la Taula 2. Usant bibliografia, transparències d’unitats didàctiques, la Internet (webs dels fabricants), etc., expliqueu què són els següents conceptes associats als


6

microprocessadors i microcontroladors i en cada qüestió indiqueu les dades rellevants en relació als xips que heu trobat i finalment, ompliu la Taula 3 amb la comparativa amb el PIC16F877 que usarem a les pràctiques.

1. Què és el llenguatge màquina ? 2. Quina diferència hi ha entre una màquina que es programa amb un llenguatge CISC o RISC ? 3. Què és el temps mínim d’execució d’una instrucció màquina ? 4. Quina és l’arquitectura típica d’un microprocessador ? 5. Què és una arquitectura Harvard i una Von Neumann ? 6. Què són els busos interns de dades, adreces i control ? 7. Què és una arquitectura de 8 / 16 /32 bits ? Per què adopten aquesta nomenclatura ?

Taula 2 Característiques més destacades del microcomputador de 8 bits M3803

8. Què és l’oscil·lador generador de rellotge (clock) ? Quantes possibilitats hi ha de fer el clock ? 9. Quina és la tensió d’alimentació del xip ? Per què el xip consumeix més potència quan treballa a

més freqüència de clock ?


7

10. Per a què s’usa la memòria ROM / FLASH ? Per a què s’usa la memòria RAM ? 11. Expliqueu què és l’amplada de la memòria de programa i dades, què és la capacitat

d’adreçament de la memòria de programa? El mateix per la memòria de dades, si hi ha diferències.

12. Què és el registre program counter ? quina és la seva funció ? 13. Quina és l’arquitectura típica d’una CPU ?, i quins són els registres principals de la CPU ? Què

és l’ALU i el registre acumulador (A) o working register (W) ? 14. Què són els ports d’entrada i sortida digitals ?, Què vol dir que són programables bit a bit ? 15. Què vol dir que alguns ports tenen “build-in pull-up resistors”? 16. Què són les interrupcions ? Quantes fonts d’interrupcions hi ha ? 17. Pel que fa als perifèrics més usuals,

a. Què és el timer /counter ? quina és la seva capacitat de comptatge (mòdul) ? b. Què és el watchdog timer ? c. Què és el pre-scaler del comptador ? d. Què és el PWM ? Quines aplicacions té ? e. Què són els convertidors A/D i el D/A ? Quina és la resolució d’un A/D de 8 bits (i de

10 bits) per una tensió de fons d’escala de 5V ( i una de 10 V) ? f. Com és l’arquitectura d’un A/D amb la tècnica d’aproximacions successives ? Quants

cicles de rellotge necessita per realitzar una conversió? g. Com és l’arquitectura d’un subsistema d’adquisició A/D amb diversos canals d’entrada

(per exemple 8 canals)? 18. Quin són els encapsulats més usuals ? 19. Quines són les aplicacions més usuals a les que el fabricant destina el xip ? 20. Altres característiques rellevants que vulgueu explicar

Comparativa de microcontroladors

Fabricant MICROCHIP (el que us ha tocat) Model 16F877 n-bits Memòria ROM(EPROM, FLASH, etc.) de programa Afegiu altres característiques .....

Taula 3 Taula comparativa entre el Microchip 16F877 i el que heu triat

Les eines de programació per a microcontroladors

E) Trobeu per a Microchip i per al fabricant de la Taula 1 que us ha tocat, el programari bàsic a través del qual es poden començar a realitzar aplicacions, normalment en assemblador. Trobeu també, fabricants de programari (Compiler & Assemblers Tool Vendors o third party tools) que permetin realitzar programes en llenguatge C. Expresseu el resultat de la vostra cerca ampliant amb més files la Taula 4.

F) Dibuixeu i expliqueu el diagrama de flux per a poder dissenyar aplicacions amb

microprocessadors indicant en cada pas les eines, targetes, etc. que s’utilitzen.

Fig. 4 The development cycle (from Microchip)


8

Marca i software base

Third party tools Característiques i pàgina web

Microchip

MPLAB2

HI-TECH C Compiler for PIC’s CCS C Compiler IAR mikroC

Hi ha una versió gratuïta (limitada a alguns PIC’s i en grandària de programa): HI-TECH C Lite Compiler (http://www.htsoft.com/) (Acabeu d’omplir)

Taula 4 L’entorn integrat de programari de desenvolupament (IDE) d’aplicacions al voltant de cada microcontrolador

YES Circuit workscorrectly?

SPICE based simulation

hardware design

assembler or C programming

MPLABHI-TECH, CCS, IAR, etc., C Compiler

NO

Circuit workscorrectly?

Pre-production

NO

YES

Printed circuit board (PCB) design

Circuit workscorrectly?

NOPCAD software

YES

demo or prototype board

microcontrollersubsystem

specifications

microcontroller(PIC, 8051, etc.)

microcontroller programming

(Integrated hardware and software

Proteus-VSM)

Fig. 5 Exemple d’un diagrama de flux de disseny per programar el bloc digital d’un sistema microcontrolador

2 MPLAB és l’entorn integrat de desenvolupament, que juntament amb el HI-TECH C Lite Compiler haureu d’instal·lar-vos per poder realitzar projectes amb PIC16F84 i PIC16F87X. Els projectes se simularan en Proteus-VSM i es realitzarà el prototip en les targetes d’entrenament


9

Desenvolupament de la pràctica / problema. Treball del grup

Apartat 1

Afegiu aquí el vostre text (estil normal) encapçalat amb títols (Títol 2 i Títol 3), amb figures (estil llegenda o “epígrafe”) i referències creuades en el text com aquesta Fig. 6 a les figures que inseriu. Feu referència també en el text a les fonts bibliogràfiques o de web que consulteu. Expliqueu per què les heu consultat i quina informació útil heu trobat.

Comparativa de microcontroladors Fabricant MICROCHIP (el que us ha tocat) Model 16F877 n-bits Memòria ROM(EPROM, FLASH, etc.) de programa Afegiu altres característiques .....

Taula 5 Taula comparativa entre el Microchip 16F877 i el que heu triat

Marca i software base

Third party tools

Característiques i pàgina web

Microchip

MPLAB3

HI-TECH C Compiler for PIC’s CCS C Compiler IAR mikroC

Hi ha una versió gratuïta (limitada a alguns PIC’s i en grandària de programa): HI-TECH C Lite Compiler (http://www.htsoft.com/) (Acabeu d’omplir)

Taula 6 L’entorn integrat de programari de desenvolupament (IDE) d’aplicacions al voltant de cada microcontrolador

Fig. 6 Exemple de peu de figura que segueix la numeració de l’enunciat

Bibliografia i referències consultades

[1] Pàgina web amb informació de com preparar els exercicis http://epsc.upc.edu/projectes/sed/projectes_aplicacio/Projectes_Aplic.htm

3 MPLAB és l’entorn integrat de desenvolupament, que juntament amb el HI-TECH C Lite Compiler haureu d’instal·lar-vos per poder realitzar projectes amb PIC16F84 i PIC16F87X. Els projectes se simularan en Proteus-VSM i es realitzarà el prototip en les targetes d’entrenament


10

[2] “Microcontroladores PIC16F84. Desarrollo de proyectos”, Palacios, E. Remiro, F. , López, L. J. Editorial RA-MA, 2004. Un llibre on trobareu molts programes en assemblador per aquest PIC, un dels més senzills. A l’enllaç de llibres de la web de SED (http://epsc.upc.edu/projectes/sed/llibres/Llibres.htm) està referenciat juntament amb els enllaços que subministren tots els dissenys proposats al llibre en Proteus-VSM

[3] Pàgina web de Microchip: http://www.microchip.com on s’ha localitzat el datasheet del xip

PIC16F84, el primer microcontrolador que programarem en assemblador mitjançant el programari MPLAB de lliure distribució també a través d’aquesta web

[4] “Microprocessors, from Assembly language to C Using the PIC18Fxx2”, Reese, R. B., Da Vinci

Engineering Press, 2005


11

Pla de treball (full de ruta) que heu preparat per resoldre la pràctica

Una vegada llegit i discutit aquest enunciat, consulteu els documents de la web [1] per veure com us podeu preparar el pla de treball i el repartiment de tasques per realitzar una bona feina en equip. A la biblioteca hi ha han diversos llibres sobre conceptes bàsics de microprocessadors.


12

“Fulls de dubtes” de l’EX44

Sobre l’apartat A) de visita a webs de fabricants de xips microprocessadors i microcontroladors

Grup de treball: Data: Pla de treball: Dubtes: Sobre l’apartat B) de visita a webs portals generals d’informació

Grup de treball: Data: Pla de treball: Dubtes:

4 Afegiu, si és necessari, altres mitjos fulls com aquests per documentar el vostre progrés a través del projecte i poder realitzar consultes i discussions


13

Sobre els apartats C) i D) d’arquitectura d’un microprocessador i els conceptes bàsics

Grup de treball: Data: Pla de treball: Dubtes: Sobre els apartat E) i F) sobre el software de programació d’aplicacions amb microprocessadors

Grup de treball: Data: Pla de treball: Dubtes:

EX4 de Sistemes Electrònics Digitals...

Documents

Transcript of EX4 de Sistemes Electrònics Digitals...