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Sprache Deutsch
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 01.08.2015 / 04.08.2019
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Welche Eigenschaften unterscheiden Mikrocontroller?

Nennen Sie mindestens 8 und beschreiben Sie sie.

  • Datenbusbreite: (8,16,32,64 Bit)
    • Gibt an, wieviel Bits in einem Zyklus über den Datenbus geschickt werden können
  • Taktfrequenzen (8-40MHz, aber auch GHz möglich)
    • Je schneller der µC, desto mehr Rechenleistung hat er
    • Stromsparfunktionen
  • Rechenleistung (MIPS):
    • Million instructions per second (pro MHz Takt)
  • Menge integrierter Speicher:
    • RAM (wenige kB)
    • EE-Prom, Flash
  • Befehlssatz
    • RISC: (Reduced instruction set computing) Jeder Befehl braucht nur einen Takt. (Takt skaliert automatisch Programmgeschwindigkeit)
    • CISC (Complex instruction set computing) Beinhaltet komplexere Befehle, die mehrere Takte pro Befehl brauchen. Über Pipelining (parallele Verarbeitung) kann die Ausführung eines Befehls in einem Takt erreicht werden.
  • Prozessorarchitektur:
    • von Neumann: Programm und Daten werden über denselben Bus übertragen
    • Harvard: Programm und Daten haben getrennte Busse
  • Anzahl I/O´s (Integrationsdichte):
    • Menge interner I/O´s
    • Anzahl A/D-Wandler (Auflösung)
    • Anzahl D/A-Wandler / PWM
    • externe Erweiterungsschnittstellen: SPI, TWI, CAN, USART
  • Versorgungsspannung 
  • Bauform: (SMD, DIP)
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Welche Prozessorarchitekturen gibt es und wie unterscheiden sie sich?

  • RISC (Reduced instruction set computing)
    • Weniger Befehle, aber jeder Befehl kann in einem Takt bearbeitet werden 
  • CISC (Complex instruction set computing)
    • Größerer Befehlssatz mit komplexeren Befehlen, die nicht in einem Takt abgearbeitet werden können.
    • Durch Pipelining (parallelverarbeitung) kann die Ausführung eines komplexen Befehls in einem Takt erreicht werden
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Zeichnen Sie das Blockschaltbild eines Mikrocontrollers mit allen wesentlichen integrierten Komponenten

Lizenzierung: Keine Angabe
  • µP:
    • Operationswerk
    • Steuerwerk
    • Registerwerk
  • I/O-Interface mit A/D, D/A
  • Timer/Zähler
  • Speicher

 

  • externe I/O
  • Display
  • ext. Speicher
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Welche Schnittstellen zu externen Komponenten gibt es?

  • USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)
  • TWI (I^2C)
  • SPI
  • JTAG

weitere Busse je nach µC:

  • CAN
  • LIN
  • USB
  • ...
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Was sind die char. Merkmale von USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)?

  • Programmierbare Baudrate
  • versch. Datenformate möglich
  • voll Duplexfähig (gleichzeitiges Senden und Empfangen)
  • Übertragung synchron oder asynchron
  • digitale Filter zur Signalaufbereitung
  • Multiprozessorkommunikation (Komm. zweier ATmegas untereinander, ATmega<->PC)
  • Anschluss an den Datenbus des µC
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Was sind die char. Merkmale des TWI-Busses (Two-Wire-Interface) bzw. I^2C (Inter-IC-Bus)?

  • bidirektional, seriell
  • nur 2 Leitungen + Massse (PIN0 = Takt, PIN1 = Datenein- und ausgang)
  • max. 400kBaud
  • Für Steuer- und Statussignale (Joysticks, Tastaturen etc.)
  • Zur Kommunikation zwischen Mikrocontroller-Bausteinen
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Was sind die char. Merkmale von SPI (serial peripheral interface bus)

  • Master/Slave-Organisation
  • 3 Anschlüsse:
    • SDO (Serial Data Out)
    • SDI (Serial Data In)
    • Serial Clock (sclk)
  • Auswahl des Slaves über SS-Leitung (Slave-Select)
  • Protokoll nicht definiert
  • sehr schnell, bis mehrere MHz
  • große Auswahl an Erweiterungs-Chips (Infrarot-Umsetzer, LCD-Controller, Ein-Ausgabe (Schiftregister, A/D-Wandler)
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Wofür steht JTAG und wozu dient er?

JTAG =  Joint Test Action Group

  • Dient dem Debugging von Mikrocontrollern
  • genormt durch BSDL (Boundary Scan Description Language)
  • serielle Schnittstelle:
    • TDI (Test Data In)
    • TDO (Test Data Out)