Mikroprozessortechnik II

1. Grundlage: der analoge Spannungskomperator
2. Schnellstes A/D-Wandler-Konzept
   • z.B AD 9002: 8Bit, 150MSamples/sec -> 6,7ns/Wandlung
3. Die Umsetzzeit ist unabhänig von der Höhe der Eingangsspannung
4. Dieses verfahren ist das aufwendigsten Wandlerverfahren: Für jeden möglichen binären Ausgangscode ist ein eigener Spannungskmparator notwendig!
   • Also insgesamt immer:
     • (2ⁿ-1) Komperatoren
     • 2ⁿ hochpräzise Widerstände

n=8      255 Mal
n=10 1023 Mal   Komparator und Widerstand
n=12 4095 Mal

die heutige Integrationstechnik läßt bisher jedoch nur n=8...12 zu.

5. Es ist das teuerste Wandlerverfahren

6. Anwendungen: Systeme mit hohe Anforderungen wie Radarsysteme, Digital Radio und Digitale Signalverarbeitung

1. Die Bits des Datenwortes werden nacheinander gesetzt, vom MSB angefangen und dann verglichen, ob die Eingangsspannung größer oder kleiner ist. Wenn die Spannung kleiner ist, wird das Bit wieder zurückgesetzt und das nächste Bit wird gesetzt (MSB-1, MSB-2, etc)
2. Der Umsetzvorgang ist somit genau nach n Schritten abgeschlossen (n = Auflösung des AD-Wandlers)
   Die Wandlungszeit ist also immer gleich und nicht abhängig von der Größe der Eingangsspannung.
3. Das Wägeverfahren ist daher besonders gut geeignet für den Einsatz mit Eingangs-MUX-Schalter (Meßsysteme), da hierbei dann für jeden einzelnen Kanal die Umsetzzeit gleich groß ist.
4. Dieses Verfahren ist ein sehr schnelles Verfahren:
   • Umsetzzeit = n * t_TAKT = n * 1/f_TAKT
5. Das Wandlungsergebnis kann auch, ohne großen Aufwand, sehr gut seriell ausgegeben (übertragen) werden, da ja die einzelnen Bits, vom MSB beginnend, nacheinander ermittelt werden und somit schon während der Wandlung zur Verfügung stehen.

Funktion

Zunächst wird eine zeitlinear ansteigende Sägezahnspannung Us erzeugt. Erreicht die Sägezahnspannung Us zum Zeitpunkt t1 die Spannung 0 V so gibt die Komparatorschaltung 2 ein High-Signal U2 an die nachgeschaltete EXOR-Schaltung. Dieses Signal U2 bleibt solange auf High, wie die Sägezahnspannung >0 V ist. Da U1 zu diesem Zeitpunkt noch auf Low liegt, wird das nachfolgende Tor (ANDGatter) durch die Spannung U3 geöffnet und die vom Impulsgeber permanent erzeugten (konstanten) Zeitimpulse gelangen auf den Zähler und werden dort gezählt.

Steigt die Sägezahnspannung nun weiter an, so wird zum Zeitpunkt t2 Spannungsgleichheit zwischen der Sägezahnspannung Us und der zu messenden Spannung Uein erreicht. Der Komparator 1 liefert dann ebenfalls ein High-Spannungssignal U1 an die EXORSchaltung. Dieses Signal schließt dann das Tor, der Zähler erhält keine Zählimpulse mehr und der Messvorgang ist abgeschlossen.

Genauigkeit

Die Genauigkeit des Ergebnisses hängt von der Linearität des Sägezahngenerators und der Konstanz des Taktgenerators ab: je höher man z.B. die Taktfrequenz macht, desto genauer ist die Zeitmessung und desto genauer ist die Spannungsmessung

Problem:

die Linearität der Sägezahnspannung hängt demnach von der zeitlichen Konstanz der Gleichspannung U0 und der Konstanz der Bauelementwerte für R und C ab
---> Solche Wandlersysteme weisen hohe Temperatur- und Langzeitdriften auf.
Verbesserung dieses Verhaltens durch das so genannte Dual Slope-Verfahren.

Maximal erreichbare Auflösung: 12 Bit

Wandlungszeit:

Es kann keine konstante Wandlungszeit angegeben werden: je höher die zu messende Eingangsspannung ist, desto größer ist die benötigte Zeit für eine Wandlung.

Die Datenübertragungsrate dieser seriellen Schnittstelle (über die USB-Buchse zum Monitor) ist zwar fest auf 1.200 Bd. eingestellt und kann NICHT geändert werden, auch nicht durch Aufruf der entsprechenden Schnittstellen-Parametrierungsfunktion.

Allerdings MUSS aus Kompatibilitätsgründen im setup-Teil des Sketches immer die Baudrate auf 9.600 Bd. eingestellt werden, ebenso beim Seriellen Monitor selber.

• \n

• \t

   

So gibt es dann auch keinen Befehl zu LÖSCHEN des Bildschirms.
Einziger Trick: man schreibt sich eine Funktion, die eine gewisse Anzahl von Leerzeilen hintereinander ausgibt und so für einen „leeren“ Bildschirm sorgt.

3,3V

pinMode(6, OUTPUT); => Pin 6 ist ein Ausgang

pinMode(4, OUTPUT); => Pin 4 ist ein Eingang

digitalWrite(6, HIGH); => Ausgang 6 wird eingeschaltet

digitalWrite(4, LOW); => Ausgang 4 wird ausgeschaltet

• Nicht ablesbar bei Dunkelheit.
  • Lösung: LC-Displays mit Hintergrundbeleuchtung.
    • Nachteil: erhöhter Stromverbrauch.
• Schlecht ablesbar:
  • bei Sonnenlicht
  • auf großen Entfernungen

80 Byte

Timerbetrieb: zählt die internen Maschinenzyklen

Counterbetrieb: zählt extern eingespeiste Impulse

Mit einer 5x7 Punkt-Matrix

Breite des Zählregisters eines Timer/Counters:
Zwei Zähl-SFRs á 8 Bit, hintereinander schaltbar
==> Max. Zählbreite: 16 Bit ==> Zählumfang: 0 … 65.535 Impulse bis zum Überlauf.
Max. messbare Zeit: 65.535 Impulse á 1 μs ≡ 65.535 μs ≡ 65,535 ms

4 Zeilen mit 20 Zeichen

Real Time Clock (RTC)

• ASCII Zeichensatz von 20h bis 7fh
  • Buchstaben
  • Zahlen
  • Satzzeichen
• Sonderzeichen
  • deutsche Umlaute
  • griechische Buchstaben
• japanische Schriftzeichen
• 8 selbst definierte Zeichen

• Zeit: Stunden, Minuten, Sekunden
• Kalender: Jahr, Monat, Tag, Wochentag
• 12- oder 24-Stundenbetrieb
• Automatische Schaltjahr-Korrektur
• Eingebauter Quarz-Oszillator
• Batterie-Pufferung möglich
• An vielen µC-System anschließbar
• Verschiedene Interrupt-Perioden programmierbar
• Start-, Stop- und Reset-Funktionen

• Display löschen
• Display Ein/Aus
• Curser Ein/Aus/Blinkend
• Automatischer Curser-Shift

5V / 6mA

• 1-4 Zeilen
• bis zu 40 Zeichen je Zeile

Die führenden 4 Bits im normalerweise 8-Bit Datendigramm sind unerwünschte Daten, die auf 0 Gesetzt werden müssen. Dies gelingt über Maskierung. Hierbei werden die eingelesen Daten mit 0fh maskiert:

Eingelesen: xxxx xxxx
Maske:          0000 1111 =0fh
--------------------------------------
Ergebnis:     0000 xxxx

Integration der vom uC übermittelten Befehle, d.h. entsprechende Ansteuerung der LCD-Segmenttreiber zur Darstellung der gewünschten Zeichen und Ausführung der gewünschten Steuerfunktionen