plik

Wewnętrzna pamięć programu, typu ROM, ma pojemność 4096 (4K) słów 8-bitowych. Może być
rozszerzona do 64K bajtów przez dołączenie  pamięci zewnętrznej.
Wewnętrzna pamięć danych, typu RAM, ma pojemność 128 bajtów. Możliwe jest  dołączenie zewnętrznej
pamięci danych o pojemności do 64K słów (w  ramach osobnej przestrzeni adresowej).
Układ czasowo-licznikowy zawiera dwa 16-bitowe liczniki, które mogą zliczać  wewnętrzne impulsy
zegarowe lub impulsy zewnętrzne. Oba liczniki mogą  pracować w jednym z czterech, ustawianych
indywidualnie, trybów.
Linie wejścia-wyjścia, których jest 32, są zorganizowane w cztery 8-bitowe  porty. Część z tych linii
(zwłaszcza linie portu P3) może być wykorzystana do  realizacji specjalnych funkcji.
Port szeregowy umożliwia niezależne nadawanie i odbieranie transmisji  szeregowej. Może pracować w
czterech trybach.
Układ przerwań (dwupoziomowy) może obsługiwać dwa przerwania  zewnętrzne i dwa z układu

czasowo-licznikowego oraz przerwaniez układuszeregowegowejścia-wyjścia(razem 5)

2. Narysować schemat blokowy struktury wewnętrznej
mikroprocesora typu M6800 lub M68HC11 i scharakteryzować
główne moduły pod względem funkcjonalnym.

Możliwości sprzętowe:

8 kilobajtów pamięci ROM,

512 bajtów pamięci EEPROM,

256 bajtów pamięci RAM (wartości nie giną po przejściu w stan uśpienia),

posiada 16-bitowe timery:



4 poziomowe programowalne preskalary (dzielniki),



3 funkcyjne wej. przechwytujące,



5 funkcyjnych wyj. przechwytujących,

szeregowy interfejs komunikacyjny SCI,

zewnętrzny interfejs szeregowy SPI (master, slave),

8 kanałów 8-bitowego przetwornika A/C,

przerwania czasu rzeczywistego (watch-dog; sprzętowe sprawdzenie poprawności działania
procesora,

Możliwości programowe:

wyposażony w instrukcje programowe procesora M6800/M6801,

bity manipulacji (sterowania),

tryb oczekiwania,

tryb zatrzymania.

Mikroprocesor typu M68HC11 wyposażony jest w moduł konwertera  A/C który zamienia nam
wartości ciągłe (analogowe) na wartości  cyfrowe które procesor może przetwarzać.
Posiada 2 interfejsy  komunikacyjne: SPI do komunikacji z zewnętrznymi urządzeniami  trybie
Master/Slave jak np.: konwertery C/A, zegary czasu  rzeczywistego itp. Oraz interfejs szeregowy
RS232, RS485 do komunikacji np. z komputerem.
Posiada pamięć zorganizowaną w: 8 kilobajtów pamięci ROM, 512 bajtów EEPROM oraz 256 bajtów
podręcznej pamięci RAM. Posiada również jednostkę logiczną obsługującą przerwania: IRQ, XIRQ,
RESET; jednostkę kontroli trybu  pracy; tryb uśpienia; jednostkę sterującą timerami i licznikami;
jednostkę umożliwiającą odczyt i zapis do zewnętrznej pamięci.  Główną częścią całego
mikroprocesora jest jednostka sterująca czyli  CPU.

3. Omówić strukturę i organizację pamięci wewnętrznej układów
mikroprocesorowych rodziny MCS51.

Wewnętrzna pamięć danych zawarta w układzie mikrokomputera,

przeznaczonego na pamięć

użytkową, ma  pojemność  128  lub  256 słów  8-bitowych,  w  zależności  od  typu  układu
najdogodniejsza  do  zapamiętania  argumentów  i  wyników  wszelkiego rodzaju  obliczeń.  Większość
rozkazów przesłań dotyczy tej pamięci i to z niej są  pobierane dane do większości
dwuargumentowych operacji  arytmetycznych i logicznych. Ponadto, w ramach osobnej przestrzeni
adresowej można dołączyć do układu zewnętrzną pamięć danych o  pojemności  do  64K  słów.
Programowy  dostęp  do  tej  pamięci  jest  możliwy tylko za pomocą rozkazów MOVX.
operandu (w kodzie instrukcji podawany jest numer tego rejestru)
Wewnętrzną pamięć danych adresujemy przez:

adresowanie przez nazwę rejestru ( dotyczy rejestrów roboczych  R0...R7 ze wskazanego
przez wskaźnik RS zbioru; akumulatora A –  rejestr specjalny ACC, adres224; wskaźnika
danych DPTR – rejestry  specjalne DPH i DPL, adresy 131 i 130).

adresowanie bezpośrednie (pamięć użytkową RAM, adresy 0...127; obszar rejestrów
specjalnych, adresy 128...255, jest to jedyny sposób adresowania rejestrów z obszaru SFR)

adresowanie pośrednie zawartością rejestrów. Adresowanie to dotyczy obszaru pamięci
użytkowej RAM

4. Omówić strukturę i organizację pamięci wewnętrznej układów
mikroprocesorowych rodziny M6800

Program, danych i stosu pamięci zajmują ten sam obszar     pamięci. Całkowity rozmiar pamięci
adresowalnych jest 64 KB.
Pamięć programu - program może być umieszczony w dowolnym  miejscu w pamięci. Skacz i
podprogramu instrukcji obsługi mogą być  używane, aby przejść w dowolnym miejscu w pamięci.
Warunkowych  i bezwarunkowych oddziały są ograniczone do adresów pamięci,  umieszczone nie
dalej niż -125 - +129 bajtów z instrukcji oddziału.
Pamięć danych - dane mogą być w dowolnym miejscu w pamięci.
pamięci Stack - stos może być umieszczony w dowolnym miejscu w  pamięci.
miejsc w pamięci zastrzeżone:
FFF8h - FFF9h: Pointer do przerwania IRQ rutynowego przetwarzania.  FFFAh - FFFBh: Pointer
oprogramowania rutynowych przerwania  przetwarzania.
FFFCh - FFFDh: Pointer do przerwania NMI rutynowego  przetwarzania.
FFFEh - FFFFh: Wskaźnik do obsługi kodów RESET.
Niektóre adresy pamięci mogą być zastrzeżone dla odwzorowany w  pamięci I / O, gdyż procesor nie
posiada sprzętu I / O możliwości.

5. Scharakteryzować sposoby adresowania rodzin mikroprocesorów MCS51
i M6800, cechy wspólne i różnice.

Natychmiastowe (immediate) dotyczy argumentu umieszczonego w kodzie instrukcji
(instrukcja z operandem bezpośrednim)

Rejestrowe bezpośrednie (register direct) wskazuje jeden z rejestrów procesora jako miejsce
operandu (w kodzie instrukcji podawany jest numer tego rejestru)

Bezpośredni (direct) – związany z adresowaniem danych w  pamięci, efektywny adres
operandu podany jest bezpośrednio w  kodzie instrukcji (bezpośrednio mogą być tylko wewn.
pamięć RAM i  obszar rejestrów SFR)

Rejestrowy pośredni (register indirect) – adres komórki pamięci

przechowującej dany

operand odczytywany jest z rejestru procesora(przy wykorzystaniu rejestrów R0, R1
wybranego banku rejestrów - możliwe adresowanie pamięci RAM wewn. i zewn.)

Pośrednie- zawartością rejestru bazowego i indeksowego - do 16- bitowego adresu
bazowego (DPTR lub PC) jest dodawana 8-bitowa zawartość akumulatora A

Motorola
Dostępne są następujące tryby adresowania:  bezpośredniego rejestru danych – Dn  bezpośredniego
rejestru adresowego – An  pośredniego rejestrem adresowym – (An)
pośredniego rejestrem adresowym z postinkrementacją – (An)+
pośredniego rejestrem adresowym z predekrementacją – -(An)
pośredniego rejestrem adresowym z przesunięciem – w(An)
pośredniego rejestrem adresowym z indeksem – b(An,Dn.[L,W]);  b(An,Am.[L,W])
absolutnego krótkiego – w  absolutnego długiego – l
licznikiem programu z przesunięciem – w(PC)
licznikiem programu z indeksem – b(PC,Dn.[L,W]); b(PC,An.[L,W])
natychmiastowe – #x
rejestru statusowego – SR
rejestru kodów warunków – CCR

Różnica między nimi polega na tym że np. w motoroli pod adresem 0 ukrywa się tylko jedna rzecz a w
51’ adres 0 może odnosić się do kilku miejsc(np. adres 0 w rejestrze R0 itd.). W Motoroli adresowanie
jest liniowe a w 51’ nie.

6. Porównanie architektury podstawowych systemów przetwarzania
danych w systemach mikroprocesorowych

Architektura harwardzka – rodzaj architektury komputera. W odróżnieniu od architektury von
Neumanna, pamięć danych programu jest oddzielona od pamięci rozkazów

[1]

Podstawowa architektura komputerów zerowej generacji i początkowa komputerów pierwszej
generacji.
Prostsza (w stosunku do architektury von Neumanna) budowa przekłada się na większą szybkość
działania - dlatego ten typ architektury jest często wykorzystywany w procesorach sygnałowych oraz
przy dostępie procesora do pamięci cache.

Architektura von Neumanna – pierwszy rodzaj

architektury komputera

. Cechą charakterystyczną tej

architektury jest to, że dane przechowywane są wspólnie z instrukcjami, co sprawia, że są kodowane
w ten sam sposób.
W architekturze tej komputer składa się z czterech głównych komponentów:

przechowującej

oraz

; każda

komórka pamięci ma unikatowy identyfikator nazywany jej adresem

jednostki sterującej odpowiedzialnej za pobieranie danych i instrukcji z pamięci oraz ich
sekwencyjne przetwarzanie

jednostki arytmetyczno-logicznej

odpowiedzialnej za wykonywanie podstawowych operacji

arytmetycznych.

urządzeń wejścia/wyjścia

służących do interakcji z operatorem

Zmodyfikowana architektura harwardzka − znana również jako architektura mieszana,
łączy w sobie cechy

architektury harwardzkiej

architektury von Neumanna

. Oddzielone

zostały obszary pamięci na

dane

rozkazy

, lecz wykorzystują one wspólne magistrale danych

i adresową. Niniejsza architektura umożliwia łatwe przesyłanie danych pomiędzy
rozdzielonymi pamięciami.

Przykładem wykorzystania zmodyfikowanej architektury harwardzkiej jest rodzina

mikrokontrolerów

8051

7. Omówić charakterystyczne cechy mikrokonwertera (na przykładzie
układu) jako podstawowego elementu inteligentnych czujników
pomiarowych

CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA:

Ze względu na zastosowane technologie i związaną z tym miniaturyzację czujniki inteligentne, mimo
dużych możliwości będą miały małe wymiary i niewielką względnie cenę. Sygnały pomiarowe tych
czujników będą dostarczały więcej informacji po wprowadzeniu norm, ponieważ będą zawierały
jednostkę oraz symbol identyfikacyjny czujnika. Będą mogły by skorygowane ze względu na wielkości
wpływowe, możliwa jest również kalibracja. Przydatne są bezpośrednio w układach sterujących.
Transmisja będzie szybka i niezależna od sieci. Mimo zastosowania techniki cyfrowej, użytkownik ma
dostęp do sygnału analogowego.

8. Przedstawić metody transferu danych pomiędzy przetwornikiem
A/C a pamięcią w układach mikroprocesorowych

Algorytm obsługi przetwornika w trybie DMA:
-Wyłączy zasilanie przetwornika (tryb power down: MD1 iMD0  ustawione na 0 w rejestrze ADCCN1)
-Adres wskaźnika przesyłanych danych ustawic na początekobszaru  danych, wskaźnik danych
określany jest 24-bitowo w rejestrach  DMAL, DMAH, DMAP (wpisa w podanej kolejności)
-Przygotowac zewnętrzną pamięc danych, określic numery  rzetwarzanych kanałów pomiarowych
oraz wielkośc bloku danych
-Przeprowadzic inicjalizację rejestrów ADC SFRs w następującej  kolejności:
W ADCCON2 ustaw w tryb DMA (MOV ADCCON2,#40; DMA)
W ADCCON1 ustaw parametry czasowe konwersji i włącz zasilanie  przetwornika
Proces konwersji DMA może być wyzwalany sygnałem startu  pojedynczej konwersji, z układu licznika
L2 lub sygnałem  zewnętrznym.

9. Scharakteryzuj budowę słów kodowych przetworników A/C

DSP Mikroprocesor z 16-bitową arytmetyką stałopozycyjną z własną pamięcią

rozszerzona architektura Harrwardska z trzema magistralami

niezależne jednostki obliczeniowe: ALU, MAC i Shifter

instrukcje realizowane w 1 cyklu maszynowym

pamięć RAM lub ROM i RAM danych w chipie mikropocesora

zintegrowane urządzenia we/wy: port szeregowy, zegar/licznik, interfejs portu
nadrzędnego.

generator adresu danych i sekwenser programu

Cechuje go posiadanie oddzielnych magistral dostępu do pamięci  programu i pamięci danych, co
pozwala na niezależny dostęp do  pamięci danych i pamięci programu i danych jednocześnie. Istnieje
moduł który pozwala na komunikację pomiędzy magistralami danych  i programu, ale dostęp ten nie
jest to dostęp bezpośredni.
16kW(kilo słów) Dane 16-bitów (32 kB)  16kW  Program 24-bitów(48kB)
Dzięki oddzieleniu jednostek ALU, MAC i Shifter jest możliwe np. iż  wynik dodawania będzie
argumentem w operacji mnożenia a wynik  całej operacji uzyskuje się w ciągu 1 cyklu rozkazowego.

12. Scharakteryzować system magistral i połączenia podstawowych
jednostek funkcjonalnych w mikroprocesorach sygnałowych na
przykładzie rodziny ADSP2100.

13. Przedstawić rolę buforów cyklicznych procesorów sygnałowych w
algorytmach cyfrowych filtrów numerycznych.

Bufory cykliczne wykorzystują automatyczną implementację generowania adresów modulo dla
dostępu do buforów cyklicznych. Do oblicznia kolejnego adresu wykorzystuje się następujące
informacje:
-bieżącą lokalizacją, przechowywaną w rejestrze I (bez znaku)
-wartośc modyfikującą, przechowywaną w rejestrze M (ze znakiem)
-długośc bufora przechowywaną w rejestrze L (bez znaku)
-bazowy adres bufora

14.

Opisać zasady transferu danych w systemach DSP

wykorzystujących generatory adresu DAG.

Generatory adresu danych DAG

są jednostkami zaprojektowanymi do generowania adresów

pośrednich w celu wskazania danych w pamięci. Operują na danych 14-bitowych.

Każda jednostka posiada 3 różne typy rejestrów:

I (rejstry indeksowe):

zawierają bieżący adres,

M (rejestry modyfikujące):

zawierają różnicę pomiędzy bieżącym i następnym adresem,

(rejestry długości):

zawierają rozmiar bufora cyklicznego (dla zapewnienia normalnego

liniowego adresowania ustawiane są
na 0).
Każda jednostka DAG zawiera po 4 rejestry każdego typu, numerowane od 0 do 3 dla DAG1 i
od 4 do 7 dla DAG2. Rejestry L
i I są niezależne,

15.

Przedstawić strukturę rejestrów roboczych systemów DSP na

przykładzie procesora rodziny ADSP20xx.

16. Omówić rolę rejestrów roboczych (R0-R7) w specjalizowanych w
mikrokontrolerach. Podać programowe przykłady obsługi tych
rejestrów.

W pamięci użytkowej słowa o adresach 0-31 stanowią cztery zbiory  uniwersalnych rejestrów
roboczych R0-R7. W danej chwili dostępne  są rejestry tylko z jednego zbioru, wskazanego przez 2-
bitowy  wskaźnik zbioru rejestrów, który z kolei może być zmieniany  programowo. Drugi i dalsze
zbiory mogą być używane jako  rozszerzenie pierwszego, oraz przeznaczone do wykorzystania w
programach obsługi przerwań lub podprogramach, kiedy istotne jest  zachowanie  zawartości
rejestrów  zbioru  pierwszego, używanych w  programie głównym. Rejestry R0 i R1 z aktywnego
zbioru pełnią  funkcję wskaźników danych do adresowania pośredniego zawartością  rejestru pamięci
danych, wewnętrznej i zewnętrznej. W wewnętrznej  pamięci danych za pomocą tych wskaźników
jest  możliwe  adresowanie tylko obszaru pamięci użytkowej (0-7FH). W obszarze o  adresach 128-255
jest umieszczona grupa rejestrów specjalnych.  Należą do nich: Akumulator, rejestr B, słowo  stanu
programu,  wskaźnik  stosu,  wskaźnik  danych  oraz  DPTR,  porty  0-3,  słowo  sterujące do ustawiania
priorytetów przerwań, słowo sterujące pracą  systemu przerwań, słowo sterujące i kontrolne układu
czasowo-  licznikowego i systemu przerwań, słowo sterujące do  ustawiania  trybu pracy liczników w
układzie czasowo-licznikowym, 16-bitowy  licznik T0, 16-bitowy licznik T1, słowo sterujące licznika 2,
16-bitowy  licznik T2, słowo ładowane do licznika T2, słowo sterujące portu  szeregowego, bufor
portu szeregowego, słowo sterujące zasilania.

17. Omówić metody konfiguracji (wyboru trybu pracy) typowych
programowanych modułów zegarów/liczników (T0, T1, T2) MCS-51.

Układy czasowo – licznikowe zawierają dwa 16 –bitowe liczniki T0 i  T1. Mogą one zliczać impulsy
zewnętrzne, doprowadzone do wejść,  odpowiedni T0 (P3.4) lub T1(P3.5), spełniają w ten sposób
funkcję  licznika.  Mogą  też  zliczać  wewnętrzne  impulsy  zegarowe,  celu  odmierzenia opóźnień czy
generowania przerwań zegarowych o  zadanej częstotliwości. W tym przypadku spełniają funkcję
czasomierza. Poza tym każdy z nich  może pracować w jednym z  czterech indywidualnie ustawionych
trybów.
Ustawienia trybu pracy (TMOD słowo to ustawia tryby pracy)
M0, M1 (bity sterujące) – wybór trybu.
Określa tryb pracy licznika Ti: M1 M0 = 00-tyrb 0: 8-bitowy licznik THi  taktowany poprzez 5-bitowy
dzielnik TLi; M1 M0 = 01- tryb 1: 16-  bitowy licznik THi, TLi: M1 M0 = 10- tryb 2: 8 –bitowy licznik
TLi z  automatycznym wpisywaniem wartości początkowej z THi: M1 M0 =
11 –tryb3: licznik T0 – dwa niezależne 8 –bitowe liczniki: TL0  (sterowany za pomocą bitów
sterujących licznika T1) i TH0  (sterowany za pomocą bitów sterujących licznika T1); licznik T1
zatrzymany.

18. Narysować schemat blokowy układu do pomiaru okresu T

sygnału

napięciowego przy wykorzystaniu specjalizowanego modułów zegarów/liczników
MCS51. Przedstawić analizę błędów pomiarowych układu.

długość słowa licznika L2:N(16) pojemność licznika L2:2^n(65536) liczba przepełnienia licznika
L2:Nirq okres sygnału Tx:
Tx=Tosc[(N2-N1)+Nirq*2^n] Częstotliwość fx=1/Tx

19.

Omówić zasady obsługi przetworników obrotowo-impulsowych w

systemie mikropro

cesorowym.Zaproponować rozdział zadań pomiędzy

sprzęt i oprogramowanie.

Przetworniki obrotowo-impulsowe są przeznaczone do pomiaru przemieszczeń kątowych, a więc
zarówno do pomiaru kąta jak i prędkości kątowej. Z pomocą napędu paskowego, zębatki lub koła
ciernego mogą być mierzone również przemieszczenia liniowe. Przetworniki te pozwalają na
określenie pozycji względnej przez zliczanie impulsów. Przy tym kierunek ruchu może być
rozpoznawany dzięki przesunięciu fazowemu kanałów A i B, tak, że elektronika współpracująca musi
dodawać lub odejmować przychodzące impulsy (tzw. kwadratura). Kanał zerowy C (indeks) oznacza
przy każdym obrocie przetwornika pozycję absolutną, która może służyć do wyznaczania pozycji
zerowej układu pomiarowego. Przy zgraniu tego sygnału z sygnałem z inicjatora umieszczonego np.
na początku stołu frezarki, uzyskać można precyzyjny punkt zerowy mimo dużej histerezy inicjatora.
Rozdzielczość przetwornika określana jest w działkach odpowiadających liczbie kresek na tarczy
podziałowej przetwornika lub liczbie okresów fali prostokątnej wychodzącej z jednego kanału
przetwornika. Licznik rozróżnia wszystkie zbocza sygnałów prostokątnych, co zwiększa liczbę
impulsów 4-krotnie. Przetworniki impulsowe wykonywane są w kilku standardach wyjść:
najpopularniejszy OC umozliwia pracę wyjścia z różnym od zasilania przetwornika napięciem układu
wejściowego i jest idealny do zapewnienia optoizolacji układu pomiarowego, standard NL z
zasilaniem +5V dobrze nadaje się w do dużych prędkości, standard PP chętnie jest stosowany w
warunkach przemysłowych ze sterownikami PLC. W szerokiej gamie przetworników oferujemy
enkodery do pracy ręcznej jako zadajniki, miniaturowe w obudowie przemysłowej, przemysłowe ze
wzmocnioną osią, z otworem na oś, o małej i bardzo dużej rozdzielczości.

20.

Narysować schemat blokowy układu do pomiaru okresu T

sygnału

napięciowego przy wykorzystaniu specjalizowanego modułów
zegarów/liczników MCS51. Przeanalizować procesy numeryczne
realizowane przez mikroprocesor.

Patrz 18. To samo

21.

Omówić zasady dołączania peryferyjnych urządzeń

elektronicznych do mikroprocesorów – schematy strukturalne.

Dołączanie  urządzeń  zewnętrznych  możliwe  jest  tylko  w  ramach  przestrzeni adresowej
zewnętrznej pamięci danych. Sam procesor nie  rozróżnia jakie urządzenie jest dołączone, widzi je
jako część pamięci  adresowej. Urządzenia te rozróżnia układ GAL, a obsługują je 2 linie  (RD,WR)
oraz porty P0 i P2. Do rozbudowy pamięci systemu mogą  być użyte dowolne uniwersalne układy
pamięci, lub specjalizowane  układy peryferyjne, przystosowane do współpracy z multipleksowaną
magistralą.   Do   rozbudowy we-wy   można wykorzystać   dowolne  układy  we-wy,  np.  z  rodziny
MCS80.  Należy   jednak  dodać,  że  rozbudowa  systemu,  a  zwłaszcza  dołączanie  zewnętrznej
pamięci  programu, odbywa się kosztem zmniejszenia linii we-wy (nie mogą  być  użyte  porty  P0  i
P2),  oraz  strat  części  zalet jednoukładowości  mikrokomputera.

22.

Omówić zasady obsługi przetwornika kąta obrotu z wyjściem

równoległym w systemie mikroprocesorowym. Przedstawić koncepcję
dekodowania kodu Gray’a w oparciu o tablicę wartości kodowych.

23.

Omówić system obsługi przerwań w mikroprocesorach rodziny

MCS51. Źródła przerwań, priorytety przerwań, wektory przerwań.

24. Układy diagnostyczne typu WATCH-DOG - zasada wykorzystania w
algorytmach przetwarzania numerycznego.

Watchdog (ang. pies stróżujący) to urządzenie lub program,  najczęściej układ elektroniczny,
chroniący system mikroprocesorowy  przed zbyt długim przebywaniem w stanie zawieszenia. Jego
działanie polega na zresetowaniu procesora w przypadku  nieotrzymania w określonym czasie
sygnału generowanego przez  program. Występuje w dwóch głównych wariantach: sprzętowym  oraz
programowym. Sprzętowy uznawany jest za znacznie bardziej  niezawodny. W oprogramowaniu
umieszcza się funkcję ustawiającą  wartość licznika na pewną wartość początkową. Z upływem czasu
mierzonego przez niezależny od procesora zegar, wartość licznika  zmienia się (zwykle maleje), co
określony czas. Jeśli osiągnie pewną  wartość, zwykle jest nią 0, następuje opisane zresetowanie
procesora  lub generowane jest przerwanie. Jednym z założeń poprawnej pracy  systemu z
watchdogiem jest ustawianie na nowo wartości licznika co  pewien czas. Ta funkcja jest umieszczana
w programach tak, by  wykonywać się co czas mniejszy od czasu wyzerowania licznika. Jeśli  program
przestanie działać poprawnie – np.: wpadnie w wieczną  pętlę lub zakleszczy się i nie będzie ustawiał
licznika na nowo, można  założyć że reset jest uzasadniony. W ten sposób watchdog chroni  system
komputerowy przed nieprzewidzianym zatrzymaniem się.
Watchdog jest instalowany w systemach, które działają często bez  obsługi człowieka, ich
nieprzerwane działanie jest bardzo ważne lub  działanie nieprzewidziane może być niebezpieczne. Są
standardem w  systemach wbudowanych funkcjonujących w różnych urządzeniach.  W większości
współczesnych mikrokontrolerów watchdog jest  jednym z elementów ich architektury i nie trzeba
stosować  dodatkowego sprzętu. A system udostępnia rozkazy procesora do  ustawiania parametrów
i resetowania watchdoga. Niektóre systemy  operacyjne udostępniają mechanizmy zapobiegające
zawieszeniu się  (zablokowaniu) systemu w przypadku jego błędu (panika jądra) oraz
oprogramowanie obsługi watchdoga programowego i sprzętowego,  np pakiet watchdog w Linuksie.

25.

Na podstawie schematu blokowego przedstaw strukturę

inteligentnego czujnika pomiarowego w/g IEEE 1451. Jakie elementy
s

kładowe zawiera cyfrowy komunikat reprezentujący wyjściowy

sygnał pomiarowy czujnika.

26. Opisać budowę przetworników A/C stosowanych w
mikrokontrolerach jednoukładowych MCS51 (układy sterujące,
rejestry aproksymacyjne, multipleksery

analogowe, źródła napięć

eferencyjnych).

27. Opisać budowę przetworników A/C stosowanych w
mikrokontrolerach jednoukładowych M68HC11 (M6805) (układy
sterujące, rejestry aproksymacyjne,

multipleksery analogowe,

źródła napięć referencyjnych).

System A/D jest  8-kanałowym, 8-bitowym przetwornikiem z  multipleksowanym wejściem,
działającym z dokładnością do najmniej  znaczącego bitu. Przetwarzanie realizowane jest metodą
kompensacji  wagowej. Cztery podstawowe bloki funkcjonalne przetwornika to:
multiplekser
przetwornik   analogowy   -   kondensatory   ładowane   napięciem  odniesienia
blok sterowania - układ porównania
4 rejestry przechowujące wynik  Działanie:
Z nóżki wejściowej pobierane jest napięcie i porównywane z  napięciem odniesienia w obrębie
macierzy kondensatorów. Każda  konwersja  A/D  składa  się  z  8  operacji  porównania,  począwszy  od
najbardziej znaczącego bitu. Wyniki kolejnych konwersji zapisywane  są w odpowiednich rejestrach
wynikowych. Łącznie można dokonać przetworzenia   16   sygnałów   analogowych:   8
wejściowych,    4  wewnętrznych punktów odniesienia i 4 rezerwy.
Cztery tryby pracy:
-4 kolejne konwersje w kanale pojedynczym
-ciągła konwersja w kanale pojedynczym
-po jednym przetwarzaniu w czterech kanałach

-ciągła konwersja w 4 kanałach

28.

Podać przykład budowy algorytmu przetwarzania numerycznego

obsługującego wielokanałowy przetworniki a/c – analiza schematu
blokowego.

29.

Omówić algorytmy konwersji wyniku binarnego przetwarzania a/c

do postaci zmiennoprzecinkowej wielkości fizycznej, gdy przetwornik
wykorzystuje zestaw napięć referencyjnych U

-REF

i U

+REF

To samo co wyżej +
Przykład algorytmu konwersji wyniku przetwarzania A/C przy parametrach:

Przykład uproszczonego algorytmu konwersji wyniku przetwarzania A/C (bez stosowania arytmetyki
liczb zmiennoprzecinkowych), wynik konwersji jest liczbą typu int reprezentującą wartość napięcia
wejściowego w [mV] :

30.

Opisać metody przetwarzania wielokanałowego w modułowych

systemach kontrolnopomiarowych - architektura, programowanie

31.

Charakterystyka oprogramowania narzędziowego

mikroprocesorowych systemów pomiarowych.

Zasady tworzenia aplikacji pomiarowych
Aplikacje pomiarowe powinny być tworzone tak aby ich działanie nie  wpływało na wynik pomiaru.
Jeżeli w pomiarze istotną rolę odgrywa  czas, to obliczenia powinny być wykonywane po dokonaniu
pomiarów związanych z czasem. Aplikacje powinny być możliwie jak  najmniej  skomplikowane,  nie
powinny  wykonywać  niepotrzebnych  operacji. Powinny one być także w miarę przejrzyste, aby
można było  je później poprawić, lub rozbudować.
Sprzęt powinien być dobierany tak aby mógł spełniać określone  wymagania, np. jeżeli aplikacja
będzie potrzebowała więcej pamięci,  należałoby  dołączyć  pamięć  zewnętrzną,  podobnie  jest  z
układami  wejścia wyjścia i przerwaniami. Jeżeli nasz układ pomiarowy nie  będzie połączony z
komputerem należało by przyłączyć wyświetlacz.

32. Omówić metody wyzwalania pomiaru w typowych przetwornikach
A/C mikrokontrolerów analogowych.

Wyzwalanie pomiaru przetwornika A/C

wyzwalanie programowe

wyzwalanie sprzętowe o tryb pracy ciągły

wyzwalanie zewnętrznym źródłem pobudzającym (generator zewn.)

wyzwalanie wewnętrznym źródłem pobudzającym (generator modułu L2)

tryby mieszany

33.

W jaki sposób rozdzielczość przetwornika A/C wpływa na wartość

szumu kwantyzacji przetwornika ?

34. Przedstawić podstawowe parametry pracy przetwornika A/C.

a) Nieliniowość całkowa (ang. Integral Nonlinearity - INL) – największe odchylenie

rzeczywistej charakterystyki przetwarzania od linii prostej

b) Rozdzielczość – stosunek przedziału kwantyzacji Q do pełnego zakresu prze-

twornika FS, jest równa odwrotności liczby poziomów kwantyzacji, najczęściej określana
liczbą bitów N słowa cyfrowego

c) Dokładność przetwornika (bezwzględna lub względna) – największa różnica między

rzeczywistą a przewidywaną wartością sygnału analogowego dla danego słowa cyfrowego

d) Błąd przesunięcia (bezwzględny lub względny) – różnica między rzeczywistą a idealną

wartością sygnału analogowego dla minimalnej lub zerowej wartości cyfrowej

e) Błąd skalowania (wzmocnienia ang. gain error) – różnica między przewidywaną i

ekstrapolowaną wartością rzeczywistą sygnału analogowego dla pełnego zakresu
przetwornika

f) Nieliniowość różniczkowa (ang. Differencial Nonlinearity – DNL ) – charakteryzuje lokalne

odchylenia charakterystyki od linii prostej

g) Czas przełączania – czas zmiany napięcia wyjściowego przetwornika od wartości

początkowej do 90% zakresu zmiany napięcia wyjściowego

h) Maksymalna częstotliwość przetwarzania – maksymalna liczba konwersji na

sekundę, częstotliwość graniczna = 1/czas konwersji

i) Szpilki napięcia (ang. glitch) – szpilki związane z przenikaniem przez pojemności

pasożytnicze cyfrowych sygnałów przełączających klucze analogowe

35.

Omówić podstawowe błędy przetwarzania przetwornika A/C i C/A.

a) Nieliniowość całkowa (ang. Integral Nonlinearity - INL) – największe odchylenie

rzeczywistej charakterystyki przetwarzania od linii prostej

b) Błąd przesunięcia (bezwzględny lub względny) – różnica między rzeczywistą a idealną

wartością sygnału analogowego dla minimalnej lub zerowej wartości cyfrowej

c) Błąd skalowania (wzmocnienia ang. gain error) – różnica między przewidywaną i

ekstrapolowaną wartością rzeczywistą sygnału analogowego dla pełnego zakresu
przetwornika

d) Nieliniowość różniczkowa (ang. Differencial Nonlinearity – DNL ) – charakteryzuje lokalne

odchylenia charakterystyki od linii prostej

e) Czas przełączania – czas zmiany napięcia wyjściowego przetwornika od wartości

początkowej do 90% zakresu zmiany napięcia wyjściowego

36.

Efektywna rozdzielczość kodowa przetworników A/C.

Skuteczna ilość bitów (enob) jest miarą dynamicznych przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC)
oraz związanego z nim obwody. Rozdzielczość ADC jest określona przez liczbę bitów, która
reprezentuje wartość analogową, w zasadzie podając 2N poziomy sygnału dla sygnału N-bitowej.
Jednak wszystkie obwody rzeczywistym ADC wprowadzić szumy i zniekształcenia. Enob określa
rozdzielczość idealnego obwodu ADC, które mają taką samą rozdzielczość jak obwód pod uwagę.
Enob jest również stosowany jako środek jakości dla innych bloków, takich jak wzmacniacze sample-
and-hold. W ten sposób, bloki analogowe mogą być łatwo uwzględnione w obliczeniach sygnału
łańcuchowe całkowita enob łańcucha bloków jest zwykle poniżej enob najgorszego bloku.

SINAD jest stosunek wskazujące jakość sygnału.
6,02 Termin na dzielnik konwertuje decybelach (reprezentacja log10) do bitów (reprezentacja
log2). [Uwaga 1]
Termin pochodzi od 1.76 błędu kwantyzacji w idealnym ADC. [Uwaga 2]

37.

Reprezentacje cyfrowe wielkości mierzonych – podstawowe

określenia.

38. Scharakteryzuj zasadę pomiaru temperatury przy pomocy czujnika RTD w
układzie pomiarowym bezpośredniego pomiaru R.

39.

Scharakteryzuj zasadę pomiaru temperatury przy pomocy czujnika

termistorowego w układzie pomiarowym bezpośredniego pomiaru R.

40. Scharakteryzuj podstawowe układy pomiarowe pomiaru
temperatury termoelementami w mikrosystemach analogowych.

41. Opisz podstawowy

układ sterowania silnika prądu stałego metodą

impulsową w układzie H z pomiarem prądu i pomiarem prędkości
obrotowej.

42.

Przedstawić procedury numerycznych konwersji binarnego

wyniku przetwarzania A/C temperatury czujnika, wiedząc, że
U

REF

=2.5V a stałe czujnika temperatury U(25 C)=600mV,

3mV/

C, a wartość binarna wyniku przetwarzania

bin

=3D5

HEX

. Określić temperaturę czujnika.

Uref=2,5mV
U(25)=600mV
dU/dT=-3mV/C
Wbin=3D5hex
Wdec=982
T=25(600-Wdec)/3
T=25(600-981)/3=-102

43.

Przedstawić algorytm konwersji numerycznej binarnego wyniku

przetwarzania A/C mikrokonwertera ADuC824 na wartość napięcia
reprezentowaną 32bitową reprezentacją całkowitoliczbową (long int),
napięciowego sygnału różnicowego podanego na wejścia AIN3-AIN4,
dla 24 bitowego słowa o wartościach: ADC0H=7E

, ADC0M=0A5

ADC0L=0F3

(kod binarny przesunięty) przy założeniu, że V

REF

= 2.5 V,

a zakres

napięć wejściowych przetwornika 320mV.

44.

Określ wartość U

napięcia sygnału pomiarowego uzyskanego z 10-

bitowego przetwor

nika A/C przekazującego część starszą wyniku w

rejestrze ADCH=0xA3 oraz cześć młodszą wyniku w rejestrze
ADCON=0x57 wiedz

ąc, że 2 najmłodsze bity wyniku znajdują się na

pozycjach b7 i b6 słowa ADCON. Napięcie referencyjne przetwornika
U

Ref+

=5V a U

Ref-

=0V

. Zapisz algorytm obliczeń w języku programowania

45.

Podczas rejestracji sygnału analogowego w przedziale obserwacji

T=1s bipolarnym 12-bitowym przetwornikiem A/C (U

REF

=1.25V)

zarejestrowano minimalną i maksymalną wartość sygnału,
odpowiednio D

min

=0053

hex

oraz D

max

=08A1

hex

. Określ wartość napięcia

międzyszczytowego w przedziale obserwacji sygnału. Przetwornik
pracuje w kodzie binarnym przesuniętym.

Umin=(0x53-0x800)*2*1.25/(2^12)=-1,19934082V Umax=(0x8A1-
0x800)*2*1.25/(2^12)=0,098266602V
Różnica to napięcie międzyszczytowe czyli 1,19934082V

46.

Określ wartość temperatury czujnika mikrokonwertera ADuC812

na podstawie pojedynczego binarnego wyniku przetwarzania X

=0x83BA

przyjmując parametry: U

REF-

=0V, U

REF+

=2.5V

, stała czujnika

temperatury U

=600mV,

T= 3mV/

mały chaczyk przetwornik ADuC812 jest 12 bitowy dlatego do obliczeń Xi=0x03BA

Ux=X*(Uref+ - Uref-)/LX

X -- wartość z przetwornika A/C
Uref(+/-) -- napięcia referencyjne
LX -- liczba możliwych stanów przetwornika czyli 2 do potęgi rozdzielczości przetwornika

ADuC812 - przetwornik 12 bitowy

UWAGA: ADuC812 jest 12-bitowy ale w rejestrach wynikowych  sprzedaje również informacje
o numerze przetwarzanego kanału. Chodzi o tą 8-kę z
przodu.

Tx=Tn+(Ux-Un)/Kn

Wzór wynika z funkcji liniowej gdzie mamy jeden punkt i współczynnik kierunkowy.
Tn -- z podanych informacji o czujniku temperatura 25°C

Un -- ==||== napięcie w temperaturze 25st czyli

600mV = 0,6V

Kn -- podany parametr kierunkowy charakterystyki czujnika DU/DT=-3mV/

Ux=0,022788V
Tx=217,404st

47. Okre

śl średnią wartość temperatury czujnika mikrokonwertera

ADuC812 na podstawie

binarnych wyników przetwarzania, przyjmując

parametry: U

REF-

=0V, U

REF+

=2.5V

, stała czujnika temperatury

=630mV,

T= -3mV/

, kanał pomiarowy M=8, kolejne

wartości binarne wyników przetwarzania (wraz z numerem kanału)
X

=840D

HEX

, X

i+1

=8409

HEX

, X

i+2

=8411

HEX

TAK JAK POWYŻEJ dochodzi tylko średnia ale to jest proste
Ux=X*(Uref+ - Uref-)/LX

X -- wartość z przetwornika A/C
Uref(+/-) -- napięcia referencyjne
LX -- liczba możliwych stanów przetwornika czyli 2 do potęgi rozdzielczości przetwornika

ADuC812 - przetwornik 12 bitowy

UWAGA: ADuC812 jest 12-bitowy ale w rejestrach wynikowych sprzedaje również informacje o
numerze przetwarzanego kanału. Chodzi o tą 8-kę z przodu.
Tx=Tn+(Ux-Un)/Kn

Wzór wynika z funkcji liniowej gdzie mamy jeden punkt i współczynnik kierunkowy.
Tn -- z podanych informacji o czujniku temperatura

25°C

Un -- ==||== napięcie w temperaturze 25st czyli

630mV = 0,63V

Kn -- podany parametr kierunkowy charakterystyki czujnika DU/DT=-3mV/

Xi=40D(hex)
Xi=1037

Ui=0,63293457V
Ti=24,021809896°C
Xi+1=409(hex)Xi+1=1033      Ui+1=0,630493164V  Ti+1=24,835611979°C
Xi+2=411(hex)Xi+1=1041      Ui+2=0,635375977V  Ti+2=23,208007813°C

T(śtednia)=([Ti]+[Ti+1]+[Ti+2])/3 T(średnia)=24,021809896°C

48. W jakim kanale pomiarowym, 12-bitowego przetwornika A/C
mikrokontrolera ADuC831, zmierzono maksymalną wartość napięcia
(

max

) z szeregu 3 wartości, przyjmując parametry: U

REF

=2.5V oraz

kolejne wartości binarne wyników

przetwarzania X

=340D

HEX

i+1

=5409

HEX

, X

i+2

=1411

HEX

Dla mikrokonwertera AduC812 zachodzą następujące zależności:
Fsys=11059200Hz
Tosc=12/Fosc -> 1.085us
Tprób = 2 * T2 =2*(Dz*1.085us)
Przy czym dzielnik Dz jest liczbą naturalną, a więc stąd wynikają błędy  przy doborze częstotliwości
próbkowania. Dla naszego przypadku  mamy:
fprób=1/Tprób=1/(2*(Dz*1.085us))

stąd
Dz=1/(2*(fprób*1.085us))=14,4

Czyli dobieramy za Dz=143. Teraz należy sprawdzić jaką w  rzeczywistości uzyskaliśmy w ten sposób
częstotliwość próbkowania i  porównać ją z zakładaną:

fprób[143]=1/(2*(14*1.085us))=32916.39 Hz

Czyli błąd względny doboru częstotliwości wynosi:
delfprób=(fprób[14]- fprób)/ fprób=(32916,39-  32000)/32000=0,02286%

49.

Określić względny błąd doboru częstotliwości próbkowania f

prb

32000Hz wykorzystu

jąc wewnętrzne układy dzielników częstotliwości

(licznik L2) dla mikrokonwertera ADuC812 (f

sys

=11059200Hz).

???

50. Podaj binarną wartość kodu sterującego 12-bitowego
unipolarnego przetwornika C/A aby na wyjściu uzyskać napięcie
1.55V. Napięcie referencyjne przetwornika

UREF=2.5V.

1.55/2.5*(2^12)=2539,52 -->100111101011(binarnie)

51.

Określ maks. częstotliwość sygnału wejściowego f

max

M-

kanałowego

systemu akwizycji danych pomiarowych bez układu PP przy założeniu
t

konw

=20

μs, a rozdzielczość przetwornika A/C N=12bit i dokładności

przetwarzania 1LSB. Jaka jest maksymalna częstotliwość próbkowania
przy sekwencyjnym multipleksowaniu M=16 kanałów pomiarowych.

Fmax(jednego kanału)= 1/tkonw=50kHz
Fmax(16-u kanałów)=Fmax(jednego kanału)/16=3125

52. Podczas rejestracji sygnału analogowego w przedziale obserwacji T=1s
unipolarnym 12-bitowym przetwornikiem A/C (U

REF

=1.25V) zarejestrowano

minimalną i maksymalną wartość sygnału, odpowiednio D

min

=0053

hex

oraz

max

=07A1

hex

. Określ wartość napięcia międzyszczytowego w przedziale

obserwacji sygnału. Przetwornik pracuje w naturalnym kodzie binarnym.

Umin=(0x53-0x800)*2*1.25/(2^12)=-1,19934082V Umax=(0x8A1-
0x800)*2*1.25/(2^12)=0,098266602V
Różnica to napięcię międzyszczytowe czyli 1,19934082V

53.

Podczas rejestracji sygnału analogowego w przedziale obserwacji

T=100ms unipolarnym 13-bitowym przetwornikiem A/C (U

REF

=2.5V)

zar

ejestrowano minimalną i maksymalną wartość sygnału,

odpowiednio D

min

=00C8

hex

oraz D

max

=1388

hex

. Określ wartość napięcia

międzyszczytowego w przedziale obserwacji sygnału. Przetwornik
pracuje w naturalnym kodzie binarnym.

???

54. W systemie pomiarowym zmierzono kolejno wartości napięcia
U

=0.25V, U

=4.5V i U

=-1.75V. Przedstaw binarną postać wyników

pomiarów w kodzie U2, binarnym przesuniętym

i w kodzie znak-moduł

dla przetwornika bipolarnego N=14 o zakresie przetwa

rzania

=5V. (𝑧𝑛𝑎𝑘: 𝑎

= 0 →

𝑧 = +1)

Szukane:
Dane: Ufs=5V, N=14, W=0.25
wzór:
W=(Ufs*D*2)/(2^N) dla bipolarnego przetwornika
W=(Ufs*D)/(2^N) dla unipolarnego przetwornika
po przeksztalceniu:
D=(W*2^N)/2*Ufs=(0.25*2^14)/(2*5)=410
410=110011010B
i teraz zaminiamy na oszczegolne kodowanie
U2: 00 0000 0110 0110
Binarny przesunięty: 01 0001 1001 1010
Znak-modul: 00 0001 1001 1010

55. Podcza

s rejestracji sygnału analogowego w przedziale obserwacji

T=1s unipolarnym 14-bitowym przetwornikiem A/C (U

REF

=1.25V)

zarejestrowano minimalną i maksymalną wartość sygnału,
odpowiednio D

min

=0258

hex

oraz D

max

=2EE0

hex

. Określ wartość napięcia

międzyszczytowego w przedziale obserwacji sygnału. Przetwornik
pracuje w naturalnym kodzie binarnym.

???

56.

W systemie pomiarowym zmierzono kolejno wartości napięcia

=0.35V, U

=5.5V i U

2.75V. Przedstaw binarną postać wyników

pomiarów w kodzie U2, binarnym przesuniętym i w kodzie znak-moduł
dla przetwornika bipolarnego N=13 o zakresie przetwarzania U

=5V.

(

𝑧𝑛𝑎𝑘: 𝑎

= 0 →

𝑧 = −1)

???

57.

Wyznacz 3 kolejne adresy generowane w układzie DAG procesora

sygnałowego, jeżeli: adres bazowy rejestru cyklicznego B=1000

HEX

długość bufora cyklicznego L=0040

HEX

, modyfikator adresu M=0001

HEX

bieżący adres A=103E

HEX

???

58.

Wyznacz 3 kolejne adresy generowane w układzie DAG procesora

sygnałowego, jeżeli: adres bazowy rejestru cyklicznego B=1000

HEX

długość bufora cyklicznego L=0020

HEX

, modyfikator adresu M=3FFF

HEX

bieżący adres A=1002

HEX

???