Sisteme cu microprocesoareCursul 5 Microprocesoare specializate

Microprocesoare specializateAu arhitectura dedicata pentru un anumit scop bine determinatTipuri:Microcontroloare sistem de calcul intr-un singur circuit integratDestinat pentru aplicatii de control )sisteme incapsulate)Procesoare digitale de semnal (DSP)Destinate pentru aplicatii de prelucrare a semnalelor

Procesoare digitale de semnalInlocuiesc schemele analogice de prelucrare a semnalelorDe ce prelucrare digitala?imunitate mai mare la zgomot (datorit diferenei relativ mari ntre cele dou stri logice, zero i unu)precizie mai marerezultatul prelucrrii nu depinde de variaiile de mediu (temperatur, umiditate) sau de variaii ale tensiunilor de alimentarepot fi implementate procedee complexe de prelucrare (exemplu: filtre cu un numr mare de poli), a cror implementare analogic este dificil sau chiar imposibil datorit preciziei limitate a componentelorrepetabilitatea n timp a procedeelor de prelucraremodificarea procedeului de prelucrare nu implic modificarea schemei hardware (modificarea se face prin rescrierea programului de prelucrare)

Proceduri de prelucrare a semnalelorFiltre, convolutii, transformate (Fourier, Laplace, Z)

+Y(t)= f()X(t-)d - unde: Y(t)- funcia (semnalul) de ieire X(t)- funcia (semnalul) de intrare f(t)- funcia de transformare (de prelucrare)n domeniul digital integrala se transform ntr-o sum discret de produse de forma: +Y(nT)= f(kT)*X(nT-kT) k=-unde: Y(nT) semnalul discret de ieire (eantionul n) X(nT) semnalul discret de intrare f(nT) funcia discret de transformare

Caracteristici arhitecturale ale procesoarelor digitale de semnalUnitatea de multiplicare i acumulare repetitiv (MAC Multiply and Accumulate)Inlocuieste o UAL clasicaMagistrale multiple de date i program2-4 magistrale Memorie intern pentru date i pentru programMemorii RAM, ROM, pentru date, pentru programSeturi multiple de registre interneMai multe bancuri de registreModuri de adresare orientate pe iruri Indexare automata, buffere cicliceInstruciuni complexe de multiplicare i acumulareMai multe versiuni de instructiuni MAC

Unitatea de multiplicare i acumulare repetitiv (MAC Multiply and Accumulate)

Magistrala de program

Magistrala de date

Deplasare

16 bii

MUX

Multiplicator paralel

32 bii

Deplasare

MUX

UAL

Acumulator

Deplasare

Figura 6-15 Unitatea de multiplicare i adunare (MAC)

Schema interna a procesorului TMS320C25

Controlor mag. ext.

Magistrala de program

C-zi

PC

Registre

ROM

Stiv

speciale

Adrese

Date

Magistrala de date

AR0

ARP

AR1

DP

MAC

AR7

B0

RAM

B0

RAM

B1

Figura 6-16 Schema de principiu a procesorului de semnal TMS320C25

Schema interna a procesorului TMS320C25 - RAM blocuri de memorie RAM:- B0- 256*16 - date si program; - B1- 256*16 date- B2-32*16 date- ROM memoria inter pentru program (memorie nevolatil)- MAC modul de multiplicare i adunare- AR0-7- registre auxiliare- ARP poantor ctre registru auxiliar- DP poantor de domeniu- PC numrtor de instruciuni (Program Counter)

Variante de procesoare din familia TMS320procesoare pe 16 bii n virgul fix: TMS320C10, TMS320C20 i TMS320C50procesoare pe 32 de bii n virgul flotant: TMS320C30 i TMS320C40arhitectur multiprocesor orientat ctre aplicaii multimedia: TMS320C80

Aplicatii ale procesoarelor de semnalacionri electrice, motoaresenzori inteligenti aparate de masura analizoare de semnal (ex. Osciloscop digital)Aparatura medicalacodoare/decodoare de semnal audio i video, modemuri, controloare de comunicatie instrumente muzicale, jucrii electronice, sintetizatoare de sunet, acceleratoare grafice 3D, prelucrarea primar i recunoaterea imaginilor

Limitari ale procesoarelor de semnalFrecventa limitata a semnalului prelucratLimitarea vine din frecventa maxima de esantionare si durata procesarilorCuantizarea valorilorValori discretePrelucrarea discreta in timp (si nu continua) a semnalelor

MicrocontroloareDefinitie: sistem de calcul intr-un singur circuit integrat VLSIComponente: UCP, memorie ROM (de program), Memorie RAM (de date), sistem de intreruperi porturi de intrare/iesire,Numaratoare/timereConveroare analog/numerice si numeric/analogiceAlte interfete (PWM, WD)

DestinatieAplicatii de urmarire si de controlSisteme incapsulateSenzori inteligentiAvantaje:Cost redusDimensiuni miciConsum redus

Structura uC I 80C31/51

ntreruperi

Sist. de

Timer 2

ntreruteri

ROM

RAM

Timer 1

4k-32k

128-512o

Timer 0

UCP

Canal serial

CNA

CAN

Gen. de

ceas

Port I/E *4

32 linii de I/E

RS 232

Ieire

Intrri

analogica

analogice

Figura 6-17 Schema bloc a familiei de microcontroloare I 80C31

Componentele uC I8031/51- UCP unitatea central de prelucrare asigur execuia instruciunilor unui program- ROM memoria nevolatil conine programul de aplicaie i eventualele constante de program; memoria poate fi de tip PROM (se nscrie o singur dat), EPROM (cu posibilitate de nscriere multipl, off-line) sau EEPROM (cu posibilitate de scriere n timpul funcionrii programului); dimensiunea memoriei variaz funcie de varianta constructiv de la 0 la 32ko; ea se poate extinde prin adugarea unei memorii externe.- RAM memoria de date pstreaz variabilele programului i stiva; n prima parte a memoriei locaiile pot fi adresate ca registre interne (4 seturi a cte 8 registre); o zona de memorie poate fi adresat la nivel de bit; capacitatea memoriei depinde de varianta constructiv (128-512 octei); memoria RAM intern poate fi extins cu o memorie RAM extern.- sistemul de ntreruperi gestioneaz cererile interne i externe de ntrerupere; sursele de ntrerupere sunt: 2 linii externe de ntrerupere, canal serial (recepie sau transmisie de caracter) i contoare (timer0,1,2)- generatorul de ceas genereaz semnalul de ceas necesar pentru funcionarea UCP i furnizeaz o frecven de referin pentru contoarele interne i canalul serial

Componentele uC I8031/51- porturile de intrare/ieire permit achiziia sau generarea de semnale digitale; pot fi 4 sau 6 porturi a cte 8 semnale; un semnal poate fi utilizat ca intrare, iesire sau intrare/iesire- canalul serial implementeaz protocolul de comunicaie RS 232 (canal serial asincron, bidirecional pe caracter); la unele variante poate s existe un canal serial suplimentar care implementeaz protocolul I2C; acest protocol permite construirea unei magistrale seriale n locul celei paralele clasice - timer 0, 1, 2 set de 2 sau 3 contoare utilizabile pentru generarea periodic a unor ntreruperi (ex: ceas de timp real), pentru numrarea unor evenimente externe sau pentru gerenarea frecvenei de transmisie serial-CNA convertor numeric/analogic folosit pentru generarea unui semnal analogic; aceast component este prezent numai la variantele mai complexe- CAN convertor analog/numeric folosit pentru achiziia unor semnale analogice; pot fi citite prin multiplexare pna la 8 intrri analogiceWD watch dogPWM puls Width modulation

Caracteristici ale uC I8031/51UCP set redus de instructiuniInstructiuni executate intr-un timp predefinit (ex: 1 us)Memoria ROM0-32Ko pentru programInterna sau externaMemoria RAM128-256 octeti4*8 registre interneRegistrele speciale suprapuse peste spatiul de memorie de date

InterfeteCanale seriale:RS232I2CInterfete de retea (ex: CAN)Porturi de intrare/iesire4-6 porturi * 8 biti (intrari, iesiri sau semnale bidirectionale)Timere/numaratoareContorizare evenimente (impulsuri)TemporizareGenerare de semnale cu anumite frecventeCeas de timp realPWM Pentru generarea de semnale continue prin impulsuriMult mai ieftin si mai usor de realizatWD Pentru autocontrolul bunei functionariResetare in caz de eroare

Moduri de lucruRegim normalToate componentele functionale (alimentate)Asteptare (idle mode)Memoria si generatorul de ceas alimentateDeconectare (power-dows mode)Doar memoria RAM alimentata (pt. pastrarea datelor)

Variante de procesoare

Alte familii de uCIntel - I8048, Microchip - PIC 12, PIC16, PIC17ARMMotorola 68C05