Máy tính công nghiệp và giao tiếp trong cơ điện tử

Học viên được trang bị các kiến thức về:

n  Kiến trúc máy tính và các chuẩn nối ghép trong máy tính

n  Máy tính nhúng và nối ghép trong các hệthống cơ điện tử

n  Sau khi học xong học phần này, học viên có khảnăng:

n  Tìm hiểu và làm chủcác kiến trúc máy tính cụthể

n  Hỗtrợphân tích và thiết kếcác hệthống cơ điện tử

298 trang | Chia sẻ: Mr Hưng | Lượt xem: 698 | Lượt tải: 0

Bạn đang xem trước 20 trang nội dung tài liệu Máy tính công nghiệp và giao tiếp trong cơ điện tử, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

O module Check Status Read word from I/O module Write word into memory Done? Next instruction (a) Programmed I/O Error condition Ready Ready Yes Yes No Not ready Issue read command to I/O module Do something else InterruptRead status of I/O module Check status Read word from I/O module Write word into memory Done? Next instruction (b) Interrupt-Driven I/O Do something else Interrupt Error condition No Issue read block command to I/O module Read status of DMA module Next instruction (c) Direct Memory Access CPU DMA DMA CPU CPU I/O CPU I/O I/O CPU I/O CPU I/O CPU CPU Memory I/O CPU CPU Memory Figure 7.4 Three Techniques for Input of a Block of Data May2014 IT6223 198 NKK-HUST Vào-ra bằng chương trình n  Nguyên tắc chung: CPU điều khiển trực tiếp vào-ra bằng chương trình à cần phải lập trình vào-ra. n  Vào-ra do ý muốn của người lập trình n  CPU trực tiếp điều khiển vào- ra n  CPU đợi mô-đun vào-ra à tiêu tốn thời gian của CPU Đọc trạng thái của TBNV Trao đổi dữ liệu với TBNV TBNV sẵn sàng? Y N May2014 IT6223 199 NKK-HUST Vào-ra điều khiển bằng ngắt n  Nguyên tắc chung: n  CPU không phải đợi trạng thái sẵn sàng của mô- đun vào-ra, CPU thực hiện một chương trình nào đó n  Khi mô-đun vào-ra sẵn sàng thì nó phát tín hiệu ngắt CPU n  CPU thực hiện chương trình con vào-ra tương ứng để trao đổi dữ liệu n  CPU trở lại tiếp tục thực hiện chương trình đang bị ngắt May2014 IT6223 200 NKK-HUST Chuyển điều khiển đến chương trình con ngắt lệnh i+1 lệnh i lệnh lệnh lệnh lệnh Ngắt ở đây . . . lệnh lệnh lệnh RETURN . . . lệnh lệnh Chương trình đang thực hiên Chương trình con phục vụ ngắt May2014 IT6223 201 NKK-HUST Các vấn đề nảy sinh khi thiết kế n  Làm thế nào để xác định được mô-đun vào- ra nào phát tín hiệu ngắt ? n  CPU làm như thế nào khi có nhiều yêu cầu ngắt cùng xẩy ra ? May2014 IT6223 202 NKK-HUST Các phương pháp nối ghép ngắt n  Sử dụng nhiều đường yêu cầu ngắt n  Hỏi vòng bằng phần mềm (Software Poll) n  Hỏi vòng bằng phần cứng (Daisy Chain or Hardware Poll) n  Sử dụng bộ điều khiển ngắt (PIC) May2014 IT6223 203 NKK-HUST Nhiều đường yêu cầu ngắt n  Mỗi mô-đun vào-ra được nối với một đường yêu cầu ngắt n  CPU phải có nhiều đường tín hiệu yêu cầu ngắt n  Hạn chế số lượng mô-đun vào-ra n  Các đường ngắt được qui định mức ưu tiên CPU Mô-đun vào-ra INTR3 INTR2 INTR1 INTR0 Thanh ghi yêu cầu ngắt Mô-đun vào-ra Mô-đun vào-ra Mô-đun vào-ra May2014 IT6223 204 NKK-HUST Hỏi vòng bằng phần mềm n  CPU thực hiện phần mềm hỏi lần lượt từng mô-đun vào-ra n  Chậm n  Thứ tự các mô-đun được hỏi vòng chính là thứ tự ưu tiên CPU Mô-đun vào-ra INTRCờ ngắt Mô-đun vào-ra Mô-đun vào-ra Mô-đun vào-ra May2014 IT6223 205 NKK-HUST Hỏi vòng bằng phần cứng CPU Mô-đun vào-ra INTRCờ ngắt Bus dữ liệu Mô-đun vào-ra Mô-đun vào-ra Mô-đun vào-ra INTA May2014 IT6223 206 NKK-HUST Kiểm tra vòng bằng phần cứng (tiếp) n  CPU phát tín hiệu chấp nhận ngắt (INTA) đến mô-đun vào-ra đầu tiên n  Nếu mô-đun vào-ra đó không gây ra ngắt thì nó gửi tín hiệu đến mô-đun kế tiếp cho đến khi xác định được mô-đun gây ngắt n  Thứ tự các mô-đun vào-ra kết nối trong chuỗi xác định thứ tự ưu tiên May2014 IT6223 207 NKK-HUST Bộ điều khiển ngắt lập trình được n  PIC – Programmable Interrupt Controller n  PIC có nhiều đường vào yêu cầu ngắt có qui định mức ưu tiên n  PIC chọn một yêu cầu ngắt không bị cấm có mức ưu tiên cao nhất gửi tới CPU CPU Mô-đun vào-ra INTR n INTRn-1 INTR1 INTR0 Mô-đun vào-ra Mô-đun vào-ra Mô-đun vào-ra PIC . . .INTR INTA Bus dữ liệu May2014 IT6223 208 NKK-HUST Đặc điểm của vào-ra điều khiển bằng ngắt n  Có sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm n  Phần cứng: gây ngắt CPU n  Phần mềm: trao đổi dữ liệu n  CPU trực tiếp điều khiển vào-ra n  CPU không phải đợi mô-đun vào-ra à hiệu quả sử dụng CPU tốt hơn May2014 IT6223 209 NKK-HUST DMA (Direct Memory Access) n  Vào-ra bằng chương trình và bằng ngắt do CPU trực tiếp điều khiển: n  Chiếm thời gian của CPU n  Tốc độ truyền bị hạn chế vì phải chuyển qua CPU n  Để khắc phục dùng DMA n  Thêm mô-đun phần cứng trên bus à DMAC (Controller) n  DMAC điều khiển trao đổi dữ liệu giữa mô-đun vào-ra với bộ nhớ chính May2014 IT6223 210 NKK-HUST Sơ đồ cấu trúc của DMAC Bộ đếm dữ liệu Logic điều khiển Thanh ghi địa chỉ Thanh ghi dữ liệu Các đường dữ liệu Các đường địa chỉ Yêu cầu bus Chuyển nhượng bus Ngắt Đọc Ghi Điều khiển đọc Điều khiển ghi Yêu cầu DMA Chấp nhận DMA May2014 IT6223 211 NKK-HUST Các thành phần của DMAC n  Thanh ghi dữ liệu: chứa dữ liệu trao đổi n  Thanh ghi địa chỉ: chứa địa chỉ ngăn nhớ dữ liệu n  Bộ đếm dữ liệu: chứa số từ dữ liệu cần trao đổi n  Logic điều khiển: điều khiển hoạt động của DMAC May2014 IT6223 212 NKK-HUST Hoạt động DMA n  CPU “nói” cho DMAC n  Vào hay Ra dữ liệu n  Địa chỉ thiết bị vào-ra (cổng vào-ra tương ứng) n  Địa chỉ đầu của mảng nhớ chứa dữ liệu à nạp vào thanh ghi địa chỉ n  Số từ dữ liệu cần truyền à nạp vào bộ đếm dữ liệu n  CPU làm việc khác n  DMAC điều khiển trao đổi dữ liệu n  Sau khi truyền được một từ dữ liệu thì: n  nội dung thanh ghi địa chỉ tăng n  nội dung bộ đếm dữ liệu giảm n  Khi bộ đếm dữ liệu = 0, DMAC gửi tín hiệu ngắt CPU để báo kết thúc DMA May2014 IT6223 213 NKK-HUST Các kiểu thực hiện DMA n  DMA truyền theo khối (Block-transfer DMA): DMAC sử dụng bus để truyền xong cả khối dữ liệu n  DMA lấy chu kỳ (Cycle Stealing DMA): DMAC cưỡng bức CPU treo tạm thời từng chu kỳ bus, DMAC chiếm bus thực hiện truyền một từ dữ liệu. n  DMA trong suốt (Transparent DMA): DMAC nhận biết những chu kỳ nào CPU không sử dụng bus thì chiếm bus để trao đổi một từ dữ liệu. May2014 IT6223 214 NKK-HUST Cấu hình DMA (1) n  Mỗi lần trao đổi một dữ liệu, DMAC sử dụng bus hai lần n  Giữa mô-đun vào-ra với DMAC n  Giữa DMAC với bộ nhớ CPU . . . DMAC MemoryI/OModule I/O Module System Bus May2014 IT6223 215 NKK-HUST Cấu hình DMA (2) n  DMAC điều khiển một hoặc vài mô-đun vào-ra n  Mỗi lần trao đổi một dữ liệu, DMAC sử dụng bus một lần n  Giữa DMAC với bộ nhớ CPU . . . DMAC Memory I/O Module I/O Module I/O Module DMAC System Bus May2014 IT6223 216 NKK-HUST Cấu hình DMA (3) n  Bus vào-ra tách rời hỗ trợ tất cả các thiết bị cho phép DMA n  Mỗi lần trao đổi một dữ liệu, DMAC sử dụng bus một lần n  Giữa DMAC với bộ nhớ CPU . . . Memory I/O Module I/O Module I/O Module DMAC System Bus IO Bus May2014 IT6223 217 NKK-HUST Đặc điểm của DMA n  CPU không tham gia trong quá trình trao đổi dữ liệu n  DMAC điều khiển trao đổi dữ liệu giữa bộ nhớ chính với mô-đun vào-ra (hoàn toàn bằng phần cứng)à tốc độ nhanh n  Phù hợp với các yêu cầu trao đổi mảng dữ liệu có kích thước lớn May2014 IT6223 218 NKK-HUST Bộ xử lý vào-ra n  Việc điều khiển vào-ra được thực hiện bởi một bộ xử lý vào-ra chuyên dụng n  Bộ xử lý vào-ra hoạt động theo chương trình của riêng nó n  Chương trình của bộ xử lý vào-ra có thể nằm trong bộ nhớ chính hoặc nằm trong một bộ nhớ riêng n  Hoạt động theo kiến trúc đa xử lý May2014 IT6223 219 NKK-HUST 5.3. Nối ghép thiết bị ngoại vi Các kiểu nối ghép vào-ra n  Nối ghép song song n  Nối ghép nối tiếp May2014 IT6223 220 NKK-HUST Nối ghép song song n  Truyền nhiều bit song song n  Tốc độ nhanh n  Cần nhiều đường truyền dữ liệu Mô-đun vào-ra song song Đến thiết bị ngoại vi Đến bus hệ thống May2014 IT6223 221 NKK-HUST Nối ghép nối tiếp n  Truyền lần lượt từng bit n  Cần có bộ chuyển đổi từ dữ liệu song song sang nối tiếp hoặc/và ngược lại n  Tốc độ chậm hơn n  Cần ít đường truyền dữ liệu Mô-đun vào-ra nối tiếp Đến thiết bị ngoại vi Đến bus hệ thống May2014 IT6223 222 NKK-HUST Các cấu hình nối ghép n  Điểm tới điểm (Point to Point) n  Thông qua một cổng vào-ra nối ghép với một thiết bị ngoại vi n  Điểm tới đa điểm (Point to Multipoint) n  Thông qua một cổng vào-ra cho phép nối ghép được với nhiều thiết bị ngoại vi n  Ví dụ: n  USB (Universal Serial Bus): 127 thiết bị n  IEEE 1394 (FireWire): 63 thiết bị n  Thunderbolt May2014 IT6223 223 NKK-HUST Chương 6 GHÉP NỐI VÀO-RA Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội May2014 IT6223 224 NKK-HUST 6.1. Các ghép nối đơn giản 6.2. Các chuẩn ghép nối số 6.3. Ghép nối vào-ra tương tự Nội dung May2014 IT6223 225 NKK-HUST 6.1. Các ghép nối đơn giản n  Ghép nối switch, button n  Ghép nối Optocoupler n  Ghép nối Relay n  Ghép nối LED n  Ghép nối LED 7 SEG May2014 IT6223 226 NKK-HUST Ghép nối Switch, Button n  Hiện tượng nảy phím n  Chống nảy phím bằng mạch RC May2014 IT6223 227 NKK-HUST Ghép nối Optocoupler n  Cách li quang học May2014 IT6223 228 NKK-HUST Ghép nối Relay n  Điều khiển đóng cắt Rơ-le Nguyên lý hoạt động Cấu tạo Rơ-‐le Ví dụ Schematic May2014 IT6223 229 NKK-HUST Ghép nối LED n  LED = Light-Emitting Diodes n  Nguyên lý: May2014 IT6223 230 NKK-HUST Ghép nối LED n  Màu sắc và cường độ sáng COLOR TYPE TYPICAL CURRENT ID (MA) MAXIMAL CURRENT IF (MA) VOLTAGE DROP UD (V) Infrared - 30 50 1.4 Red Standard 20 30 1.7 Red Super Bright 20 30 1.85 Red Low Current 2 30 1.7 Orange - 10 30 2.0 Green Low Current 2 20 2.1 Yellow - 20 30 2.1 Blue - 20 30 4.5 White - 25 35 4.4 May2014 IT6223 231 NKK-HUST Ghép nối LED 7 thanh n  LED 7 thanh: nguyên lý gồm các thanh Led đơn (a,b,c,d,e,f,g,dp) n  2 loại: n  AC (Anode Common), n  CC (Cathode Common) §  Ghép nối điều khiển: •  Điều khiển trực tiếp mã 7 thanh •  Sử dụng bộ giải mã BCD-‐7 thanh (74247) May2014 IT6223 232 NKK-HUST Ghép nối LED 7 thanh n  Điều khiển (trực tiếp) nhiều LED 7 thanh n  Nguyên lý: n  Điều khiển chọn mở từng led n  Quét giá trị hiện thị cho từng led được chọn May2014 IT6223 233 NKK-HUST §  Các chân điều khiển chọn 7 seg: C7_1, C7_3 §  Các chân điều khiển mã quét (mã chỉ thị 7 thanh trực tiếp): SEG_A, B, .P Led 7 thanh – Ví dụ Schematic May2014 IT6223 234 NKK-HUST 6.2. Các chuẩn ghép nối số n  Giao tiếp RS232 n  Giao tiếp SPI n  Giao tiếp I2C n  Giao tiếp USB May2014 IT6223 235 NKK-HUST RS232 n  Serial Communication n  UART (Universal Asynchronous Receiver and Transmitter) n  Full Duplex May2014 IT6223 236 NKK-HUST RS232 – Ví dụ Schematic n  Mức điện áp đường truyền (-12V, +12V) n  Mức điện áp của MCU là TTL (0V-5V) n  2 kiểu: n  Sử dụng IC chuyển đổi (Max232) n  Ghép nối trực tiếp mức TTL May2014 IT6223 237 NKK-HUST SPI n  SPI (Serial Peripheral Interface) (synchronous and bidirectional) n  Sử dụng: n  Giao tiếp giữa MCU – MCUs (MCU=MicroController Unit) n  Giao tiếp giữa MCU – Devices (EEPROM, transceiver modules, ) n  1 Master 1 Slave MOSI = Master Out Slave In MISO = Master In Slave Out SCK = Serial Clock SS = Slave Select May2014 IT6223 238 NKK-HUST SPI n  Chuẩn giao thức như nhau nhưng đặc tả có thể khác nhau tùy từng dòng VĐK n  Ví dụ SPI trên PIC n  Mô hình 1 Master + multi Slaves (PIC microcontroller) SDO = Serial Data Out SDI = Serial Data In SCK = Serial Clock SS = Slave Select May2014 IT6223 239 NKK-HUST SPI – Ví dụ Schematic n  Ví dụ giao tiếp với Module RF CYWM6935 dùng chuẩn SPI May2014 IT6223 240 NKK-HUST I2C n  I2C (I2C) = Inter IC Bus (~SPI, synchronous + bidirectional) n  Sử dụng: MCU-MCUs, smart peripheral (temp sensor, real-time clock, n  Nguyên lý Open Drain Output Resistors 2 pins: SDA=Serial Data SCL=Serial Clock May2014 IT6223 241 NKK-HUST I2C n  Ví dụ giao tiếp I2C: VĐK PIC16F giao tiếp I2C với EEPROM (LC256), temperature/humidity sensors (HIH6131) May2014 IT6223 242 NKK-HUST USB n  USB=Universal Serial Bus n  Giao tiếp nối tiếp đa năng n  Đường truyền tín hiệu vi sai n  Nhiều kiểu connectors: n  Type A, B; Male/Female Chân Tên Mô tả Mầu 1 VBUS +5 VDC Red 2 D- Data - White 3 D+ Data + Green 4 GND Ground Black May2014 IT6223 243 NKK-HUST USB – Ví dụ Schematic n  Ví dụ thiết kế usb interface cho MCU n  PCB: D+/D- (differential signals) May2014 IT6223 244 NKK-HUST RS485 n  Two-‐wire, half-‐duplex n  Multipoint serial connection n  Signal level n  Diﬀerence between the wires’ voltages n  A – B > 0.2V => logic high (0) n  A – B logic low (1) n  Why it is popular in industrial applications n  Only two wire n  35 Mbit/s up to 10 m and 100 kbit/s at 1200 m May2014 IT6223 245 NKK-HUST 6.3. Ghép nối vào-ra tương tự n  Đo lường tín hiệu tương tự bằng ADC n  Sử dụng: giao tiếp với các cảm biến (sensors), biến trở (potentiometer), n  2 kiểu: n  Dùng module ADC có sẵn của VĐK n  Ghép nối qua chip ADC ngoài May2014 IT6223 246 NKK-HUST Ví dụ ghép nối ADC n  Ghép nối với biến trở và quang trở (LDR) sử dụng chức năng ADC có sẵn của VĐK n  Kênh ADC0, ADC1 May2014 IT6223 247 NKK-HUST Ví dụ ghép nối ADC Ví dụ ghép nối với chip ADC ngoài MCP3204 đo lường 4 kênh ADC May2014 IT6223 248 NKK-HUST Big Picture Physical world Computer Other Systems May2014 IT6223 249 NKK-HUST Bộ cảm biến (Sensors) n  Là thiết bị chuyển đổi hiện tượng vật lý thành tín hiệu điện n  Hiện tượng vật lý: n  ánh sáng, nhiệt đô, độ ẩm, áp suất ... n  Tín hiệu điện: n  điện trở, điện dung, dòng điện, điện áp, .. n  Ánh xạ sự thay đổi hiện tượng vật lý thành sự thay đổi tín hiệu điện May2014 IT6223 250 NKK-HUST Signal Path Sensors Signal Conditioning (if necessary) Convert to voltage •  Ampliﬁcation •  Filtering •  Light •  Temperature •  Acceleration •  Humidity •  Pressure •  etc. •  Resistance •  Capacitance •  Current •  Voltage •  etc. Analog to Digital Conversion (ADC) 10011101 Produce a proper output voltage level Converts voltage to digital number May2014 IT6223 251 NKK-HUST Sensors n  Raw sensors n  Produce raw electrical signal n  Signal conditioned sensors n  Have some signal conditioning circuit n  Produce analog output n  Mostly Voltage n  Sometime Current May2014 IT6223 252 NKK-HUST Sensors n  Digitalized sensors n  Have some signal conditioning circuit n  Convert analog to digital internally n  Provide digital output May2014 IT6223 253 NKK-HUST Some Raw Sensors n  Temperature Sensors n  Thermistors n  Temperature-‐sensitive resistor n  RTDs (resistive temperature devices) n  Temperature-‐sensitive resistor n  Thermocouples n  Temperature => voltage (mV) n  Pressure sensors n  Piezoresistive n  Resistance change with applied pressure May2014 IT6223 254 NKK-HUST Photodiodes n  Light => current n  Generate current proportional to light density May2014 IT6223 255 NKK-HUST Photodiodes n  Two on Taroko n  S1087: for visible range n  S1087-‐01: for visible to IR(infrared) range May2014 IT6223 256 NKK-HUST Signal Condi@oned Analog Output n  Proximity sensor n  Sharp GP2D120XJ00F n  Analog voltage output n  Accelerometer n  ADXL330 3-‐axis accelerometer n  Analog voltage output n  Industry standard analog output n  Flow sensors, pressure sensors, gas sensors, etc. n  4~20 mA, 0~5 V, 0~10 V May2014 IT6223 257 NKK-HUST Proximity Sensor n Sharp GP2D120XJ00F n  Output voltage proportional to the reﬂection distance n  Measure range: 30 cm May2014 IT6223 258 NKK-HUST Accelerometer n  Analog Device Inc. ADXL330 n  Output voltage proportional to the acceleration n  Measurement range: +/-‐ 3.6 g May2014 IT6223 259 NKK-HUST Gyro n  Invensense ISZ-‐500 n  Z axis gyro, ±500 °/sec n  2.0 mV/°/sec n  Invensense IDG-‐500 n  X/Y axis gyro, ±500 °/sec n  2.0 mV/°/sec n  Invensense IMU-‐3000 n  3-‐axis gyro, (±250, ±500, ±1000, ±2000) °/sec n  I2C interface May2014 IT6223 260 NKK-HUST Industry standard analog outputs n  Many industrial instruments provide analog outputs n  4~20 mA current loop n  Most commonly used n  The instrument produce a current, range from 4 mA to 20 mA n  Physical measured quantity linearly maps to this current range n  Others n  0 ~ 5 V n  0 ~ 10 V May2014 IT6223 261 NKK-HUST 4~20 mA current loop n  Examples n  Measure temperature: 0 ~ 100 oC n  Measure ﬂow speed: 0 ~ 50 m3/h Measurements 0 oC 50 oC 100 oC Current Output 4 mA 12 mA 20 mA Measurements 0 m3/h 25 m3/h 50 m3/h Current Output 4 mA 12 mA 20 mA Usually this range is user conﬁgurable May2014 IT6223 262 NKK-HUST How to Convert to Voltage n  Add a resistor May2014 IT6223 263 NKK-HUST Digitalized Sensors n  Ultrasound sensors n  SRF10 n  Interface: I2C n  Temperature and Humidity Sensor n  SHT11 n  Interface : manufacturer deﬁned May2014 IT6223 264 NKK-HUST Digitalized Sensors n  Magnetometer n  SFE MicroMag 3-‐Axis n  Interface : SPI n  Applications: detecting vehicles n  Digital compass n  Hitachi HM55B n  Interface : UART May2014 IT6223 265 NKK-HUST Digitalized Sensors n  GPS n  Garmin GPS18 n  Interface : UART n  Image sensor n  ST VS6451 n  Interface: I2C May2014 IT6223 266 NKK-HUST Understand The Analog Sensors n  Most important goal n  Obtain the relationship between voltage and the physical phenomenon quantity you want to measure n  Transfer function n  Understand the characteristics and limitation of the sensors May2014 IT6223 267 NKK-HUST Sensor Characteris@cs Deﬁni@ons n  Transfer Function n  Relationship between physical quantity and output voltage n  Sensitivity n  Ratio of change between physical quantity and output voltage n  Accuracy n  Largest expected error n  Linearity n  How linear the transfer function is n  Noise n  In real world, signal are usually coupled with noise n  Resolution n  minimum detectable signal ﬂuctuation n  Bandwidth n  response times to an instantaneous change in physical signal May2014 IT6223 268 NKK-HUST Transfer Func,on Ratiometric? Output voltage is a ratio of supply voltage n  ADXL330 accelerometer From ADXL330 datasheet It means when supply voltage Vs is 3 V, if the acceleration is 0 g, the output voltage will be 1.5 V (typical) It means when supply voltage Vs is 3 V, if the acceleration increase by 1 g, the output voltage will increase 330 mV (typical) Transfer function: Voltage (V) = 1.5 + (0.3 * acceleration (g) ) May2014 IT6223 269 NKK-HUST Transfer Func,on n Proximity sensor: Sharp GP2D120XJ00F Transfer function Voltage (V) = f(Distance (cm)) Not a linear function •  Check datasheet •  if the manufacturer has provided •  Table mapping •  Approximations •  By a few straight lines •  Curve ﬁtting May2014 IT6223 270 NKK-HUST Transfer Func,on n  Photodiode: S1087, S1087-‐01 From Taroko Schematic Step 1: ﬁnd the relationship between light level and current Step 2: ﬁnd the relationship between current and the voltage at ADC4 (V = IR) Transfer function Voltage (V) = f(light level(lx)) Calculate by yourself May2014 IT6223 271 NKK-HUST Sensi,vity n  ADXL330 accelerometer n  Sharp GP2D120XJ00F n  Not a constanst n  Photodiode: S1087, S1087-‐01 n  (Current)/(light level) May2014 IT6223 272 NKK-HUST Linearity Photodiode: S1087, S1087-‐01 ADXL330 accelerometer Sharp GP2D120XJ00F GOOD GOOD BAD May2014 IT6223 273 NKK-HUST Bandwidth n  How fast the next valid output ready Proximity sensor: Sharp GP2D120XJ00F ADXL330 accelerometer When power up, you have to wait for 52.9ms to get a ﬁrst valid output. You have to wait another 47.9ms to get the second one. For the module we will use, the ﬁlter capacitor is 0.1 uF. It means the accelerometer module can have at most 50 diﬀerent read-‐outs in one second May2014 IT6223 274 NKK-HUST Analog to Digital Conversion n  Periodically read the voltage of the signal n  Convert to a digital number n  Represent the voltage of the signal n  At the sampling time T May2014 IT6223 275 NKK-HUST Analog to Digital Conversion May2014 IT6223 276 NKK-HUST n  ADC takes two inputs n  Voltage reference (dynamic range) n  Range of voltage that it can measure n  It has a limited range n  Sensor signal n  Resolution n  How many bits the ADC can output n  Sample Rate n  How many sample it can takes in one second n  For MSP430F1611, it is about 200 ksps That’s why we need signal conditioning to produce a proper voltage output Analog to Digital Converter (ADC) May2014 IT6223 277 NKK-HUST Resolu@on n  You heard 10-‐bit ADC, 12-‐bit ADC, 16-‐bit ADC n  What are they? n  Number of bits the ADC can output •  This is a 4-‐bit ADC [0,0.1) V -‐> 0000 [0.1,0.2) V -‐> 0001 [0.2,0.3) V -‐> 0010 [1.5,1.6) V -‐> 1111 •  If it is a 6-‐bit ADC [0,0.025) V -‐> 000000 [0.025,0.05) V -‐> 000001 [0.05,0.075) V -‐> 000

Các file đính kèm theo tài liệu này:

it6223_1_3228.pdf