View
291
Download
3
Category
Preview:
Citation preview
Osnove mikroprocesorske elektronikedoc. dr. Marko Jankovec
O predmetu
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E
Osnove mikroprocesorske elektronike• Moj kontakt:
▫ Marko Jankovec
▫ 01 4768 931
▫ marko.jankovec@fe.uni-lj.si
• Predavanja
▫ Sreda, od 15– 17 ure, PR-04
• Spletna stran predmeta:
http://lpvo.fe.uni-lj.si/izobrazevanje/1-stopnja-vs/osnove-mikroprocesorske-elektronike-ome/
• Laboratorijske vaje
▫ LAE, 3 nadstropje stavba B.
▫ Matija Pirc
01 4768 407
matija.pirc@fe.uni-lj.si
• Termini
▫ AE elektronika:
petek 8h-11h
▫ AE izbirni predmet: ena skupina
ponedeljki 16h-19h
• Obisk laboratorijskih vaj je pogoj za izpit!
▫ Priprava na laboratorijske vaje.
▫ Gradiva bodo dostopna na spletu.
19.2.2014O predmetu
2
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 3
Vsebina
Praktična uporaba
ATMEL AVR
Arhitektura• Jedro
• Spomin
• Registri
• Vodila
• Prekinitve
Programiranje• ASM
• CPeriferija• Števci
• Komunikacijska vodila
• I/O enote, prikazovalnki
• Generacija signalov
• A/D, D/A, reference
• Analogni primerjalniki
• Nadzorna vezja
19.2.2014O predmetu
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 4
Literatura• Jankovec M., Osnove mikroprocesorske elektronike, gradivo za
predavanja.• John L. Hennessy and David A. Patterson. Computer
Architecture: A Quantitative Approach. Morgan Kaufmann Publishers Inc., 1990.
• FrederickM. Cady. Microcontrollers and Microcomputers. Oxford University Press, 1997.
• Jonathan W. Valvano. Embedded Microcomputer Systems. Thomson Brooks/Cole, 2003.
• Stuart Ball. Analog Interfacing to Embedded Microprocessors. Newnes, 2001.
• Günther Gridling, Bettina Weiss, Introduction to Microcontrollers, 2006.
19.2.2014O predmetu
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 5
Laboratorijske vaje
Gradnja mikrokrmilniškega sistema od spodaj navzgor
• 10 laboratorijskih vaj
16 delovnih mest
• Individualno delo
Končna aplikacija
• sistem za zajemanje analognih signalov s prenosom na PC prek USB vodila
19.2.2014O predmetu
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 6
Razvojni sistem AVR Dragon
AVR ISP
MIŠKO
19.2.2014O predmetu
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 7
Razvojno okolje
ASM
C
ICP
EMU
ICD
ATMEL Studio
19.2.2014O predmetu
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 8
Izpit
19.2.2014O predmetu
Pisni izpit
• Teoretično znanje
Vaje
• Projekt iz vaj
• Lastna ideja
Ocena
• maks. 8
• maks. 10
Stimulacija
• ocena 6-8: vrnete razvojni komplet
• ocena 9-10: obdržite razvojni komplet
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 9
Izpit
19.2.2014O predmetu
• Pisni del - reševanje spletnega vprašalnika na PC-jih v laboratoriju:▫ vprašanja iz snovi▫ poznavanje delovanja ATMEL mikrokrmilnikov družine mega▫ dovoljena uporaba podatkovnega lista mikrokrmilnika ATmega324
• Ustni del - zagovor projekta▫ demonstracija projekta - vezje in programska koda▫ vprašanja
• Spletni vprašalniki:▫ Spletni vprašalniki so na voljo tukaj.▫ Na voljo so vsak teden od dneva predavanja (vsaka sreda) do torka
23:59:59 naslednji teden.▫ Vsebina vprašanj pokriva snov zadnjega predavanja.▫ Vsak ima tri poizkuse v enem terminu.▫ Prijavite se z vašim uporabniškim imenom in geslom v e-študentu.
Osnove mikroprocesorske elektronikedoc. dr. Marko Jankovec
Pregled tehnologij digitalnih vezij
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 11
Osnovni element – nMOS tranzistor
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
++
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
SD
G B
- -
- -
- -
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
++
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
SD
G B
+ _
ID
G
S
B
D
𝑼𝒈𝒔 > 𝟎
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 12
Osnovni element – pMOS tranzistor
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
SD
G B
+ +
+ +
+-
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
--
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
--
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
-
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
SD
G B_ +
IDG
S
B
D
𝑼𝒈𝒔 < 𝟎
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 13
MOS tranzistor
www.chem.wisc.eduhttp://uvicrec.blogspot.com/2011_09_01_archive.html
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
http://www.ami.ac.uk
http://www.youtube.com/watch?v=v7J_snw0Eng
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 14
PMOS tehnologija - inverter
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
A Q
0 1
1 0
A Q
UDD
USS
A
Q
R
UDD
USS
A
Q
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 15
CMOS tehnologija - inverter
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
A Q
0 1
1 0
UDD
USS
A Q
A Q
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 16
NE-ALI (NOR) vrata
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
A B Q
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
A
B
Q
A B
UDD
USS
A
BQ
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 17
Vezje prvega mikroprocesorja INTEL 4004
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
http://www.intel.com/about/companyinfo/museum/exhibits/4004/docs.htm
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 18
Slika Si rezine INTEL 4004
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
http://www.cedmagic.com/history/intel-4004.html
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 19
Razvoj mikroprocesorjevLeto Ime Proizvajalec Maks. ura Procesiranje Litografija Št. tranz.
1971 4004 Intel 400 kHz 4 bit 10 μm 2 250
1972 8008 Intel 500 kHz 8 bit 10 μm 3 500
1974 6800 Motorola 1 MHz 8 bit - 4 100
1976 Z-80 Zilog 2,5 MHz 8 bit 4 μm 8 500
1978 8086 Intel 5 MHz 16 3 μm 29 000
1979 68000 Motorola 8 MHz 16/32 bit 4 μm 68 000
1982 80286 Intel 6 MHz 16 bit 1,5 μm 134 000
1985 80386 Intel 16 MHz 32 bit 1,5 μm 275 000
1989 80486 Intel 25 MHz 32 bit 1 μm 1.18 milijona
1993 Pentium Intel 66 MHz 32 bit 0,8 μm 3.1 milijona
2001 Itanium Intel 733 MHz 64 Bit 180 nm 175 milijonov
2009 Core i7 Intel 3.6 GHz 64 Bit 45 nm 781 milijonov
2011 Xeon E7 Intel 2.4 GHz 64 Bit 32 nm 2.6 miljarde
www.wikipedia.org
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 20
Moorov zakon Število tranzistorjev v uP se podvoji vsake dve leti.
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
www.wikipedia.org
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 21
Stopnja integracije
Stopnja integracijeŠtevilo
elementovLeto
Zero Scale Integration ZSI 1 1950
Small Scale Integration SSI 2-30 1965
Medium Scale Integration MSI 30-103 1970
Large Scale Integration LSI 103-105 1980
Very Large Scale Integration VLSI 105-107 1985
Ultra Large Scale Integration ULSI 107-109 1990
Giga- Scale Integration GSI 109-1011 2005
Tera- Scale Integration TSI 1011-1013 2020
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 22
Geometrijske in električne lastnosti tehnologij
www.intel.com
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 23
Pregled tehnologije IntelProces P858 Px60 P1262 P1264 P1266 P1268
Leto začetka proizvodnje 1999 2001 2003 2005 2007 2009
Litografija / nm 180 130 90 65 45 32
Dolžina vrat / nm 130 70 50 35 25 17
Premer rezine / mm 200 200 300 300 300 300
www.intel.com
Danes:
22 nm tehnologija
Velikost DRAM celice:
108x92 nm
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 24
AMD opteron čip (die)
http://sandpile.org
2003 - 2007
130 - 65 nm tehnologija
100.000 –400.000 tranzistorjev
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 25
Izkoristek silicijeve rezine (wafer)>500 AMD opteron čipov 65 nm tehnologije
na rezini d=300 mm
http://sandpile.org
177 AMD opteron čipov 90 nm tehnologijena rezini d=200 mm
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 26
Cena tranzistorja in tehnologije
www.intel.com
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 27
Tehnologije pomnilnikov
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
Volatile
•SRAM
•DRAM
Non-volatile
•ROM
•PROM
•EPROM
•EEPROM
•Flash EEPROM
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 28
Statični ram: SRAM
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
• 6 tranzistorjev za 1 bit• Informacija je shranjena v
logičnem stanju FF• Najhitrejši pomnilnik▫ registri▫ delovni pomnilnik
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 29
Dinamični RAM
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
• DRAM – 1 tranzistor za 1 bit▫ Informacija se shrani v kondenzatorju – osveževanje!!
▫ Največja gostota
▫ Najnižja cena
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 30
ROM – Read Only Memory
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
http://www.electronics.dit.ie/staff/tscarff/memory/rom.htm
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 31
PROM – Programabilni ROM
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
http://www.electronics.dit.ie/staff/tscarff/memory/rom.htm
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 32
MOS tranzistor z dodatnimi plavajočimi vrati
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
• Naboj pri vpisu tunelira k plavajočim vratom
• Brisanje ▫ UV svetloba (EPROM)
▫ Prenos naboja v obratni smeri (EEPROM, Flash)
• Spremeni se pragovna napetost UT
• Kompleksna kontrolna logika▫ visoka cena
http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/EEPROM
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 33
EPROM, EEPROM in Flash
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
EPROM
EEPROM, Flash
O S N O V E M I K R O P R O C E S O R S K E E L E K T R O N I K E 34
EEPROM in FLASH
19.2.2014Pregled tehnologij digitalnih vezij
• EEPROM▫ Vsako celico je mogoče vpisati ali izbrisati posebej▫ ~ 100 000 ciklov brisanja/pisanja▫ Drag, nižja gostota▫ Trajno hranjenje konstant
• FLASH▫ Brisanje le po blokih▫ Zelo poenostavljena kontrolna logika▫ Precej cenejši▫ Čeprav ni mogoče brisati po celicah, je primeren za programski
pomnilnik▫ Dodatno znižanje cene
nižje število ciklov brisanja/pisanja: 1000 - 10 000 ciklov▫ Hranjenje programske kode
Recommended