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Presentación general.
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE INGENIERÍA.
Electrónica Digital III
Ingo. Eugenio Duque Pérez
Abril 22 del 2014
Curso. Identificación. Conocimientos previos.
Curso. Identificación. Conocimientos previos.
Código: Electrónica Digital III Código : 2547710 Créditos: 5 (4 horas teóricas y 3 prácticas). Laboratorio: Incluido en la materia. Otros: No validable, obligatoria y no habilitable. Prerrequisitos: 2547610 Electrónica Digital II. Conocimientos previos :
Unidad Central de Procesamiento. CPU. Pasos de ejecución de una instrucción. Lenguajes de bajo nivel (assembler) y alto nivel “C”. Interfaz hardware/software Hardware: Diseño, análisis, síntesis e implementación.
Curso. Conocimientos adquiridos una vez finalizado.
Curso. Conocimientos adquiridos una vez finalizado.
Descripción global de un sistema embebido para dar solución técnica a un problema o necesidad.
Identificar restricciones y especificaciones técnicas. Documento de requisitos.
Analizar posibles soluciones al problema Diseñar solución basados en MCU. Codificar basados en lenguaje C y/o leng. ensamblador. Simular la operación funcional del sistema Implementar físicamente, en Sistema de desarrollo.
Verificación exhaustiva de posibles fallas. Validar
operación
Sistemas EmbebidosVistazo general
Sistemas EmbebidosVistazo general
Los dispositivos electrónicosCelulares.Reproductores MP3/MP4.Unidades de DVD.XBOX, PS1/2/3.Periféricos de un PC.
Son ejemplos de Sistemas EmbebidosHardware, Software y/o Firmware.
Sistemas EmbebidosSistemas Embebidos
Sistema Embebido Sistema Electrónico. Unidad de Procesamiento. Desarrolla una o varias tareas específicas.
No se concibe como un ordenador/computador Usos muy diferentes. Precio y Consumo. Aplicaciones de Tiempo Real.
EntradasSensores, periféricos
EntradasSensores, periféricos
ProcesamientoTiempo real
ProcesamientoTiempo real
SalidasActuadores, periféricos
SalidasActuadores, periféricos
Sistema para el procesamiento de información que está incrustado dentro de otros sistemas. Carros. Equipos de Telecomunicación. Electrónica de consumo y más…
Características Principales Limitantes de Tiempo Real. Requerimientos de fiabilidad y eficiencia.
Sistemas EmbebidosSistemas Embebidos
Sistemas EmbebidosSistemas Embebidos
Importancia Los Sistemas Embebidos son considerados las
aplicaciones más importantes del área de tecnología de información para los años venideros.
Relación directa con el término la era Post-PC.Los computadores tradicionales no dominarán
más. Desaparece el computador como lo conocemos. Procesadores y Software en sistemas muy
pequeños.Al estar en todas partes, se vuelve algo tan común
que ni siquiera nos preguntamos si existe!!!
Sistemas EmbebidosSistemas Embebidos
Grandes C
omputadoras
Mainfram
es!!!
80’s
Com
putadores personales
PC
’s
90’s
Equipos M
óvilesP
DA
s, Celulares
2000’s FuturoE
n todas partesP
ostPC
Sistemas EmbebidosSistemas Embebidos
Computación Ubicua.Proveer información en cualquiera lugar, en
cualquier momento debido a que: El uso de un computador tradicional es complejo. Se pierde mucho tiempo para realizar una actividad.
Computación Pervasiva.Similar al caso anterior.
La idea principal, sistemas en todas partes, a todo momento, que el uso de los sistemas sea realmente transparente para el usuario!!!
1111Objetivos/Requisitos/Características Qué se planea hacer en este curso y cómo cumplirlo ?
2222Metodología/Recursos Cómo se desarrolla este curso y qué recursos se van a emplear ?
3333Contenido del curso Un breve overview al curso de Sistemas Embebidos
4444Detalles finales Elementos de suma importancia para el desarrollo del curso
Agenda para la claseAgenda para la clase
Objetivo/Requisitos y características. Objetivo General
Objetivo/Requisitos y características. Objetivo General
Capacitar al estudiante en el diseño e implementación de sistemas embebidos básicos, desde el punto de vista hardware/software, programación de bajo y alto nivel y aplicaciones circuitales de baja y mediana complejidad, empleando como unidad central de procesamiento el microcontrolador, partiendo de un muy completo Documento de
Requisitos.
Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos
Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos
Comprender que es un sistema embebido entendiendo su importancia, límites, restricciones, áreas de aplicación, requerimientos de diseño y unidades funcionales que lo
conforman. Hardware
Máquina computacional(MPU, MCU, DSP, ASIP)
Memorias, ICs, ASICs
HardwareMáquina computacional
(MPU, MCU, DSP, ASIP)
Memorias, ICs, ASICs
Software
Instrucciones almacenadas en
memoria.
Firmware.
Software
Instrucciones almacenadas en
memoria.
Firmware.
EntradasSensores, periféricos
EntradasSensores, periféricos
ProcesamientoTiempo real
ProcesamientoTiempo real
SalidasActuadores, periféricos
SalidasActuadores, periféricos
Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos
Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos Generar un ambiente de diseño real donde los
estudiantes se enfrenten a limitaciones de costo, tiempo de desarrollo, consumo de potencia, desempeño, robustez,necesidad de trabajo en equipo y divulgación de resultados.
Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos
Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos Identificar los diferentes elementos que
intervienen en la programación de una unidad central de proceso como son: los registros, los modos de direccionamiento, el conjunto de instrucciones, interrupciones, memoria, puertos de E/S y periféricos.
Registros de Datos Registros de
DireccionesContador de
Programa Códigos de Condición
Apuntador de Pila
DirectoIndirecto
AbsolutoInmediato
RelativoRe
gis
tro
s
M. D
ire
ccio
na
m.
MovimientoAritméticas
LógicasBits
Programa
Inst
ruc
cio
ne
s
Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos
Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos
Comprender qué son y para qué se utilizan los lenguajes de bajo y alto nivel en la programación de una unidad central de proceso, además de su uso para la programación de sistemas
embebidos orientados al bajo consumo.
Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos
Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos
Llevar a cabo : prácticas, proyectos de laboratorio y diseño e implementación de prototipos de sistemas reales que afiancen los conocimientos adquiridos durante el curso.
Objetivo/Requisitos y características. Requisitos del curso
Objetivo/Requisitos y características. Requisitos del curso
Sistema Embebido
ELECTRÓNICA BÁSICA
ELECTRÓNICA BÁSICA
CIRCUITOS DIGITALESCIRCUITOS DIGITALES
MÁQUINAS DE ESTADO
MÁQUINAS DE ESTADO
ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
ALGORITMOSALGORITMOS
PROGRAMACIÓNPROGRAMACIÓN
Objetivo/Requisitos y características. Requisitos del curso
Objetivo/Requisitos y características. Requisitos del cursoPara así poder diseñar:
HardwareCPU.Memoria.Periféricos.Interconexión.
SoftwareAlgoritmos.Eventos.Módulos.Control.
Sistema Embebido
Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplir
Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplirCaracterísticas de los Sistemas
Embebidos Sistemas Embebidos
Sistema de Procesamiento de Información. Está embebido en un producto más grande. Normalmente no es visible por el usuario. Interactúan con el entorno.
Conexión con el Entorno Sensores: Recolectan información del entorno. Actuadores: Controlando el entorno.
EntradasSensores, periféricos
ProcesamientoTiempo real
SalidasActuadores, periféricos
Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplir
Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplirCaracterísticas de los Sistemas
Embebidos Fiabilidad: Alta probabilidad de que el sistema no
tenga fallos. Mantenimiento: Alta probabilidad de que un fallo en
el sistema pueda corregirse en un tiempo prudente. Disponibilidad: Alta probabilidad de que el sistema
esté disponible. Depende de los anteriores. Sistema Seguro (safety): Propiedad de no producir
daños en caso de un fallo. Seguridad con la info. (security)): Confidencialidad
con la información.
Objetivo/Requisitos y características. Carecterísiticas a cumplir.
Objetivo/Requisitos y características. Carecterísiticas a cumplir.Características de los Sistemas
Embebidos Uso de periféricos particulares
Normalmente: sin teclado, sin mouse, sin discos duros, sin grandes pantallas.
Interfaces de Entrada/Salida: Botones o pulsadores, teclados matriciales, displays de 7 segmentos y LCDs, joysticks, pedales, entre otros.
Sistemas Híbridos Sistemas Análogos y Sistemas Digitales.
ENTORNOENTORNOSensores(Análogo)
Sensores(Análogo)
Actuadores(Análogo)
Actuadores(Análogo)
Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplir
Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplirCaracterísticas de los Sistemas
Embebidos Sistemas Reactivos
Están en continua interacción con el entorno. Ejecuta una orden de acuerdo al mismo entorno. Esperan a que se produzca un evento, estando en cierto
estado. Al producirse el evento, realizan determinado
procesamiento generando datos de salida y pasando a un nuevo estado.
ENTORNOENTORNOSistema EmbebidoSistema Embebido
Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplir.
Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplir.Características de los Sistemas
Embebidos Operación reactiva en tiempo real
Existe un valor máximo para el tiempo de respuesta. Garantiza un límite para el peor caso. Ante eventos periódicos: scheduling para elevar
desempeño. Eventos aperiódicos: máxima tasa de entrada para
determinar peor caso.Presentación del Evento
Máx. Tiempo Respuesta
Tiempo Respuesta.
Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplir
Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplir
Características de los Sistemas EmbebidosOperación en ambientes hostiles.Energía y consumo de potencia.Tamaño del firmware.Eficiencia en tiempo de Ejecución.Peso, tamaño y costo.Facilidad de comunicación con otros sistem.
AplicacionesAplicaciones
Sistema Embebido
AUTOMOTRIZFrenos.Motor.Aire acondicionado.Sistema GPS.Marchas.Control Tracción.
AUTOMOTRIZFrenos.Motor.Aire acondicionado.Sistema GPS.Marchas.Control Tracción.
AvionesControl vuelo.Anti-Colisión.Información.Fiabilidad 100%.
AvionesControl vuelo.Anti-Colisión.Información.Fiabilidad 100%.
S. MÉDICOSMarcapasos.ECG.Diálisis.Fiabilidad 100%.
S. MÉDICOSMarcapasos.ECG.Diálisis.Fiabilidad 100%.
CONSUMOLavadoras.Neveras.Microondas.Relojes.Video Juegos.Cámaras de Video.
CONSUMOLavadoras.Neveras.Microondas.Relojes.Video Juegos.Cámaras de Video.
A continuación…A continuación…
Detalles finales acerca del curso
Breve descripción del contenido del curso
Metodología y recursos
Objetivos, requisitos y características del curso
Metodología y recursos
Metodología y RecursosMetodología y Recursos
Fundamentación teórica por parte del profesor. Lecturas por parte del estudiante.
Se invita al estudiante a ser bastante autodidacta!!! Consulta permanente de información técnica. Lecturas permanentes sobre innovación y desarrollos.
Laboratorio: Sistema de desarrollo. Solución a problemas reales. Kit de desarrollo para el JM60 perteneciente a la familia
HCS08 de Motorola. Tarjeta madre, tarjeta auxiliar con el JM60, posibilidad
de conexión de ICs externos, teclado, LCDs, displays,LEDs, suiches,etc. Ver sistema
Metodología y RecursosMetodología y Recursos
A continuación…A continuación…
Detalles finales acerca del curso
Breve descripción del contenido del curso
Metodología y recursos
Objetivos, requisitos y características del curso
Breve descripción gráfica del contenido del curso
Conceptos GeneralesConceptos Generales
Introducción a los Sistemas Embebidos
Conceptos GeneralesConceptos Generales
Componentes Principales de un S.E.
Conceptos GeneralesConceptos Generales
E/S 1
E/S 2
E/S 3
E/S 4
E/S 5
E/S n
CPU
Memoria
A/D
IRQ/KBI
CAPTURE
PWM
SERIAL
I2C
Antes: Elementos por separado …Ahora: Todo en uno … Aplicaciones …
Desarrollo de FirmwareDesarrollo de Firmware
UNIDAD CENTRAL DE PROCESO
UNIDAD CENTRAL DE PROCESO
MEMORIAMEMORIA
RELOJRELOJ
SOFTWARE
SOFTWARE
Lenguajes de Bajo y Alto Nivel.
Circuitos Digitales III Semestre 2013/01
Desarrollo de FirmwareDesarrollo de Firmware
Programación.Sumar dos valores y
comparar si el resultado es mayor o
igual a 10
int suma;suma = A + B;if (suma >= 10) printf (“Mayor que…”);else printf (“Menor que…”);
move.w (A0)+,D0add.w (A0),D0cmp.w #10,D0bgt Print_Msg_Abra Print_Msg_B…Print_Msg_A:…
01000100010100…10101001001010…01001001000101…11011101010101……
Desarrollo de FirmwareDesarrollo de Firmware
Desarrollo de FirmwareDesarrollo de Firmware
Lenguaje C para Sistemas Embebidos. El Preprocesador. Variables y Tipos de Datos.
Modificadores: const, extern, volatile, static, far,, near, unsigned, signed, etc.
Arreglos, estructuras de datos, punteros.
Memoria 8-Bits
unsigned char X = 0x10;unsigned int A = 0x1200;unsigned long B = 0x8795EF11;
0x10$00400x120x00
$0041$0042
0x870x950xEF0x11
$0043$0044$0045$0046
Tipo de Dato Variable y Valor Ini.
Controlador de Eventos
Inicio Programa
Inicialización
Bajo Consumo
EV. 1
EV. 2 EV. 3
EV. n¿Eventos?
Evento (Interrupción) Sin Eventos, esperando
Metodología de EventosMetodología de Eventos
MicrocontroladoresMicrocontroladores
Programación de un HC08 y Flexis.
01101101
PuertoEntrada
CPU
PTA7
PTA6
PTA5
PTA4
PTA3
PTA2
PTA1
PTA0
MC
U H
C08 / F
lexis
GN
DG
ND
5v
5v
5v
5v
0v
5v
0v
5v
MicrocontroladoresMicrocontroladores
Unidades Funcionales. Comunicación Serial, UART, Módulo SCI. Módulo TIMER. Módulo ADC.
01101101
01101101CPU SCI, SPI, I2C
EquipoExternoTIMER
Eventos Externos‘1’ ó ‘0’
Notificación Periódica
Señal PWM
A/DSeñal Análoga
0V a 5V Código Digital
Amplitud
Tiempo
VREF_HIGH
VREF_LOW
Aplicaciones con S.E.Aplicaciones con S.E.
Protocolo de Comunicación I2C
Manejo de LCDsS I S T E M A S E M B E B I D O S
P1MCU, MPU,
DSP …
P1MCU, MPU,
DSP …
P2MCU, MPU, LCD, MEM,
RTC …
P2MCU, MPU, LCD, MEM,
RTC …
SCL o señal de Reloj
SDA o señal de Datos
Aplicaciones con S.E.Aplicaciones con S.E.
Transmisión Serial
00111001
CPU
UART
Memoria
MUNDO EXTERIOR
10011100
10011100
8
8
La CPU lo toma de memoria
La CPU se lo pasa a la
UART
El dato se transmite
serialmente.
Aplicaciones con S.E.Aplicaciones con S.E.
Ev. n (Productor)
FIFO?
Otros Eventos
Poner Datos
Llena
No Llena
FIFO LLENA?
Escribir en FIFO
Actualizar puntero
Siguiente posición
Primera posición
Retornar
FIFO: Producción de Datos Llena
No Llena
Aplicaciones con S.E.Aplicaciones con S.E.
Control de Motores DC.
PI DigitalPI Digital Power PWMPower PWM
SensadoSensado
e(k) m(k)SP+
-
Aplicaciones con S.E.Aplicaciones con S.E.
Arreglos y vectores
Manejo básico E/S
Algoritmos eficientesContador
simple
11 22 33
44 55 66
77 88 99
** 00 ##
AA
BB
CC
DD
Teclado
DisplaysSensado
Buzzer
25/02/08 - 8:35 PM Monitoreo: Activado
LCD
RTC
Memoria
MOTOR DC
A continuación…A continuación…
Detalles finales acerca del curso
Breve descripción del contenido del curso
Metodología y recursos
Objetivos, requisitos y características del curso
Detalles finales acerca del curso
BibliografíaBibliografía
Base de datos del Area de Técnicas Digitales.Ing. Electrónica UdeA.
Profs:Germán García, Johnny Aguirre, Juan Franco, Eugenio Duque
Jonathan Valvano, Developing Embedded Software in C Using ICC11/ICC12/Hiwire.
Jonathan Valvano, Embedded microcomputer systems, Real time interfacing, Brooks/Cole, 2000.
BibliografíaBibliografía
Teoría y diseño con microcontroladores de Freescale. Flia Flexis 32 bits. Antonio Díaz E. Mc Graw Hill.
CPU08 Central Processor Unit. Reference Manual. Freescale Semiconductor.
MC9S08JM60 Data Sheet. Freescale. HCS08 Microcontrollers. Programación de Sistemas Embebido en C. Gustavo Galeano.
Edit. AlfaOmega. 2009. Sistemas Empotrados en Tiempo Real. José Daniel Muñoz
Frías.2009 Documentos ubicados en : http://microe.udea.edu.co/~eaduque Proyectos interesantes a nivel mundial y prácticas
implementadas en el curso: https://www.dropbox.com.........
EvaluaciónEvaluación
Parte teórica. Valor 50% 2 parciales cada uno del 20% 2 pruebas cortas, cada una del 5 %. 1 prueba corta (opcional) de valor 5%. Puede reemplazar
una de las dos anteriores.
Parte práctica. Valor 50% Práctica No. 1. Diseño PCB. Valor: 5% Práctica No. 2. Leng. Ensamblador Valor : 10% Práctica No. 3. Lenguaje C. Valor : 10% Práctica No. 4. Manejo de Interrupc. Valor : 12%
Práctica Final. Diseño de aplicación. Valor : 13%.. .
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