Rezolvare subiecte Sisteme Electronice Programabile

1. Explicati conversia A/D (analog – digitala) prin esantionare si cuantizare.

Conversia semnalelor analogice în semnale digitale se face în urma prelucrării semnalelor, respectiv:

Eşantionarea semnalului

Cuantizarea semnalului eşantionat

Codarea numerică a semnalului cuantizat

În figura 3 se poate observa şi deformarea sau abaterea semnalului analogic reconstituit faţă de semnalul iniţial. Din acest punct de vedere trebuie remarcat faptul că în funcţie de precizia necesară, de rigurozitatea procesului controlat, semnalul reconstituit se poate ameliora, astfel încât forma lui sa fie cât mai apropiată de forma şi amplitudinea semnalului iniţial, prin creşterea ratei de eşantionare, implicit şi a cuantificării semnalului.

2. Enumerati teoremele lui De Morgan.

3. Explicati ce reprezinta schema din figura urmatoare si dati ecuatia de iesire.

- multiplexor 4:1 (P.S. mai trebuie tabelul de adevar!!)

4. Explicati ce reprezinta schema logica din figura urmatoare si ecuatia de iesire.

- demultiplexor 1:4 (P.S. mai trebuie tabelul de adevar!!)

5. Descrieti structura generala (de baza) a unui system cu microprocesor.

Microprocesor - este un circuit integrat (LSI, VLSI) cu mii de tranzistoare în structură care realizează funcțiile unității centrale dintr-un calculator.

Microcalculator - sistem de calcul în care unitatea centrală este un microprocesor; un microcalculator mai cuprinde: blocuri de memorie, circuite pentru transferul informatiei (porturi de intrare - iesire) si dispozitive periferice - tastatură, monitor, unitate de discuri, imprimantă etc.

6. Definiti structura Harvard si von Neumann si prezentati diferentele dintre ele, diferente intre instructiunile de tip CISC si RISC.

Arhitecturi de tip " Harvard " . La această arhitectură există spaţii de memorie separate pentru program şi date. În consecinţă ar trebui să existe şi magistrale separate (de adrese şi date) pentru codul instrucţiunilor şi respectiv pentru date. Principial există astfel posibilitatea execuţiei cvasiparalele (suprapunerii) a celor două operaţii menţionate anterior. Codul unei instrucţiuni poate fi preluat din memorie în timp ce se execută operaţiile cu datele aferente instrucţiunii anterioare. Este arhitectura standard pentru procesoarele numerice de semnal (DSP). Datorită costului mare al implementării unei astfel de arhitecturi, în cazul microcontrolerelor se întâlneşte mai ales o arhitectură Harvard modificată, cu spaţii de memorie separate pentru program şi date, dar cu magistrale comune pentru adrese şi date.

Arhitecturi de tip " von Neumann " Cele mai multe microcontrolere sunt realizate pe baza acestei arhitecturi de sistem. Microcontrolerele bazate pe această arhitectură au o unitate centrală (CPU) caracterizată de existenţa unui singur spaţiu de memorie utilizat pentru memorarea atât a codului instrucţiunilor cât şi a datelor ce fac obiectul prelucrării. Există deci o singură magistrală internă (bus) care este folosită pentru preluarea a instrucţiunilor (fetch opcod) şi a datelor; efectuarea celor două operaţii separate, în mod secvenţial, are ca efect, cel puţin principial, încetinirea operaţiilor. Este arhitectura standard (cea mai des întâlnită) şi pentru microprocesoarele de uz general.

Set de instrucţiuni CISC. Aproape toate microcontrolerele au la baza realizării CPU conceptul CISC (Complex Instruction Set Computer). Aceasta înseamnă un set uzual de peste 80 instrucţiuni, multe din ele foarte puternice şi specializate. De obicei multe din aceste instrucţiuni sunt foarte diferite între ele: unele operează numai cu anumite spaţii de adrese sau registre, altele permit numai anumite moduri de adresare, etc. Pentru programatorul în limbaj de asamblare există unele avantaje prin utilizarea unei singure instrucţiuni complexe în locul mai multor instrucţiuni simple (analog macroinstrucţiunilor clasice dintr-un limbaj de asamblare) .

Set de instrucţiuni RISC. RISC (Reduced Instruction Set Computer) este un concept de realizare a CPU care a început să fie utilizat cu succes de ceva timp şi la realizarea microcontrolerelor. Prin implementarea unui set redus de instrucţiuni care se pot executa foarte rapid şi eficient, se obţine o reducere a complexităţii microcircuitului, suprafaţa disponibilizată putând fi utilizată în alte scopuri.

Printre caracteristicile asocial te de obicei unui CPU RISC se pot menţiona:

- arhitectură Harvard modificată sau von Neumann

- viteză sporită de execuţie prin implementarea a cel putin unui nivel de pipeline pentru instrucţiuni

- set de instrucţiuni ortogonal (simetric): orice instrucţiune operează cu orice spaţiu de adrese (de memorie) sau orice registru, instrucţiunile nu prezintă combinaţii speciale, excepţii, restricţii sau efecte colaterale.

7. Limbaje de programare folosite in programarea microcontrolerelor.

Programarea poate fi făcută în câteva limbaje ca Assembler, C şi Basic care sunt cele mai folosite limbaje.

Assembler aparţine limbajelor de nivel scăzut ce sunt programate lent, dar folosesc cel mai mic spaţiu în memorie şi dă cele mai bune rezultate când se are în vedere viteza de execuţie a programului. Pentru că este cel mai folosit limbaj în programarea microcontrolerelor va fi discutat într-un capitol ulterior.

Programele în limbajul C sunt mai uşor de scris, mai uşor de înţeles, dar sunt mai lente în executare decât programele în Assembler.

Basic este cel mai uşor de învăţat, şi instrucţiunile sale sunt cele mai aproape de modul de gândire a omului, dar ca şi limbajul de programare C este de asemenea mai lent decât Assembler-ul.

9. Structura generala a unui microcontroller AVR pe 8 biti.

• 32 de registre de lucru de 8 biți

•Frecventa de lucru de la 0 la 16 MHz

•Procesoarele sunt prevăzute cu o gama larga de dispozitive I/O si de periferice incorporate

•Timer programabil cu circuit de prescalare

•Surse de întrerupere interne si externe

•Timer de urmărire (watchdog) cu oscilator independent

•Interfața JTAG (standardul IEEE 1149.1 Compliant)

•6 moduri de operare SLEEP si POWER DOWN pentru economisirea energiei

•Oscilator integrat RC

•Densitate mare a codului si compatibilitate integrala a codului intre membrii familiei

•Procesoarele sunt disponibile in capsule variate, de la circuite cu 8 pini la procesoare cu 68 de pini

•Familia AVR beneficiază de existenta unui set unitar de instrumente software pentru dezvoltarea aplicațiilor

11. Diferenta intre logica cablata si logica programata.

Sistemele de conducere cu stari finite pot fi realizate in logica cablata sau in logica programata. Sistemele realizate in logica cablata se caracterizeaza prin:

- functia realizata depinde de conexiunea dintre module, deci de cablaj;

- orice modificarea a functiei realizate de sistemul de conducere necesita modificari hardware.

Sistemele care lucreaza pe baza de program contin:

- unitate central care executa instructiunile programului;

- memorie in care se pastreaza programul;

- circuite de interfata cu ajutorul carora sistemul de conducere comunica cu procesul.

12. Structura de baza a unui PLC

Arhitectura PLC-ului poate fi schematizată în Figura 1. Unitatea centrală este în general, bazată pe un singur procesor dar pentru aplicaţiile complexe este disponibil multiprocesorul. Majoritatea PLC-urilor au o magistrală unică, comună cu UCP-ul, memoria şi interfeţele. Unitatea de depanarea şi programare a PLC-ului este, de obicei, un dispozitiv extern, întinzându-se de la o tastatură dedicată cu un display mic până la un Computer Personal (PC). Modulele de intrare/ieşire (I/O) convertesc semnalele provenite de la senzori într-un format digital şi generează semnale electrice proporţionale cu valorile digitale de la variabilele de ieşire stocate în memoria PLC-ului. Semnalele înlocuite între sistem şi control pot fi discrete sau analogice. Sunt câteva criterii de selecţie a PLC-ului corespunzător pentru o aplicaţie dată. Tipic, clasa PLC-ului este definită de către numărul maxim de semnale de I/O care sunt capabile să comande şi să conducă. Un alt criteriu, care este foarte important, este viteza de calcul a PLC-ului, capabilitatea de luare a deciziei corecte într-un interval de timp precizat.

13. Limbaje de programare a unui PLC

IEC 61131-3 standardizează cinci dintre cele mai utilizate limbaje de programare a PLC-urilor şi anume:

LD - Ladder diagram (grafic),

FBD - Function Block Diagram (grafic),

IL - Instruction list (text),

ST - Structured text (text),

SFC - Sequential Function Chart

8. Compilatoare si interpretoare

Un interpretor este o implementare a unui limbaj de nivel înalt, mai apropiat de limbajul natural. Este de fapt un program rezident care, în acest caz, rulează pe o platformă de calcul de tip microcontroler. Caracteristic pentru execuţia unui program interpretat, este citirea şi executarea secvenţială a instrucţiunilor (instrucţiune cu instrucţiune). Cele mai răspândite interpretoare sunt cele pentru limbajele BASIC şi FORTH.

Un compilator combină uşurinţa în programare oferită de un interpretor (de fapt de limbajul de nivel înalt) cu o viteză mai mare de execuţie a codului. Pentru aceasta programul, în limbaj de nivel înalt, este translatat (tradus) direct în limbaj maşină sau în limbaj de asamblare (urmând a fi apoi asamblat). Cele mai populare şi utilizate sunt cele pentru limbajul C, un limbaj universal

14. Scrieti functia logica XOR in limbaj FD si FBD, folosind functii logice elementare.

functia XOR symbol

- functia XOR in limbaj LF si FBD.

10.

void setup() { //codul scris in sectiunea „setup” ruleaza o singura data

pinMode(7, INPUT); //se face conectarea unei „intrari” de pe pinul 7

serial.begin(9600); } //viteza de 9600 biti pe secunda (baud)

void loop() { //codul scris in sectiunea „loop” ruleaza ciclic

int stareButon = digitalRead(7); //citirea „stareButon” de pe pinul digital 7

Serial.println(stareButon); //tiparirea seriala a starii „stareButon”

delay(10); } //intarziere de la o citire la alta de 10 sutimi (0.01 s)