Mechatronische Systeme (Fach) / Mikrocontroller (Lektion)

Aufbau ,Funktion von Mikros und Komponenten

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• Bilden Sie das Zweierkomplement von 10010111 ! 01101000 + 1 = 01101001
• Welcher Zahl entspricht $FFFF im Dezimalsystem ? $FFFF = 15 . 163 + 15 . 162 + 15 . 161 + 15 . 160 = 65535
• Nennen Sie den Wert des MSB und des LSB von 0 0 0 1 1 0 1 1 MSB    0   LSB     1
• Nennen Sie vier mögliche Interpretationen für die Bit-Folge 1101 ! 4 einzelne Zustände, binäre Zahl, Zeichen, Befehlscode
• Was ist unter „Real-Time Dataprocessing“ zu verstehen ? Ein Rechnersystem ermöglicht Echtzeitbetrieb, wenn es in der Lage ist,unabhängig von Art und Umfang des gerade bearbeiteten Problems auf ein zu beliebiger Zeit auftretendes äußeres Ereignis höherer Dringlichkeit spätestens nach Ablauf einer angebbaren maximalen Reaktionszeit tRmax = max(tR1, tR2,...) in programmierbarer Weise zu reagieren.
• Aus welchen Haupt-Funktionsblöcken besteht ein Computersystem ? Prozessor (CPU), Taktgeber, Speicher, Input/Output, Bus
• Was ist eine CPU und aus welchen Funktionseinheiten besteht sie ? Mikroprozessor = Central Processing Unit (CPU) = Micro Processing Unit (MPU)= Prozessor = Microprocessor Ein Prozessor ist eine intelligente Einheit, die in der Lage ist, Befehleselbständig aus dem Speicher zu holen und abzuarbeiten. Der Prozessor ist der Kern des Computersystems und besteht aus denfunktionellen Einheiten: • Rechenwerk (Arithmetic Logic Unit = ALU)• Steuerwerk (CPU Control)• Adresswerk (Adress Unit AU)• Registern (Registers)
• Was ist eine ALU ? Zeichnen Sie das Blockschema ! Das Rechenwerk ist der Kern des Mikroprozessors und führt die arithmetischen und logischen Funktionen aus.  
• Was ist ein Register ? Register sind spezielle Speicherzellen innerhalb der CPU, die furarithmetische und logische Operationen sowie die Ablaufsteuerung benotigt werden. Ihre Zahl und Datenbreite bestimmt unter anderem die Leistungsfahigkeit eines Mikrocontrollers und ist abhangig vom Hersteller und μC-Typ
• Welche Programmlänge läßt sich mit einem 16-bit-Program Counter realisieren ? 2^16 = 65536 Befehlszeilen (bei 1 Befehl pro Speicherzelle)
• Nennen Sie die 2 Bedeutungen des Begriffs „Assembler“ ! 1) Programmiersprache2) Programm, das Assemblercode in Maschinencode übersetzt (AS5.exe
• Wie sieht die Struktur einer Assembler-Befehlszeile aus ? Beispiel ! Label     Mnemonic    Operand(en)                KommentarABC      MOVF                   05h ;              Lade Datum aus Register 05h in                                                                             Working Register
• In welchen Fällen (nennen Sie 2) kommt Assemblerprogrammierung trotz verfügbarer höherer Sprachen zum Einsatz ? hohe Echtzeitanforderung (schnell!), minimaler Programmspeicher (Kosten!)
• Welche Arten von Schreib/Lesespeichern kennen Sie ? DRAM = dynamisches Random Access MemorySRAM = statisches Random Access MemoryNV-RAM = non-volatile (nichtflüchtiger) RAM mit Hintergrund-EEPROM
• Welche Kenngrößen dienen zur Beurteilung von Speicherbausteinen ? Kapazität, Preis, Zugriffszeit, Verlustleistung, Speicherorganisation
• Was bedeutet die Abkürzung E2PROM ? Zählen Sie Eigenschaften auf ! Electrically Erasable Programmable Read Only Memory 1.Prinzip: ahnlich wie EPROM, jedoch 2 Transitoren pro bit2.elektrisch löschbar mit ext. Programmierspannung von z.B. 5V an VPP3.vollständig im System umprogrammierbar einzelne Speicherzellen 4.löschbar und wiederbeschreibbar5.kurze Lesezeiten, lange Lösch- und Programmierzeiten, z.B. 2 ms/byte 6.begrenzte Anzahl von Schreib/Loschzyklen, abhangig von Temp., z.B. 7.relativ teuer und gros (2 Transistoren pro Speicherzelle)8.nichtfluchtig9.Standardbaustein (auch als Zusatzchip) fur wechselnde Benutzerdaten, z.B..Fehlercodes oder Kalibrierwerte im Kfz11.vergleichbar mit CD-RW
• In einem Rechnersystem stehen 50 byte RAM zur Verfügung. Wieviele einzelne bits (flags) und alternativ wieviele words können dort abgelegt werden ? 50 bytes -> 50 x 8 = 400 bits -> 50/2 words
• Welche Typen und Betriebsarten von seriellen Schnittstellen gibt es ? Typen: asynchron, synchronBetriebsarten: Simplex, Half-Duplex, (Voll)Duplex
• Was ist bzgl. Input/Output unter einem „Protokoll“ zu verstehen ? „Spielregeln“ für die Kommunikation zwischen CPU und Peripherie
• Erläutern Sie den Begriff „DMA“ ! Direct Memory Access: direkter Datentransfer von Input in Speicher, ohne CPU zu belasten
• Welche Zeitspanne liegt zwischen den Werten $FFA2 und $FFF8 eines 16-bit-Timers mit 10 ms Auflösung ? $FFF8 - $FFA2 = $0056 -> 86dez x 10 ms = 860 ms
• Erläutern Sie anhand einer Skizze, wie ein Puls Length DAC arbeitet ! Puls Length DAC = Pulslängen- Digital-Analog-Converter, s. Folie 24
• Eine Rechteckpulsfolge mit dem Tastgrad Tein/T = 0,2 (20 %) und der Spannungsamplitude 0 - 5V wirkt auf eine Motorwicklung. Welche Spannung stellt sich im Mittel ein ? Tein/T = 0,2 = Umittel/U es folgt Umittel = 0,2 . 5V = 1V
• Was ist der Input in ein Assemblerprogramm und welche Dateien sind das Ergebnis einer Assemblierung ? Input: Quell- oder Sourcecode, Output: Listfile oder Listing, Objektfile
• Mit Hilfe welcher Tools läßt sich ein Programmfile Name.obj am PC ohne den Ziel-Mikrocontroller testen ? Welche Möglichkeiten bieten sie ? Simulator, evtl. Monitor, Debugger
• Welche Möglichkeiten (3) gibt es, um den Objektcode in den Programmspeicher des Mikrocontrollers zu laden ? Masken-ROM brennen, EPROM programmieren, Download in RAM od. Flash
• Was ist ein „Entwicklungssystem“ ? Besteht aus einem Hardwareteil und einem Softwareteil. Entwicklungsboardmit Ziel-Mikrocontroller  
• Wie kann Software für ein Gerät entwickelt werden, dessen Elektronik- Leiterplatte mit Mikrocontroller (= Zielhardware = Teil des Produkts) noch gar nicht existiert ? Entwicklungssystem mit Entwicklungsboard (Leiterplatte), welches den Ziel-Mikrocontroller enthält (ist jedoch nicht die Ziel-Hardware-Platine)
• Nennen Sie Vor- und Nachteile der Programmierung in höheren Sprachen gegenüber der Assemblerprogrammierung ! Vorteile: unterstützen strukturierte Programmierung, komfortabler, besserePortierbarkeit auf andere RechnerNachteile: i.a. langsamer und größerer Umfang des Maschinencodes
• Welche Vorteile bieten GUIs beim Programmieren ? intuitive Bedienung, visuell unterstützt
• Nennen Sie ein Beispiel für eine Programmiersprache mit grafischer Programmieroberfläche grafische Programmiersprache G bei Labview, MATLAB/Simulink

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