The wiki page is under active construction, expect bugs.

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- statnice:bakalar:b4b38nvs [2025/06/09 08:18] – [Základy el. obvodů: odporový dělič, Theveninův teorém, zatížený odporový dělič, měření proudu ve vestavném systému. V/A charakteristika diod Si a LED, diferenciální (dynamický) odpor, bipolární tranzistory a jejich základní vlastnosti, tranzistor jako sp petrstep
+++ statnice:bakalar:b4b38nvs [2025/06/09 09:57] (current) – [Typické řady log. obvodů CMOS používaných ve vestavných systémech (VS), jejich základní vlastnosti; dynamický proudový odběr MCU a logických obvodů CMOS. Blokování napájení MCU a log. obvodů - způsob, důvod, použité součástky.] petrstep
@@ Line 3: / Line 3: @@
+[[https://docs.google.com/document/d/1bPFRbeaokgUqcW8S-D_R_vsQOx04oU8tlkJK3Pdzfa4/edit?tab=t.0#heading=h.b23rjn10aftd|Vypracované NVS]]
 ===== Elektronické obvody a prvky pro vestavné systémy. Mikrořadiče - struktura, vlastnosti a programování. Návrh vest. systémů s mikrořadiči a dalšími vstupně- výstupními obvody a bloky. Řešení jejich spolupráce. =====
@@ Line 54: / Line 54: @@
    * Jinými slovy: Jak moc se změní napětí při malé změně proudu.
+=== Bipolární tranzistory a jejich základní vlastnosti ===
+{{:statnice:bakalar:untitled.png?400|}}
+  * Tranzistor zesiluje proud – malý proud bází řídí větší proud mezi kolektorem a emitorem.
+    * Ic=β⋅Ib
+=== Tranzistor jako spínač ===
+  * Tranzistor je buzen malým proudem do báze, čímž umožní průchod většího proudu mezi kolektorem a emitorem. V režimu spínače pracuje ve dvou stavech:
+    * Vypnuto (cut-off) - Do báze neteče proud → tranzistor zavřený (nevede)
+    * Zapnuto (saturace) - Do báze teče dostatečný proud → tranzistor plně sepnutý (vede jako uzavřený spínač)
+=== Tranzistory MOS s kanálem N a kanálem P, prahové napětí ===
+{{:statnice:bakalar:cmos-05-30_20-07-17.png?600|}}
+  * Prahové napětí je minimální napětí mezi gate (G) a source (S), při kterém se tranzistor začne otevírat – tzn. vytvoří se vodivý kanál mezi drain (D) a source (S).
 ====== Operační zesilovač (OZ), jeho vlastnosti a použití; symetrické a nesymetrické napájení OZ, neinvertující zesilovač s OZ. ======
+  * Operační zesilovač je integrovaný obvod, který zesiluje rozdíl napětí mezi svými dvěma vstupy:
+    * invertující vstup: V−
+    * neinvertující vstup: V+
+    * výstup: VOUT
+=== Symetrické a nesymetrické napájení OZ ===
+  * Symetrické - třeba +15V a -15V
+  * Nesymetrické - 0V a 5V
+=== Neinvertující zesilovač s OZ. ===
+{{:statnice:bakalar:screenshot_from_2025-06-09_10-35-51.png?400|}}
 ====== Mikrořadič – microcontroller (MCU) jako logický obvod CMOS, obvyklé vstupní a výstupní napěťové úrovně, vstupní napěťová tolerance. MCU s jádrem ARM Cortex M3, základní vlastnosti; periferie integrované na čipu:-GPIO, UART, SPI, IIC Bus,..; jejich vlastnosti a použití. ======
+=== Obvyklé vstupní a výstupní napěťové úrovně ===
+  * Vstup typicky 0-3.3V
+  * někdy 5V tolerantní - v datasheetu pin označen **FT**
+  * log 0 -  Uin < 0.3 * Ucc
+  * log 1 -  Uin > 0.7 * Ucc
+  * má ochrané diody (většinou)
+  * výstup 0-3.3V
+=== MCU s jádrem ARM Cortex M3, základní vlastnosti ===
+  * Cortex-M3 je 32bitové RISC jádro od firmy ARM, navržené specificky pro vestavěné systémy
+  * Thumb-2 instrukční sada - Kompaktní (16bit) + plné (32bit) instrukce → menší kód, rychlé provádění.
+  * NVIC (Nested Vectored Interrupt Controller)
+=== Periferie integrované na čipu:-GPIO, UART, SPI, IIC Bus,..; jejich vlastnosti a použití. ===
+== GPIO ==
+  * Programovatelný pin – může být vstupem nebo výstupem.
+  * Možnost pull-up / pull-down rezistorů (vnitřních)
+  * LED, tlačítka, relé, spínače.S
+  * Stavové signály, řízení periferií.
+  * Detekce událostí na pinech (tlačítko → přerušení).
+== UART ==
+  * Asynchronní sériová komunikace (TX, RX).
+  * Podpora rychlostí (např. 9600 – 115200 baud, klidně víc).
+  * Možnost přenosu dat v 8/9 bitech, parita, stop bity.
+  * Často podpora DMA.
+  * Někdy více UART kanálů.
+== SPI ==
+  * Sériová synchronní komunikace (MOSI, MISO, SCK, SS).
+  * Master/slave režim.
+  * Rychlosti až jednotky Mbit/s (záleží na MCU).
+  * Full-duplexní – zároveň odesílá a přijímá.
+  * Možnost více slave zařízení (s více CS piny).
+== IIC Bus ==
+  * Sběrnice s dvěma vodiči: SDA (data), SCL (hodiny).
+  * Master/slave komunikace, více zařízení na jedné sběrnici.
+  * Adresace zařízení (7bit nebo 10bit).
+  * Rychlosti: standardní (100 kHz), fast (400 kHz), fast+ (1 MHz).
+  * Pull-up rezistory nutné na SDA a SCL.
@@ Line 64: / Line 155: @@
+== Typické řady log. obvodů CMOS používaných ve vestavných systémech ==
+  * Typické řady:
+    * 4000 (např. 4011, 4040, 4093)
+      * Starší řada, vhodná pro široký rozsah napájení (3–15 V).
+      * Nízký statický odběr, vhodné pro bateriová zařízení.
+      * Pomalejší než řady 74xx.
+  *
+    * 74HCxxx (High-speed CMOS)
+      * Napájení: typicky 2–6 V.
+      * Rychlejší než 4000, kompatibilní s TTL logikou.
+      * Nízký proudový odběr, ideální pro spojení s MCU.
+  *
+    * 74HCTxxx (High-speed CMOS, TTL compatible)
+      * Stejné jako 74HC, ale vstupní úrovně přizpůsobeny TTL (log. 1 od cca 2 V).
+      * Použití tam, kde je potřeba propojení CMOS a TTL.
+  *
+    * 74AC / 74ACT (Advanced CMOS / TTL Compatible)
+      * Ještě rychlejší, větší odběr.
+      * Vhodné pro vysokorychlostní aplikace.
+  *
+== Proudový odběr CMOS obvodů a MCU ==
+  * Statický odběr (v klidu):
+    * Velmi malý (nA až μA), když nejsou přechody.
+    * Vhodné pro nízkopříkonové aplikace.
+  *
+  * Dynamický odběr:
+    * Proud teče hlavně při přechodu logických stavů (0 ↔ 1).
+    * Odběr závisí na:
+      * frekvenci přepínání (vyšší frekvence → vyšší odběr),
+      * zatížení výstupů (větší kapacita → vyšší proud),
+      * napětí – vyšší Vdd → vyšší proud.
+  *
+  * MCU:
+    * Spotřeba MCU se odvíjí hlavně od:
+      * frekvence hodinového signálu (CPU, sběrnice, periferií),
+      * aktivních periferií (např. ADC, USART),
+      * neoptimalizovaného kódu (např. polling místo přerušení),
+      * použití spánkových režimů (sleep, stop, standby).
+== Blokování napájení MCU a logických obvodů ==
+  *     Blokování napájení je klíčové pro stabilní a spolehlivý chod mikrořadiče a připojených digitálních obvodů.
+  *     Hlavní účel blokování je zajistit:
+    *  stabilitu napětí,
+    *  potlačení rušení,
+    * omezení špiček při spínání logických stavů,
+    * ochranu před chybami způsobenými kolísáním napájení.
+  *     Při náběhu napájecího napětí může dojít k nestabilitám, které mohou způsobit špatnou inicializaci MCU – blokovací prvky tomuto zabraňují.
+  *     V blízkosti každého napájecího pinu MCU by měl být umístěn keramický kondenzátor s kapacitou přibližně 100 nF. Umisťuje se co nejblíže k pinu.
+  *     Pro vyrovnání větších změn v odběru napájení a filtrování nižších frekvencí se používají elektrolytické kondenzátory o kapacitách v řádu 10 až 100 µF. Ty se dávají na vstup nebo výstup stabilizátoru, případně na hlavní napájecí větev.
+  *     Ferritové tlumivky nebo ferritové perle se vkládají do napájecí větve, kde slouží jako vysokofrekvenční filtr, který odfiltruje šum z napájení.
+  *     Ochranné součástky, jako jsou Zenerovy diody, TVS diody nebo klasické diodové ochrany, slouží k ochraně před přepětím nebo elektrostatickým výbojem.
+  *     V systémech s citlivým napájením (např. analogové měření nebo RTC) je vhodné použít LDO stabilizátor s nízkým výstupním šumem, který zajistí konstantní napětí 3,3 V nebo 1,8 V.
+  *     Při návrhu PCB je důležité správně rozmístit blokovací prvky tak, aby tvořily krátké smyčky mezi napájecím a zemním vodičem – tím se dosáhne co nejvyšší účinnosti filtrace.
+  *     Nedostatečné blokování může způsobit:
+    * samovolné restarty,
+    *  poruchy v komunikaci (např. UART, I2C),
+    * chybnou činnost periferií,
+    * zvýšený šum v analogových částech obvodu.
 ====== Podpůrné a dohlížecí bloky MCU (hodinový generátor, Reset, POR, BOR , RTC, Watch Dog,..); čítačové jednotky v MCU (PWM, „input capture“, output compare,..) jejich funkce a využití. Vstupy a výstupy VS, bloky komunikace s obsluhou ve VS, tlačítka, klávesnice a zobrazovače, vstupy a výstupy s posuvnými registry. ======
+=== Hodinové signály ===
+  * Slouží k taktování CPU a periferií.
+  * Typy:
+    * Interní RC oscilátor – levný, nízký odběr, méně přesný.
+    * Externí krystal (XTAL) – vysoká přesnost, např. 8 MHz.
+    * Krystal pro RTC – 32.768 kHz (2¹⁵ Hz → snadné dělení na 1 Hz).
+    * PLL (Phase-Locked Loop) – násobí frekvenci (např. 8 MHz → 72 MHz).
+=== RESET ===
+  *     Může být vyvolán tlačítkem (manuálně), nebo automaticky jiným obvodem.
+  *     Výsledek: mikrořadič se vrátí do výchozího stavu (spustí se inicializace a start programu od začátku).
+  *     Reset může být aktivován:
+    * tlačítkem „RESET“,
+    * watchdogem,
+    * poklesem napájení (BOR),
+    * programově (v SW).
+=== POR – Power-On Reset ===
+  * Aktivuje se automaticky při zapnutí napájení.
+  * MCU zůstává ve stavu „držení v resetu“, dokud se napájecí napětí dostatečně neustálí.
+  * Zabrání rozběhnutí procesoru v nestabilních podmínkách (např. napětí roste pomalu → procesor by mohl začít běžet s chybami).
+  * U STM32 se aktivuje, když VDD překročí definovanou mez.
+=== BOR – Brown-Out Reset ===
+  * Sleduje, zda napětí neklesne pod bezpečnou hranici během běhu.
+  * Pokud ano → provede automatický reset, aby se zabránilo:
+    * neplatnému zápisu do paměti,
+    * chybnému výpočtu,
+    * zablokování systému.
+  * U STM32 může být aktivován například pod 2.0 V (hodnota závisí na konfiguraci).
+  * Typicky se používá v systémech s mechanickými akčními členy – tam je bezpečnost kritická.
+  *
+=== Watchdog (WDT – Watchdog Timer) ===
+  * Dohlíží na běh programu – pokud se program zacyklí/zasekne a neobnoví watchdog, provede reset.
+  * Použití:
+    * Zabezpečení proti zamrznutí aplikace.
+    * Obnovení systému po chybě.
+  * Dva druhy:
+    * Interní (součást MCU) – často připojen na systémové hodiny.
+    * Externí – připojený k MCU zvenčí, spolehlivější.
+  * Signály:
+    * WDI – vstupní impuls, kterým se watchdog „krmí“.
+    * WDO – výstup reset, pokud impuls dlouho nepřijde.
+==== Čítačové jednotky v mikrořadiči (MCU) ====
+== Režimy čítače ==
+**Input Capture**
+    * Při příchodu určité události (např. hrany na pinu) se aktuální hodnota čítače uloží do registru.
+    * Využití:
+      * měření délky pulsu,
+      * zaznamenání času události,
+      * určování střídy (duty cycle).
+    * Možnosti: náběžná/spádová/jakákoli hrana.
+    * Přenos hodnoty:
+      * programově,
+      * pomocí DMA.
+    * Analogie: Stopky – když někdo běží, zmáčkneš tlačítko → uloží se čas mezičasu, ale stopky běží dál.
+**Output Compare**
+    * Čítač běží a porovnává se s hodnotou v registru.
+    * Při shodě: výstupní pin změní stav:
+      * SET – nastaví na 1,
+      * RESET – vynuluje,
+      * TOGGLE – překlopí (změní stav).
+    * Možné i přerušení nebo událost pro jinou jednotku (např. DMA, ADC...).
+    * Využití:
+      * generování signálu (např. PWM),
+      * řízení výkonových prvků (IGBT, tyristory),
+      * pulzní řízení motorů.
+  *
+** PWM – Pulse Width Modulation**
+    * Speciální režim čítače, kde:
+      * nastavená hodnota duty cycle (střída),
+      * čítač opakuje cyklicky pulzy.
+    * Využití:
+      * řízení servomotorů,
+      * stmívání LED,
+      * řízení rychlosti motorů (např. BLDC).

Trace:

Differences

Search

Navigation

Print/export

Tools

QR Code