Differences

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

--- statnice:bakalar:b4b38nvs [2026/05/17 08:49] – [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.] mates1n
+++ statnice:bakalar:b4b38nvs [2026/06/06 18:31] (current) – [Obvyklé vstupní a výstupní napěťové úrovně] mates1n
@@ Line 1: / Line 1: @@
 ====== Návrh vestavných systémů ======
@@ Line 152: / Line 151: @@
 V embedded systémech se operační zesilovače používají nejčastěji s jedním (a tedy nesymetrickým) napájecím napětím (+3 nebo +5V).
-**Virtuální nula** (Virtual Ground): pro zapojení ve zpětné vazbě (tj. invertující vstup je z obvodu za OZ) nemá invertující vstup přímou referenci na 0, tj. 0 je rozdíl napětí mezi vstupy ($U_{-} = U_{+}$). Díky tomu lze, při dostatečném napětí zátěže, udělat např. emitorový sledovač NPN, který reguluje proud na zátěži (na kolektoru) pouze přes napětí na vstupu a rezistor na emitoru (a díky velkému zesílení vyloučí působení napětí $U_{BE}).
+**Virtuální nula** (Virtual Ground): pro zapojení ve zpětné vazbě (tj. invertující vstup je z obvodu za OZ) nemá invertující vstup přímou referenci na 0, tj. 0 je rozdíl napětí mezi vstupy ($U_{-} = U_{+}$). Díky tomu lze, při dostatečném napětí zátěže, udělat např. emitorový sledovač NPN, který reguluje proud na zátěži (na kolektoru) pouze přes napětí na vstupu a rezistor na emitoru (a díky velkému zesílení vyloučí působení napětí $U_{BE}$).
 === Neinvertující zesilovač s OZ. ===
@@ Line 165: / Line 164: @@
 == Vstup ==
 Typicky 0-3.3V, někdy 5V tolerantní (v datasheetu pin označen **FT**)
-  * log 0 -  $U_{in} < 0.3 * U_{cc}
+  * log 0 -  $U_{in} < 0.3 * U_{cc}$
-  * log 1 -  $U_{in} > 0.7 * U_{cc}
+  * log 1 -  $U_{in} > 0.7 * U_{cc}$
   * má ochrané diody (většinou)
@@ Line 180: / Line 179: @@
   * **Floating** (Plovoucí) - bez připojeného potenciálu - napětí se volně pohybuje vlivem šumu, nepředvídatelná logická úroveň
-  * **PULL-UP** - rezistor na ${U_{dd}$, pokud je pin bez signálu → HIGH
+  * **PULL-UP** - rezistor na $U_{dd}$, pokud je pin bez signálu → HIGH
   * **PULL-DOWN** - rezistor na GND, pokud je pin bez signálu → LOW
 ==Výstup==
-  * **PUSH-PULL** - používá dva tranzistory na přepínání mezi GND a ${U_{dd}$
+  * **PUSH-PULL** - používá dva tranzistory na přepínání mezi GND a $U_{dd}$
-  * **OPEN-DRAIN** - tranzistor na GND - tranz. sepnut→ LOW, rozepnut→ undefined, připnuto GND - pro log. 1 potřebuje pull-up rezistor na ${U_{dd}$
+  * **OPEN-DRAIN** - tranzistor na GND - tranz. sepnut→ LOW, rozepnut→ undefined, připnuto GND - pro log. 1 potřebuje pull-up rezistor na ${U_{dd}}$
 U výstupu lze zvolit rychlost: low, medium, high, very high - tvrdost buzení výstupu. Pokud je zbytečně vysoká, vznikají napěťové špičky přes indukčnost cesty na PCB nebo kabelu.
@@ Line 235: / Line 234: @@
 === Typické řady log. obvodů CMOS používaných ve vestavných systémech ===
-== 4000 (např. 4011, 4040, 4093)==
+== 4000 series (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.
+        * log. $0 - V_{IL} \le 0,3 \cdot V_{in}$
+        * log. $1 - V_{IH} \ge 0,7 \cdot V_{in}$
       * 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**.
-      * Použití tam, kde je potřeba propojení CMOS a TTL.
+      * Stejné jako 74HC, **vstupní úrovně přizpůsobeny TTL**
+        * log. 0 - max. 0,8V
+        * log. 1 - min. 2V
 ==74AC / 74ACT (Advanced CMOS / TTL Compatible)==
       * Ještě rychlejší, větší odběr.
@@ Line 253: / Line 259: @@
 Spotřeba MCU se odvíjí hlavně od:
-    * frekvence hodinového signálu (CPU, sběrnice, periferií),
+    * **frekvence** hodinového signálu (CPU, sběrnice, periferií),
-    * aktivních periferií (např. ADC, USART),
+    * aktivních **periferií** (např. ADC, USART),
-    * neoptimalizovaného kódu (např. polling místo přerušení),
+    * neoptimalizovaného **kódu** (např. polling místo přerušení),
-    * použití spánkových režimů (sleep, stop, standby).
+    * použití **spánkových režimů** (sleep, stop, standby).
 ==Statický odběr (v klidu)==
@@ Line 262: / Line 268: @@
     * Vhodné pro nízkopříkonové aplikace.
 ==Dynamický odběr==
-Proud teče hlavně při přechodu logických stavů (0 ↔ 1)
+Proud teče hlavně **při přechodu logických stavů** (0 ↔ 1)
 Napájecí proud CMOS - $I_{CC} = f\cdot U_{CC}\cdot \sum{C}$
@@ Line 275: / Line 281: @@
 == Blokování napájení MCU a logických obvodů ==
-Blokování napájení je klíčové pro stabilní a spolehlivý chod mikrořadiče a připojených digitálních obvodů.
+Blokování napájení je klíčové pro **stabilní a spolehlivý chod** mikrořadiče a připojených digitálních obvodů.
 Hlavní účel blokování je zajistit:
@@ Line 300: / Line 306: @@
 === Hodinové signály ===
-  * Slouží k taktování CPU a periferií.
+Slouží k taktování CPU a periferií, generovány pomocí oscilátorů (RC nebo krystalických).
-  * Typy:
+  * Interní RC oscilátor – levný, nízký odběr, méně přesný.
-    * Interní RC oscilátor – levný, nízký odběr, méně přesný.
+  * Externí krystal (XTAL) – vysoká přesnost, např. 8 MHz.
-    * Externí krystal (XTAL) – vysoká přesnost, např. 8 MHz.
-    * Krystal pro RTC – 32.768 kHz (2¹⁵ Hz → snadné dělení na 1 Hz).
+V MCU je Real Time Clock (RTC) blok, který slouží k měření reálného času. Jeho krystal generuje frekvenci 32,768 Hz (2$^{15}$), dá se tak snadno dělit na 1 Hz. Mikrokontrolery obsahují také Phase-Locked Loop (PLL) obvod, který násobí nižší frekvenci racionálním číslem (např. 8 MHz → 72 MHz). Více o PLL na stránce [[statnice:bakalar:b0b35lsp|LSP]].
-    * PLL (Phase-Locked Loop) – násobí frekvenci (např. 8 MHz → 72 MHz).
 === RESET ===
-  *     Může být vyvolán tlačítkem (manuálně), nebo automaticky jiným obvodem.
+Může být vyvolán RESET tlačítkem (manuálně), nebo automaticky jiným obvodem. Po resetu se mikrořadič vrátí do výchozího stavu (spustí se inicializace a start programu od začátku).
-  *     Výsledek: mikrořadič se vrátí do výchozího stavu (spustí se inicializace a start programu od začátku).
-  *     Reset může být aktivován:
+Reset může být aktivován:
     * tlačítkem „RESET“,
     * watchdogem,
@@ Line 319: / Line 324: @@
 === POR – Power-On Reset ===
-  * Aktivuje se automaticky při zapnutí napájení.
+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.
-  * 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 ===
+Automatický reset v případě, že napětí během běhu programu klesne pod bezpečnou (předem konfigurovanou) hranici (např. 2.0V).
-  * Sleduje, zda napětí neklesne pod bezpečnou hranici během běhu.
+Chrání před:
-  * Pokud ano → provede automatický reset, aby se zabránilo:
+    * neplatnými zápisy do paměti
-    * neplatnému zápisu do paměti,
+    * chybnými výpočty
-    * chybnému výpočtu,
+    * zablokování systému
-    * 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.
-  * 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.
+Dohlíží na běh programu – pokud se program zacyklí/zasekne a neobnoví watchdog, provede reset.
-  * Použití:
+Použití:
     * Zabezpečení proti zamrznutí aplikace.
     * Obnovení systému po chybě.
-  * Dva druhy:
+Druhy:
     * Interní (součást MCU) – často připojen na systémové hodiny.
     * Externí – připojený k MCU zvenčí, spolehlivější.
-  * Signály:
+Signály:
     * WDI – vstupní impuls, kterým se watchdog „krmí“.
     * WDO – výstup reset, pokud impuls dlouho nepřijde.
@@ Line 353: / Line 353: @@
 ==== Čítačové jednotky v mikrořadiči (MCU) ====
-== Režimy čítače ==
+=== Režimy čítače ===
-**Input Capture**
+==Input Capture==
-    * Při příchodu určité události (např. hrany na pinu) se aktuální hodnota čítače uloží do registru.
+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.
+Využití:
+    * měření délky pulsu,
+    * zaznamenání času události,
+    * určování střídy (duty cycle).
-**Output Compare**
+Možnosti: náběžná/spádová/jakákoli hrana.
-    * Čítač běží a porovnává se s hodnotou v registru.
-    * Při shodě: výstupní pin změní stav:
+Přenos hodnoty buď **programově**, nebo pomocí **DMA**.
-      * SET – nastaví na 1,
-      * RESET – vynuluje,
+Analogie: Stopky – když někdo běží, zmáčkneš tlačítko → uloží se čas mezičasu, ale stopky běží dál.
-      * TOGGLE – překlopí (změní stav).
-    * Možné i přerušení nebo událost pro jinou jednotku (např. DMA, ADC...).
+==Output Compare==
-    * Využití:
-      * generování signálu (např. PWM),
+**Čítač** běží a **porovnává se s hodnotou v registru**, při shodě změní výstupní pin stav, nebo vygeneruje přerušení či událost (DMA, ADC,...)
-      * řízení výkonových prvků (IGBT, tyristory),
+    * SET – nastaví na 1
-      * pulzní řízení motorů.
+    * RESET – vynuluje
-  *
+    * TOGGLE – překlopí (změní stav)
-** PWM – Pulse Width Modulation**
-    * Speciální režim čítače, kde:
+Využití:
-      * nastavená hodnota duty cycle (střída),
+      * generování signálu (např. PWM)
-      * čítač opakuje cyklicky pulzy.
+      * řízení výkonových prvků (IGBT, tyristory)
-    * Využití:
+      * pulzní řízení motorů
-      * řízení servomotorů,
+      * periodické události v kódu
-      * stmívání LED,
-      * řízení rychlosti motorů (např. BLDC).
+==Pulse Width Modulation (PWM)==
+Speciální režim čítače, kde **čítač opakuje cyklické pulzy** podle nastavené hodnoty **duty cycle** (střída). Střída je podíl z délky cyklu, kdy je pin v log. 1 (0-100 %)
+Využití:
+    * řízení servomotorů
+    * stmívání LED
+    * řízení rychlosti motorů (např. BLDC)

Trace: • b4b38nvs

Differences

Search

Navigation

Print/export

Tools

QR Code