Sulautettu Elektroniikka

Julkaistu: lauantai 11.2.2017

Tälle sivulle kootaan perustietoa sulautetusta elektroniikasta, eli lähinnä mikrokontrollereista ja niihin olennaisesti liittyvistä lisälaitteista ja aiheista. Rakentelut sivuilta löytyvät erilaiset "projektit", muut värkkäilyt ja tutkiskelut. Pelkästään elektroniikka-aiheisia juttuja löytyy puolestaan elektroniikka -sivulta.

Voit valita haluamasi aiheen alla näkyvistä tai valikosta ylhäältä.

BCD – 7-segmentti dekooderi

Dekooderipiiriä tarvitaan, kun halutaan ohjata 7-segmenttinäyttöä binäärimuotoisesti tai kun halutaan vähentää ohjaukseen tarvittavien signaaleiden määrää. Dekooderipiirejä on saatavilla eri valmistajilta ja kenties yleisimpiä käytetyimpiä piirejä on 74LS47 (5-voltin eli TTL logiikkajännite), CD74HC4511/HCF4511BE (2 - 6 voltin eli CMOS-jännitetaso) tai MC14543 (3-18 V jännitetaso) sekä näiden variaatiot (mm. eri kotelotyypit). Dekooderipiirejä on toki myös muitakin olemassa, mutta tässä vain muutama esimerkki. Alta nähdään esimerkki dekooderipiirin kytkennästä 7-segmenttinäytön ohjauksessa: Kuvan lähde. Kytkennässä ohjataan ...jatka lukemista!

BCD -luku

Termi BCD tulee sanoista Binary Coded Decimal ja sillä tarkoitetaan binäärimuotoista esitystapaa yksittäiselle desimaalimuotoiselle kymmenjärjestelmän luvulle. Luku on tietotekniikkaan perehtyneelle helppo ymmärtää, koska BCD-luvun muuttamisessa kymmenjärjestelmään lasketaan 2:n potenssit yhteen, joten puhutaan ihan tavallisesti binääriluvuista. Esimerkiksi BCD-luku 1001 vastaa numeroa 9:n. Tämä saadaan kun lasketaan yhteen 20 + 23 = 1 + 8 = 9. BCD-luvussa mahdollisia kymmenjärjestelmän lukuja on näin ollen vain 0 - 9, vaikka neljällä bitillä saadaan laskettua binäärisesti aina 15:toista asti. Alle on taulukkoon merkitty, ...jatka lukemista!

Multipleksaus

Multipleksaamisella tarkoitetaan toimintaa, missä useampaa eriarvoista analogista tai digitaalista signaalia yhdistetään samassa väylässä toisiinsa niin, että ne ovat ikään kuin yhtä ja samaa signaalia, mutta kuitenkin toisistaan erillään. Esimerkiksi LED-matriisin multipleksauksessa muodostetaan ihmiselle näkymä siitä, että näytöllä olisi kuva, joka näyttäisi muodostuvan useamman ledin loisteesta. Oikeasti näin ei ole, vaan kutakin lediä näytetään vain pienen hetken verran jolloin saadaan syntymään vaikutelma kuvasta. Kyseessä on siis illuusio, minkä aivomme tulkitsevat kuvaksi. Multipleksausta ...jatka lukemista!

Pulse Width Modulation eli PWM-ohjaus

PWM-ohjaus on yksinkertaisesti pulssisuhteen muutoksella tehtävää ohjausta, jolloin ohjaus menee vuorotellen päälle ja pois tietyllä taajuudella. Pulssisuhde puolestaan tarkoittaa sitä suhdetta, miten pitkään signaali on "1"-tilassa ja miten pitkään "0"-tilassa. Usein tätä suhdetta ilmaistaan prosenteilla, sillä suhdeluvut ovat aina helpoiten esitettävissä nimenomaan prosenteilla. Alla olevassa kuvassa on esitetty 80 %, 50 %:n ja 20 %:n pulssisuhteet. Periaate PWM-ohjauksessa on siis yksinkertainen. Kun pulssisuhde on suurimmillaan niin kuormaan ohjataan eniten tehoa. ...jatka lukemista!

Sarjaliikenne – I2C

Sarjamuotoisista tiedonsiirtoväylistä yhtenä paljon käytössä olevana väylänä on I2C-väylä. Tämä väylä on Philipsin (nykyisin NXP) kehittelemä sarjaväylä, josta voidaan käyttää myös nimitystä IIC (Inter-Integrated Circuit) tai pelkästään I2C (ilman numeron kaksi yläindeksointia). Atmelin käyttämä TWI (Two Wire Interface) on fyysisesti samanlainen, mutta protokolla ei 100%:sti ole yhteneväinen I2C:n kanssa, mutta yleensä TWI ja I2C laitteet ovat keskenään yhteensopivia. I2C-väylä ei ole kaikista aloittelijaystävällisin väylä, mutta pienen painiskelun jälkeen sen kanssa tulee ...jatka lukemista!

SPI sarjaliikenne

SPI-väylän nimitys tulee englannin kielen sanoista Serial Peripheral Interface tai löysästi suomennettuna sarjamuotoinen oheislaiteväylä ja se on Motorolan nimeämä tiedonsiirtostandardi. [caption id="attachment_1774" align="alignnone" width="350"] SPI Väylä. Kuvan lähde wikipedia[/caption]   SPI-väylä on synkronoitu sarjaväylä, missä tieto liikkuu bitteinä kahden tai useamman laitteen välillä. Synkronoitu väylä tarkoittaa tässä tapauksessa sitä, että bittien ajoitukset on synkronoituja, eli väylän toimintaan liittyy olennaisesti kellosignaali, joka "tikittää" lähettävän laitteen tahdissa. SPI-väylä on synkronisuuden lisäksi kaksisuuntainen (engl. full duplex) eli lähettävä laite yhtäaikaa ...jatka lukemista!

Sarjaliikenne ja sarjaportti

Sarjaliikennestandardeja on olemassa suuri joukko erilaisia ja varhain keksitty sarjaliikenne on itse asiassa morse-koodi. Peräkkäin lähetetyt piippaukset taikka valon välähdykset, joiden pituus vaihtelee, merkitsevät kukin ennalta sovittua kirjainta ja numeroa tai muuta kirjoitusmerkkiä. Tietoliikenteen sarjamuotoisissa standardeissa on periaatteessa kyse samasta asiasta, ainoastaan tulkintatapa (protokolla) ja muut fyysiset asiat kuten jännitetasot, ajoitukset, lähetysten pituudet ja mekaaniset/fyysiset rajapinnat vaihtelevat. Mitä sarjaliikenne on? Yksinkertaisesti voimme kai todeta, että sarjaliikenne on kuin bittien jono, ...jatka lukemista!

AD-muunnin

AD-muuntimen nimi tulee sanoista Analog-to-Digital ja tällä tarkoitetaan usein mikropiiriä tai muuta kytkentää, joka muuntaa analogisen signaalin digitaaliseen, tietokoneen tai mikroprosessorin ymmärtämään muotoon - eli biteiksi. Mikäli analoginen signaali ei vielä ole tuttu, kannattaa vilkaista juttu analogisesta signaalista. AD-muuntimia löytyy erillisinä piireinä ja monissa mikrokontrollereissa AD-muunnin on integroitu kontrollerin sisälle. AD-muunninta tarvitaan aina silloin, kun esimerkiksi ääntä, valoa, lämpötilaa, resistanssia, painetta tai puristusta tai esimerkiksi radiotaajuutta täytyy muuttaa digitaaliseen formaattiin eli ...jatka lukemista!

Nestekidenäyttö eli LCD

Elektroniikan ja tietokone- sekä tietotekniikan yleisin näyttötyyppi lienee nykyisin LCD-näyttö eli Liquid Chrystal Display. Näitä näyttöjä käytetään monissa sulautetuissa laitteissa aina tietokoneen ja television näyttöihin asti. Monissa laitteissa voi olla käyttäjälle tarpeen näyttää symboleita, kirjaimia ja numeroita, joiden perusteella käyttäjä esimerkiksi tekee tarvittavat toiminnot laitteella. Sovelluksena voi olla esimerkiksi jännitteiden ja lämpötilojen seuranta tietyssä järjestelmissä tai vaikka kellonajan tai muun tarpeellisen tiedon näyttäminen. LCD Näytön anatomia LCD näyttö, kuten nimikin ...jatka lukemista!

IC – Integroitu piiri

IC-piiri eli integroitu piiri tai mikropiiri on elektroninen kytkentä, joka on tuotettu puolijohdemateriaaliin niin, että se muodostaa kokonaisen ja toimivan kytkennän. IC-piirit sisältävät tuhansia transistoreita ja ovat yleensä monimutkaisia kytkentöjä. IC-piirit ovat elektroniikassa paljon hyödynnettyjä komponentteja ja käytännössä kaikki mahdollinen pyritään tekemään IC-piireillä. IC-piirien suosio ei ole tullut yllätyksenä, sillä ne säästävät suunnittelussa aikaa ja ovat valmiiksi testattuja ja toimiviksi todettuja kytkentöjä. Esimerkiksi logiikkapiirit ovat IC-piirejä ja niin ovat myös ...jatka lukemista!

Mikrokontrollerin ohjauskytkennät

Nykypäivänä mikrokontrollerit ohjaavat kaikenlaisia laitteita ympärillämme ja saavat erilaisia asioita tapahtumaan. Esimerkiksi valojen ohjauksia, tuulettimien pyörimisiä tai erilaisia ääniä saadaan aikaiseksi nimenomaan mikrokontrollereilla. Mikrokontrolleri ei kuitenkaan välttämättä ole kytketty suoraan ohjattavaan kuormaan, vaan välissä on jokin puskuri tai vahvistin, joka kytkee kuormaan tarvittavan määrän virtaa ja jännitettä. Tällainen väli-kytkentä myös suojaa mikrokontrollerin I/O:ta ja on helppo myöskin testata erikseen. Tällä sivulla esitellään muutama ohjauskytkentä, jotka voidaan helposti rakentaa. Aluksi kuitenkin yleistä asiaa ...jatka lukemista!

Mikä on mikrokontrolleri?

Mikrokontrollerit ovat monen nykypäivän sulautetun laitteen äly ja niitä löytyy kaikkialta. Niitä löytyy esimerkiksi kaukosäätimistä, MP3-soittimista, taskulaskimista, kännyköistä, henkilöautoista, televisiosta, radioista, jääkaapeista, pakastimista, pyykkikoneista yms. [caption id="attachment_1788" align="alignnone" width="204"] Microchipin valmistama PIC mikroprosessori tai mikrokontrolleri.[/caption] Nykypäivänä ihminen käyttää todennäköisesti kymmeniä mikrokontrollereita ilman, että sitä varsinaisesti tulee edes ajatelleeksi. Mikrokontrollereita voidaankin luonnehtia computer-on-a-chip tyylisiksi laitteiksi, koska ne sisältävät tietokonemaisia ominaisuuksia hyvin pienessä paketissa. Mikrokontrollereista käytetään yleisesti lyhenteitä MCU (MicroController Unit) ja ...jatka lukemista!