Chức năng các khối và các thành phần trong khối của kinetis KL4x MCU family block diagram

Interrupt Controller: có chức năng điều khiển các ngắt - Chức năng Một hệ thống thời gian thực được gọi là “điều khiển sự kiện” có nghĩa là hệ thống đó phải có chức năng chính là phản ứn

Báo cáo giữa kì

Đề tài:

Chức Năng Các Khối Và Các Thành Phần Trong Khối Của Kinetis KL4x

MCU Family Block Diagram

Giảng viên hướng dẫn: Thầy ĐẬU TRỌNG HIỂN

1. ARM® CortexTM –M0+ Core :

- Tần số lõi lên đến 48 MHz điện áp từ 1,71V đến 3,6V và mức nhiệt độ từ

âm 40°C đến 105°C

- Hỗ trợ ngắt lên đến 32 cho nguồn

- Hai cấu trúc vi kiến trúc giúp giảm điện năng tiêu thụ và làm tang hiệu suất hoạt động

- Tương thích với kiến trúc tập lệnh nhị phân với Core Cm0

- Bộ Thumb kết hợp tương thích với mật mã cao với hiệu suất lên đến 32 Bits

- Đệm Micro cung cấp khả năng giảm tải chương trình sử dụng hệ thống RAM truy hồi

- Chu kỳ đơn 32 bits 32 bits nhân

Debug Interfaces: Giao diện thực hiện debug dành cho người dùng

- Cho phép gỡ rối chương trình của một mạch ứng dụng, bằng việc cho chip chạy chương trình theo ý của người dùng, từng lệnh một (stepping) hay đến một điểm dừng (break point) đã định Trong quá trình debug, người dùng

có thể khảo sát giá trị của các thanh ghi, biến bên trong chip, cũng như thao tác các giá trị của các thanh ghi, hay biến, nhằm đặt chip đến các trạng thái mong muốn

Interrupt Controller: có chức năng điều khiển các ngắt

- Chức năng Một hệ thống thời gian thực được gọi là “điều khiển sự kiện”

có nghĩa là hệ thống đó phải có chức năng chính là phản ứng lại các sự kiện xảy

ra trong môi trường của hệ thống Vậy thì hệ thống phản ứng lại các sự kiện như thế nào? Hiện nay có hai phương pháp tiếp cận vấn đề này Phương pháp đầu tiên là Polling hay Vòng lặp Polling và phương pháp thứ 2 là xử lý ngắt (Interrup)

Micro Trace Buffer: đọc bộ đệm trong bộ nhớ RAM và xử lý thông tin.

- Được phát triển bởi ARM

- 32-bit ARM Cortex-M0+ core (up to 48MHz CPU Clock)

- Nested vectored interrupt contr (NVIC)

- Async wake-up interrupt contr (AWIC)

- The Cortex-M0 core is optimized for small silicon die size and use in the lowest price chips

- Tiêu thụ năng lượng ít

2. System :

 Direct memory access (DMA) là một phương pháp cho phép các thiết bị Input/Output(I/O) gửi hoặc nhận dữ liệu trực tiếp tới hoặc từ bộ nhớ chính

mà không cần thông qua CPU Quá trình này được quản lý bởi một vi xử lý gọi là DMA controller(DMAC)

 Trong các máy tính trước đây, có 4 kênh DMA được đánh số từ 0 đến 4 Khi ngành công nghiệp kiến trúc máy tính 16 bits(industry standard architecture – ISA) ra đời, các đường bus được mở rộng và 3 kênh DMA 5,6, 7 được thêm vào ISA là một chuẩn bus cho các máy tính IBM, cho phép một thiết

bị có thể khởi tạo một phiên truyền tải dữ liệu với một tốc độ nhanh hơn trước đó ISA sau đó được thay thế bởi AGP(accelerated graphics port) và card mở rộng PCI(peripheral component interconnect), những cái mà nhanh hơn rất nhiều

 Mỗi kênh DMA yêu cầu một 2 đường để thực hiện các chức năng của nó Một đường cho DMA controller, và một đường cho CPU

 Một công cụ tài nguyên hệ thống của máy tính được sử dụng trong việc giao tiếp giữa Hardware và Software Có 4 dạng tài nguyên hệ thống bao gồm:

- I/O address

- Memory address

- Interrupt request numbers(IRQ)

- Direct memoty access(DMA) channels

 Các kênh DMA được sử dụng để trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị ngoại vi

và bộ nhớ hệ thống Cả 4 dạng tài nguyên hệ thống kể trên đều hoạt động dựa vào các đường cố định trên một bus

 Một kênh DMA cho phép một thiết bị truyền dữ liệu không qua CPU, do đó giảm tải cho CPU Nếu không có DMA, CPU phải copy mọi dữ liệu từ các thiết bị ngoại vi

 Internal Watchdog: Là bộ Timer có chưng năng reset lại bộ xử lý trung

tâm Sử dụng để chống lại các tình huống lỗi phần mềm, Vi điều khiển thực hiện vòng lặp vô hạn

 Low leakage wake-up unit : Dùng để cho vi xử lý thoát khỏi chế độ tiêu

thụ điện năng thấp

 Bit manibulation Engine : Kiểm soát các thiết bị hoạt động ở mức tiêu thụ

thấp, phát hiện các lỗi thuật toán

 Unique ID : Cung cấp các ID để phân biệt các đối tượng khác nhau, mỗi ID

chỉ được dùng cho 1 đối tượng

3. Memories :

 Program Flash (128 to 256KB) :

Bộ nhớ Flash có tích hợp mạch Ghi bằng cách cung cấp trường điện tích tới toàn bộ chip hoặc tới những phần xác định trước gọi là Block Bộ nhớ Flash làm việc nhanh hơn những bộ nhớ EEPROM truyền thống bởi vì thay vì Xóa từng Byte mà nó xóa cả từng Block lớn hoặc cả Chip cùng một lúc rồi sau đó Ghi lại

Bộ nhớ Flash vẫn duy trì dữ liệu mà không cần tới nguồn ngoài cung cấp

 SRAM (16 to 32KB) :

SRAM là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên tĩnh, nó là một loại bộ nhớ bán dẫn

Từ “Static” (tĩnh) chỉ ra rằng bộ nhớ vẫn lưu giữ nội dung của nó khi nguồn vẫn còn hoạt động, khác với RAM động (Dynamic RAM) là loại RAM mà cần phải được cập nhập nội dung theo định kỳ

4. Clocks :

 Phase Locked Loop : Về cơ bản là một hệ thống điều khiển tần số khép kín,

chức năng này dựa trên việc phát hiện sai khác pha giữa tín hiệu lối vào và lối ra của bộ giao động điều khiển (CO)

 Frequency- locked loop:

 Là một hệ thống điều khiển điện tử tạo ra một tín hiệu bị khóa để tần

số của một tín hiệu đầu vào hoặc tín hiệu được tham chiếu Mạch này so sánh các tần số của một dao động kiểm soát để kiểm tra, tự

động tăng hoặc giảm tần số của dao động cho đến khi tần số của nó

 Một vòng lặp khóa tần số là một ví dụ về một hệ thống điều khiển bằng cách sử dụng thông tin phản hồi tiêu cực Tần số-khóa vòng được sử dụng tại Đài phát thanh, viễn thông, máy tính và các ứng dụng điện

tử để tạo ra các tần số ổn định, hoặcđể phục hồi một tín

hiệu từ một kênh giao tiếp ồn ào

 Low/High – Frequency Oscillators :

- Dùng để tạo ra tín hiệu điện tử cao hay thấp tùy theo yêu cầu của người dùng

 Internal Reference Clocks :

- Là đồng hồ tham chiếu dùng để đồng bộ hóa và hoạt động lịch

5. Analog:

 16 bit – ADC :

- Là mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự ra số 16 bit

 Analog comparator :

- Analog comparators bộ khuếch đại so sánh độ lớn của điện áp ở hai đầu vào Một so sánh tương tự là một bộ khuếch đại hoạt động với thông tin phản hồi tiêu cực loại bỏ, và không có thông tin phản hồi và tăng rất cao, điện áp đầu ra đi vào một cực đoan đến khác Trong bộ

so sánh tương tự, này thường được giới hạn chỉ là bên ngoài ± 10 volt giới hạn để tránh bất kỳ thiệt hại có thể

 12 bit – DAC :

- DAC 12 bit (Digital Analog Converter) là bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự 12 bit

6. Times :

 PWM (Pulse Width Modulation): Phương pháp điều xung PWM là

phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải, hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên độ rộng chuỗi xung vuông, dẫn đến sự thay đổi của điện áp

ra PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn của tải một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt Phần tử thực hiện nhiện vụ đó trong mạch các van bán dẫn

 PIT(Periodic Interrupt Timers): là bộ đếm định kì thời gian ngắt nó có

chức năng đếm sự kiện, định thời Ví dụ các ngắt như ngắt truyền thông nối tiếp, ngắt bộ định thời gian, ngắt cứng, ngắt ngoài Khi một sự kiện yêu cầu ngắt xuất hiện, nếu được chấp nhận CPU sẽ lưu cất trạng thái hoạt động cho chương trình hiện tại đang thực hiện ví dụ như nội dung bộ đếm chương trình (con trỏ lệnh) các nội dung thanh ghi lưu dữ liệu điều khiển chương trình nói chung để thực thi chương trình phục vụ tác vụ cho sự kiện ngắt

 Low-Power Timer: là bộ đếm năng lượng ở mức yếu Đếm các tín hiệu

xung để phát hiện mức hoạt động của bộ KIT diễn ra như thế nào có ở mức cho phép hay không? Nếu năng lượng là yếu sẻ cảnh báo cho hệ thống

 Secure Real-Time Clock: Bộ đếm kiểm tra thời gian thực, công dụng như

một đồng hồ theo dõi thời gian hiện tại đáp ứng việc giữ thời gian chính xác của bộ KIT cho hệ thống nhúng, xung bảo vệ thời gian thực, tình bằng giây, phút, giờ

7. Communication Interfaces( Tương tác giao tiếp) :

- Giao tiếp giữa vi điều khiển với các thiết bị ngoại vi

 2*I²C (Inter-Integrated Circuit): là một loại bus nối tiếp I²C sử dụng hai

đường truyền tín hiệu: một đường xung nhịp đồng hồ(SCL) và một đường

dữ liệu(SDA) Các chế độ hoạt động của I²C bao gồm: Chế độ chuẩn

(standard mode) hoạt động ở tốc độ 100 Kbit/s Chế độ tốc độ thấp (low-speed mode) hoạt động ở tốc độ 10 Kbit/s

 SPI( Peripheral Interface Serial): là một bus giao tiếp đồng bộ thường

được sử dụng để gửi dữ liệu giữa vi điều khiển và thiết bị ngoại vi nhỏ như LCD, cảm biến, và thẻ SD SPI chuẩn bus có 4 dây cho cả clock và dữ liệu

 UART (Universal Asynchronous Reciever/Transmitter) và Low-power UART :

- Trong giao tiếp UART, hai UART giao tiếp trực tiếp với nhau Các UART truyền chuyển dữ liệu song song từ một thiết bị điều khiển như một CPU vào dạng nối tiếp, truyền dữ liệu nối tiếp đến UART nhận, sau

đó chuyển đổi dữ liệu nối tiếp trở lại thành dữ liệu song song cho thiết bị nhận

- Ở đây có 2 khối UART một sử dụng với tín hiệu thông tin bình thường

và một dùng cho tín hiệu ở mức thấp

 I²S (Inter-IC Sound, Integrated Interchip Sound): Chuẩn này dùng cho

việc truyền các dữ liệu âm thanh Hỗ trợ truyền hai kênh dữ liệu trên cùng đường bus tín hiệu nối tiếp

 USB OTG(USB On-The-Go): Giao thức kết nối USB (Universal Serial

Bus) yêu cầu 2 thiết bị thuộc mô hình khách/chủ Về cơ bản, cổng USB trên máy tính của bạn là chủ và chiếc flashdrive (USB) nhỏ xinh là khách Khi khách và chủ gặp nhau, kết nối được tạo lập

8. Khối HMI:

- Là thiết bị thiển thị quá trình xử lý dự liệu để người sử dụng điều khiển các quá trình xử lý

 GPIO :

- Là cổng giao tiếp giữa Vi điều khiển với người sử dụng Với sự hỗ trợ của chân Ngắt và 1 số chân khác

 Xtriinsic low-power touch-sensing interface ( giao diện cảm biến mức thấp):

- Được hỗ trợ cảm ứng điện dung ở đầu vào lên đến 16 điện cực bên ngoài

và DMA chuyển giao dữ liệu

- Segments không phát hiện cảnh báo người sử dụng thất bại trong màn hình hiển thị LCD

- Giúp tránh khả năng sai sót trong quá trình đọc dữ liệu trong các ứng dụng cụ thể

 Segment LCD Controller :

- Màn hình LCD được tích điện mức thấp Được điều khiển bởi 376 phân đoạn ( segments), kích thước 47x8 hoặc 51x4