ГАПОУ Пензенской области «Кузнецкий колледж электронных технологий» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 10 По МДК 02.01 Микропроцессорные системы (дисциплина) Группы 24К1-28, 24K2-28 семестр 2 «УТВЕРЖДАЮ» Председатель МЦК /Ю.В. Анохина/ 20 г. 1. Для чего нужны модули POR и BOR в микроконтроллере, и в чём разница между ними? 2. Что такое PLL и для чего он используется? Какие проблемы могут возникнуть при работе с модулем тактирования? 3. Разработчик создаёт автономное устройство на батарейках, которое должно работать долгое время. Большую часть времени устройство ничего не делает, только раз в минуту просыпается, измеряет температуру и отправляет данные. Предложите стратегию управления питанием и тактированием, выбрав подходящие режимы работы микроконтроллера. Преподаватель / Р.Ф. Джаббаров /

Решение:

1. Модули POR (Power-On Reset) и BOR (Brown-Out Reset) в микроконтроллерах:

• POR (Power-On Reset):
  • Назначение: Срабатывает при подаче питания на микроконтроллер. Обеспечивает сброс всех регистров и выход из неинициализированного состояния при включении питания.
  • Условие: Срабатывает, когда напряжение питания поднимается выше определенного порогового значения.
• BOR (Brown-Out Reset):
  • Назначение: Срабатывает, когда напряжение питания микроконтроллера падает ниже установленного критического уровня (ниже нормального рабочего диапазона, но выше нуля). Это предотвращает некорректную работу или повреждение данных при просадках напряжения (например, из-за разряда батареи).
  • Условие: Срабатывает, когда напряжение питания опускается ниже определенного порогового значения.
• Разница: POR инициирует сброс при включении питания, когда напряжение растет. BOR инициирует сброс при падении напряжения питания ниже рабочего уровня во время работы устройства. BOR обеспечивает более надежную работу при нестабильном питании.

2. PLL (Phase-Locked Loop - Фазовая автоподстройка частоты):

• Что такое PLL: PLL — это система управления, которая генерирует выходной сигнал с частотой, стабильно связанной с частотой входного (опорного) сигнала. Он состоит из фазового детектора, фильтра низких частот и генератора, управляемого напряжением (ГУН).
• Для чего используется:
  • Увеличение тактовой частоты: Позволяет получить на выходе PLL более высокую частоту, чем у опорного источника (например, кварца), что необходимо для работы ядра микроконтроллера на высокой скорости.
  • Синхронизация: Используется для синхронизации нескольких устройств или для согласования частот различных модулей внутри микроконтроллера.
  • Генерация нескольких частот: Позволяет создавать различные тактовые сигналы для разных частей микросхемы.
• Проблемы при работе с модулем тактирования:
  • Переходные процессы при изменении частоты: При переключении между различными тактовыми частотами (особенно при использовании PLL) возникают временные задержки и неопределенность, пока система не стабилизируется. Периферия может работать некорректно в этот период.
  • Радиационные помехи: Высокочастотные тактовые сигналы могут генерировать электромагнитные помехи, которые могут влиять на работу других компонентов схемы.
  • Энергопотребление: Работа PLL и высокочастотных тактовых генераторов потребляет значительно больше энергии.
  • Точность: Точность выходной частоты PLL зависит от точности опорного генератора и характеристик самого PLL.
  • Сложность настройки: Правильная конфигурация PLL требует понимания его параметров и потенциальных проблем.

3. Стратегия управления питанием и тактированием для автономного устройства:

Для автономного устройства, работающего от батарейки и просыпающегося раз в минуту, рекомендуется следующая стратегия:

• Основной режим: Глубокий сон (Deep Sleep / Stop Mode).
  • Ядро: Остановлено.
  • Периферия: Максимально отключена.
  • Тактирование: Использовать самый низкочастотный или отключенный внутренний RC-генератор (LSI) для поддержки часов реального времени (RTC) и пробуждения по таймеру.
  • Потребление: Минимальное (на уровне микроампер или наноампер).
• Режим пробуждения (раз в минуту):
  • Пробуждение: По таймеру RTC.
  • Включение тактирования: Активировать высокочастотный внутренний RC-генератор (HSI) или внешний кварцевый резонатор (HSE) для работы ядра и периферии. При необходимости использовать PLL для достижения нужной тактовой частоты для измерений и передачи данных.
  • Измерение температуры: Активировать соответствующий датчик (например, АЦП или специализированный датчик температуры), выполнить измерение.
  • Отправка данных: Активировать модуль связи (например, Bluetooth, LoRa, Wi-Fi — в зависимости от требований), передать данные.
  • Переход в сон: После выполнения задач (измерение и отправка) отключить высокочастотное тактирование, остановить периферию, перевести микроконтроллер обратно в режим глубокого сна.
• Выбор тактового сигнала:
  • Для RTC и пробуждения: Внутренний RC-генератор (LSI) — энергоэффективно и достаточно для этой задачи.
  • Для активного режима (измерение, передача): Внутренний RC-генератор (HSI) для простоты или внешний кварц (HSE) с последующим PLL для высокой производительности и точности.

Ответ: 1. POR - сброс при включении; BOR - сброс при падении напряжения. 2. PLL - схема для генерации стабильной частоты, проблемы: переходные процессы, помехи, высокое потребление. 3. Использовать режим Deep Sleep, пробуждаться по RTC, активировать HSI/HSE+PLL для активных операций, затем снова уходить в Deep Sleep.