lezione su microcontrollers

Rendono intelligente il mondo
fisico
Invisibilmente presenti
dappertutto!
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Come per i mezzi di trasporto
• Non esistono solo le automobili!!!
2
3
Motore a scoppio per aeromodello: 1,8cc
4
Motore a scoppio per nave: cilindrata:
1820 litri (per ogni cilindro)
5
In informatica
Non esistono solo i PC!
Fortunatamente!
6
Dai microcontrollers …..ai servers
7
Architettura generale, vale per
qualunque elaboratore
Memoria
centrale
Input
Processore
(CPU)
Memoria
di massa
Output
Memoria permanente
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In un PC
• I vari componenti:
– Processore
– Memoria
– Disco…
• Sono separati
• Alloggiati in un case o inseriti sulla piastra
madre
• In un microcontroller invece…..
I microcontrollers: cosa sono?
• Computers in miniatura completi di tutto
– processore (piccolo)
– memoria RAM (poca)
– memoria permanente flash (equivalente al disco
magnetico)
– dispositivi di ingresso ed uscita (I/O)
– Tutto su di un unico chip!
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Motorola 6801 (1978)
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Microcontrollers (μC)
•
•
•
•
•
microscopici, “lenti” ed economici
solitamente svolgono compiti semplici e...
eseguono UN solo programma
che è denominato “Firmware”
Si programmano in assembler o linguaggi
ad alto livello
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http://it.wikipedia.org/wiki/Microcontroller
http://it.wikipedia.org/wiki/Microcontroller
Microcontrollers
•
•
•
•
•
•
Oltre 10 Miliardi di pezzi all’anno
Sono ovunque
Costano da pochi cent l’uno in su
Piccooolini…
Cpu, Ram, Rom, I/O, Timers
4 Bits, 8 Bits… (www.Microchip.com)
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cip:
cip:sisichiamano
chiamanosistemi
sistemi
“embedded”
“embedded”
Computers in miniatura completi
• microscopici
• “lenti”
• poca memoria
• economici
• superintegrati
• Millimetri quadrati
• pochi megahertz
• decine o migliaia di
bytes
• pochi dollari o
frazioni di dollaro
• tutto sullo stesso
chip
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Eccone uno (piccolo)
15
16
cip:
cip:ADC
ADCAnalog
Analogtoto
Digital
DigitalConverter
Converter
Input e Output dei μC
• Acquisizione di informazioni sul mondo
esterno (grandezze fisiche etc)
– tramite sensori collegati ad ADC
• Azioni sul mondo fisico esterno
– tramite attuatori pilotati da DAC
– Relais
Lettera greca μ “mu” per “micro” μC=
– Display etc.
microController μP= MicroProcessore
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ADC:
ADC:Analog
AnalogtotoDigital
Digital
Converter
Converterconverte
convertei isegnali
segnaliinin
bits
bits
Sensore: rileva informazioni sul
mondo esterno
sensore
Segnale
elettrico
ADC
bits
Microcontroller
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DAC
DACDigital
Digitalto
toAnalog
Analog
Converter
Converter
Attuatore: agisce sul mondo
esterno
Segnale
elettrico
bits
Microcontroller
Motore
(*)
DAC
(*) display o qualunque dispositivo di output “analogico”
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20
Definizione di embedded da wikipedia
• In informatica, con il termine sistema embedded (sistema incapsulato) si
identificano genericamente dei sistemi elettronici a microprocessore progettati
appositamente per una determinata applicazione, spesso con una piattaforma
hardware ad hoc, integrati nel sistema che controllano e in grado di gestirne
tutte o parte delle funzionalità.
• In questa area si collocano sistemi di svariate tipologie e dimensioni, in
relazione al tipo di microprocessore, al sistema operativo, ed alla complessità
del software che può variare da poche centinaia di byte a parecchi megabyte di
codice.
• Contrariamente ai computer generici, un sistema embedded ha dei compiti
conosciuti già durante lo sviluppo, che eseguirà dunque grazie ad una
combinazione hardware/software specificamente studiata per la tale
applicazione. Grazie a ciò l'hardware può essere ridotto ai minimi termini e
ridurne lo spazio occupato, i consumi ed il costo di fabbricazione. Inoltre
l'esecuzione del software é spesso in tempo reale (real-time), per permettere un
controllo deterministico dei tempi di esecuzione.
• Un esempio diffuso di Sistema embedded sono le centraline elettroniche
installate a bordo degli autoveicoli per il controllo del motore
21 e dell'ABS.
Confronto di un PC con μC.
•
•
•
•
•
PC
3Ghz
2GB
500GB
Periferiche di I/O
varie
• 400 Euro
• estendibile
•
•
•
•
•
Microcontroller
100Mhz
64KB
1MB o molto meno
Tutto l’I/O integrato
• 50 Eurocent
• NO
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I microcontrollers dove li trovo?
• Dappertutto, dovunque serva un poco di
“intelligenza” a buon mercato
• In una automobile “seria” ce ne sono decine
(solitamente collegati in una rete CAN:
Controller Area Network) e gestiscono: ABS,
ASR, BAS, climatizzazione, airbags,
antifurto, iniezione, alzacristalli, autoradio,
navigatore, radar etc
• In molti oggetti di casa (termometri digitali,
termostati, antifurti, tv, videoregistratori,
telecomandi, calcolatrici, componenti stereo,
telecamere, telefoni(ni) players mp3, etc etc)
23
Microcontrollers: applicazioni
informatiche
•
•
•
•
•
Dove li trovo?
Mouse, stampante, scanner
Tastiera, disco, CD, webcam, pennina
usb, schedina di memoria
Tutte le periferiche digitali
Monitor, scheda di rete
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cip:
cip:ogni
ognioggetto
oggetto
rosso
rossoèèun
un
microcontroller!!
microcontroller!!
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26
cip:
cip:lalaquasi
quasitotalità
totalitàdei
deiproblemi
problemi
dei
deiveicoli
veicolimoderni
moderniderivano
derivano
oramai
dal
software
dei
oramai dal software deiuC
uC
70 microcontrollers!
BMW serie 7 (modello 2005)
27
cip:
cip:La
Larete
retedi
di
collegamento
collegamento
28
Auto
Autosempre
semprepiù
più
intelligenti
intelligenti
così
cosìililguidatore
guidatorepuò
puòessere
essere
sempre
più
stupido!

sempre più stupido! 
29
Il meccanico è già diventato
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Esempi di oggetti resi intelligenti
da un uC
•
•
•
•
•
•
•
Contapassi
Scarpa intelligente Adidas
miscelatore acqua
mouse
(crono)termostato
Netcam…
guardati intorno!
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32
Pallone intelligente (2006)
Adidas e Cairos Technologies hanno presentato a Tokyo la
nuova tecnologia applicata sulla linea di porta e il pallone
"intelligente" in fase di sperimentazione durante il
Mondiale per club. Il microchip inserito nel "Teamgeist II"
dialoga con dei sensori wireless, inseriti sotto al campo da
gioco, che creano un campo magnetico. Questo permette di
dare un feedback in tempo reale sulla posizione del
pallone, quando è vicino alla linea di porta, a un computer
che manda i subito i dati all'orologio dell'arbitro. Usando
questo campo magnetico e componenti più robuste
all'interno della sfera, il nuovo sistema è più preciso e non
risente delle condizioni meteorologiche o della vicinanza
con altri sistemi tecnologici.
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Contapassi
• Sensore di
“movimento” pendolino
• pulsantini
• display
• memorie
• calcolo calorie/distanza
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Scarpa
intelligente
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Miscelatore intelligente
• Sensori di temperatura
• attuatori per controllo valvole
• tastierino per impostare la
temperatura desiderata
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cip:
cip:rende
rendepiù
più
efficiente
efficiente
l’impianto
l’impiantodi
di
riscaldamento
riscaldamento
cronotermostato
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Network camera digitale
• Si collega direttamente
alla rete locale
• il uC gestisce
– programmi di
compressione video
– programmi per gestire la
connessione in rete
– un web server per le
impostazioni
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La
friggitrice
intelligente
39
Il termometro (bip!)
40
Termometro digitale
41
Contapassi
42
Cronotermostato
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Microcontrollers in Informatica
• Tastiera, mouse
• Dischi, masterizzatori, monitors stampanti,
webcams, (in pratica dentro ogni periferica
c’e’ almeno un microcontroller
• Pennine usb
• Schedine di memoria flash (pellicole digitali)
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mouse
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Microcontroller potente
• Oramai la centralina principale di una
vettura (accensione, iniezione, scarico etc.)
richiede un controllore potente
– 32 bits
– 32 Mhz
– 64KB RAM
– 1MB di memoria flash
– CAN (rete) integrata
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I microcontrollers In sintesi
• Computers completi in miniatura su singolo
chip
• Miliardi di pezzi
• sono dappertutto
• intelligenza a buon mercato
• utilissimi!!
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Per saperne di più
• http://electronics.howstuffworks.com/microcontroller.htm
• http://it.wikipedia.org/wiki/Microcontroller
• http://en.wikipedia.org/wiki/Mechatronics
48
49
Un microcontroller
•
Rende “intelligente” un oggetto altrimenti
”stupido”
50