Náhled - Rozšíření přípravku REva

Náhled bakalářské práce - Rozšíření přípravku REva

7 Představení přípravku REva

Přípravek REva (Raisonance Universal Evaluation Board with RLink for Microcontrollers) je univerzální vyhodnocovací deska pro širokou škálu mikrokontrolérů (dále MCU) z řad ST7. Kompletní sestava přípravku se skládá z REva základové desky, REVa dceřiné desky s MCU a desky RLink určené k ladění a programování. Přes RLink je zprostředkována komunikace s hostitelským počítačem.

7.1 REva základová deska

Univerzální základová deska (motherboard) určená pro rychlé a snadné vyhodnocení mnoha funkcí. Zajišťuje propojení a komunikaci s jednotlivými dílčími komponentami. Zajišťuje cílové místo pro připojení dceřiné desky daného MCU. Celou oblast základové desky lze systematicky rozdělit na jednotlivé části. Každá část má svoji specifickou úlohu.

7.2 RLink

Deska RLink obsahuje obvody pro programování a ladění a obvody pro USB rozhraní s hostitelským počítačem. Připojení se základovou deskou REva může být provedeno dvěma způsoby. První způsob je spojení přípravků REVa a RLinku na jedné desce plošného spoje. Komunikace i napájení obou desek s hostitelským počítačem přes USB konektor RLinku. Mezi komponentami vnitřní ISP/ISD přímá komunikace pomocí 16 kanálů, které zajišťují signály pro ladění, programování, napájení přes USB a jeden kanál tvoří spojení zemí obou desek. Druhý způsob je separátní s externí ISP/ISD komunikací. Napájení v tomto případě je pro každou desku samostatné. REva je samostatně napájena z 9V Jack konektoru, za kterým je zapojena možnost výběru pracovní napěťové hladiny 1,8 V, 3 V nebo 5 V a RLink napájen USB konektorem, který zároveň zprostředkovává komunikaci celé desky s hostitelským PC.

7.3 Dceřiné desky

Dceřiné desky (daughterboard) jsou místem pro umístění MCU. Dceřiné desky obsahují samotný specifický MCU, výběr zdroje hodinového signálu a další součásti zajišťující provoz MCU.

7.4 Popis vstupů a výstupů přípravku REva

Mnou navržené periferní moduly komunikují s přípravkem REva výhradně pomocí logických vstupů a výstupů na portu A a portu B, proto problematice digitálních vstupů a výstupů věnuji větší pozornost.

7.4.1 Digitální vstupy a výstupy


REva obsahuje v oblasti digitálních vstupů a výstupů dohromady 14 obousměrných linek. 8 linek najedeme na portu A, který je implicitně určen jako digitálně výstupní port. Součástí portu A je konektor pro jumpery a vestavěné LED diody v SMD provedení. Pokud je jumper připojen, pak je příslušný kanál určen LED diodě. LED diody nejsou dimenzovány na napájecí napětí 1,8 V. Při nastavení této napěťové hladiny svítí nejasně. Při odpojení jumperu lze přes příslušný kanál možno komunikovat s externím zařízením. Při ladění jsou rezervovány linky PA.5 a PA.6, přes které probíhá přenos signálů ICCCLK a ICCDATA mezi hostitelským počítačem a MCU. 6 linek obsahuje port B, jenž je implicitně určen jako digitálně vstupní port. Stejně jako na portu A zde najdeme konektor pro výběr cíle komunikace s vybraným kanálem. Při zapojeném jumperu na konektoru jsou na příslušné kanály připojeny vestavěné 4 přepínače (linky PB.0 ÷ PB.3) a 2 tlačítka (kanály PB.4 a PB.5). Pokud jsou jumpery odpojeny, lze komunikovat s externím zařízením. V oblasti digitálních vstupů najdeme také 1 jumper, pomocí kterého můžeme zvolit polaritu napětí při sepnutí tlačítka na pinu PB.5. K tlačítkům nejsou připojeny odrušovací filtry vůči zákmitům. K připojení filtračních rezistorů a kondenzátorů odpovídající hodnoty může uživatel použít obalovou (wrapping zone) oblast. Nastavení typu vstupu a výstupu se provádí programově pomocí zápisu do DDR a OR registrů.
Vstupní port může být nastaven jako floating (plovoucí) nebo ho lze nastavit jako pull up. Vstupní kanály lze také nastavit jako zdroje vnějšího přerušení.

První možností jak nastavit výstupní porty je typ push - pull (Obr. 5). Výstupní signál je v tomto případě řízen dvojicí tranzistorů, z kterých první představuje spínač vůči napájecímu napětí a druhý spínač vůči zemi. Bod, ve kterém jsou tranzistory spojené, představuje samotný výstupní signál. V ustáleném stavu je otevřený jen jeden z páru tranzistorů, tím je zajištěna logická úroveň výstupního kanálu. Push - pull výstup je aktivním zdrojem proud. Nevyžaduje pull - up rezistor a má vysokou mezní pracovní frekvenci. V druhém případě lze výstupní porty nastavit jako typ open - drain (Obr. 6). Výstupní signál je řízen jen jedním tranzistorem, jehož kolektor je přímo připojen na výstupní port. Tranzistor spíná v čase, pokud je výstupem logického obvodu nulové napětí. Aby byla definovaná úroveň logického výstupu i v čase, kdy je na výstupu logického obvodu nenulové napětí, je potřeba pull - up rezistoru zapojeného vůči napájecímu napětí. Nevýhodou tohoto zapojení je nižší mezní pracovní frekvence. Důvodem tohoto omezení jsou parazitní kapacity, které spolu s pull - up rezistory vytváří RC člen s určitou časovou konstantou.

Je patrné, jak je třeba konfigurovat registry DDR (Data Direction Register) a OR (Option Register), aby porty pracovaly jako výše uvedené typy. Pokud si aplikace žádá použití portu jako zdroje vnějšího přerušení, konfigurace registrů DDR a OR je totožná. Navíc však musíme nastavit příslušné hodnoty bitů v registru EISR (External Interrupt Selection Register). Konfigurací tohoto registru vybíráme jednotlivé piny portu jako zdroje externího přerušení. Další funkcionalitou je výběr hrany signálu (nástupná, sestupná, nástupná i sestupná), která vyvolává přerušení. Tento výběr se provádí konfigurací registru EICR (External Interrupt Control Register).

7.4.2 Analogové vstupy a výstupy

Podstatné procento aplikací tvoří aplikace zaměřené na regulaci, měření, analogově/digitální převod veličiny apod. V těchto případech můžeme užít obvodů přípravku REva operující s analogovými hodnotami nebo při použití analogového externího zařízení nastavit vstupy a výstupy analogového typu.

8 Představení mikrokontroléru ST7LITE39

MCU lze naprogramovat tak, aby prováděl určenou úlohu v elektronickém zapojení. MCU jsou většinou 8bitové, dražší 16bitové, a nebo pro náročnější aplikace se používají 32bitové MCU. MCU se vyznačují vysokou kompaktností a spolehlivostí, proto jsou ve většině případů určeny pro jednoúčelové aplikace jako je řízení, regulace, ovládání apod. MCU jsou také součástí vestavěných systémů (embedded system). Vestavěný systém je zařízení, kde je řídící počítač zcela zakomponován systému, který ovládá. Na rozdíl od univerzálních osobních počítačů jsou vestavěné systémy často určeny pro konkrétní aplikaci. Vzhledem k jednoúčelovému použití mohou tvůrci systém optimalizovat a snižovat jeho cenu. V současné době rychlého rozvoje inteligentních mobilních telefonů, PDA, MDA se stírá rozdíl mezi vestavěnými systémy a osobními počítači. Firma ST7 nabízí širokou škálu typů MCU různých vlastností, schopností s různým množstvím na nich integrovaných obvodů (paměti, porty, komunikační zařízení atd.). Detailně se zaměřím na MCU řady ST7LITE39, který jsem také programoval.
ST7LITE39 je 8-bitový mikrokontrolér s napěťově nezávislou FLASH pamětí, A/D převodníkem, časovači, SPI a LINSCI rozhraními. Oproti ostatním MCU řady ST7LITE3 má navíc datovou EEPROM paměť. Hlavní části, které jsou v případě ST7LITE39 integrovány v jednom čipu, jsou uvedeny v Tab. 4. Rozsah pracovních veličin uveden v Tab. 5. Stručný přehled základních charakteristik MCU je popsán v Tab. 6.

9 Návrh rozšiřujících modulů

Při návrhu periferních zařízení jsem bral ohled zejména na názornost a srozumitelnost daného řešení, kdy vstupy a výstupy mají fyzickou podobu. Tím je myšleno např. stlačení tlačítka, blikání LED diody, zvukový signál z reproduktoru apod. Hlavními výstupními součástkami navržených modulů jsou tedy zejména vizuální prostředky - displeje, LED diody a prostředky zvukové - piezoreproduktor. Součástky pro vstup digitálních hodnot nejlépe poslouží tlačítka. První dva moduly mají variabilitu možností menší, jelikož jsou určeny ke specifické aplikaci. Za to třetí modul je zaměřen pro spíše výukové variabilní použití. Dle elektronických součástek na něm použitých se může uplatnit více aplikací různého charakteru. Nejprve uvedu návrhy modelu křižovatky a variabilního modulu a samostatně bude vysvětlena problematika realizace řadiče LCD displeje spojená též s realizací. Výkresy všech schémat zapojení a plošných spojů v plném rozlišení v příloze.

9.1 Návrh modelu křižovatky

Model křižovatky jedné hlavní a jedné vedlejší silnice. Semafory jsou simulovány LED diodami. Vstupním konektorem jsou přenášeny signály z přípravku REVa pro řízení integrovaných obvodů. Propojení modulu s REvou pomocí plochých kabelů AWG 28.

9.1.1 Funkce obvodu


„Mozkem“ modulu jsou 2 integrované obvody - Demultiplexory, které určují stav na výstupních pinech v závislosti na kombinaci stavů vstupních pinů. Jedná se vlastně o dekodér Dual - 1/16 (viz. Tab. 8). DMuxy jsou řízeny přes vstupní konektor J1. Na výstupech DMuxů jsou zapojeny LED diody s předřadnými odpory. Výstupy jsou negované. Pracujeme tedy se zápornou logikou. Dioda svítí, pokud je na příslušném výstupním pinu log. 0. Odlišné barvy emitovaného světla diod jsou příčinou různého napětí v propustném směru UF, což je třeba při praktickém návrhu brát v potaz. Mezi napájecí vývody integrovaných obvodů jsou připojeny keramické kondenzátory, jelikož integrované obvody jsou velmi náchylné na kolísání napájecí napěťové hladiny. Napěťová stabilita celého modulu je zajištěna elektrolytickým kondenzátorem. Při praktickém návrhu je vhodné kondenzátory umístit, pokud možno co nejblíže napájecím vývodům.

Stažení absolventské práce

Další informace a stažení této práce zde

Publikujte své vlastní práce a vydělejte si slušné peníze

Vaše studentské práce můžete vkládat zde


TOP Nabídka!

Potřebujete napsat referát, seminárku nebo diplomovou práci? Žádný problém!

Zpracujeme Vám kvalitní a originální podklady na míru.

Svěřte se do rukou profesionálů. Více informací zde