Płytka labortoryjna z modułem MC Jan Kędzierski Marek Wnuk

Transkrypt

1 Płytka labortoryjna z modułem MC68332 Jan Kędzierski Marek Wnuk Wrocław 2012

2 1 Wstęp Opisywana płytka(rys. 1) jest przeznaczona do ćwiczeń laboratoryjnych z wykorzystaniem 32- bitowego mikrokontrolera MC68332[2]. Zawiera ona moduł em332[4] z MC68332, pamięcią Rysunek 1: Widok płytki laboratoryjnej RAM(256kB) i FLASH(128kB). Jest wyposażona w układy peryferyjne różnego rodzaju: wyświetlaczlcd(dowyboru-alfanumerycznylubgraficzny), 3przyciskipodwyświetlaczem, 4diodyLED, brzęczyk(buzzer), interfejsszeregowyrs332(dce). Sygnały niewykorzstane na płytce są wyprowadzone na trzy złącza(qspi- Queued Serial Peripheral Module, TPU- Time Processor Unit, PEF- Port E, F) w celu umożliwienia przyłączenia innych płytek laboratoryjnych. Złącze SCI- Serial Communication Interface pozwala dołączyć inny niż RS232 interfejs szeregowy(np. moduł USB lub Bluetooth). Zwory pozwalają wybrać różne tryby pracy płytki. 2 Budowapłytki Schemat płytki przedstawiono na rys. 2, a rozmieszczenie elementów na rys. 3. Moduł em332 [4] z mikrokontrolerem MC68332[2] jest włączony przez dwa dwurzędowe złącza precyzyjne. Bezpośrednio na module umieszczone jest złącze 2 5 styków(tab. 2) służące do przyłączenia interfejsu uruchomieniowego BDM- Background Debug Module(np. ICD[5]). 2

3 Rysunek 2: Schemat płytki laboratoryjnej Wyświetlacze Wyświetlacz alfanumeryczny LCD(4 linie po 16 znaków) ze sterownikiem typu HD44780 jest przyłączony za pośrednictwem jednorzędowego, 16-stykowego złącza, dostarczającego sygnały 3

4 Rysunek 3: Rozmieszczenie elementów na płytce laboratoryjnej Tablica 1: Złącze BDM modułu em332 DS 1 2 BERR GND 3 4 BKPT/DSCLK GND 5 6 FREEZE RESET 7 8 IFETCH/DSI VDD 9 10 IPIPE/DSO sterujące, zasilanie elektroniki i zasilanie podświetlania. Drugie podobne złącze, 20-stykowe, pozwala alternatywnie podłączyć wyświetlacz graficzny LCD ze sterownikiem Toshiba T6963 ( punkty). Oba wyświetlacze są podłączone do 8-bitowej magistrali danych DB[0..7], która w module em332 jest podłączona do górnej części magistrali 16-bitowej(D[8..15]). Takie połączenie zapewnia zachowanie spójności przestrzeni adresowej przy skalowaniu magistrali danych mikrokontrolera MC68332 do 8-bitowej szerokości. Sygnały sterujące dla wyświetlacza alfanumerycznego są następujące: kierunekdanych(r/w)-bezpośredniozmagistralimikrokontrolera, wybórrejestrów(rs)-liniaadresowa A0bezpośredniozmagistralimikrokontrolera, wybórukładu E(Enable)-programowalnaliniawyboru CS9zmikrokontrolerapozanegowaniu przez IC2A(1/6 74AC14D). Regulację kontrastu wyświetlacza umożliwia potencjometr. Sygnały sterujące dla wyświetlacza graficznego: odczyt(rd)-programowalnaliniawyboru CS8zmikrokontrolera, 4

5 zapis(wr)-programowalnaliniawyboru CS10zmikrokontrolera, wybórukładu CE-programowalnaliniawyboru CS9zmikrokontrolera, wybórrejestrów(c/d)-liniaadresowa A0bezpośredniozmagistralimikrokontrolera, reset(rst)-liniaportumikrokontrolera(pe7), wybórczcionki(fs)-liniaportumikrokontrolera(pe6). Zwora JP1 służy do wybrania sposobu podświetlenia wyświetlaczy. W położeniu 1-2 doprowadzapełnenapięcie5v,awpołożeniu2-3pozwalanasterowaniejasnościązwyjścia TP10 TPU(np. przy pomocy modulacji PWM) za pośrednictwem klucza złożonego z tranzystora T2 irezystorówr11ir12. W tab. 2 opisano złącze alfanumerycznego, a w tab. 3 graficznego wyświetlacza LCD. Tablica 2: Złącze wyświetlacza alfanumerycznego styk sygnałlcd sygnał µc opis 1 GND GND masa 2 +5V +5V zasilanie 3 V0 pot. regulacjakontrastu 4 RS A0 wybór rejestru(0- ster., 1- dane) 5 R/W R/W kierunek danych(0- zapis, 1- odczyt) 6 E CS9 uaktywnienie układu(enable) 7 DB0 D8 dane(lsb) 8 DB1 D9 dane 9 DB2 D10 dane 10 DB3 D11 dane 11 DB4 D12 dane 12 DB5 D13 dane 13 DB6 D14 dane 14 DB7 D15 dane(msb) 15 LED+ JP1 zasilanie podświetlenia(anoda) 16 LED- GND zasilanie podświetlenia(katoda) Bitowe wejścia/wyjścia Przyciski S1, S2 i S3 są umieszczone poniżej wyświetlaczy i podłączone odpowiednio do wejść TP13, TP14iTP15TPUtak,żeichnaciśnięciewymuszaniskistanlogiczny.Kondensatory C10,C12iC11służądoredukcjizakłóceńoddrganiastyków. Diody LED1(niebieska), LED2(czerwona), LED3 i LED4(białe) są podłączone do portu E(odpowiednio: PE3, PE2, PE1, PE0)tak,żeniskistannawyjściuportuwymuszaprzepływ prądu ograniczonego rezystorami R5, R6, R7 i R8 i w rezultacie- świecenie odpowiedniej diody. Brzęczyk(Buzzer) jest sterowany kluczem(t1, R9, R10) włączanym stanem niskim linii PE4portuE. Położenie zwory DEMO1/2 można odczytać programowo jako stan linii P F 3 portu F i wykorzystać do wybrania wariantu działania własnego programu. Transmisja szeregowa Moduł SCI[1] służu do asynchronicznej transmisji szeregowej(takiej, jak UART- Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Asynchroniczny port szeregowy mikrokontrolera jest wyprowadzony na złącze SCI. Oprócz linii danych(t X, RX) wyprowadzono dwie linie portu F 5

6 Tablica 3: Złącze wyświetlacza graficznego styk sygnałlcd sygnał µc opis 1 FG GND ujemny biegun zasilania LCD 2 GND GND masa 3 +5V +5V zasilanie 4 5 WR CS10 sygnał zapisu(aktywny w stanie niskim) 6 RD CS8 sygnałodczytu(aktywny w stanie niskim) 7 CE CS9 wybór układu(aktywny w stanie niskim) 8 C/D A0 wybór rejestru(1- ster., 0- dane) 7 RST P E7 reset układu(aktywny w stanie niskim) 10 DB0 D8 dane(lsb) 11 DB1 D9 dane 12 DB2 D10 dane 13 DB3 D11 dane 14 DB4 D12 dane 15 DB5 D13 dane 16 DB6 D14 dane 17 DB7 D15 dane(msb) 18 FS P E6 wybór czcionki 19 LED+ JP1 zasilanie podświetlenia(anoda) 20 LED- GND zasilanie podświetlenia(katoda) (PF1iPF2)orazzasilanie(GND, +5V).Wtab.4przedstawionosposóbwyprowadzeniasygnałówTX,RX,PF1,PF2izasilanianazłączeSCI(2 3styki).Jegoumiejscowieniewpobliżu dwóch wsporników przy złączu COM1 umożliwia wykonanie modułu(nakładki) konwertującego sygnały UART na inne typy transmisji(np. USB lub Bluetooth). Tablica 4: Złącze SCI RX 1 2 GND TX 3 4 PF2 PF V Układ MAX3232(IC4) zapewnia konwersję poziomów napięciowych portu szeregowego do standardu RS232 na złączu COM1. Zastosowano gniazdo DB9F połączone jako DCE(Data Communication Equipment), co pozwala na przyłączenie płytki do portu COM PC kablem typu przedłużacz(bez krzyżowania linii). W tab. 5 podano rozmieszczenie sygnałów na tym złączu. Tablica 5: Złącze COM1 DCD 1 6 DSR RXD 2 7 RTS TXD 3 8 CTS DTR 4 9 RI GND 5 UWAGA:sygnałRXD(ReceiveData)złączaRS232typuDCEjestpołączonyzlinią TX 6

7 mikrokontrolera, a TXD(Transmit Data)- z RX. Sygnał PF1możnawykorzystaćjakowejścieRTS(RequesttoSend),aPF2jakowyjście CTS(Clear to Send). Aby używać interfejsu RS232 trzeba ustawić zwory JP4 i JP5 w położeniu 1-2. Zwora JP3 w położeniu 1-2 pozwala uzyskać potwierdzenie gotowości RTS CTS bez udziału mikrokontrolera. Sygnał wejściowy DTR(Data Terminal Ready) jest zwarty z DSR(Data Set Ready) i DCD(Data Carrier Detect), co zapewnia poprawne działanie złącza(automatyczną gotowość) w trybie Null Modem. Zasilanie Napięcie zasilania płytki(+5v) jest stabilizowane układem IC3(nie 7805, jak na schemacie, ale Very Low Drop- L4941B). Doprowadzenie napięcia z gniazda 9V do tego układu przez mostek prostowniczy pozwala na bezpieczne stosowanie zewnętrznych zasilaczy o dowolnej polaryzacji wtyku. Zalecane napięcie wyjściowe zasilacza to 9V, dopuszczalny zakres: 8-15V. Wyłącznik zasilania ON/OFF i zielona dioda LED uzupełniają układ. 3 Opisy łączówek i zwór Sygnały mikrokontrolera wyprowadzono na złącza kabli taśmowych umieszczone wzdłuż prawej krawędzi płytki. Są one oznaczone: QSPI, TPU, PEF. Złącze QSPI Moduł QSPI[1] służy do komunikacji urządzeniami zewnętrznymi przy pomocy szeregowej transmisji synchronicznej. Używa sygnałów MISO- Master In Slave Out, MOSI- Master Out Slave In,SCK-SerialClockiPCS[0..3]-PeripheralChipSelect.Sąonewyprowadzonenazłącze QSPIwsposóbpokazanywtab.6. Tablica 6: Złącze QSPI GND 1 2 PCS0 3 4 PCS1 PCS2 5 6 PCS3 SCK 7 8 MISO MOSI 9 10 GND Złącze TPU Moduł TPU[3] jest rozbudowanym układem czasowo-licznikowym wyposażonym we własną jednostkę obliczeniową, programowaną w mikrokodzie. Fabrycznie dostępny zestaw funkcji(np. PWM- Pulse Width Modulation, QDEC- Quadrature Decoder, ITC- Input Transitiom Counter, DIO- Discrete Input Output) można rozszerzać samodzielnie, tworząc odpowiedni mikrokod i ładując go do pamięci. TPU ma 16 jednakowych kanałów, z których każdy obsługuje jeden sygnał(wejściowy lub wyjściowy, w zależności od wybranej funkcji). Rozmieszczenie sygnałów nazłączutpupokazanowtab.7. Złącze PEF Porty równoległe E i F mikrokontrolera wraz z napięciem zasilającym +5V są wyprowadzone nazłączepefwsposóbpodanywtab.8.każdyzportówjestośmiobitowy.każdybitportu możepracowaćjakowejścielubjakowyjście.wejścia PF1do PF7portuFmogazostaćoprogramowane jako wejścia przerwań zewnętrznych dla odpowiednich poziomów. 7

8 Tablica 7: Złącze TPU GND 1 2 TP0 3 4 TP1 TP2 5 6 TP3 TP4 7 8 TP5 TP TP7 TP TP9 TP TP11 TP TP13 TP TP GND Tablica8:ZłączeportówEiF GND 1 2 PE0 3 4 PE1 PE2 5 6 PE3 PE4 7 8 PE5 PE PE PF1 PF PF3 PF PF5 PF PF GND UWAGA:NiektórebityportówEiFsąjużwykorzystanenapłytcedoobsługiwbudowanych na niej urządzeń. Złącza i sygnały modułu em332 W tab. 9 podano rozmieszczenie sygnałów na złączach modułu em332[4]. Sygnały wykorzystane na płytce zestawiono w tab. 10. Zwory na płytce W tab. 11 zebrano informacje o zworach umieszczonych na płytce i podano ich domyślne ustawienia. Literatura [1] QSM Queued Serial Module Reference Manual, QSMRM/AD, Motorola Inc., [2] MC68332 User s Manual, MC68332UM/AD Rev. 1, Motorola Inc., [3] TPU Time Processor Unit Reference Manual, TPURM/AD Rev. 3, Motorola Inc., [4] Wnuk M., Moduł z mikrokontrolerem MC68332, Raport ICT serii SPR, nr 7/2004, Wrocław [5]WnukM.,ICD-InterfejsBDMdlaCPU32,RaportICTseriiSPR,nr8/2004,Wrocław

9 Tablica 9: Złącza modułu em332 złącze L złącze P 2 VCC VCC GND GND 3 4 RESET RxD TxD/PQS7 CLKOUT 5 6 IRQ7/PF7 PCS3/PQS PCS2/PQS5 IRQ6/PF6 7 8 IRQ5/PF5 PCS1/PQS PCS0/PQS3 IRQ4/PF IRQ3/PF3 SCK/PQS MOSI/PQS1 IRQ2/PF IRQ1/PF1 MISO/PQS A18 TSTME/TSC RW A A16 SIZ0/PE SIZ1/PE7 A A14 DS/PE AS/PE4 A A12 AVEC/PE RMC/PE3 A A10 DSACK1/PE DSACK0/PE0 A A8 D D14 A A6 D D12 A A4 D D10 A A2 D D8 A A0 D D6 TP TP0 D D4 TP TP2 D D2 TP TP4 D D0 TP TP6 CS3/PC0/FC CS4/PC1/FC1 TP TP8 CS5/PC2/FC CS8/PC5 TP TP10 CS9/PC CS10 TP TP T2CLK TP TP14 GND VCC VCC GND [6] Freescale Semiconductors 9

10 sygnał opis Tablica 10: Sygnały MC68332 wykorzystane na płytce kierunek zastosowanie na płytce RxD dane odbierane SCI I TXD ze złącza COM1 lub wejście ze złącza SCI(JP5) TxD dane nadawane SCI O RXD na złącze COM1 i wyjście na złącze SCI TP10 sygnał kanału 10. TPU O sterowanie podświetleniem LCD(JP1) TP13 sygnał kanału 13. TPU I odczyt przycisku S1 TP14 sygnał kanału 14. TPU I odczyt przycisku S2 TP15 sygnał kanału 15. TPU I odczyt przycisku S3 PF1 bit1.portuf I RTSzezłączaCOM1lubwejściezezłączaSCI(JP4) PF2 bit2.portuf O CTSnazłączeCOM1iwyjścienazłączeSCI PF3 bit 3. portu F I do testowania zwory DEMO1/2 PE0 bit 0. portu E O 0- włączenie LED4(niebieska) PE1 bit 1. portu E O 0- włączenie LED3(czerwona) PE2 bit 2. portu E O 0- włączenie LED2(biała) PE3 bit 3. portu E O 0- włączenie LED1(biała) PE4 bit 4. portu E O 0- włączenie brzęczyka PE6 bit 6. portu E O wybór czcionki(fs) graficznego LCD PE7 bit7.portue O 0-reset(RST)graficznegoLCD RESET restart IO przycisk RESET na płytce R/W kierunek danych O dla alfanumerycznego LCD CS9 dekoder adresowy O wybór układu LCD CS8 dekoder adresowy O sygnał RD graficznego LCD CS10 dekoder adresowy O sygnał WR graficznego LCD A0 bit 0. adresu O wybór rejestru LCD D[15:8] magistrala danych IO dla LCD nazwa funkcja Tablica 11: Zwory na płytce ustawienie działanie JP1 podświetlenielcd 1-2 stałe 2-3 sterowaneztp10 JP2 BDM dla TPU 1-2 włączony(test przy restarcie) 2-3 wyłączony JP3 NullModem 1-2 PF1zwartezPF2 brak połączenia JP4 RTSzCOM1 1-2 RTSpołączonezPF1 brak połączenia JP5 TXD z COM1 1-2 TXD połączone z RX DEMO1/2 wybór programu 1-2 stan niski na P F stanwysokina PF3 10