GrandEVBavr płyta ewaluacyjna dla mikrokontrolerów AVR. REV 1.0 Instrukcja uŝytkownika Evalu ation Board s for 51, AVR, ST, PIC microcontrollers Sta- rter Kits Embedded Web Serve rs Prototyping Boards Minimodules for microcontrollers, etherdesigning Evaluation Boards for net controllers, RFID High Spe- ed In System programmers for AVR, PIC, ST microcontrollers Microprocesor systems, PCB 51, AVR, ST, PIC microcontrollers Starter Kits Embedded Web Servers Prototyping Boards mi- nimodules for microcontrollers, ethernet controllers, RFID High Speed In Systems programme- rs for AVR, PIC, ST microcontrlollers Microprocesor systems, PCB designing Evaluation Boards for `51, AVR, ST, PIC microcontrollers Starter Kits Embe- dded Web Serwers Prototyping Boards Minimodules for microcontrollercontrollers, ethernet controllers, High Speed In System program- mers for AVR, PIC, ST microco- Microprocesor R Many ideas one solution Systems, PCB Designing Evaluation Boards
Spis Treści 1 Wprowadzenie... 3 1.1 Cechy... 4 1.2 Obsługiwane mikrokontrolery... 5 2 Zaczynamy... 6 2.1 Wymagania sprzętowe i programowe... 6 2.2 Rozmieszczenie elementów na płycie... 7 2.3 Uruchomienie zestawu... 8 2.4 Programowanie mikrokontrolerów AVR... 10 3 Opis części sprzętowej... 11 3.1 Układ zasilania... 11 3.2 Gniazda mikrokontrolerów... 12 3.3 Układ zegarowy... 15 3.4 Porty mikrokontolera... 16 3.5 Diody LED... 16 3.6 Przyciski... 17 3.7 Przekaźniki... 17 3.8 Sygnalizator akustyczny... 18 3.9 Siedmiosegmentowe wyświetlacze LED... 18 3.10 Wyświetlacz alfanumeryczny LCD... 19 3.11 Wyświetlacz graficzny... 19 3.12 Interfejs RS-232... 20 3.13 Interfejs USB... 20 3.14 Interfejs LAN... 21 3.15 Złącze I 2 C... 21 3.16 Interfejs 1WIRE... 22 3.17 Driver... 22 3.18 Interfejs PS2... 23 3.19 Pamięć FLASH... 23 3.20 Pamięć EEPROM... 24 3.21 Pamięć SRAM... 24 3.22 Układy logiczne CMOS... 25 3.23 Pole prototypowe... 25 3.24 Złącze na kartę prototypową... 26 3.25 Potencjometry... 26 3.26 Termometr LM35... 27 3.27 Fotorezystor... 27 3.28 Zegar czasu rzeczywistego DS1307... 28 3.29 Przetwornik analogowo-cyfrowy ADC i cyfrowo-analogowy DAC... 28 3.30 Nadajnik i odbiornik podczerwieni... 29 4 Opis złącz i zworek... 30 4.1 Złącza... 30 4.2 Zworki... 34 4.3 Diody LED i przyciski... 34 5 Diagnostyka uszkodzeń... 35 6 Dane techniczne... 36 7 Pomoc techniczna... 37 8 Przykładowe oprogramowanie... 37 9 Schemat... 37 10 Gwarancja... 37 2
1 1 Wprowadzenie GrandEVBavr powstał z myślą o udostępnieniu projektantowi systemów opartych na mikrokontrolerach AVR firmy Atmel, bazy sprzętowej umoŝliwiającej w szybki i łatwy sposób realizację i weryfikację swojego pomysłu. Główny cel jaki nam przyświecał, było stworzenie platformy na której moŝna zaimplementować i testować niemal wszystkie dostępne 8-bitowe mikrokontrolery AVR w obudowach DIP, czy teŝ SMD przy zastosowaniu odpowiedniego adapteru. Mając to na uwadze płyta została zaprojektowana w ten sposób, aby uŝytkownik miał dostęp do wszystkich portów procesora wyprowadzonych na złącza. Płyta została bogato wyposaŝona w róŝnorodne peryferia i złącza rozszerzeń które stanowią znakomitą bazę pod przyszłe projekty począwszy od prostych, wykorzystujących przełączniki, diody LED czy buzzer, aŝ po te najbardziej zaawansowane komunikujące się poprzez interfejs USB, czy realizujące dostęp do pamięci SRAM. Najbardziej zaawansowani uŝytkownicy mogą podłączyć swój projekt do sieci INTERNET przy uŝyciu karty sieciowej, która stanowi jedną z naszych gotowych propozycji rozbudowy systemu. Na płycie zostały takŝe umieszczone peryferia, takie jak: termometr LM35, dwa przekaźniki, dwa potencjometry, źródło napięcia referencyjnego, źródło napięcia regulowanego, przetwornik A/C oraz C/A, zegar czasu rzeczywistego, pamięć EEPROM, pamięć FLASH, pamięć SRAM, 4 siedmiosegmentowe wyświetlacze LED, 8 kanałowy driver, złącze PS2 do podłączenia klawiatury bądź myszki, fotorezystor, odbiornik i nadajnik podczerwieni, interfejs USB, interfejs RS232, złącze 1-Wire, złącze I 2 C. Opcjonalnie płytę moŝna wyposaŝyć w wyświetlacz LCD 2x16, wyświetlacz graficzny o rozdzielczości 128 x 64 pikseli, czy teŝ interfejs LAN. Wszystkie te elementy są dostępne na złączach szpilkowych, pozwalając na podłączenie ich do portu np. procesora. Na płycie jest umieszczony układ mostka i stabilizatora zwalniający uŝytkownika z obowiązku dostarczania stałego napięcia stabilizowanego. Pomyśleliśmy równieŝ o samodzielnej rozbudowie układu przez uŝytkownika oddając do jego ręki pole prototypowe oraz złącze do kart rozszerzeń, dające uŝytkownikowi moŝliwość dołączenia w łatwy sposób innych elementów i dowolnej ich konfiguracji. Szereg zworek konfiguracyjnych pozwala na własną konfigurację systemu nie narzucając zastosowanych rozwiązań. Wraz z płytą dostępne są kody źródłowe programów pozwalające na przetestowanie dostępnych zasobów. śyczymy samych sukcesów i duŝo satysfakcji przy projektowaniu i konstruowaniu urządzeń w oparciu o GrandEVBavr. 3
1.1 Cechy Gniazda dla szerokiej gamy mikrokontrolerów z rodziny AVR. Złącza programujące ISP (In-System Programming) Złącza programujące JTAG dla OCD (On-Chip Debugging) Wszystkie porty I/O mikrokontrolerów dostępne w łatwy sposób przy pomocy złącz szpilkowych Napięcie bazowe VTG układu regulowane od 1.25 do 5V Stałe oraz regulowane precyzyjne źródło napięcia referencyjnego VREF Podstawka pod rezonator kwarcowy Zewnętrzny oscylator RC 8 mikro przełączników i 8 diod LED do ogólnego zastosowania Sygnalizator dźwiękowy (buzzer) Detektor natęŝenia światła (fotorezystor) 2 przekaźniki 2 potencjometry Termometr z wyjściem napięciowym LM35 Nadajnik i odbiornik podczerwieni Moduł interfejsu sieciowego LAN (1) Interfejs USB Port RS232 do ogólnego zastosowania Driver ośmiokanałowy Gniazdo PS2 dla myszki bądź klawiatury Złącze 1-Wire Złącze I 2 C Wyświetlacz alfanumeryczny LCD 2x16 znaków Poczwórny wyświetlacz LED siedmiosegmentowy Wyświetlacz graficzny 128 na 64 pixele (1) Zegar czasu rzeczywistego I 2 C wraz z baterią litową Przetwornik A/C oraz C/A sterowany I 2 C Pamięć SRAM 128kB wraz zatrzaskiem adresu Pamięć Flash SPI o pojemności do 16-Mbit (2) Pamięć EEPROM I 2 C o pojemności do256 kb (2) Dodatkowe układy CMOS pozwalające na realizację bankowania i adresowania Pole prototypowe Złącze - slot (standard PC/ISA ) dla kart rozszerzeń i płytek prototypowych Pola testowe dla VTG, GND, AREF, AGND Wydzielenie mas, cyfrowej GND i analogowej AGND Łatwa konfiguracja systemu przy pomocy zworek Otwartość konstrukcji na przyszłe projekty (1) Montowany w zaleŝności od wersji GrandEVBavr (2) Opcja 4
1.2 Obsługiwane mikrokontrolery Płyta GrandEVBavr umoŝliwia programowanie i testowanie mikrokontrolerów AVR firmy Atmel, począwszy od najprostszych ATtiny w obudowie o ośmiu wyprowadzeniach, aŝ po najbardziej rozbudowane mikrokontrolery z serii ATmega. Mikrokontroler instalowany jest do odpowiedniego gniazda na płycie (podstawki) i programowany poprzez dedykowane złącze ISP bądź JTAG. DuŜa część mikrokontrolerów występuje w obudowie DIP i dla nich przeznaczone są gniazda od SOC1 do SOC8. Ze względu na fakt, Ŝe najbardziej zaawansowane mikrokontrolery ATmega występują tylko w obudowie SMD, dla nich przeznaczone są odpowiednie adaptery osadzane w gniazda SOC8 oraz SOC9. AT90CAN128 AT90CAN128 Automotive AT90CAN32 AT90CAN32 Automotive AT90CAN64 AT90CAN64 Automotive AT90S1200 AT90S2313 AT90S2323 AT90LS2323 AT90S2333 AT90LS2333 AT90S2343 AT90LS2343 AT90S4434 AT90LS4433 AT90S8515 AT90S8535 ATmega103 ATmega103L ATmega128 ATmega128L ATmega1280 ATmega1280V ATmega1281 ATmega1281V ATmega16 ATmega16L ATmega162 ATmega164P ATmega168 ATmega168P ATmega2560 ATmega2560V ATmega2561 ATmega2561V ATmega32 ATmega32L ATmega323 ATmega323L ATmega324P ATmega328P ATmega48 ATmega48P ATmega64 ATmega64L ATmega640 ATmega644 ATmega603 ATmega603L ATmega644P ATmega64RZAPV ATmega64RZAV ATmega8 ATmega8 L ATmega8515 ATmega8515 L ATmega8535 ATmega8535L ATmega88 ATmega88P ATtiny12 ATtiny13 ATtiny15L ATtiny2313 ATtiny24 ATtiny25 ATtiny26 ATtiny261 ATtiny44 ATtiny45 ATtiny461 ATtiny84 ATtiny85 ATtiny861 5
2 2 Zaczynamy Układ ewaluacyjny GrandEVBavr stanowi integralną cześć systemu uruchomieniowego w którego skład w zaleŝności od wersji wchodzą: płyta GrandEVBavr, zasilacz, programator ISPcableIII, płyta CD z oprogramowaniem, karty prototypowe, mikrokontroler AVR ATmega128, kable do połączeń między portami mikrokontrolera a peryferiami (10-Ŝył 2 sztuki, 1-Ŝyła 10 sztuk) zworki (jumperki) 2.1 Wymagania sprzętowe i programowe Procesor 400Mhz (Pentium rekomendowany) 256 MB RAM 50 MB wolnego miejsca na dysku Windows 98, Windows NT 4.0, Windows 2000, XP lub wyŝszy Port drukarki LPT (Centronics) (1) RS232 port (115200 bodów) (2) Port USB (3) Zasilacz 9-12 DC lub 7-9 AC min.750ma (4) Uwagi: 1: W wersji z programatorem ISPcable I 2: W wersji z programatorem ISPcable II 3: W wersji z programatorem ISPcable III 4: W wersji bez zasilacza 6
2.2 Rozmieszczenie elementów na płycie 7
1. Złacza ISP i JTAG 2. Złącze PS2 3. Interfejs USB 4. Interfejs LAN (opcja) 5. Złącze do RS232 6. 8 kanałowy driver 7. Złącza przekaźników dołączone do przekaźników na płycie 8. Wejście napięcia zasilania z mostkiem prostowniczym umoŝliwiające zasilanie napięciem DC lub AC 9. Pole prototypowe 10. Źródło napięcia regulowanego 11. Źródło napięcia referencyjnego 12. Potencjometry 13. Włącznik zasilania płyty 14. Buzzer 15. Przyciski 16. Diody LED 17. Wyświetlacze siedmiosegmentowe 18. Termometr LM35 19. Nadajnik i odbiornik podczerwieni 20. Fotorezystor 21. Złącze do 1-Wire 22. Przycisk RESET 23. Podstawki dla mikrokontrolerów 24. Pamięć FLASH 25. Rezonator kwarcowy 26. Złącze dla kart rozszerzeń 27. Cyfrowe układy logiczne 28. Pamięć SRAM 29. Porty mikrokontrolera oraz złącza wszystkich peryferii dostępnych na płycie 30. Pamięć EEPROM 31. Zegar czasu rzeczywistego DS1307 32. Wyświetlacz LCD (opcja) 33. Wyświetlacz graficzny 128x64 pixeli (opcja) 34. Przetwornik A/C oraz C/A 2.3 Uruchomienie zestawu System GrandEVBavr jest dostarczany wraz z modułem adaptacyjnym ADPmega i mikrokontrolerem ATmega128 umieszczonym w gnieździe SOC8. Domyślne ustawienie zworek pozwala na uruchomienie programu zawartego w mikrokontrolerze zasilanym napięciem VTG o wartości 5V, oraz zewnętrznym rezonatorem 16MHz. Złącze programatora podłączamy do odpowiedniego do gniazda (1) znajdującego się na tylnej krawędzi płyty. W przypadku układu ATmega128 oraz programatora ISP jest to złącze ISP SOC8. Podłączenie dla innych mikrokontrolerów opisano w rozdziale 3. Do gniazda zasilającego (8) podłączamy zasilacz. Następnie uruchamiamy płytę przełącznikiem POWER (13). Obecność napięcia zasilania sygnalizowana jest diodą LED. Płyta powinna być zasilana z zewnętrznego zasilacza o napięciu 7 12V AC, lub 9 15V DC, przy pomocy standardowego wtyku o średnicy bolca 2.1 mm umieszczonego w gnieździe zasilającym. Wewnętrzny układ stabilizatorów wyposaŝony jest w mostek prostowniczy więc polaryzacja napięcia zasilania jest nieistotna. 8
Rysunek 1. Podłączenie programatora Mikrokontroler znajdujący się w zestawie, został zaprogramowany programem testowym zapalającym diody LED. Diody zapalają się według sekwencji wybieranej przy pomocy klawiszy. W celu uruchomienia programu testowego naleŝy dokonać połączeń portu C z przyciskami KEY, oraz portu F z diodami LED, tak jak przedstawia to poniŝszy rysunek. Rysunek 2. Domyślne ustawienie GrandEVBavr Przed włączeniem zasilania, prosimy o sprawdzenie poprawności umieszczenia adaptera z układem ATmega128 w płycie GrandEVBavr. 9
2.4 Programowanie mikrokontrolerów AVR Programator ISPcableIII jest kontrolowany poprzez program AVR Studio. Instrukcja obsługi i konfiguracja tego oraz innych programatorów firmy Propox, została zawarta w dokumentacji technicznej programatorów. Pierwszym krokiem po uruchomieniu programu AVR Studio jest wybranie typu programowanego mikrokontrolera, Klikając na otworzy się okno przedstawione poniŝej: Rysunek 3. Okno programowania AVR Studio W polu Device wybieramy programowany układ. W celu zaprogramowania mikrokontrolera plikiem *.hex, w polu Flash podajemy lokalizację pliku np. example1.hex. Przy pomocy przycisku PROGRAM programujemy mikrokontroler. Dioda LED ISP sygnalizuje proces programowania. Dokładna instrukcja obsługi programatorów i aplikacji sterującej zawarta została w dokumentacji programatorów. Uwaga! NaleŜy zachować ostroŝność przy ustawianiu Fuse bitów. Odłączenie RESETu uniemoŝliwi programowanie niektórych układów poprzez interfejs ISP lub JTAG!!! 10
3 3 Opis części sprzętowej 3.1 Układ zasilania Na płycie znajdują się cztery źródła napięć: 1) Stabilizowane +5V 2) Regulowane w zakresie 1.25 do 5V 3) Referencyjne VREF regulowane od 0V do 5V 4) Napięcie stałe DC VCC pochodzące z zewnętrznego zasilacza Napięcie +5V uzyskiwane jest ze stabilizatora LM7805. MoŜe być wykorzystane do zasilania mikrokontrolera. Zasila takŝe niektóre peryferia, nie mogące pracować przy niŝszym napięciu. Dotyczy to m.in. wyświetlacza LCD 2x16, wyświetlacza graficznego GLCD, karty sieciowej LAN. Maksymalny prąd nie powinien przekroczyć 600mA. Stabilizator LM317 słuŝy do wytworzenia stabilizowanego napięcia regulowanego w zakresie od 1.25V do 5V. Regulacji dokonujemy potencjometrem VADJ (P1). Maksymalny prąd pobierany z tego zasilacza nie powinien przekroczyć 600mA. Napięcie referencyjne VREF, wytwarzane jest za pomocą układu OP07 oraz LM285. Napięcie VREF regulowane jest precyzyjnym potencjometrem VREF (P2), w zakresie od 0 do 5V. Napięcie referencyjne AREFuC zasilające wewnętrzne przetworniki mikrokontrolera, uzyskiwane jest z napięcia VREF w przypadku kiedy zworka jest załoŝona. Napięcie docelowe VTG (Voltage Target) zasilające mikrokontroler oraz peryferia, wybierane jest za pomocą zworki VTG SEL. między napięciem +5V (pozycja 5V) a regulowanym (pozycja vadj.) od 1.25 do 5V za pomocą potencjometru VADJ. Dodatkowe punkty pomiarowe znajdujące się przy prawej krawędzi płyty, ułatwiają pomiar i regulację napięcia. Na płycie w wielu miejscach znajdują się dodatkowe złącza szpilkowe VTG, GND oraz +5V pozwalające na łatwe podłączenie dodatkowych układów. 11
Rysunek 4. Układ zasilania 3.2 Gniazda mikrokontrolerów Mikrokontroler który chcemy programować (testować), instalujemy do odpowiedniego gniazda (socket), które znajdują się w lewej części płyty. Z kaŝdym gniazdem stowarzyszone jest złącze programatora ISP, oraz JTAG jeśli ten tryb jest obsługiwany przez mikrokontroler. Złącza do podłączenia programatora znajdują się w lewej górnej części płyty. Mikrokontroler instalujemy do odpowiedniego gniazda (SOCx) na płycie (23). Czynność tą musimy wykonać ostroŝnie aby nie uszkodzić delikatnych wyprowadzeń mikrokontrolera, zwracając uwagę na prawidłową orientacje elementu. Uwaga! Niepoprawna instalacja mikrokontrolera (osadzenie na odwrót lub w niewłaściwym gnieździe) grozi uszkodzeniem układu!!! NaleŜy sprawdzić czy zaimplementowany mikrokontroler nie wymaga zewnętrznego rezonatora kwarcowego. Szczegóły dotyczące układu zegarowego, opisano w następnym rozdziale. Przyporządkowanie gniazd w zaleŝności od typu mikrokontrolera przedstawiono w tabeli. 12
MIKROKONTROLER GNIAZDO NA PŁYCIE Gniazdo ISP Gniazdo JTAG UWAGI AT90CAN128 SOC8 ISP SOC8 JTAGSOC8SOC9 AT90CAN128 Automotive SOC8 ISP SOC8 JTAGSOC8SOC9 AT90CAN32 SOC7 ISP SOC7 JTAGSOC8SOC9 AT90CAN32 Automotive SOC8 ISP SOC8 JTAGSOC8SOC9 AT90CAN64 SOC8 ISP SOC8 JTAGSOC8SOC9 AT90CAN64 Automotive SOC8 ISP SOC8 JTAGSOC8SOC9 AT90S2313 SOC4 ISP SOC4 - NaleŜy dołączyć rezonator kwarcowy do PA0 i PA1 AT90L(S)2323 SOC1 ISP SOC1 - NaleŜy dołączyć rezonator kwarcowy do PB3 i PB4 AT90L(S)2333 SOC5 ISP SOC5 - NaleŜy dołączyć rezonator kwarcowy do PB6 i PB7 AT90L(S)2343 SOC1 ISP SOC1 - AT90L(S)4433 SOC5 ISP SOC5 - NaleŜy dołączyć rezonator kwarcowy do PB6 i PB7 AT90S8515 SOC6 ISP SOC6 - AT90S8535 SOC7 ISP SOC7 - ATmega103(L) SOC8 ISP SOC8 - ATmega128(L) SOC8 ISP SOC8 JTAGSOC8SOC9 ATmega1280(V) SOC9 ISP SOC9 JTAGSOC8SOC9 ATmega1281(V) SOC8 ISP SOC8 JTAG SOC8 ATmega16(L) SOC7 ISP SOC7 JTAG SOC7 ATmega161(L) SOC6 ISP SOC6 - ATmega162 SOC6 ISP SOC6 JTAG SOC6 ATmega164P SOC7 ISP SOC7 JTAG SOC7 ATmega168(P) SOC5 ISP SOC5 - ATmega168(V) SOC5 ISP SOC5 - ATmega2560V SOC9 ISP SOC9 JTAGSOC8SOC9 ATmega2561V SOC8 ISP SOC8 JTAGSOC8SOC9 ATmega32(L) SOC7 ISP SOC7 JTAG SOC7 ATmega323(L) SOC7 ISP SOC7 JTAG SOC7 ATmega324P SOC7 ISP SOC7 JTAG SOC7 ATmega328P SOC5 ISP SOC5 - ATmega48(P) SOC5 ISP SOC5 - ATmega64(L) SOC8 ISP SOC8 JTAGSOC8SOC9 ATmega603(L) SOC8 ISP SOC8 - ATmega640 SOC9 ISP SOC9 JTAGSOC8SOC9 ATmega644 SOC7 ISP SOC7 JTAG SOC7 ATmega644P SOC7 ISP SOC7 JTAG SOC7 Tabela 5. Przyporządkowanie gniazd w zaleŝności od mikrokontrolera 13
MIKROKONTROLER GNIAZDO NA PŁYCIE Gniazdo ISP Gniazdo JTAG UWAGI ATmega64RZAV SOC7 ISP SOC7 - ATmega64RZAPV SOC7 ISP SOC7 - ATmega8(L) SOC5 ISP SOC5 - ATmega8515 SOC6 ISP SOC6 - ATmega8535 SOC7 ISP SOC7 JTAG SOC7 ATmega88(P) SOC5 ISP SOC5 - ATtiny12 SOC1 ISP SOC1 - ATtiny13 SOC1 ISP SOC1 - ATtiny15L SOC1 ISP SOC1 - PB.2 i PB.3 na płycie zamienione miejscami ATtiny2313 SOC4 ISP SOC4 - ATtiny24 SOC2 ISP SOC2 - ATtiny25 SOC1 ISP SOC1 - ATtiny26 SOC3 ISP SOC3 - ATtiny261 SOC3 ISP SOC3 - ATtiny44 SOC2 ISP SOC2 - ATtiny45 SOC1 ISP SOC1 - ATtiny461 SOC3 ISP SOC3 - ATtiny84 SOC2 ISP SOC2 - ATtiny85 SOC1 ISP SOC1 - ATtiny861 SOC3 ISP SOC3 - Tabela 6. Przyporządkowanie gniazd w zaleŝności od mikrokontrolera (cd.) 14
3.3 Układ zegarowy Mikrokontrolery mogą pracować z zewnętrznym rezonatorem kwarcowym lub układem RC. Zainstalowana podstawka umoŝliwia, zastosowanie róŝnych rezonatorów kwarcowych w przedziale od 32kHz do 16MHz. JeŜeli mikrokontroler posiada dedykowane wyprowadzenia tylko dla rezonatora (XTAL1, XTAL2), wystarczy załoŝyć zworki XTAL1 oraz XTAL1. Rysunek 7. Zewnętrzny układ taktowania Rysunek 8. Zewnętrzny układ taktowania Zworka RC pozwala na podłączenie układu RC (R26 C18) w przypadku, gdy chcemy taktować mikrokontroler zewnętrznym oscylatorem RC. UŜytkownik moŝe zainstalować precyzyjny oscylator kwarcowy XO dla którego przeznaczono miejsce na płycie obok rezonatora. Korzystając z oscylatora, zworka XO musi być załoŝona. Korzystając z układu RC i XO zworki XTAL1 i XTAL2 muszą być zdjęte. 15
3.4 Porty mikrokontrolera Wszystkie porty mikrokontrolerów dostępne są na płycie na złączach szpilkowych oznaczonych literami od A do L.. To, które porty są w danej chwili dostępne zaleŝy od zastosowanego mikrokontrolera. Największą ilość portów posiadają mikrokontrolery w obudowach TQFP100 (np. ATmega2560), najmniejszą zaś w obudowach 8DIP. KaŜdy port z wyjątkiem portu G składa się z ośmiu pinów oznaczonych od 0 do 7. Wyprowadzenia portów łączymy z wyprowadzeniami peryferii za pomocą jednoŝyłowych kabelków jak pokazano to na rys.9 3.5 Diody LED Rysunek 9. Połączenie za pomocą kabelka peryferyjnego Płyta posiada 8 diod LED, które stanowią najprostszy interfejs pomiędzy systemem a uŝytkownikiem, co jest szczególnie waŝne dla początkujących programistów. Budowa płyty pozwała na dowolne połączenie diod. Włączenie diody moŝe nastąpić po podaniu stanu niskiego na pin LDn skojarzony z odpowiednim LED-em. Rysunek 10. Implementacja diod LED 16
3.6 Przyciski Płyta wyposaŝona jest w 8 mikro-przełączników. Wciśnięcie jednego z nich powoduje pojawienie się stanu niskiego na odpowiednim złączu szpilkowym skojarzonym z odpowiednim przyciskiem. Rysunek 11. Implementacja przycisków 3.7 Przekaźniki Zastosowano 2 przekaźniki, które sterowne są poprzez tranzystor. Bazy tranzystorów są wyprowadzone na złącze RLY jako REL1 oraz REL2 natomiast końcówki przekaźników: NC, NO, COM do złącz śrubowych, pozwalając uŝytkownikowi na sterowanie zewnętrznymi układami. Rysunek 12. Schemat przekaźnika 17
3.8 Sygnalizator akustyczny Płyta zawiera sygnalizator akustyczny włączany stanem niskim podanym na bazę tranzystora. Baza tranzystora jest wyprowadzona na złącze MISC jako BUZZ. Rysunek 13. Implementacja sygnalizatora akustycznego 3.9 Siedmiosegmentowe wyświetlacze LED Na płycie znajdują się 4 wyświetlacze 7-segmentowe. Stanowią one interfejs pomiędzy systemem a uŝytkownikiem, pozwalający na wyświetlenie do 4 znaków. KaŜdy wyświetlacz posiada 2 anody, 7 segmentów oraz DP, które stają się aktywne po podaniu stanu niskiego na odpowiedni pin. Rysunek 14. Podłączenie wyświetlacza 7-segmentowego 18
3.10 Wyświetlacz alfanumeryczny LCD W płycie umieszczono złącze do wyświetlacza alfanumerycznego LCD z wbudowanym sterownikiem Hitach HD44780.. Ze złącza poprowadzone są cztery linie danych i dwie linie sterujące, tj. linia strobu E i linia sterująca R/S. Następnie wszystkie te linie są połączone ze złączem szpilkowym, skąd dalej wyświetlacz moŝe być podłączony do procesora. Linia R/W wyświetlacza dołączona jest na stałe do masy. Złącze kontrastu jest wyprowadzone na zewnątrz. Regulacja kontrastu moŝe wiec się odbywać poprzez sterowanie dołączonym potencjometrem CONTRAST (załoŝona zworka między VC a CTR) lub programowo z procesora. Podświetlenie moŝe być załączone poprzez podanie stanu wysokiego na wyprowadzenie LTG. Rysunek 15. Złącze wyświetlacza alfanumerycznego 3.11 Wyświetlacz graficzny W płycie umieszczono złącze do wyświetlacza graficznego LCD AV-G12864B1- A601-R o rozdzielczości 128 x 64 pixeli. Posiada on sterownik Toshiba T6963C. Charakteryzuje się wbudowanym generatorem znaków. Ze złącza poprowadzone są sygnały sterujące C/D (Command / Date), /CE (Chip Enable), FS (Font Select). Ośmiobitowa linia danych (DB0-DB7) wyświetlacza, podłączona jest do wspólnej magistrali danych razem z pamięcią SRAM oraz LAN i dostępna jest na złączu HDR PA[7..0]. ZałoŜenie zworek na to złącze powoduje podłączenie tej magistrali do portu A mikrokontrolera. Podświetlenie moŝe być załączone poprzez podanie stanu wysokiego na wyprowadzenie LTG. Regulacja kontrastu odbywa się poprzez potencjometr CONTRAST (R58). Zworka /RST GLCD w pobliŝu wyświetlacza, łączy wyprowadzenie /RST wyświetlacza z układem resetu systemu. Rysunek 16. Złącze wyświetlacza graficznego 19
3.12 Interfejs UART (RS-232) Na płycie umieszczone jest złącze DB-9 połączone z konwerterem stanów ST3232. Z drugiej strony konwertera są złącza szpilkowe z końcówkami układu konwertera pozwalające na podłączenie się do procesora. Przepływ danych sygnalizują diody LED. Rysunek 17. Implementacja interfejsu UART 3.13 Interfejs USB Na płycie umieszczono interfejs USB z wykorzystaniem układu FTDI FT232RL. Zworka JP38 słuŝy do ustalenia poziomu jedynki logicznej 3.3V lub 5V. Rysunek 18. Implementacja interfejsu USB 20
3.14 Interfejs LAN Na płycie jest umieszczone złącze dla modułu LAN MMlan02 firmy PROPOX. Sygnał danych D0-D7 podłączony są razem z pamięcią SRAM i wyprowadzone zostały na połowie złącza HDR_PA[7..0]. Pozostałe sygnały dostępne są na złączu LAN. Rysunek 19. Moduł LAN Rysunek 20. Złącze LAN 3.15 Złącze I 2 C UmoŜliwia podłączenie układów pracujących pod kontrolą interfejsu I 2 C. Dotyczy to pamięci EEPROM, zegara czasu rzeczywistego DS1307, oraz przetwornika A/C i C/A. Rysunek 21. Złącze magistrali I 2 C 21
3.16 Interfejs 1WIRE Na płycie znajduje się złącze 1 Wire, umoŝliwiające podłączenie np. termometru DS1820 lub innych urządzeń wykorzystujących ten interfejs. Rysunek 22. Złącza magistrali 1WIRE 3.17 Driver Rysunek 23. Sposób podłączenia termometru DS1820 Driver pozwala na dołączenie elementów wymagających wyŝszego prądu w stosunku do tego co moŝe zaoferować wyjście mikrokontrolera. Dzięki temu moŝemy dołączyć dodatkowe przekaźniki, Ŝarówki, silnik krokowy czy inne układy wykonawcze wymagające napięcia 12V. NaleŜy pamiętać aby nie przekroczyć maksymalnego prądu 0.5A na kaŝdym z wyjść. Dodatkowo zastosowano złącze pozwalające na podłączenie czterofazowego silnika krokowego. Rysunek 24. Implementacja drivera 22
3.18 Interfejs PS2 UmoŜliwia podłączenie myszy lub klawiatury w standardzie PS2. Rysunek 25. Złącze PS2 3.19 Pamięć FLASH Na płycie znajduje się pamięć FLASH 45DB011B o rozmiarze 4Mb. Jest obsługiwana za pomocą interfejsu SPI Rysunek wykorzystaniem linii SI SO SCK CS. Końcówka WP (Write Protect) zabezpiecza przed zapisem (kasowaniem) pamięci, poprzez podanie stanu niskiego. Wyprowadzenie VF słuŝy do podłączenia napięcia zasilania w zakresie od 3,3 do 5V. Rysunek 26. Pamięć Flash Zworka VDF znajdująca się w pobliŝu pamięci, pozwala na ustalenie napięcia zasilania. Kiedy zworka jest załoŝona, napięcie VTG moŝe być w zakresie od 2,7 do 3,6V. Uwaga! Przekroczenie dopuszczalnych napięć zasilania pamięci, grozi jej uszkodzeniem!!! 23
3.20 Pamięć EEPROM Pamięć EEPROM znajdująca się pod wyświetlaczem graficznym, sterowana jest poprzez magistrale I 2 C. Pamięć ma wielkość 8kB. Podłączenie jej do systemu dokonujemy poprzez złącze I2C na płycie. Rysunek 27. Pamięć EEPROM 3.21 Pamięć SRAM Zastosowano pamięć SRAM o wielkości 128kB wraz wymaganym układem zatrzasku 74AHC573. Sygnały sterujące pamięcią dostępne są na złączach A-W-R EnSRAM A15R. Sygnały danych oraz adresowe wyprowadzone są na złącza LOW ADDR/DATA, HIGH ADDR, ADDRESS. Podłączenie do dedykowanych portów mikrokontrolera (Port A oraz Port C) moŝliwe jest przez załoŝenie zworek na złącza ADDR/DATA oraz HIGH ADDR. Rysunek 28. Pamięć SRAM Sygnały sterujące pamięcią ALE, WRITE i READ są dostępne na złączu A-W-R. Złącze EnSRAM (Enable SRAM) słuŝy do sterowania pamięci SRAM w przypadku korzystania z tych samych linii adresowych i danych przez inne urządzenie np. moduł LAN. Złącze A15R pozwala na realizacje bankowania pamięci. Kiedy załoŝona jest zworka łącząca linie adresową A15 z końcówką A15 układu SRAM, wykorzystywane jest tylko 64kB pamięci. 24
3.22 Układy logiczne CMOS Na płycie umieszczono cztery układy logiczne CMOS ogólnego przeznaczenia. Są to układy 74AHC00, 74AHC30, 74AHC32, 74AHC138. Pozwalają one na budowę m.in. układu bramkowania, czy teŝ adresowania pamięci SRAM. Układy zasilane są zasilane ze źródła VTG. Wszystkie wejścia oraz wyjścia są wyprowadzone na złączą szpilkowe. 3.23 Pole prototypowe Rysunek 29. Układy logiczne CMOS Pole prototypowe umoŝliwia na zaimplementowanie dodatkowych układów (elementów) elektronicznych. W pobliŝu umieszczono takŝe linie zasilania VTG, +5V, GND. Otwory mocujące pozwalają na umiejscowienie dodatkowej (opcja) płytki uniwersalnej PX22, o wymiarach 60x100mm, bezpośrednio nad polem prototypowym. Zainstalowanie złączy doprowadzających zasilanie, pozwala na łatwą instalację płytki, a przez to modyfikacje znajdującej się na niej układu. Rysunek 30. Pole prototypowe 25
3.24 Złącze na kartę prototypową Płyta GrandEVBavr posiada złącze na kartę prototypową umoŝliwia łatwą rozbudowę systemu o dodatkowe układy (elementy) elektroniczne. Złącze umoŝliwia zastosowanie karty uniwersalnej PX01 lub innej w standardzie PC XT/AT (ISA) Wszystkie wyprowadzenia złącza są dostępne na listwach szpilkowych co umoŝliwia łatwe dołączenie portów I/O mikrokontrolera, sygnałów sterujących lub peryferii. Rysunek 31. Instalacja karty prototypowej 3.25 Potencjometry Płyta posiada dwa potencjometry, umoŝliwiające np. symulację wyjść układów analogowych. Potencjometry umoŝliwiają regulacje napięcia w zakresie +5V. Końcówka potencjometrów POT1 i POT2 dostępne są na złączu PCF&MISC. Rysunek 32. Implementacja potencjometru 26
3.26 Termometr LM35 Daje moŝliwość pomiaru temperatury otoczenia i wyświetlenia jej np. na wyświetlaczach siedmiosegmentowych lub wyświetlaczu LCD. Napięcie na końcówce Vout LM35, jest proporcjonalne to temperatury. UŜytkownik moŝe podłączyć to wyprowadzenie do przetwornika A/C i w ten sposób mierzyć temperaturę. Wyprowadzenie Vout dostępne jast na złączu PCF&MISC jako końcówka TEMP. Rysunek 33. Implementacja termometru LM35. 3.27 Fotorezystor UmoŜliwia pomiar natęŝenia światła. Napięcie na wyjściu zmienia się w zakresie od ok. 0,95V dla fotorezystora oświetlonego do ok. 3,4V dla fotorezystora zaciemnionego (VTG=5V). Wyprowadzenie fotorezystora FOTO dostępne jest na złączu ANALOG. Rysunek 34. Implementacja fotorezystora. 27
3.28 Zegar czasu rzeczywistego DS1307 Płytę wyposaŝono w zegar czasu rzeczywistego z podtrzymaniem bateryjnym (bateria litowa CR2032 3V). Zegar komunikuje się z otoczeniem poprzez interfejs I 2 C. Dodatkowe złącze RTC pozwala na pomiar napięcia baterii VBAT, oraz FT. Rysunek 35. Implementacja zegara czasu rzeczywistego RTC. 3.29 Przetwornik analogowo-cyfrowy i cyfrowo-analogowy Płytę wyposaŝono w 8bitowy 4kanałowy przetwornik analogowo-cyfrowy(a/c) oraz cyfrowo-analogowy(c/a) PCF8591. Układ komunikuje się z otoczeniem poprzez interfejs I 2 C. Wszystkie wejścia, wyjście oraz masa analogowa AGND układu PCF8591, są wyprowadzone na złącze szpilkowe ANALOG.. Rysunek 36. Implementacja przetworników A/C oraz C/A. Zworka VrefPCF podaje napięcie zasilania VTG na wejście napięcia referencyjnego Vref układu PCF8591. Zamiast zworki moŝemy podłączyć źródło napięcia referencyjnego VREF, znajdujące się na płycie. 28
3.30 Nadajnik i odbiornik podczerwieni Na płycie umieszczono odbiornik podczerwieni TFMS5360(TSOP1236) pracujący na częstotliwości 36kHz oraz diodę emitującą podczerwień w zakresie długości fali 880nm. Pozwala to na budowę układów transmisji bezprzewodowej, zdalnego sterowania itp. Rysunek 37. Implementacja nadajnika i odbiornika podczerwieni. 29
4 Opis złącz i zworek 4 4.1 Złącza Opis wyprowadzeń LEDów i przycisków LD0...7 wyprowadzenia diod LED SW0...7 wyprowadzenia mikro-przełączników Opis wyprowadzeń wyświetlaczy 7-segmentowych A0...A3 zasilanie anod poszczególnych wyświetlaczy A,B,C,D,E,F,DP zasilanie poszczególnych segmentów wyświetlacza (opis segmentów na płycie) Opis wyprowadzeń przekaźników REL1 załączanie przekaźnika REL1 REL2 załączanie przekaźnika REL2 NO wejście normalnie otwarte NC wejście normalnie zamknięte CON wejście wspólne 30
Złącze wyświetlacza alfanumerycznego CLCD +5V napięcie +5V LTG załączanie podświetlenia wyświetlacza VC wyjście potencjometru do sterowania kontrastem CTR linia kontrastu LCD R/S linia sterująca LCD dana/rozkaz E lina strobu LCD DB4,DB5,DB6,DB7 linie danych Złącze wyświetlacza graficznego GLCD LTG załączanie podświetlenia wyświetlacza +5V napięcie +5V /CE linia strobu Chip Enable GND masa C/D linia sterująca komenda/dane FS wybór czcionki (Font Select) Opis wyprowadzeń złącza PCF&MISC DAC OUT wyjście przetwornika C/A PCF8591 AGND masa analogowa przetwornika PCF8591 ADC CH1 wejście 1 przetwornika A/C PCF8591 TEMP wyprowadzenie termometru LM35 ADC CH2 wejście 2 przetwornika A/C PCF8591 FOTO wyjście fotorezystora ADC CH3 wejście 3 przetwornika A/C PCF8591 POT1 wyprowadzenie potencjometru ADJ0 ADC CH4 wejście 4 przetwornika A/C PCF8591 POT2 wyprowadzenie potencjometru ADJ1 Opis wyprowadzeń złacza I 2 C SDA linia danych interfejsu I 2 C SCL linia zegarowa interfejsu I 2 C Opis wyprowadzeń złącza zegara czasu rzeczywistego RTC VBAT pin z napięciem baterii FT linia korekcji poprawności pracy zegara czasu rzeczywistego 31
Opis wyprowadzeń złącza MISC TX IR wejście nadajnika podczerwieni BUZZ sterowanie sygnalizatorem dźwiękowym RX IR wyjście odbiornika podczerwieni 1WIRE wyprowadzenie złącza 1-Wire Opis wyprowadzeń złącza LAN CS linia strobu karty sieciowej RST linia resetu karty sieciowej (aktywny w stanie wysokim) A4,A3,A2,A1 linie adresowe INT lina przerwania (interupt) Opis wyprowadzeń złącza FLASH VF zasilanie układu FLASH +5V napięcie +5V WP linia zabezpieczenia przed zapisem GND masa CS linia strobu SCK linia zegarowa interfejsu SPI SO wyjście danych interfejsu SPI SI wejście danych interfejsu SPI Opis wyprowadzeń złącza DRIVER GND masa VTG napięcie docelowe VTG D1..D8 wejścia drivera Opis wyprowadzeń złącza DRIVER OUT D1..D8 wyjścia drivera 9V napięcie zasilania 9V (punkt wspólny drivera) 32
Opis wyprowadzeń złącza PS2 CLK linia zegarowa DAT wyjście danych Złącze programatora ISP GND masa VTG zasilanie PB6 linia wejściowa danych MISO PB7 linia zegarowa programatora SCK RESET linia programatora sterująca resetem programatora LED linia połączona z diodą LED, sygnalizującą pracę programatora PB5 linia wyjściowa danych programatora MOSI Złącze programatora JTAG PC5 linia TDI (Test Data In) PC4 linia TDO (Test Data Out) PC3 linia TMS (Test Mode Select) PC2 linia TCK (Test Clock) RST linia resetu VTG napięcie zasilania GND masa 33
4.2 Zworki Nazwa zworki Zworki XTAL1 i XTAL2 Zworka RC Zworka Vref 2.5V Zworka AREFuC Zworka VTG SEL. Zworka VrefPCF8591 Funkcja zamknięte powodują podłączenie rezonatora kwarcowego do wyprowadzeń XTAL1oraz XTAL2 mikrokontrolera. W tym trybie zworka J3 musi być zdjęta. Zamknięta powoduje podłączenie zewnętrznego oscylatora RC do wyprowadzenia XTAL1 mikrokontrolera. W tym trybie zworki J1 i J2 muszą być zdjęte. Zamknięta ustawia wartość napięcia referencyjnego 2,5V. Otwarta ustawia wartość napięcia referencyjnego 4,5V. Zamknięta powoduje podłączenie wyprowadzenia AREF mikrokontrolera do napięcia VREF. Pozwalają na wybór źródła napięcia docelowego VTG między napięciem stałym +5V (pozycja 5V) a regulowanym (pozycja VADJ) Zamknięta powoduje zasilanie części analogowej przetwornika ze źródła VTG. Zworka /RST GLCD Zamknięta powoduje podłączenie wyprowadzenia /RST wyświetlacza graficznego do resetu systemowego. Zworka V_I/O Ustala napięcie zasilania układu USB. Do wyboru 5V lub 3,3V 4.3 Diody LED i przyciski Nazwa POWER led RESET Funkcja Świecenie tej diody sygnalizuje obecność napięcia +5V na płycie. Wciśnięcie tego przycisku powoduje podanie stanu niskiego na wejście resetu procesora i jego reset. Podłączone jest takŝe do wyświetlacza graficznego. 34
5 Diagnostyka uszkodzeń 5 Tabela 2 Napotkane problemy Problem Przyczyna Rada Zielona dioda POWER nie świeci Przykładowe oprogramowanie nie zapala diod LED RS232 komunikacja szeregowa RS 232 nie działa Kabel napięcia zasilania jest nie podłączony Nieprawidłowe napięcie zasilania Przełącznik zasilania jest wyłączony Procesor ATmega128 nie jest umieszczony w podstawce lub jest umieszczony nieprawidłowo Diody LED nie są podłączone do portów I/O mikrokontrolera Sygnały RxD i TxD nie są podłączone do portów I/O mikrokontrolera Podłączyć kabel zasilanie Sprawdzić czy napięcie zasilania jest od 9-12 DC Przełączyć przełącznik zasilania Sprawdzić umieszczenie procesora ATmega128 Podłączyć diody LED i przełączniki do portów I/O mikrokontrolera Podłączyć sygnały RxD i TxD z odpowiednimi portami I/O mikrokontrolera Zegar RTC S1305 nie działa Pamięć SRAM nie działa Wyświetlacz ALCD nie działa Nie moŝna zaprogramować układów AVR Sygnały magistrali I 2 C nie zostały podłączone do portów I/O mikrokontrolera Nieprawidłowe ustawienie zworek Nieprawidłowe podłączenie wyświetlacza do portów I/O mikrokontrolera Brak napięcia kontrastu Kabel ISP programatora został podłączony nieprawidłowo Układ AVR został umieszczony w złym złączu lub został umieszczona odwrotnie Brak rezonatora kwarcowego, lub nieprawidłowe ustawienie zworek J1, J2, J3 Podłączyć sygnały magistrali I 2 C z odpowiednimi portami I/O mikrokontrolera Ustawić prawidłową konfigurację pamięci SRAM Ustawić prawidłową konfigurację dla danego typu wyświetlacza LCD Sprawdzić obecność napięcia kontrastu na wyprowadzeniu nr3 wyświetlacza ALCD Sprawdzić podłączenie kabelka ISP Sprawdzić umieszczenie mikrokontrolera w złączu Sprawdzić obecność rezonatora kwarcowego i ustawienie zworek J1, J2, J3 35
6 Dane techniczne 6 Wymiary: Wymiary płyty: Waga: Warunki uŝytkowania Napięcie zasilania DC (VDC): Napięcie zasilania AC (VAC) Max. prąd płynący przez złącze POWER1 (Izas): Napięcie bazowe płyty VTG: Max. prąd (Ivtg): Napięcie +5V Max. prąd (I5v): Napięcia VREF Max. prąd Dryft VREF Częstotliwość oscylatora XTAL 30cm x 30cm ok. 650g 9-15V DC 7-12V AC 1.5 A @ VDC 9V lub VAC 7V 1A @ VDC 12V lub VAC 9V 700mA @ VDC 15V lub VAC 12V 1,2 5V DC 1.0 A ale nie większy niŝ Izas 5V DC 1 A ale nie większy niŝ Izas +2,5V lub +4,5V 15mA lub 100mA max. 80ppm 32kHz 24MHz Złącza: Złącze zasilania Złącza szeregowe RS232 Złącza USB Złącza LAN Złącza rozszerzeń: 5.7mm x 2.1mm 9 (D-SUB) Ŝeńskie USBB Ŝeńskie RJ45 Ŝeńskie PC XT/AT (ISA) 36
7 Pomoc techniczna 7 W celu uzyskania pomocy technicznej prosimy o kontakt support@propox.com. W pytaniu prosimy o umieszczenie następujących informacji Numer wersji płyty GrandEVBavr Kompletnej nazwy uŝywanego układu mikroprocesorowego Napięcia zasilania płyty i napięcia bazowego płyty VTG Ustawienia zworek systemowych Szczegółowego opisu problemu 8 Przykładowe oprogramowanie 8 Przykładowe programy i biblioteki dostępne są na stronie www.propox.com 9 Schemat 9 Pełen schemat układu dostępny jest w przypadku zakupu układu. 10 Gwarancja 10 Płyta GrandEVBavr objęta jest sześciomiesięczna gwarancją. Wszystkie wady i uszkodzenia nie spowodowanie przez uŝytkownika zostaną usunięte na koszt producenta. Koszt transportu ponoszony jest przez kupującego. Producent nie ponosi Ŝadnej odpowiedzialności za zniszczeni i uszkodzenia powstałe w wyniku uŝytkowania systemu GRANDEVBAVR. 37
38