POLITECHNIKA WROCŠAWSKA WYDZIAŠ ELEKTRONIKI PROJEKT IN YNIERSKI

POLITECHNIKA WROCŠAWSKA WYDZIAŠ ELEKTRONIKI Kierunek: Specjalno± : Automatyka i Robotyka (AIR) Robotyka (ARR) PROJEKT IN YNIERSKI Robotyczne zastosowania mikrokontrolerów HC08 - stanowisko dydaktyczne Applications of HC08 microcontrollers in robotics - an educational stand Autor: Sebastian Dorobek Prowadz cy prac : dr in». Marek Wnuk, I-6 Ocena pracy: WROCŠAW 2010

Skªadam serdeczne podzi kowania Panu dr. Markowi Wnukowi za wskazanie tematu, otwarto± i zaanga»owanie.

Spis tre±ci 1 Wst p 3 1.1 Cel i zakres pracy................................ 3 2 Wprowadzenie 5 2.1 Model stanowiska................................ 5 2.2 Interfejs MON08................................ 6 2.3 Moduª z mikrokontrolerem MC68HC908GR4................. 6 2.4 Zaªo»enia projektowe.............................. 7 2.4.1 Zaªo»enia ogólne............................ 8 2.4.2 Parametry urz dzenia......................... 8 3 Budowa urz dzenia 11 3.1 Interfejs MON08................................ 11 3.1.1 Konguracja zworek interfejsu MON08................ 12 3.1.2 Zª cze interfejsu MON08........................ 13 3.2 Moduª z mikrokontrolerem MC68HC908GR4................. 13 3.2.1 Zª cze moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4........ 14 3.3 Pªyta ewaluacyjna HC908DEV........................ 15 3.3.1 Opis wykorzystywanych sygnaªów mikrokontrolera.......... 16 3.3.2 Zgodno± wyprowadze«z pªytk laboratoryjn............ 19 3.4 Dodatkowe moduªy rozszerze«......................... 20 3.4.1 Budowa moduªu komunikacji radiowej - RF868............ 21 3.4.2 Budowa moduªu z akcelerometrem - MEMS............. 22 3.5 Monta» i uruchomienie moduªów....................... 22 3.5.1 Przeprowadzone testy urz dzenia................... 22 3.6 Program demonstracyjny............................ 25 3.6.1 Obsªuga wy±wietlacza LCD DOGM-162............... 25 3.6.2 Obsªuga ukªadu komunikacji radiowej MRF49XA.......... 27 3.6.3 Obsªuga akcelerometru LIS35DE................... 29 4 Podsumowanie 31 A Zdj cia prototypów urz dze«33 B Schematy ukªadów elektronicznych 35 C Wykazy elementów 57

Rozdziaª 1 Wst p Robotyka od dªugiego czasu jest ±ci±le zwi zana z mikrokontrolerami. Dzi ki zastosowaniu mikrokontrolerów w robotyce mo»emy przechwytywa i przetwarza sygnaªy z czujników pomiarowych, tworzy p tle sterowania, implementowa algorytmy, wizualizowa prac urz dze«robotycznych, co wi cej, wykorzystuj c interfejsy do komunikacji mo»emy sterowa systemami robotycznymi zdalnie, monitoruj c zmiany ich parametrów, a u»ywaj c specjalistycznych mikrokontrolerów, mo»emy nawet sterowa nap dami robotów. Rodzina mikrokontrolerów HC08 produkowanych przez rm Freescale idealnie nadaje si do takich zastosowa«. W caªej gamie mikrokontrolerów HC08 wprowadzono bardzo du» ró»norodno± moduªów peryferyjnych, wyró»niaj c si znacznie na tle konkurencji. Ka»dy z podstawowych modeli rodziny HC08 zawiera co najmniej jeden elastycznie kon- gurowalny moduª TIM 1, który jest bardzo przydatny w aplikacjach wykorzystuj cych zale»no±ci czasowe. W wi kszo±ci modeli znajduj si przetworniki analogowo-cyfrowe, interfejsy komunikacji szeregowej, a tak»e interfejsy CAN i USB, bardzo przydatne w nowoczesnych systemach komunikacji. Istniej równie» wersje specjalne, np. do zastosowa«o ekstremalnie niskim poborze pr du - urz dze«zasilanych bateryjnie, jak równie» do sterowania silnikami elektrycznymi. Dodatkowo, dzi ki zastosowaniu generatora sygnaªu zegarowego z p tl PLL, mikrokontrolery rodziny HC08 pracuj ce z rezonatorami kwarcowymi o maªej cz stotliwo±ci pobieraj mniej pr du i emituj mniej zakªóce«elektromagnetycznych. Kolejn zalet s moduªy COP 2 i LVI 3 zwi kszaj ce niezawodno± pracy. 1.1 Cel i zakres pracy Celem niniejszego projektu jest wykonanie zestawu ewaluacyjnego, wraz z dodatkowymi moduªami rozszerze«, wykorzystuj cego interfejs MON08 oraz mikrokontroler MC68HC908GR4. Wynikiem przeprowadzonych prac ma by kompletne stanowisko uruchomieniowe dla mikrokontrolerów rodziny HC08 umo»liwiaj ce zapoznanie si z ich architektur i mo»liwo±ciami, a tak»e pozwalaj ce na rozwój oprogramowania z wykorzystaniem debuggera. Zakres pracy obejmuje zaprojektowanie, wykonanie i uruchomienie zestawu ewaluacyjnego z wybranymi moduªami rozszerze«oraz stworzenie oprogramowania demonstracyjnego pozwalaj cego na prezentacj mo»liwo±ci urz dzenia. 1 Timer Interface Module 2 Computer Operating Properly 3 Low Voltage Inhibit

Rozdziaª 2 Wprowadzenie Wczesniejsze prace[2] pozwoliªy na zaprojektowanie, wykonanie oraz uruchomienie moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 i interfejsu MON08 sªu» cego do debugowania mikrokontrolerów HC08 rmy Freescale w trybie monitor mode. Zaprojektowe moduªy ulegªy nieznacznym zmianom. W interfejsie MON08 zmieniono rozkªad wyprowadze«zª cza, a w module z mikrokontrolerem doprowadzono sygnaª VDD_MON08 do zª cza gªównego. Dodatkowo w celu uªatwienia monta»u pasywnych elementów SMD, w obu projektach zmieniono obudowy elementów (zwi kszono rozmiary pól lutowniczych), a tak»e zmieniono sposób poª czenia wszystkich pól lutowniczych z polem masy - poª czenie tylko w czterech punktach, zamiast na caªej powierzchni ( thermal pad). Na projektowany zestaw ewaluacyjny skªadaj si : interfejs MON08, moduª z mikrokontrolerem MC68HC908GR4, pªyta ewaluacyjna HC908DEV oraz moduªy dodatkowe, tj. moduª komunikacji radiowej, moduª z akcelerometrem, moduª z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, a tak»e moduª z zegarem czasu rzeczywistego i czujnikiem temperatury. 2.1 Model stanowiska Budowa stworzonego modelu stanowiska opiera si na wykorzystaniu komputera wraz z zainstalowanym ±rodowiskiem CodeWarrior rmy Freescale do obsªugi interfejsu MON08 podª czonego do pªyty ewaluacyjnej. Komunikacja pomi dzy interfejsem MON08, a komputerem odbywa si z wykorzystaniem portu USB. Pªyt ewaluacyjn mo»na opcjonalnie podª czy do komputera za po±rednictwem portu USB, pozwalaj cego na dwukierunkow komunikacj szeregow.

6 2. Wprowadzenie Rysunek 2.1 Model stanowiska uruchomieniowego 2.2 Interfejs MON08 Zaprojektowany interfejs MON08 sªu»y do debugowania oprogramowania mikrokontrolerów HC08 rmy Freescale z wykorzystaniem trybu monitor mode. Wykorzystany tryb pozwala na zatrzymywanie normalnego procesu wykonywania programu oraz przej cie kontroli nad mikrokontrolerem[11]. U»ytkownik mo»e bezpo±rednio kontrolowa kroki wykonywania programu, odczytywa i zapisywa dane do rejestrów oraz pami ci, debugowa kod programu, a tak»e programowa pami FLASH mikrokontrolera. Interfejs wspóªpracuje ze ±rodowiskiem CodeWarrior rmy Freescale. 2.3 Moduª z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 Moduª z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 zawiera elementy wymagane do prawidªowej pracy mikrokontrolera, a tak»e pozwala na wykorzystanie interfejsu MON08 do debugowania oraz programowania pami ci wewn trznej FLASH mikrokontrolera. Najwa»niejsze cechy u»ytego mikrokontrolera MC68HC908GR4[12]: wewn trzna pami FLASH o rozmiarze 4kB, 385B wewn trznej pami ci RAM, moduª interfejsu szeregowego SPI, moduª asynchronicznej komunikacji szeregowej SCI, moduª przerwa«klawiatury KBI,

2.4. Zaªo»enia projektowe 7 moduª generowania przerwa«okresowych TBM, trzy kanaªy timerów - dwa moduªy TIM, sze±ciokanaªowy, o±miobitowy przetwornik analogowo-cyfrowy, ukªad generowania sygnaªu zegarowego z p tl PLL. Schemat blokowy mikrokontrolera MC68HC908GR4 1 [12] Rysunek 2.2 Schemat blokowy mikrokontrolera MC68HC908GR4 2.4 Zaªo»enia projektowe Przed przyst pieniem do etapów projektowania schematów ideowych oraz pªytek drukowanych moduªów, równie» w trakcie doboru odpowiednich elementów, postawione zostaªy zaªo»enia projektowe dla projektowanych moduªów. 1 Rysunek pochodzi z 'MC68HC908GR4 Data Sheet, Rev. 7' rmy Freescale, strona nr 21

8 2. Wprowadzenie 2.4.1 Zaªo»enia ogólne W ramach zaªo»e«ogólnych okre±lone zostaªy zaªo»enia istotne dla realizacji etapu projektowania schematów ideowych oraz pªytek drukowanych. Interfejs MON08 Interfejs MON8 ma by niezale»nym moduªem podª czanym do moduªu z mikrokontrolerem przy u»yciu przewodu wst»kowego ze zª czami IDC. Zaªo»enia projektowe dotycz ce interfejsu MON08: wspóªpraca z interfejsem USB, zasilanie z portu USB, wykrywanie sygnaªu break w celu generowania przerwania IRQ, generator sygnaªu zegarowego dla mikrokontrolera, kompatybilno± z interfejsem typu Class 1 - wyª czanie napi cia zasilania mikrokontrolera sterowane sygnaªem DTR, z uwzgl dnieniem wyª czenia wyj± interfejsu MON08, w tym wyj±cia sygnaªu zegarowego, napi cia V T ST oraz sygnaªów wymuszaj cych uruchomienie trybu monitor mode, mo»liwo± ustawiania stanów wymuszaj cych uruchomienie mikrokontrolera w trybie monitor mode. Moduª z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 Moduª z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 ma zawiera na pªytce drukowanej tylko elementy niezb dne do pracy mikrokontrolera. Moduª ma by nakªadany na pªyt uniwersaln lub uruchomieniow, tym samym zª cza umo»liwiaj ce podª czenie do pªyty musz znajdowa si od spodu, a pozostaªe od góry moduªu. Pozostaªe zaªo»enia projektowe dotycz ce moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4: opcjonalny kwarc 32.768kHz z ltrem PLL, taktowanie zewn trznym ¹ródªem sygnaªu zegarowego, funkcja wyª czania napi cia zasilania mikrokontrolera, warto± napi cia odniesienia wewn trznego przetwornika analogowo-cyfrowego równa warto±ci napi cia zasilania (tryb ratiometric). 2.4.2 Parametry urz dzenia Na podstawie wcze±niejszych zaªo»e«projektowych, po etapie doboru elementów oraz zaprojektowaniu schematów ideowych okre±lone zostaªy podstawowe parametry moduªów.

2.4. Zaªo»enia projektowe 9 Pªyta ewaluacyjna HC908DEV Parametry pªyty ewaluacyjnej HC908DEV: zakres napi cia zasilania: +8 12V maksymalne chwilowe napi cie zasilania: +33V maksymalny pobór pr du: 200mA warto± napi cia wyj±ciowego (moduª mikrokontrolera, zª cze SPI): +5V dopuszczalna obci»alno± pr dowa wyj±cia napi ciowego zª cza SPI: 100mA Interfejs MON08 Parametry interfejsu MON08[7][10]: warto± napi cia zasilania interfejsu: +5V (port USB) warto± napi cia wyj±ciowego dla mikrokontrolera: +5V dopuszczalna obci»alno± pr dowa wyj±cia napi ciowego: 100mA cz stotliwo± generowanego sygnaªu zegarowego: 9.8304MHz(zalecana) lub 14.745MHz Moduª z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 Parametry moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4[12]: Napi cie pracy: +5V maksymalny pobór pr du mikrokontrolera: 150mA maksymalna cz stotliwo± zewn trznego sygnaªu zegarowego: 32.8MHz

Rozdziaª 3 Budowa urz dzenia Projekty schematów ideowych oraz pªytek drukowanych moduªów wykonane zostaªy wprogramie DipTrace. W wersji Freeware, dost pnej za darmo do u»ytku niekomercyjnego, wprowadzone zostaªy ograniczenia na liczb punktów lutowniczych - maksymalnie 300 oraz liczb warstw sygnaªowych - maksymalnie dwie. Zalet programu jest brak ograniczenia na powierzchni projektowanej pªytki[6]. Ze wzgl du na brak denicji symboli i/lub obudów zastosowanych ukªadów scalonych, zª cz oraz niektórych kondensatorów i innych elementów biernych w bibliotekach programu, utworzono bibliotek zawieraj c denicje brakuj cych elementów. Na zawarto± utworzonej biblioteki skªadaj si takie elementy jak MC68HC908GR4, 74V1G125STR, 74V1G04STR, ICL7660, T821-1-10-R1, FT232RL, TACTMS-24N, CA6VSMD, BH1603FVC, LD-BZPN-1705, DOGM162S, MCP3550, LIS35DE, SPX5205M, 25AA02E48, MRF49XA, TC77, DS1390, REF198 i TS4725MV160. 3.1 Interfejs MON08 Budowa interfejsu MON08 opiera si na wykorzystaniu ukªadu FT232RL umo»liwiaj - cego podª czenie interfejsu MON08 do portu USB komputera. Do ukªadu FT232RL pod- ª czone s trzy diody LED sygnalizuj ce prac ukªadu tj. nadawanie, odbieranie, aktywne zasilanie. Dodatkowo do ukªadu podª czony zostaª obwód steruj cy zaª czaniem napi cia zasilania sterowany lini PWREN wyª czaj cy urz dzenie np. podczas stanu wstrzymania pracy komputera[7] oraz obwód steruj cy zaª czaniem napi cia zasilania sterowany lini DTR, pozwalaj cy na automatyczne wª czanie/wyª czanie napi cia zasilania przy konguracji interfejsu jako Class 1 [3] w debugerze ±rodowiska CodeWarrior. Podczas wy- ª czania napi cia zasilania lini DTR wyª czane s równie» napi cia na liniach PTA0, PTA1, PTB0, PTB1, IRQ i sygnaª zegarowy. Do uruchomienia mikrokontrolera w trybie monitor mode wymagane jest podanie podwy»szonej warto±ci napi cia na lini IRQ. W tym celu u»yty zostaª ukªad ICL7660, na wyj±ciu którego generowane jest napi cie o warto±ci okoªo 8.5 9V[9]. Ukªad wykrywania sygnaªu break zaadoptowany zostaª z rozwi zania znajduj cego si w produkcie HC08 Welcome Kit rmy Elektronikladen Mikrocomputer [8]. Wykorzystuje on do pracy ukªad ICM7555. Przy pojawieniu si zbocza opadaj cego na linii TX, z opó¹nieniem po okoªo 11 ms ukªad generuje impuls o dªugo±ci 100 200 ms. Generator sygnaªu zegarowego pracuje w ukªadzie Pierce'a, jego budowa opiera si na wykorzystaniu pojedynczego inwertera i rezonatora kwarcowego.

12 3. Budowa urz dzenia Rysunek 3.1 Schemat blokowy interfejsu MON08 3.1.1 Konguracja zworek interfejsu MON08 Poni»ej przedstawione zostaªy konguracje ustawienia zworek interfejsu MON08 wymuszaj cych uruchomienie trybu monitor mode. Rysunek 3.2 Widok interfejsu MON08 z konguracj dla moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR

3.2. Moduª z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 13 Rysunek 3.3 Widok interfejsu MON08 w konguracji ogólnej 3.1.2 Zª cze interfejsu MON08 W ramach deniowania zaªo»e«projektowych przed przyst pieniem do etapu projektowania schematów ideowych ustalone zostaªy wyprowadzenia zª cza interfejsu MON08. Tabela. 3.1 Wyprowadzenia zª cza interfejsu MON08 Numer Opis 1 VDD 2 IRQ 3 GND 4 OSC 5 GND 6 PTB0 7 PTB1 8 PTA0 9 PTA1 10 GND 3.2 Moduª z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 Zaprojektowany moduª z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 skªada si z elementów wymaganych do poprawnej pracy mikrokontrolera MC68HC908GR4, w tym obwodu ltruj cego dla ukªadu PLL, rezonatora kwarcowego 32.768kHz, obwodu separacji wej±cia IRQ i obwodu przeª czaj cego zewn trzne napi cie zasilania dla mikrokontrolera.

14 3. Budowa urz dzenia Rysunek 3.4 Schemat blokowy moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 3.2.1 Zª cze moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 W ramach deniowania zaªo»e«projektowych przed przyst pieniem do etapu projektowania schematów ideowych ustalone zostaªy wyprowadzenia zª cza moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4. Rysunek 3.5 Kolejno± wyprowadze«zª cza moduªu z mikrokontrolerem

3.3. Pªyta ewaluacyjna HC908DEV 15 Tabela. 3.2 Wyprowadzenia zª cza moduªu z mikrokontrolerem Numer Opis 1 VDD 2 VDD_MON08 3 IRQ 4 RST 5 PTE0/TXD 6 PTE1/RXD 7 PTD0/SS 8 PTD1/MISO 9 PTD2/MOSI 10 PTD3/SPSCK 11 PTD4/T1CH0 12 PTD5/T1CH1 13 PTD6/T2CH0 14 VSS 15 VSS 16 PTB0/AD0 17 PTB1/AD1 18 PTB2/AD2 19 PTB3/AD3 20 PTB4/AD4 21 PTB5/AD5 22 PTA0/KBD0 23 PTA1/KBD1 24 PTA2/KBD2 25 PTA3/KBD3 26 PTC0 27 PTC1 28 VSS 3.3 Pªyta ewaluacyjna HC908DEV Zaprojektowana pªyta ewaluacyjna umo»liwia wykorzystanie zasobów i ukªadów peryferyjnych mikrokontrolera MC68HC908GR4. Na pªycie ewaluacyjnej znajduj si takie elementy jak przyciski monostabilne - podª czone do wej± KBI, potencjometr - podª - czony do wej±cia przetwornika analogowo-cyfrowego, wy±wietlacz LCD z interfejsem SPI, port USB z konwerterem FT232RL, koder impulsowy, buzzer, czujnik nat»enia o±wietlenia i dioda LED. Dodatkowo, aby wykorzysta tryb monitor mode mikrokontrolera MC68HC908GR4 pracuj c w ukªadzie, nale»aªo u»y buforów trójstanowych, odª czaj - cych napi cia na wszystkich liniach portów.

16 3. Budowa urz dzenia Rysunek 3.6 Schemat blokowy pªyty ewaluacyjnej 3.3.1 Opis wykorzystywanych sygnaªów mikrokontrolera Poni»ej zamieszczona zostaªa lista sygnaªów mikrokontrolera MC68HC908GR4 wykorzystywanych przez poszczególne elementy znajduj ce si na pªycie ewaluacyjnej. Ze wzgl du na ograniczone zasoby mikrokontrolera MC68HC908GR4, niektóre z sygnaªów u»yte s wi cej ni» do jednego elementu. W takim przypadku zale»nie od po» danego efektu nale»y odpowiednio ustawi zworki znajduj ce si na pªycie bazowej.

3.3. Pªyta ewaluacyjna HC908DEV 17 Tabela. 3.3 Wykorzystywane sygnaªy Sygnaª Przeznaczenie PTA1/KBD1 przycisk PB2 PTA2/KBD2 przycisk PB3 PTA3/KBD3 wej±cie dla enkodera - ENB PTB0/AD0 pomiar napi cia z potencjometru VR1 PTB1/AD1 pomiar napi cia z czujnika nat»enia o±wietlenia PTB2/AD2 linia RS wy±wietlacza LCD PTB3/AD3 sterowanie kierunkiem obrotów silnika - MOT_DIR PTB4/AD4 linia wyboru ukªadu SPI CS_2 PTB5/AD5 linia wyboru ukªadu SPI CS_3 lub wej±cie PTC0 linia wyboru ukªadu SPI CS_0 PTC1 linia wyboru ukªadu SPI CS_1 PTD0/SS linia wyboru wy±wietlacza LCD LCD_CS PTD1/MISO wej±cie SPI master PTD2/MOSI wyj±cie SPI master PTD3/SPSCK sygnaª zegara SPI PTD4/T1CH0 wyj±cie PWM dla buzzera PTD5/T1CH1 wej±cie dla enkodera - ENA PTD6/T2CH0 wyj±cie PWM dla diody LED PTE0/TXD wyj±cie transmisji danych SCI PTE1/RXD wej±cie transmisji danych SCI Tabela. 3.4 Wykorzystywane sygnaªy - wg przeznaczenia Przeznaczenie Wykorzystane sygnaªy Opis Potencjometr PTB0/AD0 Pomiar napi cia na potencjometrze Czujnik nat»enia o±wietlenia PTB1/AD1 Istnieje mo»liwo± rozª czenia sygnaªu zwork ZW5 Dioda LED PTD6/T2CH0 Nale»y ustawi zwork ZW6 w pozycji 1-2 oraz ZW4 w pozycji 2-3 Buzzer PTD4/T1CH0 Nale»y ustawi zwork ZW1 w pozycji 1-2

18 3. Budowa urz dzenia Tabela. 3.5 Wykorzystywane sygnaªy - wg przeznaczenia cd. Przeznaczenie Wykorzystane sygnaªy Opis Enkoder PTD5/T1CH1 - ENA Nale»y odpowiednio ustawi zwork ZW3 - pozycja 2-3 PTA3/KBD3 - ENB Nale»y odpowiednio ustawi zwork ZW2 - pozycja 2-3 PTA2/KBD2 - SW W celu wykorzystania przycisku nale»y zewrze zwor ZW9 Wy±wietlacz LCD PTB2/AD2 linia RS wy±wietlacza LCD PTD0/SS linia wyboru LCD_CS wy±wietlacza LCD PTD2/MOSI wyj±cie SPI master PTD3/SPSCK sygnaª zegara SPI Przycisk PB2 PTA1/KBD1 Przycisk PB3 PTA2/KBD2 Port USB PTE0/TXD wyj±cie transmisji danych SCI PTE1/RXD wej±cie transmisji danych SCI Zª cze SPI PTD1/MISO wej±cie SPI master PTD2/MOSI wyj±cie SPI master PTD3/SPSCK sygnaª zegara SPI PTC0 linia wyboru ukªadu SPI CS_0 PTC1 linia wyboru ukªadu SPI CS_1 PTB4/AD4 linia wyboru ukªadu SPI CS_2 PTB5/AD5 linia wyboru ukªadu SPI CS_3 lub wej±cie Zª cze TPU PTD6/T2CH0 MOT_PWM PTB3/AD3 PTD4/T1CH0 PTA3/KBD3 PTD5/T1CH1 PTD6/T2CH0 MOT_DIR SPEAKER - nale»y ustawi zwork ZW1 w pozycji 2-3 MOT_ENB - nale»y ustawi zwork ZW3 w pozycji 1-2 MOT_ENA - nale»y ustawi zwork ZW2 w pozycji 1-2 NADAJNIK - nale»y ustawi zwork ZW6 w pozycji 2-3 oraz ZW4 w pozycji 2-3

3.3. Pªyta ewaluacyjna HC908DEV 19 Rysunek 3.7 Opisy konguracji zworek na pªycie ewaluacyjnej 3.3.2 Zgodno± wyprowadze«z pªytk laboratoryjn W ramach deniowania zaªo»e«projektowych przyj ta zostaªa zgodno± wyprowadze«z pªytk laboratoryjn [1]. Ze wzgl du na ograniczone zasoby mikrokontrolera niektóre z wyprowadze«zª cza TPU nie zostaªy u»yte. Poni»ej przedstawione zostaªy wykorzystane wyprowadzenia. Tabela. 3.6 Wyprowadzenia zª cza SPI Numer Opis 1 GND 2 VCC 3 PTC0/CS0 4 PTC1/CS1 5 PTB4/CS2 6 PTB5/CS3/IN T 7 PTD3/SPSCK 8 PTD1/MISO 9 PTD2/MOSI 10 GND

20 3. Budowa urz dzenia Tabela. 3.7 Wykorzystywane wyprowadzenia zª cza TPU Numer Opis 1 GND 2 VCC 3 TPU0/MOT_PWM 4 TPU1/MOT_DIR 7 TPU4/MOT_ENA 8 TPU5/MOT_ENB 14 TPU11/NADAJNIK 15 TPU12/SPEAKER 3.4 Dodatkowe moduªy rozszerze«jako elementy opcjonalne zaprojektowane zostaªy moduªy rozszerze«. Pozwalaj one na zapoznanie si ze sposobem komunikacji radiowej, dziaªaniem i wykorzystaniem akcelerometru, zegara czasu rzeczywistego oraz czujnika temperatury. Podstawowe parametry moduªu komunikacji radiowej[15]: cz stotliwo± pasma: 860.48 879.515 MHz maksymalna szybko± transmisji: 115.2kbps maksymalna moc wyj±ciowa (przy obci»eniu 50Ω): 5dBm czuªo± odbiornika: -110dBm szeroko± pasma: 67 400 khz zakres temperatury pracy: 0 70 C. Podstawowe parametry akcelerometru LIS35DE[13]: liczba osi: 3 zakres: ±2.3/9.2 g rozdzielczo± : 18/72 mg/digit Podstawowe parametry przetwornika MCP3550-50E[14]: Maksymalna nieliniowo± caªkowa: 6 ppm Maksymalna szybko± przetwarzania: 12.5 próbek/sek Rozdzielczo± : 22 bit Tªumienie sygnaªu 50Hz: >120 db Bª d niezrównowa»enia: 3µV Podstawowe parametry czujnika TC77[16]: Rozdzielczo± : 13 bit Dokªadno± : ±3 C

3.4. Dodatkowe moduªy rozszerze«21 3.4.1 Budowa moduªu komunikacji radiowej - RF868 Dziaªanie moduªu komunikacji radiowej opiera si na wykorzystaniu ukªadu transceivera MRF49XA. Opcjonalnie istnieje mo»liwo± zamontowania pami ci EEPROM 1 25AA02E48 z preprogramowanym globalnym identykatorem interfejsu EUI-48 2 [19]. Ukªady MRF49XA oraz 25AA02E48 zasilane s napi ciem o warto±ci +3.3V pochodz cym ze stabilizatora SPX5205M5-3.3. Obecno± napi cia zasilania sygnalizowana jest ±wieceniem diody LED. W celu dopasowania poziomów logicznych pomi dzy sygnaªami wyst puj cymi w zª czu SPI, a wymienionymi ukªadami, wykorzystany zostaª bufor 74LCX245. Obwód dopasowania impedancji anteny zostaª wykonany zgodnie z zaleceniami opisanymi w nocie katalogowej ukªadu MRF49XA[15]. Przyj te zostaªy warto±ci obliczone przez producenta - impedancja anteny 7.8+83j Ω, admitancja 1.2-11.9j ms oraz indukcyjno± 15.4 nh. Jako anten wybrano pojedynczy przewód o obliczonej dªugo±ci. Do obliczenia wymaganej dªugo±ci anteny monopolowej wykorzystano wzór L= λ 4, gdzie [17]. Dla wybranej cz stotliwo±ci pracy - 868MHz obliczona dªugo± anteny wynosi L=86.3 mm. Elementy indukcyjne, znajduj ce si w torze radiowym, powinny mie±ci si w kategorii wysokich cz stotliwo±ci, a cz stotliwo± oscylacji wªasnych (SRF) powinna by co najmniej dwukrotnie wy»sza od cz stotliwo±ci pracy toru radiowego. Warto±ci SRF u»ytych elementów indukcyjnych (8.2nH i 22nH) wynosz odpowiednio 2.8 oraz 4.4GHz[18]. W celu poprawy redukcji szumów w pa±mie transceivera radiowego, do ltracji napi cia zasilania zastosowano kondensatory ceramiczne o niskej pojemno±ci - 47pF (z dielektrykiem NP0) w poª czeniu z kondensatorami o wi kszej pojemno±ci - 10nF i 100nF (z dielektrykiem X7R), co pozwoliªo na skuteczne tªumienie szerokiego widma cz stotliwo±ci. Kondensatory o pojemno±ci 10nF i 100nF umieszczono na linii zasilania ukªadu transceivera, a 47pF w punkcie polaryzacji obwodu radiowego. Poni»ej przedstawiony zostaª schemat blokowy moduªu komunikacji radiowej. λ[m]= 2.99792458 108 [m/s] f[ghz] Rysunek 3.8 Schemat blokowy moduªu komunikacji radiowej - RF868 1 Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory 2 Extended Unique Identier

22 3. Budowa urz dzenia 3.4.2 Budowa moduªu z akcelerometrem - MEMS Budowa moduªu opiera si na wykorzystaniu akcelerometru LIS35DE. Akcelerometr zasilany jest napi ciem o warto±ci +3.3V pochodz cym ze stabilizatora SPX5205M5-3.3. Obecno± napi cia zasilania sygnalizowana jest ±wieceniem diody LED. W celu dopasowania poziomów logicznych pomi dzy sygnaªami wyst puj cymi w zª czu SPI, a akcelerometrem, wykorzystany zostaª bufor 74LCX245. Poni»ej przedstawiony zostaª schemat blokowy moduªu z akcelerometrem. Rysunek 3.9 Schemat blokowy moduªu z akcelerometrem - MEMS 3.5 Monta» i uruchomienie moduªów Monta» moduªów nale»y przeprowadzi rozpoczynaj c lutowanie od elementów powierzchniowych. Ze wzgl du na niedu»e odlegªo±ci pomi dzy niektórymi elementami nale-»y zwróci uwag na kolejno± ich monta»u. W przypadku moduªu z akcelerometrem, do monta»u akcelerometru LIS35DE nale»y u»y pasty lutowniczej i stacji z nadmuchem gor cego powietrza. Po monta»u elementów powierzchniowych mo»na rozpocz lutowanie elementów przewlekanych. Zaleca si, aby monta» zª cz i innych elementów mechanicznych odbyª si na ko«cu. Wy±wietlacz LCD powinno si zamontowa do w peªni zmontowanej pªytki, po uprzednim wyczyszczeniu pozostaªo±ci po topniku lub pa±cie lutowniczej. Nie zaleca si czyszczenia pªytki z zamontowanym wy±wietlaczem LCD. Podczas pracy z pªyt ewaluacyjn nale»y zwróci uwag, na fakt, i» potencjometr VR1 zostaª wª czony bezpo±rednio do wej±cia PTB0 mikrokontrolera. Od stanu wej±cia PTB0 zale»y uruchomienie trybu monitor mode. W zwi zku z tym, aby umo»liwi uruchomienie trybu monitor mode nale»y skr ci potencjometr w prawo (wymagany jest stan wysoki na wej±ciu PTB0). 3.5.1 Przeprowadzone testy urz dzenia Przeprowadzo kilka testów poprawno±ci dziaªania interfejsu MON08 z ukªadem FT232RL, polegaj cych na zaprogramowaniu mikrokontrolera przykªadowym programem i uruchomieniem debugera. Po przeprowadzonych testach okazaªo si,»e w celu unikni cia bª dów transmisji nale»y zmieni czas opó¹nienia z 16ms na 1ms oraz wielko± transferów USB na 64 bajty [4], parametry te mo»na zmieni we wªa±ciwo±ciach portu lub edytuj c pliki sterownika. Po tej zmianie komunikacja odbywaªa si bez bª dów. Sygnaª break byª

3.5. Monta» i uruchomienie moduªów 23 wykrywany prawidªowo. Przetestowane rozwi zanie funkcjonowaªo prawidªowo z wyª czeniem obsªugi funkcji Halt w debugerze. W celu zapewnienia obsªugi funkcji Halt w debugerze nale»y wª czy obsªug przerwania IRQ. W obsªudze przerwania nale»y umie±ci instrukcj SWI oraz skasowa bit ACK w rejestrze INTSCR. Przykªad: ISR( IRQ1_Przerwanie ) { asm{ SWI } } INTSCR_ACK = 1; Testy dla ró»nych cz stotliwo±ci pracy mikrokontrolera Przeprowadzone zostaªy testy poprawno±ci dziaªania interfejsu MON08 przy ró»nych cz stotliwo±ciach pracy mikrokontrolera, z uwzgl dnieniem zmiany szybko±ci transmisji zgodnie z informacjami zamieszczonymi w biuletynie EB368[5]. Kwarc 9.8304MHz, szybko± transmisji 9600 bd/s Przy takich parametrach urz dzenie dziaªa poprawnie. Kwarc 4.9152MHz, szybko± transmisji 4800 bd/s Przy tej cz stotliwo±ci sporadycznie wyst powaªy bª dy przy próbie poª czenia, a za ka»dym razem, gdy ukªad poª czyª si prawidªowo wyst powaªy bª dy zapisu bloków pami ci. Kwarc 14.7456MHz, szybko± transmisji 14400 bd/s Na jednym z egzemplarzy kwarców nie mo»na byªo nawi za poª czenia. Próba poprawno±ci dziaªania zostaªa przeprowadzona kolejny raz na dwóch innych egzemplarzach kwarców i wypadªa pomy±lnie - urz dzenie funkcjonowaªo prawidªowo. Sprawdzenie wpªywu zmian pojemno±ci kondensatora w obwodzie wykrywania sygnaªu break na poprawn prac ukªadu Przeprowadzone próby wykazaªy,»e zmiana pojemno±ci kondensatora 100nF w zakresie +22/-18% nie ma wpªywu na prac ukªadu wykrywania sygnaªu break. Sprawdzenie przebiegu generowanego impulsu przez ukªad wykrywania sygna- ªu break Po zarejestrowaniu przebiegu oscyloskopem okazaªo si,»e ukªad wykrywania sygnaªu break generuje impuls z opó¹nieniem 11ms w stosunku do chwili pojawienia si zbocza opadaj cego na linii TX, o dªugo±ci trwania, a» do momentu pojawienia si zbocza narastaj cego na linii TX. W efekcie ukªad ten wykrywa poprawnie sygnaª break, ale generuje bardzo dªugi impuls 100-200ms.

24 3. Budowa urz dzenia Próba wykorzystania komponentu do obsªugi interfejsu SPI(bean) ze ±rodowiska Processor Expert Podczas uruchamiania pªyty ewaluacyjnej okazaªo si,»e komponent do obsªugi SPI wygenerowany przez ±rodowisko Processor Expert nie dziaªaª prawidªowo. Jednoczesna obsªuga wy±wietlacza LCD oraz zdarzenia OnCapture powodowaªa niepo» dane zachowanie si ukªadu. Po wyst pieniu od kilkudziesi dziu do kilkuset zdarze«oncapture wy- ±wietlacz LCD przestawaª reagowa na wysyªane dane. Prawdopodobnie kod generowany przez ±rodowisko Processor Expert zawiera bª dy, z tego powodu napisane zostaªy proste funkcje do obsªugi interfejsu SPI. Napisane funkcje zapewniaj prawidªowe dziaªanie w powy»szym przypadku. Funkcja inicjalizuj ca interfejs SPI: void SPI_Init(void) { (void)spdr; /* SPSCR: SPRF=0,ERRIE=0,OVRF=0,MODF=0, SPTE=0,MODFEN=0,SPR1=0,SPR0=0 */ setreg8(spscr, 0x00); /* SPCR: SPRIE=0,R=0,SPMSTR=1,CPOL=1, CPHA=1,SPWOM=0,SPE=0,SPTIE=0 */ setreg8(spcr, 0x38); SPCR_SPE = 1; } argumenty: zwracane: brak brak Funkcja konguruj ca interfejs SPI w trybie (0,0): void SPI_Mode_00(void) { /* Disable device */ SPCR_SPE = 0; /* CPOL=0,CPHA=0 */ SPCR_CPOL = 0; SPCR_CPHA = 0; /* Enable device */ SPCR_SPE = 1; } argumenty: brak zwracane: brak Funkcja konguruj ca interfejs SPI w trybie (1,1): void SPI_Mode_11(void) { /* Disable device */ SPCR_SPE = 0;

3.6. Program demonstracyjny 25 /* CPOL=1,CPHA=1 */ SPCR_CPOL = 1; SPCR_CPHA = 1; /* Enable device */ SPCR_SPE = 1; } argumenty: brak zwracane: brak Funkcja wysyªaj ca/odbieraj ca znak: char SPI_Send(char ivalue){ SPDR = ivalue; while(!(spscr_sprf)); return SPDR; } argumenty: ivalue - znak do wysªania zwracane: odczytany znak 3.6 Program demonstracyjny Podczas uruchamiania pªyty ewaluacyjnej zostaª napisany program demonstracyjny wraz z moduªami do obsªugi wy±wietlacza LCD, transceivera MRF49XA oraz akcelerometru LIS35DE. Program demonstracyjny pozwala na prezentacj wykorzystania elementów znajduj cych si na pªycie ewaluacyjnej, w tym wy±wietlacza LCD, enkodera, portu komunikacji USB, buzzera, przycisków, potencjometru oraz interfejsu SPI. 3.6.1 Obsªuga wy±wietlacza LCD DOGM-162 Na potrzeby obsªugi wy±wietlacza LCD DOGM-162 napisane zostaªy funkcje umo»liwiaj ce inicjalizacj wy±wietlacza, wysªanie pojedynczego znaku, wysªanie ci gu znaków, wyczyszczenie zawarto±ci okna wy±wietlacza oraz ustawienie zadanej pozycji kursora. Funkcja wysyªaj ca komend : void WriteCmdLCD(char icmd); argumenty: icmd - komenda do wysªania zwracane: brak Funkcja wysyªaj ca znak: void WriteCharLCD(char ichar); argumenty: ichar - znak do wysªania zwracane: brak Funkcja wysyªaj ca ci g znaków: void WriteCharStringLCD(char *pchar); argumenty: pchar - wska¹nik na ci g znaków do wysªania zwracane: brak

26 3. Budowa urz dzenia Funkcja czyszcz ca zawarto± okna wy±wietlacza: void ClsLCD(); argumenty: zwracane: brak brak Funkcja ustalaj ca dan pozycj kursora: void LocateLCD(uint8_t x, uint8_t y); argumenty: x - pozycja kursora (0... 15) y - pozycja kursora (0... 1) zwracane: brak Funkcja ustalaj ca kursor w pozycji pocz tkowej: void HomeLCD(); argumenty: zwracane: brak brak Funkcja inicjalizuj ca wy±wietlacz: void InitLCD(); argumenty: zwracane: brak brak Przykªadowe u»ycie - odebranie danych: #include "DOGM162.h".. uint8_t S=50; static char str[16]; static char *pstring; InitLCD();... LocateLCD(0, 0); WriteCharLCD('S'); WriteCharLCD('='); _itoa(s, str, 10); pstring=str; WriteCharStringLCD(pString); WriteCharLCD('m');...

3.6. Program demonstracyjny 27 3.6.2 Obsªuga ukªadu komunikacji radiowej MRF49XA Na potrzeby obsªugi transceivera radiowego MRF49XA napisane zostaªy funkcje umo»- liwiaj ce inicjalizacj ukªadu oraz wysªanie i odebranie danych. Funkcja wysyªaj ca komend : void SendCommandMRF49XA(unsigned int icmd); argumenty: icmd - komenda do wysªania zwracane: brak Funkcja wysyªaj ca sªowo 16-to bitowe: void SendWord(unsigned int icmd); argumenty: icmd - sªowo do wysªania zwracane: brak Funkcja restartuj ca rozpoznawanie wzorca: void ResetRadioMRF49XA(); argumenty: brak zwracane: brak Funkcja wª czaj ca tryb obni»onego poboru energii: void PowerDownMRF49XA(); argumenty: brak zwracane: brak Funkcja inicjalizuj ca ukªad transceivera: void InitMRF49XA(); argumenty: zwracane: brak brak Funkcja odbieraj ca dane: void ReceiveMRF49XA(uint8_t *pdata, uint8_t Length); argumenty: *pdata - wska¹nik na dane Length - dªugo± danych do odebrania zwracane: brak Funkcja wysyªaj ca dane: void SendMRF49XA(uint8_t *pdata, uint8_t Length); argumenty: *pdata - wska¹nik na dane Length - dªugo± danych do wysªania zwracane: brak Przykªadowe u»ycie - wysªanie danych:

28 3. Budowa urz dzenia #include "MRF49XA.h" #include "CRC16.h".. uint8_t SendPacket[6]; uint16_t crc = 0; InitMRF49XA();... SendPacket[0] = 0x10; SendPacket[1] = 0x11; SendPacket[2] = 0x12; SendPacket[3] = 0x13; crc = crc16(sendpacket,4); SendPacket[4] = (uint8_t) crc; SendPacket[5] = (uint8_t)(crc >> 8); SendMRF49XA(SendPacket,6); PowerDownMRF49XA();... Przykªadowe u»ycie - odebranie danych: #include "MRF49XA.h" #include "CRC16.h".. uint8_t a, b, c, d; uint8_t RcvPacket[6]; uint16_t crc = 0; InitMRF49XA();... ReceiveMRF49XA(RcvPacket,6); PowerDownMRF49XA(); crc = crc16(rcvpacket,4); if((uint8_t)(crc >> 8) == RcvPacket[5] && ((uint8_t)crc == RcvPacket[4])){

3.6. Program demonstracyjny 29 }.. a = RcvPacket[0]; b = RcvPacket[1]; c = RcvPacket[2]; d = RcvPacket[3];.... 3.6.3 Obsªuga akcelerometru LIS35DE Na potrzeby obsªugi akcelerometru LIS35DE napisane zostaªy funkcje umo»liwiaj ce inicjalizacj akcelerometru oraz odczyt i zapis do rejestrów. Funkcja zapisu do danego rejestru: void WriteValueLIS35DE(const uint8_t iadr, const uint8_t ivalue); argumenty: iadr - adres rejstru ivalue - warto± do zapisania zwracane: brak Funkcja odczytu z danego rejestru: int8_t ReadValueLIS35DE(const uint8_t iadr); argumenty: iadr - adres rejstru zwracane: warto± odczytana z rejestru Funkcja inicjalizacji akcelerometru: void InitLIS35DE(); argumenty: zwracane: brak brak Przykªadowe u»ycie - odczyt warto±ci X, Y i Z: #include "LIS35DE.h" uint8_t x, y, z; InitLIS35DE();... x = ReadValueLIS35DE(OUTX); y = ReadValueLIS35DE(OUTY); z = ReadValueLIS35DE(OUTZ);...

Rozdziaª 4 Podsumowanie Wynikiem przeprowadzonych prac jest kompletne stanowisko uruchomieniowe dla mikrokontrolerów rodziny HC08, mog ce peªni rol dydaktyczn. Zaprojektowane urz dzenie umo»liwia wykorzystanie ±rodowiska CodeWarrior rmy Freescale do pracy z mikrokontrolerami rodziny HC08, pozwalaj c na zapoznanie si z ich architektur i mo»liwo±ciami oraz u»ycie debuggera do rozwoju oprogramowania. Ukªady umieszczone na pªycie ewaluacyjnej oraz na moduªach rozszerze«pozwalaj na zapoznanie si z wybranymi elementami wykorzystywanymi w robotyce. Dodatkowo dzi ki kompatybilno±ci z pªytk laboratoryjn [1] mo»na j ªatwo wykorzysta do sterowania silnikiem pr du staªego. Podczas realizacji prac wymagana byªa umiej tno± projektowania ukªadów elektronicznych. Bardzo du»a cz ± projektu skupia si wªa±nie na etapie projektowania modu- ªów. Istotne byªo tak»e sprecyzowanie zaªo»e«dotycz cych budowy i parametrów moduªu, a tak»e wybór elementów speªniaj cych postawione wymagania. Zrealizowanie projektu pozwoliªo pogª bi wiedz w zakresie projektowania ukªadów elektroniczych, jak równie» wykorzystania ukªadów radiowych w.cz. Zalet zaprojektowanych moduªów jest któtki czas potrzebny na rozpocz cie pracy z mikrokontrolerami rodziny HC08 oraz wspóªpraca ze ±rodowiskiem CodeWarrior. Niestety, ze wzgl du na ograniczone zasoby wykorzystany mikrokontroler nie mo»e znale¹ zastosowania w aplikacjach, w których u»ywa si du»ej liczby sygnaªów lub programu o du»ym kodzie wynikowym. Pomimo tego zasoby mikrokontrolera MC68HC908GR4 pozwalaj zastosowa go w wielu ró»nych aplikacjach robotycznych.

Dodatek A Zdj cia prototypów urz dze«rysunek A.1 Zdj cie pªyty ewaluacyjnej HC908DEV wraz z moduªem HC908GR4

34 A. Zdj cia prototypów urz dze«rysunek A.2 Zdj cie interfejsu MON08 Rysunek A.3 Zdj cie moduªu komunikacji radiowej z transceiverem MRF49XA Rysunek A.4 Zdj cie moduªu z akcelerometrem LIS35DE

36 B. Schematy ukªadów elektronicznych Dodatek B Schematy ukªadów elektronicznych GND Rysunek B.1 Schemat ideowy pªyty ewaluacyjnej HC908DEV - cz ± zasilaj ca

Rysunek B.2 Schemat ideowy pªyty ewaluacyjnej HC908DEV 37

38 B. Schematy ukªadów elektronicznych Rysunek B.3 Widok pªytki drukowanej pªyty ewaluacyjnej HC908DEV - warstwa TOP Rysunek B.4 Widok pªytki drukowanej pªyty ewaluacyjnej HC908DEV - warstwa BOT- TOM

Rysunek B.5 Schemat monta»owy pªyty ewaluacyjnej HC908DEV 39

40 B. Schematy ukªadów elektronicznych Rysunek B.6 Schemat ideowy interfejsu MON08

41 Rysunek B.7 Widok pªytki drukowanej interfejsu MON08 - warstwa TOP Rysunek B.8 Widok pªytki drukowanej interfejsu MON08 - warstwa BOTTOM Rysunek B.9 Schemat monta»owy interfejsu MON08

42 B. Schematy ukªadów elektronicznych Rysunek B.10 Schemat ideowy moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4

43 Rysunek B.11 Widok pªytki drukowanej moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 - warstwa TOP Rysunek B.12 Widok pªytki drukowanej moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 - warstwa BOTTOM

44 B. Schematy ukªadów elektronicznych Rysunek B.13 Schemat monta»owy moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 - warstwa TOP Rysunek B.14 Schemat monta»owy moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 - warstwa BOTTOM

Rysunek B.15 Schemat ideowy moduªu komunikacji radiowej RF868 45

46 B. Schematy ukªadów elektronicznych Rysunek B.16 Widok pªytki drukowanej moduªu komunikacji radiowej RF868 - warstwa TOP Rysunek B.17 Widok pªytki drukowanej moduªu komunikacji radiowej RF868 - warstwa BOTTOM

47 Rysunek B.18 Schemat monta»owy moduªu komunikacji radiowej RF868 - warstwa TOP Rysunek B.19 Schemat monta»owy moduªu komunikacji radiowej RF868 - warstwa BOT- TOM

48 B. Schematy ukªadów elektronicznych Rysunek B.20 Schemat ideowy moduªu z akcelerometrem LIS35DE

49 Rysunek B.21 Widok pªytki drukowanej moduªu z akcelerometrem LIS35DE - warstwa TOP Rysunek B.22 Widok pªytki drukowanej moduªu z akcelerometrem LIS35DE - warstwa BOTTOM

50 B. Schematy ukªadów elektronicznych Rysunek B.23 Schemat monta»owy moduªu z akcelerometrem LIS35DE

Rysunek B.24 Schemat ideowy moduªu z przetwornikiem analogowo-cyfrowym 51

52 B. Schematy ukªadów elektronicznych Rysunek B.25 Widok pªytki drukowanej moduªu z przetwornikiem analogowo-cyfrowym - warstwa TOP Rysunek B.26 Widok pªytki drukowanej moduªu z przetwornikiem analogowo-cyfrowym - warstwa BOTTOM

Rysunek B.27 Schemat monta»owy moduªu z przetwornikiem analogowo-cyfrowym 53

54 B. Schematy ukªadów elektronicznych Rysunek B.28 Schemat ideowy moduªu z zegarem czasu rzeczywistego DS1390 i termometrem TC77

55 Rysunek B.29 Widok pªytki drukowanej moduªu z zegarem czasu rzeczywistego DS1390 i termometrem TC77 - warstwa TOP Rysunek B.30 Widok pªytki drukowanej moduªu z zegarem czasu rzeczywistego DS1390 i termometrem TC77 - warstwa BOTTOM

56 B. Schematy ukªadów elektronicznych Rysunek B.31 Schemat monta»owy moduªu z zegarem czasu rzeczywistego DS1390 i termometrem TC77 - warstwa TOP Rysunek B.32 Schemat monta»owy moduªu z zegarem czasu rzeczywistego DS1390 i termometrem TC77 - warstwa BOTTOM

Dodatek C Wykazy elementów Tabela. C.1 Wykaz elementów - moduª HC908GR4 Element Opis Ilo± C1, C2 22pF 0603 2 C10, C12, C14, C15, C3, C4, C7, C9 100nF 0603 8 C11, C13, C8 10uF/10V SMDA 3 C5 33nF 0603 1 C6 10nF 0603 1 IC1 MC68HC908GR4 1 J1 T821-1-10-S1 1 J2 ZL202-14G 2 L1 10uH 0805 1 Q1, Q4 BC817-25 2 Q2 BC807-25 1 Q3 IRLML6401 1 R1 10M 0603 1 R10, R7 22k 0603 2 R11, R3, R5, R8 4.7k 0603 4 R2 330k 0603 1 R4, R6 10k 0603 2 R9 2k 0603 1 X1 32.768kHz 1

58 C. Wykazy elementów Tabela. C.2 Wykaz elementów - interfejs MON08 Element Opis Ilo± C1, C10, C11, C12, C13, C17, C18, C19, C4, 100nF 0603 12 C5, C6, C7 C14 10uF/10V SMDA 1 C15 22pF 0603 1 C16 47pF 0603 1 C2 4.7uF/10V SMDA 1 C3 10nF 0603 1 C8, C9 10uF/16V SMDB 2 D1, D2, D3 KP-2012MGC 3 D4, D5 LL4148 2 D6 BZV55C9V1 1 IC1 FT232RL 1 IC2, IC3 74V1G125STR 2 IC4 74V1G04STR 1 IC5 ICL7660ACBAZA 1 IC6 LMC555CM 1 J1 T821-1-10-R1 1 J2 Listwa koªkowa 1x3 3 L1 LCBA-601 0603 1 Q1, Q2 IRLML6401 2 Q3 BC807-25 1 Q4, Q5 BC817-25 2 R1, R12, R22 1k 0603 3 R10, R11, R13, R16, R18, R2, R20, R6, R7, R8, 10k 0603 11 R9 R14 1M 0603 1 R15, R21 22k 0603 2 R17 2k 0603 1 R19 100k 0603 1 R3, R4, R5 510R 0603 3 USB1 USBB-G 1 X1/X2 9.8304MHz(14.745MHz) 1

Tabela. C.3 Wykaz elementów - pªyta HC908DEV Element Opis Ilo± C1, C13, C15, C18, C19, C20, C21, C22, C23, 100nF 0603 25 C24, C25, C26, C27, C28, C29, C30, C32, C33, C34, C35, C36, C37, C5, C7, C9 C10, C11, C12, C16, C2, C8 10nF 0603 6 C14, C17 4.7uF/10V SMDA 2 C3 220uF/35V H10 1 C31 10uF/10V SMDA 1 C4 100nF/50V 0805 1 C6 100uF/10V SMDC 1 D1, D5, D6, D7 KP-2012MGC 4 D2 LL-S172YC-2Y 1 D3 S1D 1 D4 P6SMBJ28A 1 D8 LL-504WC-W2-3TS 1 F1 VC120605D150 1 IC1 FT232RL 1 IC2 74V1G04STR 1 IC3 BH1603FVC 1 IC4 74V1G125STR 1 IC5 78M05CDT DPAK 1 IC6, IC7 74ABT541 SSOP-20 2 J1 PC-GK2.1/SMD 1 J2 ZL262-14DG 2 J3 T821-1-10-S1 1 J4 T821-1-20-S1 1 K1 ESD102E 1 L1 LCBA-601 0603 1 LCD1 DOGM162S / EA 1 LED55x31 / 2x STS 20P LS1 LD-BZPN-1705 1 PB1 TS4725MV160 1 PB2, PB2 TACTMS-24N 2 Q1, Q2 BC817-25 2 Q3 IRLML6401 1 R1, R2, R3, R4, R5, R7, R8 1k 0603 7 R10, R11, R17 22k 0603 3 R12, R14 4.7k 0603 2 R13 220R 0805 1 R15, R16 22k 0603 2 R18 5k1 0603 1 R6 51k 0603 1 R9 22R 0805 1 USB1 USBB-G 1 VR1 CA6VSMD-10K 1 VR2 EC12/ALPS 1 ZW1, ZW2, ZW3, ZW4, ZW6, ZW7, ZW8 Listwa koªkowa 1x3 7 ZW5 Listwa koªkowa 1x2 1 59

60 C. Wykazy elementów Tabela. C.4 Wykaz elementów - moduª RF868 Element Opis Ilo± A1 antena - przewód 8.6cm 1 C1, C11, C8 47pF 0603 3 C10, C12, C15, C16, C17, C3, C9 100nF 0603 7 C13, C14, C4 10uF/10V SMDA 3 C2 10nF 0603 1 C5 1.2pF 0603 1 C6 27pF 0603 1 C7 2.7pF 0603 1 D1 LL-S172GC-2A 0805 1 F1 VC120605D150 1 IC1 MRF49XA 1 IC2 74LCX245T SSO-20 1 IC3 25AA02E48 1 IC4 SPX5205M5-3.3 1 J1 T821-1-10-S1 1 L1 100nH 0603 1 L2 8.2nH 0603 1 L3 22nH 0603 1 R1 510R 0603 1 X1 10MHz HC49/4H SMX 1 Tabela. C.5 Wykaz elementów - moduª MEMS Element Opis Ilo± C1, C7 47pF 0603 2 C10, C11, C12, C3, C5, C8 100nF 0603 6 C2 10nF 0603 1 C4, C6, C9 10uF/10V SMDA 3 D1 LL-S172GC-2A 0805 1 F1 VC120605D150 1 IC1 LIS35DE 1 IC2 74LCX245T SSO-20 1 IC3 SPX5205M5-3.3 1 J1 T821-1-10-S1 1 R1 510R 0603 1

Tabela. C.6 Wykaz elementów - moduª ADC Element Opis Ilo± C1, C10, C11, C14, C15, C17, C3, C5, C6 100nF 0603 9 C12, C4, C9 10uF/10V SMDA 3 C13, C2 10nF 0603 2 C16 100nF 0805 1 C7, C8 1000nF 0603 2 D1 LL-S172GC-2A 0805 1 F1 VC120605D150 1 IC1 MCP6V01 1 IC2 REF198GS 1 IC3 MCP3550-50E 1 J1 TB-5.0-P-3P1 1 J2 T821-1-10-S1 1 L1 10uH 0805 1 R1 1000k 0603 1 R2 DR1206-100R-4/8 1 R3 1k 0603 1 VR1 CA6VSMD-10K 1 61 Tabela. C.7 Wykaz elementów - moduª RTC_TEMP Element Opis Ilo± A1 32.768kHz 1 BT1 KEYS1065 1 C1, C3, C6 100nF 0603 3 C2, C5 10nF 0603 2 C4 10uF/10V SMDA 1 D1 LL-S172GC-2A 0805 1 F1 VC120605D150 1 IC1 TC77-5.0 1 IC2 DS1390U-33+ 1 J1 T821-1-10-S1 1 R1 1k 0603 1

Bibliograa [1] J. K dzierski, M. Wnuk, Pªytka laboratoryjna do wspóªpracy z mikrokontrolerem MC68332, 2009, ICT PWr, Wrocªaw, 2009, 3.3.2, 4 [2] S. Dorobek, Instrukcja uzytkownika 'Interfejs MON08' 'Moduª z mikrokontrolerem MC68HC908GR4', ICT PWr, Wrocªaw, 2010, 2 [3] Addendum to the M68ICS08 operator's manual M68ICS08SOM/D for ICS08GR, 2000, P&E Microcomputer Systems, 3.1 [4] Data Throughput, Latency and Handshaking, AN232B-04, 2006, Future Technology Devices International Limited, 3.5.1 [5] In-Circuit Programming of FLASH Memory Using the Monitor Mode for the MC68HC908GR8, EB368/D, Rev. 2, Freescale Semiconductors, 3.5.1 [6] diptrace.com/download.php, Novarm, 3 [7] FT232R USB UART IC Datasheet, Rev. 2.05, 2009, Future Technology Devices International Limited, 2.4.2, 3.1 [8] HC08 Welcome Kit, Elektronikladen Mikrocomputer GmbH Co. KG, 3.1 [9] MAX1044/ICL7660 Switched-Capacitor Voltage Converters Datasheet, Rev. 1, 7/1994, Maxim Integrated Products, 3.1 [10] In-circuit Programming of FLASH Memory Using the Monitor Mode for the MC68HC908GR8, EB368/D, Rev. 2, Freescale Semiconductors, 2.4.2 [11] Low-cost Programming and Debugging Options for M68HC08 MCUs, AN2317/D, Rev. 1, 10/2002, Freescale Semiconductors, 2.2 [12] MC68HC908GR4 Datasheet, Rev. 7, 10/2006, Freescale Semiconductors, 2.3, 2.4.2 [13] LIS35DE MEMS motion sensor Datasheet, Rev. 1, 04/2009, STMicroelectronics, 3.4 [14] MCP3550/1/3 Low-Power, Single-Channel 22-Bit Delta-Sigma ADCs Datasheet, Rev. E, 4/2009, Microchip Technology Inc., 3.4 [15] MRF49XA ISM Band Sub-GHz RF Transceiver Datasheet, Rev. B, 6/2009, Microchip Technology Inc., 3.4, 3.4.1 [16] TC77 Thermal Sensor with SPI TM Interface Datasheet, 10/2002, Microchip Technology Inc., 3.4 [17] Antenna Selection Guide, Application Note AN058, Texas Instruments, 3.4.1

64 BIBLIOGRAFIA [18] High-Frequency Wound Chip Inductor Datasheet, Ferrocore, 3.4.1 [19] 25AA02E48 2K SPI Bus Serial EEPROM with EUI-48 TM Node Identity, Datasheet, 2010, Microchip Technology, 3.4.1

Spis rysunków 2.1 Model stanowiska uruchomieniowego..................... 6 2.2 Schemat blokowy mikrokontrolera MC68HC908GR4............. 7 3.1 Schemat blokowy interfejsu MON08...................... 12 3.2 Widok interfejsu MON08 z konguracj dla moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR................................. 12 3.3 Widok interfejsu MON08 w konguracji ogólnej............... 13 3.4 Schemat blokowy moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4...... 14 3.5 Kolejno± wyprowadze«zª cza moduªu z mikrokontrolerem......... 14 3.6 Schemat blokowy pªyty ewaluacyjnej..................... 16 3.7 Opisy konguracji zworek na pªycie ewaluacyjnej.............. 19 3.8 Schemat blokowy moduªu komunikacji radiowej - RF868.......... 21 3.9 Schemat blokowy moduªu z akcelerometrem - MEMS............ 22 A.1 Zdj cie pªyty ewaluacyjnej HC908DEV wraz z moduªem HC908GR4.... 33 A.2 Zdj cie interfejsu MON08........................... 34 A.3 Zdj cie moduªu komunikacji radiowej z transceiverem MRF49XA..... 34 A.4 Zdj cie moduªu z akcelerometrem LIS35DE.................. 34 B.1 Schemat ideowy pªyty ewaluacyjnej HC908DEV - cz ± zasilaj ca..... 36 B.2 Schemat ideowy pªyty ewaluacyjnej HC908DEV............... 37 B.3 Widok pªytki drukowanej pªyty ewaluacyjnej HC908DEV - warstwa TOP. 38 B.4 Widok pªytki drukowanej pªyty ewaluacyjnej HC908DEV - warstwa BOT- TOM....................................... 38 B.5 Schemat monta»owy pªyty ewaluacyjnej HC908DEV............. 39 B.6 Schemat ideowy interfejsu MON08...................... 40 B.7 Widok pªytki drukowanej interfejsu MON08 - warstwa TOP........ 41 B.8 Widok pªytki drukowanej interfejsu MON08 - warstwa BOTTOM..... 41 B.9 Schemat monta»owy interfejsu MON08.................... 41 B.10 Schemat ideowy moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4....... 42 B.11 Widok pªytki drukowanej moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 - warstwa TOP.................................. 43 B.12 Widok pªytki drukowanej moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 - warstwa BOTTOM............................... 43 B.13 Schemat monta»owy moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 - warstwa TOP.................................... 44 B.14 Schemat monta»owy moduªu z mikrokontrolerem MC68HC908GR4 - warstwa BOTTOM................................. 44 B.15 Schemat ideowy moduªu komunikacji radiowej RF868............ 45

66 SPIS RYSUNKÓW B.16 Widok pªytki drukowanej moduªu komunikacji radiowej RF868 - warstwa TOP....................................... 46 B.17 Widok pªytki drukowanej moduªu komunikacji radiowej RF868 - warstwa BOTTOM.................................... 46 B.18 Schemat monta»owy moduªu komunikacji radiowej RF868 - warstwa TOP. 47 B.19 Schemat monta»owy moduªu komunikacji radiowej RF868 - warstwa BOT- TOM....................................... 47 B.20 Schemat ideowy moduªu z akcelerometrem LIS35DE............. 48 B.21 Widok pªytki drukowanej moduªu z akcelerometrem LIS35DE - warstwa TOP....................................... 49 B.22 Widok pªytki drukowanej moduªu z akcelerometrem LIS35DE - warstwa BOTTOM.................................... 49 B.23 Schemat monta»owy moduªu z akcelerometrem LIS35DE.......... 50 B.24 Schemat ideowy moduªu z przetwornikiem analogowo-cyfrowym...... 51 B.25 Widok pªytki drukowanej moduªu z przetwornikiem analogowo-cyfrowym - warstwa TOP................................. 52 B.26 Widok pªytki drukowanej moduªu z przetwornikiem analogowo-cyfrowym - warstwa BOTTOM.............................. 52 B.27 Schemat monta»owy moduªu z przetwornikiem analogowo-cyfrowym.... 53 B.28 Schemat ideowy moduªu z zegarem czasu rzeczywistego DS1390 i termometrem TC77.................................. 54 B.29 Widok pªytki drukowanej moduªu z zegarem czasu rzeczywistego DS1390 i termometrem TC77 - warstwa TOP..................... 55 B.30 Widok pªytki drukowanej moduªu z zegarem czasu rzeczywistego DS1390 i termometrem TC77 - warstwa BOTTOM.................. 55 B.31 Schemat monta»owy moduªu z zegarem czasu rzeczywistego DS1390 i termometrem TC77 - warstwa TOP....................... 56 B.32 Schemat monta»owy moduªu z zegarem czasu rzeczywistego DS1390 i termometrem TC77 - warstwa BOTTOM.................... 56

Spis tabel 3.1 Wyprowadzenia zª cza interfejsu MON08................... 13 3.2 Wyprowadzenia zª cza moduªu z mikrokontrolerem............. 15 3.3 Wykorzystywane sygnaªy............................ 17 3.4 Wykorzystywane sygnaªy - wg przeznaczenia................. 17 3.5 Wykorzystywane sygnaªy - wg przeznaczenia cd................ 18 3.6 Wyprowadzenia zª cza SPI........................... 19 3.7 Wykorzystywane wyprowadzenia zª cza TPU................. 20 C.1 Wykaz elementów - moduª HC908GR4.................... 57 C.2 Wykaz elementów - interfejs MON08..................... 58 C.3 Wykaz elementów - pªyta HC908DEV..................... 59 C.4 Wykaz elementów - moduª RF868....................... 60 C.5 Wykaz elementów - moduª MEMS....................... 60 C.6 Wykaz elementów - moduª ADC........................ 61 C.7 Wykaz elementów - moduª RTC_TEMP................... 61