MMsam7s REV 2 Minimoduł z mikrokontrolerem ARM 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 net controllers, RFID High Spe- ed In System programmers for AVR, PIC, ST microcontrollers Microprocesor systems, PCB for 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 Bo- ards 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 CECHY... 3 2 BUDOWA MODUŁU... 4 SCHEMAT BLOKOWY... 4 ROZMIESZCZENIE WYPROWADZEŃ... 5 MIKROKONTROLER AT91SAM7S... 6 PAMIĘĆ DATAFLASH... 6 STABILIZATOR... 7 UKŁAD PODCIĄGAJĄCY LINIĘ D+ USB... 7 ZŁĄCZE JTAG... 7 3 PŁYTA EWALUACYJNA... 8 4 PARAMETRY TECHNICZNE... 9 5 POMOC TECHNICZNA... 9 6 GWARANCJA... 9 7 ROZMIESZCZENIE ELEMENTÓW... 10 8 WYMIARY... 11 9 SCHEMAT... 11
1 Wprowadzenie MMsam7s jest uniwersalnym minimodułem dla mikrokontrolerów AT91SAM7S firmy Atmel. Mikrokontroler ten jest dostępny w obudowie TQFP64, która ze względu na zagęszczony układ wyprowadzeń utrudnia stosowanie go w układach prototypowych i amatorskich. My podjęliśmy próbę umieszczenia go na płytce o wymiarach 36x36 mm z układem wyprowadzeń pasującym do ogólnie dostępnych druków prototypowych. Dodatkowo dodaliśmy stabilizator 3.3V oraz pamięć szeregową DataFlash o pojemności do 4MB. Wszystkie porty i sygnały mikrokontrolera wyprowadziliśmy przy pomocy dwurzędowych złącz szpilkowych o rastrze 0,1. Minimoduł ten nie jest jedynie adapterem, ale kompletną płytą główną dla AT91SAM7S. Wystarczy podłączyć napięcie zasilania, złącze JTAG i moŝemy zacząć ładować 256 kbajtów pamięci Flash mikrokontrolera. Dzięki zintegrowaniu peryferii z mikrokontrolerem na jednej płytce, zastosowanie modułu moŝe skrócić czas projektowania i ułatwić budowę systemów bazujących na mikrokontrolerach AT91SAM7S, eliminując konieczność projektowania obwodu drukowanego. Do modułu dostarczone jest przykładowe oprogramowanie. Moduł MMsam7s moŝe równieŝ znaleźć zastosowanie w pracowniach dydaktycznych uczelni informatycznych i elektronicznych, jak równieŝ posłuŝyć do budowy prac dyplomowych. Cechy Minimoduł MMsam7s: Kompletny, gotowy do uŝycia system mikroprocesorowy Szybki mikrokontroler ARM AT91SAM7S o wydajności do 55MIPS Szeregowa pamięć DataFlash o pojemności do 32Mbity (4MBajty) Wbudowany rezonator kwarcowy 18.432MHz Wbudowany stabilizator 3.3V 400mA Napięcie zasilania modułu: 3.3V lub 3.8-16V 2 x 26 wyprowadzenia z rastrem 0.1" (2.54mm), pasujące do wszystkich druków prototypowych Małe wymiary:36mm x 36mm Dostępna płyta ewaluacyjna i przykładowe oprogramowanie 3
2 Budowa modułu Schemat blokowy Schemat blokowy minimodułu MMsam7s przedstawiono na rysunku: USB ADC AT91SAM7S JTAG PORTA(31:0) DataFlash 18.432MHz Voltage Regulator USB D+ pullup circuit Rysunek 1 Schemat blokowy minimodułu MMsam7s. Minimoduł moŝna zamówić w róŝnych konfiguracjach według następującego selektora: MMsam7sx d Rozmiar pamięci Flash: 64 64kB 128 128kB 256 256kB Rozmiar pamięci DataFlash: 0 brak pamięci DataFlash 1 16Mb 2 32Mb Np.: MMAT91SAM64-0 minimoduł z mikrokontrolerem AT91SAM7S256 (256kB Flash), z pamięcią DataFlash 32MB. 4
Rozmieszczenie wyprowadzeń Rysunek 2 Rozmieszczenie wyprowadzeń widok z góry. J1 Nazwa Nazwa Nazwa Nazwa ADVREF 1 2 AD4 USBDP 1 2 USBDN AD5 3 4 AD6 TCK 3 4 PA31 (1) AD7 5 6 PA17 TMS 5 6 JTAGSEL PA18/PGMD6/AD1 7 8 PA21/PGMD9 TDO 7 8 PA0/PMEN0 PA19/PGMD7/AD2 9 10 PA22/PGMD10 PA1/PGMEN1 9 10 PA2 PA23/PGMD11 11 12 PA20/PGMD8/AD3 PA3 11 12 PA30 PA16/PGMD4 13 14 PA15/PGMD3 PA29 13 14 #RESET PA14/PGMD2 (1) 15 16 PA13/PGMD1 (1) PA28 15 16 PA27/PGMD15 PA24/PGMD12 17 18 PA25/PGMD13 PA4/PGMNCMD 17 18 PA5/PGMRDY PA26/PGMD14 19 20 PA12/PGMD0 (1) PA6/PGMNOE 19 20 TDI PA11/PGMM3 21 22 PA10/PGMM2 PA7/PGMNVALID 21 22 PA8/PHMM0 23 24 PA9/PGMM1 UDP_PUP 23 24 TST VCC 25 26 DF_CS 25 26 ERASE J2 (1) końcówki uŝywane do podłączenia pamięci DataFlash na module. Szczegółowy opis portów moŝna znaleźć w dokumentacji mikrokontrolera AT91SAM7S. 5
Mikrokontroler AT91SAM7S 32-bitowy rdzeń ARM7TDMI od 32 do 256kB programowanej w systemie pamięci programu typu FLASH od 8 do 64kB pamięci RAM 3 timery z funkcjami input capture, output compare i z moŝliwością generowania PWM Timer do generowania okresowych przerwań Licznik czasu rzeczywistego 4-kanałowy 16-bitowy kontroler PWM 2 interfejsy UART dodatkowy kanał USART do debuggowania Interfejs I2C Interfejs SPI Interfejs USB 8-kanałowy 10-bitowy przetwornik A/C Do 32 linii I/O z tolerancją 5V Kontroler przerwań Układ Resetu Tryby obniŝonego poboru mocy Watchdog okienkowy Pojedyncze napięcie zasilania 3.3V (wewnętrzny stabilizator 1.8V) Interfejs JTAG Pamięć DataFlash Minimoduł moŝe zostać wyposaŝony w pamięć DataFlash AT45DB161B lub AT45DB321C o pojemności odpowiednio 16Mb lub 32Mb. Pamięć podłączona jest do szybkiej magistrali SPI o prędkości transmisji do 10Mb/s. Układ pamięci aktywowany jest po podaniu niskiego poziomu logicznego na wejście #CS. Wyprowadzenie #CS podłączone jest do portu PA31 (S1.SSN) mikrokontrolera poprzez rezystor R31. Poza PA31 magistrala SPI zajmuje trzy końcówki procesora: PA12, PA13, PA14. NaleŜy pamiętać, Ŝe jeŝeli zamontowana jest pamięć DataFlash, to wymienione końcówki portów nie mogą być uŝywane na zewnątrz modułu. Oczywiście magistrala SPI moŝe być wykorzystana do komunikacji z zewnętrznymi peryferiami, pod warunkiem, Ŝe będą one posiadały wejścia wyboru układu (CS). Po usunięciu rezystora R11 końcówka CS moŝe zostać podłączona do dowolnego wyprowadzenia mikrokontrolera (na zewnątrz modułu). PoniŜszy schemat przedstawia połączenie pamięci DataFlash wewnątrz modułu. PA31 DF_CS R11 0R R10 PA13 PA12 PA14 13 14 12 11 U3 SI SO SCK CS DataFlash VCC 6 RDY/BSY 1 2 RESET 3 WP 7 C14 AT45DB321C Rysunek 3 Połączenie pamięci DataFlash wewnątrz modułu. Szczegółowy opis układów DataFlash znajduję się na stronie firmy Atmel: www.atmel.com. 6
Stabilizator Minimoduł posiada wbudowany stabilizator 3.3V. Dzięki temu moŝe być on zasilany zarówno stabilizowanym napięciem 3.3V, doprowadzonym do końcówki 23 złącza J1 (), jak i niestabilizowanym napięciem z zakresu 3.8 9V, doprowadzonym do końcówki 25 tego samego złącza (VCC). JeŜeli zasilanie dostarczane jest do końcówki VCC, to napięcie 3.3V wytwarzane jest na module za pomocą stabilizatora U2. Napięcie 3.3V moŝe w takiej sytuacji być równieŝ uŝywane na zewnątrz modułu pod warunkiem, Ŝe pobór prądu nie przekroczy ok. 300mA. D2 LL4148 VCC 1 U2 SPX2920M3-3.3 VIN VOUT 3 + C12 10u/16V 2 4 TAB + C13 10u/16V Rysunek 4 Stabilizator 3.3V na module. Układ podciągający linię D+ USB Host USB rozpoznaje obecność urządzenia full-speed na magistrali na podstawie podciągania linii D+ do wysokiego poziomu logicznego. W moduł MMsam7s został wbudowany układ podciągający, jest on przedstawiony na rysunku poniŝej. not mounted R13 4k7 R9 Q1 BC 857 R8 1k5 USBDP R16 4k7 UDP_PUP #RESET R12 R14 0R D1 LL4148 R15 Q2 BC 847 Rysunek 5 Układ podciągający linię D+ Podciąganie jest domyślnie wyłączone poprzez rezystor polaryzujący R15. RównieŜ aktywny sygnał resetu, lub niski poziom na linii UDP_PUP (jest ona wyprowadzona na złącze i moŝe zostać połączona z dowolnym portem mikrokontrolera) powoduje wyłączenie podciągania, co sygnalizuje hostowi odłączenie urządzenia USB. Domyślnie podciąganie włączane jest wysokim poziomem logicznym na linii UDP_PUP, jednak po usunięciu rezystora R14 i zamontowaniu R13 moŝna uzyskać sterowanie w logice ujemnej. Złącze JTAG JTAG jest czteroprzewodowym interfejsem umoŝliwiającym przejęcie kontroli nad rdzeniem procesora. MoŜliwości oferowane przez ten interfejs to m.in.: praca krokowa, praca z pełną szybkością, pułapki sprzętowe oraz programowe, podgląd oraz modyfikacja zawartości rejestrów i pamięci. Sposób podłączenia złącza JTAG do minimodułu przedstawiono na rysunku: 7
M1 +5V J1_1 J1_2 J1_3 J1_4 J1_5 J1_6 J1_7 J1_8 J1_9 J1_10 J1_11 J1_12 J1_13 J1_14 J1_15 J1_16 J1_17 J1_18 J1_19 J1_20 J1_21 J1_22 J1_23 J1_24 J1_25 J1_26 ADVREF AD4 AD5 AD6 AD7 PA17/TD/PCK1/AD0 PA18/RD/PCK2/AD1 PA21/RXD1/PCK1 PA19/RK/FIQ/AD2 PA22/TXD1/NPCS3 PA23/SCK1/PWM0 PA20/RF/IRQ0/AD3 PA16/TK/TIOB1 PA15/TF/TIOA1 PA14/SPCK/PWM3 PA13/MOSI/PWM2 PA24/RTS1/PWM1 PA25/CTS1/PWM2 PA26/DCD1/TIOA2 PA12/MISO/PWM1 PA11/NPCS0/PWM0 PA10/DTXD/NPCS2 PA9/DRXD/NPCS1 VCC DDP DDM TCK PA31/NPCS1/PCK2 TMS JTAGSEL TDO PA0/PWM0/TIOA0 PA1/PWM1/TIOB0 PA2/PWM2/SCK0 PA3/TWD/NPCS3 PA30/IRQ1/NPCS2 PA29/RI1/TCLK2 NRST PA28/DSR1/TCLK1 PA27/DTR1/TIOB2 PA4/TWCK/TLCK0 PA5/RXD0/NPCS3 PA6/TXD0/PCK0 TDI PA7/RTS0/PWM3 PA8/CTS0/ADTRG UDP_PUP TST DF_CS ERASE J2_1 J2_2 J2_3 J2_4 J2_5 J2_6 J2_7 J2_8 J2_9 J2_10 J2_11 J2_12 J2_13 J2_14 J2_15 J2_16 J2_17 J2_18 J2_19 J2_20 J2_21 J2_22 J2_23 J2_24 J2_25 J2_26 R37 R38 R39 R25 R40 R41 VTref ntrst TDI TMS TCK RTCK TDO nsrst DBGRQ DBGACK R34 R35 J9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Header 10X2 Vsupply MMsam7s Rysunek 6 Połączenie modułu MMsam7s ze złączem JTAG. TCK TDI TDO TMS TRST SRST VCC Vref OPIS WYPROWADZEŃ JTAG sygnał zegarowy JTAG sygnał danych z układu docel. JTAG sygnał danych do układu docel. JTAG sygnał przełączający Reset interfejsu JTAG Sygnał RESET układu docelowego Zasilanie emulatora Wskaźnik zasilania układu docelowego Masa Rysunek 7 Złącze JTAG. Programator/emulator JTAG moŝna znaleźć na stronie: - ARMCable I: http://www.propox.com/products/t_122.html 3 Płyta ewaluacyjna Aby ułatwić projektowanie urządzeń wykorzystujących minimoduł, przygotowana została płyta ewaluacyjna EVBAT91SAM7S. W jej skład wchodzą elementy: 8
gniazdo pod moduł MMsam7sF złącze ze wszystkimi końcówkami modułu MMsam7s złącza wszystkich peryferiów dostępnych na płycie stabilizator +5V włącznik zasilania port USB dwa porty RS232 wraz z diodami sygnalizującymi pracę złącze 1-Wire złącze programowania/debuggowania w systemie JTAG złącze pod wyświetlacz LCD 2x16 8 diod LED 4 klawisze 2 potencjometry buzzer pole prototypowe 4 Parametry techniczne Mikrokontroler AT91SAM7S Pamięć programu do 256kB Pamięć danych do 64kB Pamięć DataFlash do 4MB Ilość wejść/wyjść cyfrowych do 32 Ilość wejść analogowych do 8 Zasilanie 3.3V lub 3.8 9V Wymiary 36x36mm Waga ok. 80g Zakres temperatur pracy 0 70ºC Wilgotność 5 95% Złącza Dwa złącza szpilkowe 2x26 wyprowadzenia 5 Pomoc techniczna W celu uzyskania pomocy technicznej prosimy o kontakt support@propox.com. W pytaniu prosimy o umieszczenie następujących informacji: Numer wersji modułu (np. REV 1) Ustawienia rezystorów Szczegółowy opis problemu 6 Gwarancja Minimoduł MMsam7s objęty 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 zniszczenia i uszkodzenia powstałe w wyniku uŝytkowania modułu MMsam7s. 9
7 Rozmieszczenie elementów Rysunek 8 Rozmieszczenie elementów na górnej warstwie. Rysunek 9 Rozmieszczenie elementów na dolnej warstwie. 10
8 Wymiary Rysunek 10 Wymiary - widok z góry. Rysunek 11 Wymiary widok z boku. 9 Schemat 11
AD4 AD5 AD6 AD7 ADVREF TDI TDO TMS TCK JTAGSEL USBDN USBDP #RESET not mounted R7 100R + C6 10u/10V C1 C2 C3 R3 R4 R5 R6 C7 C15 C8 1n R1 1k5 C16 C9 10n C5 C4 C17 TST ERASE 3 AD4 4 AD5 5 AD6 6 AD7 1 ADVREF 33 TDI 49 TDO 51 TMS 53 TCK 50 JTAGSEL 56 DDM 57 DDP 39 NRST 59 VDDFLASH 18 VDDIO 45 VDDIO 58 VDDIO 7 VDDIN 8 VDDOUT 12 VDDCORE 24 VDDCORE 54 VDDCORE 64 63 U1 VDDPLL PLLRC 2 17 46 60 40 TST 55 ERASE AT91SAM7S 48 PA0/PWM0/TIOA0 47 PA1/PWM1/TIOB0 44 PA2/PWM2/SCK0 43 PA3/TWD/NPCS3 36 PA4/TWCK/TLCK0 35 PA5/RXD0/NPCS3 34 PA6/TXD0/PCK0 32 PA7/RTS0/PWM3 PA8/CTS0/ADTRG 31 30 PA9/DRXD/NPCS1 29 PA10/DTXD/NPCS2 28 PA11/NPCS0/PWM0 27 PA12/MISO/PWM1 22 PA13/MOSI/PWM2 21 PA14/SPCK/PWM3 20 PA15/TF/TIOA1 19 PA16/TK/TIOB1 9 PA17/TD/PCK1/AD0 10 PA18/RD/PCK2/AD1 13 PA19/RK/FIQ/AD2 16 PA20/RF/IRQ0/AD3 11 PA21/RXD1/PCK1 14 PA22/TXD1/NPCS3 15 PA23/SCK1/PWM0 23 PA24/RTS1/PWM1 25 PA25/CTS1/PWM2 26 PA26/DCD1/TIOA2 37 PA27/DTR1/TIOB2 38 PA28/DSR1/TCLK1 41 PA29/RI1/TCLK2 42 PA30/IRQ1/NPCS2 52 PA31/NPCS1/PCK2 61 XOUT XIN 62 PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 PA8 PA9 PA10 PA11 PA12 PA13 PA14 PA15 PA16 PA17 PA18 PA19 PA20 PA21 PA22 PA23 PA24 PA25 PA26 PA27 PA28 PA29 PA30 PA31 R2 1M X1 18.432MHz ADVREF AD5 AD7 PA18 PA19 PA23 PA16 PA14 PA24 PA26 PA11 VCC J1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Header 13X2 AD4 AD6 PA17 PA21 PA22 PA20 PA15 PA13 PA25 PA12 PA10 PA9 USBDP TCK TMS TDO PA1 PA3 PA29 PA28 PA4 PA6 PA7 UDP_PUP DF_CS J2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Header 13X2 USBDN PA31 JTAGSEL PA0 PA2 PA30 #RESET PA27 PA5 TDI PA8 TST ERASE C10 22p C11 22p not mounted R13 4k7 R9 Q1 BC 857 R8 1k5 USBDP D2 LL4148 UDP_PUP #RESET R12 R14 0R D1 LL4148 R15 R16 4k7 Q2 BC 847 VCC + C12 10u/16V U2 SPX2920M3-3.3 1 3 VIN VOUT 2 TAB 4 + C13 10u/16V PA31 DF_CS R11 0R R10 PA13 PA12 PA14 U3 DataFlash VCC 6 13 SI 14 SO RDY/BSY 1 12 2 SCK RESET 11 3 CS WP 7 AT45DB321C C14 http://www.propox.com email: support@propox.com Title: MMsam7s Size: File: Rev: Sheet 1 of 1 2 Date: 09-01-2006 12