1. Úvod
Vývojový kit MC56F8006 je pomerne lacným a jednoduchým nástrojom na tvorbu nových aplikácií, ale neposkytuje takmer žiadne moduly, ktorými by mohol užívateľ ovládať svoj návrh, alebo na ktorých by sa mohol zoznámiť s komunikáciou medzi DSC a rôznymi prvkami.
Prvou, a azda najdôležitejšou úlohou bol výber zariadení, ktoré má rozširujúci modul obsahovať. V rámci prvej priority bolo stanovené obsiahnutie čo najväčšieho možného počtu prvkov, s ktorými sa užívateľ môže stretnúť vo svojich aplikáciách, pri čo najvyššej rôznorodosti. Druhou prioritou bolo, aby rozširujúci modul v najvyššej úrovni naprogramovania dokázal vykonávať nejakú špecifickú funkciu, ako napr. merací systém alebo modul riadenia elektrického pohonu. Samozrejme, v nižšej úrovni by bolo možné naprogramovať jednotlivé prvky samostatne, prípadne ako parciálne celky. Od tejto druhej priority sa viac-menej upustilo, kvôli zložitosti a ťažkého dosahovania univerzálnosti návrhu, a rozširujúci modul sa navrhoval ako výukový alebo demonštračný.
V konečnom návrhu rozširujúceho modulu pre vývojovú dosku MC56F8006 bol rozhodujúci počet výstupov mikrokontrolóra a 40 pinový vstupno-výstupný port, ktorý umožňuje komunikáciu medzi navrhnutým modulom a samotným mikrokontrolórom. Pretože vývojová doska obsahuje iba tri mikrospínače a niekoľko signalizačných diód, rozhodlo sa doplniť funkcie vývojovej dosky o LCD displej, dotykové kapacitné tlačidlá, mikrospínače, páčkový prepínač, trimer, piezosirénu, mikrofón a signalizačné diódy.
Modul teda nie je určený pre reguláciu pohonov, aj keď určitou modifikáciou by sa to dalo dosiahnuť, ale slúži ako doplnkový systém, na ktorom sa môžu začínajúci konštruktéri naučiť, ako s danými prvkami pracovať, naprogramovať ich a následne použiť vo svojich aplikáciách.
2. Popis metódy
Každý článok by mal tvoriť akýsi príbeh, aj keď sa jedná o odbornú alebo vedeckú prácu. Úvod do problematiky by mal byť nasledovaný použitými metódami, postupmi, atď. Niektoré práce si vyžadujú uviesť aj teoretické informácie, vzťahy, atď. Vždy je ale nutné všetky uvedené fakty podložiť citáciou zdroja, z ktorého boli čerpané [1].
Vývojový kit MC56F8006DEMO je určený pre vývoj a demonštráciu aplikácií s použitím mikrokontrolóru MC56F8006DCS. Vďaka možnosti prepojenia medzi PC a vývojovým kitom prostredníctvom USB rozhrania a pomerne nízkej cene sa posúva tento produkt do čoraz väčšej obľúbenosti.
Vývojový kit pozostáva z blokov, ktoré slúžia na signalizáciu, komunikáciu a ovládanie, a ktoré možno rozdeliť na mikrokontrolór MC56F8006, I/O porty, mikrotlačidlá, indikátory a konektory, medzi ktoré patrí dôležitý port JP1.
2.1 Port JP1
40-pinový port JP1 slúži ako komunikačný most medzi DSC a rozširujúcim modulom. Výhoda portu JP1 je v univerzálnosti použitia s vývojovými kitmi, ktoré používajú DSC rodiny 56800/E, čo dovoľuje pripojenie rozširujúceho modulu aj k iným kitom.
Podobný port je aj J2, ktorý je na rozdiel od JP1 otočený smerom hore a nepoužíva sa pri všetkých vývojových kitoch s DSC rodiny 56800/E, čo boli dôvody, prečo nebol zvolený pre rozširujúcu aplikáciu.
Obr. 2.1.1 Rozloženie pinov portu JP1 pripojených na periférie MC56F800
Na obrázku č. 2.1 sú ukázané porty JP1 a J2 s rozdelením periférií DSC na jednotlivé piny, na ktorých môžu periférie vykonávať svoju funkciu. Na obrázku sú tiež ukázané pripojenia prvkov rozširujúceho modulu.
2.2 Zobrazovací modul – LCD displej
LCD displej, zvolený pre rozširujúci modul, disponuje dvoma riadkami po 16 znakov. Je zvolená klasická 8-bitová komunikácia, aj keď bola možnosť 4-bitovej alebo prostredníctvom SPI. Použitím posledných dvoch spôsobov by sa ušetril počet pinov portu JP1, ale programovanie pre začiatočných používateľov by bolo komplikovanejšie.
Zvolený displej disponuje funkciou použitia s podsvietením alebo bez. Podsvietenie displeja funguje prostredníctvom externého modulu, ktorý dodáva žltozelené svetlo a je realizované štyrmi LED diódami. LED diódy sú zapojené paralelne a pri napätí 2,2V odoberajú prúd 80mA. Vďaka pripojeniu modulu podsvietenia na PWM kanál je možné regulovať intenzitu podsvietenia displeja, prípadne vytvoriť blikanie.
2.3 Signalizačné moduly
V rozširujúcom module sú umiestnené tri LED diódy emitujúce žlté, zelené a červené svetlo. Každá z nich pracuje pod napätím 1,5V a spotrebe prúdu 2mA. Vzhľadom na konštrukciu rozširujúceho modulu bolo pred verziou SMD uprednostnené klasické puzdro.
Funkcia a spôsob použitia LED diód sú veľmi podobné s LED diódami, ktoré sú umiestnené na vývojovom kite a sú tiež pripojené na porty PWM, čo dovoľuje reguláciu intenzity a frekvencie emitovania svetla.
Akustickým signalizačným prvkom je piezosiréna bez vstavaného elektronického budiča. Generovanie vonkajších kmitov piezosirény je vykonávané opäť pomocou PWM kanála.
2.4 Ovládacie moduly
V súčasnosti sa do popredia dostávajú dotykové tlačidlá. Túto úlohu v rozširujúcom module zastáva proximity senzor MPR083, ktorý pracuje na zmene kapacity sledovaných plôšok, následnom vyhodnotení mikrokontrolórom a poslaním signálu do hlavného DSC prostredníctvom IIC.
Mikrokontrolór MPR083 dokáže pracovať s maximálne ôsmimi plôškami, ktoré môžu byť usporiadané v tvare kruhu alebo jednoducho za sebou. V aplikácii rozširujúceho modulu je použitých osem plôšok zostavených súmerne a tak vytvárajúc rotačné dotykové tlačidlo.
K ovládacím modulom sa pridávajú štyri mikrotlačidlá, jeden páčkový prepínač a potenciometer. Vo všeobecnosti, spínač je cez ochranný rezistor, paralelne s portom GPIO, pripojený na napätie 3,3V. Na porte GPIO je teda privedené napätie, ktoré GPIO vyhodnocuje ako istý stav. Po uvedení spínača do vodivého stavu sa napätie zvedenie na zem, čím sa na porte GPIO objaví nulové napätie – druhý stav. Podobne pracuje aj potenciometer, ktorého bežec je však spojený s ADC prevodníkom.
2.5 Ostatné moduly
Posledným modulom, ktorý priamo slúži užívateľovi, je elektretový mikrofón. Jeho hlavnou úlohou je zaznamenávať analógové signály, ktoré pomocou ADC prevedie na digitálne. Digitálny signál spracuje DSC a vykoná žiadanú úlohu.
Dôležité je spomenúť ešte jeden fakt. Rozširujúci modul pri využití všetkých prvkov naraz, by odoberal prúd z vývojového kitu väčší než je dovolené. Najväčšími spotrebiteľmi sú LED diódy (aj tie, ktoré sú v module podsvietenia LCD displeja) a dovolenú hranicu maximálneho prúdu nedokážu dodržať. Z tohto dôvodu bol implementovaný samostatný napájací obvod, ktorý môže zabezpečiť elektrickú energiu potrebnú nie len pre rozširujúci modul, ale aj pre vývojový kit.
Výber zdroja energie pre rozširujúci modul je možné prostredníctvom konektora JP2 zvoliť medzi napájaním z vývojového kitu alebo zo samostatne napájacieho obvodu. Keďže eventuálne najväčším odoberateľom prúdu je modul podsvietenia LCD displeja, ktorého menovitý výkon nedokáže byť vykrytý z vývojového kitu, rozširujúci modul je navrhnutý tak, aby podsvietenie fungovalo iba pri operácií so samostatným napájacím obvodom.
2.6 Schéma zapojenia
Vzhľadom na to, aby sa poskytol komplexný obraz rozširujúceho modulu, uvádzame schému zapojenia (obr. 2.6.1), ktorá čiastočne doplňuje obrázok 2.1.1. Na obrázku 2.6.2 je fotografický snímok spolupráce rozširujúceho modulu s vývojovým kitom 56F8006.
Obr. 2.6.1 - Schéma zapojenia rozširujúceho modulu
Obr. 2.6.2 Spolupráca rozširujúceho modulu s vývojovým kitom 56F8006
3. Záver
Rozširujúci modul je navrhnutý a realizovaný tak, aby z vrchnej strany, bežne prístupnej užívateľovi, boli väčšinou prvky, ktoré súvisia so signalizáciou, zobrazovaním alebo ovládaním. Preto, elektronické súčiastky potrebné k jednotlivým modulom sú umiestnené na spodnej strane a zvolená verzia ich puzdier je SMD.
V skutočnosti, rozširujúci modul pozostáva z dvoch dosiek plošných spojov, ktoré sú prepojené kolíkovými lištami. Prvá, základná doska nesie väčšinu prvkov a prostredníctvom nej sa realizuje cez konektor JP1 dátový, prípadne energetický, prenos. Druhá doska nesie dotykové plôšky a mikrotlačidlá. Vďaka kolikovým lištám sa poloha jej uloženia dostáva do roviny s vývojovým kitom MC56F8006, čím umožňuje komfortnejšiu manipuláciu s danými modulmi a zabraňuje nežiaducemu dotyku s prvkami, ktoré sa nachádzajú na povrchu prvej dosky.
Na záver zostáva nádej, že návrh rozširujúceho modulu bude mať praktické využitie pri oboznamovaní sa s prácou s mikrokontrolórmi a možnosťami rozšírenia o ďalšie periférie, pretože trend v technickom vývoji smeruje k automatizácií vo forme polovodičových systémov.
Poďakovanie
Tento príspevok vznikol za podpory spoločnosti Freescale Semiconductor, Inc. a Žilinskej univerzity v Žiline. Zvláštne poďakovanie patrí pánu Ing. Michalovi Kurekovi za trpezlivé vedenie, praktické rady a inšpiráciu počas celého vývoja projektu.
Miroslav Podstavek
Zoznam literatúry
- [1] MOTOROLA: MC56F800x Peripheral User Manual, Document Number: MC56F800x Rev. 1, 02/2008
- [2] FREESCALE: Data sheet MC56F8006, Document Number: MC56F8006 Rev. 2, 03/2009
- [3] FREESCALE: MC56F8006 Reference Manual, Document Number: MC56F8006RM Rev. 0, 03/2009
- [4] FREESCALE: MC56F8006 Demo board user’s guide, Document Number: MC56F8006DEMOLAB Rev. 1, 2009
- [5] FREESCALE: Proximity Capacitive Touch Sensor Controller, MPR083 Rev. 4 10/2008
- [6] http://www.lcd-module.de/eng/pdf/zubehoer/st7036.pdf
- [7] http://www.lcd-module.com/eng/pdf/doma/dog-me.pdf
- [8] FREESCALE: DSP56800E_Quick_Start User’s Manual, Targeting Freescale 56F8xxx Platform, Rev. 2.3, 02/20/2007
Odkazy
- Domovská stránka Freescale Semiconductor, Inc - http://www.freescale.cz
- Domovská stránka Freescale Technology Day v Žilině - http://www.ftd.uniza.sk/FTD/
- Domovská stránka Katedry výkonových elektronických systémů (KVES) Žilina - http://www.kves.uniza.sk
- Domovská stránka Žilinské univerzity - http://www.uniza.sk
- Domovská stránka Československé sekce IEEE - http://www.ieee.cz/
- Domovská stránka IEEE Industry Applications Society - http://ewh.ieee.org/soc/ias/
- Domovská stránka IEEE Industrial Electronics Society - http://ieee-ies.org/
Komentáře
Ako dalej
Chvalabohu podobne univerzalne konstrukcie su uz davno za mnou. Aj ja som si myslel co vsetko s tym budem riesit, ked tomu pridam ducha univerzalnosti, ale mnozstvo casu som travil vyhladavanim mikroskratov na DPS, zhananim displejov, pisanim ovladacich rutin a podobne. Nakoniec som zistil na farnelli, ze existuje komfortnejsia cesta.
Ocenujem autorov tvorivy pristup, ale "ti sikovni" vyrobcovia mikrokontrolerov skor smeruju k tvorbe hotovych evaluation / development rieseni, ktore poskytuju uzitok z mnohich periferii, krore dany mikrokontroler ponuka.
Naviac ponukaju sikovny balik mnozstva prikladov a ovladacich kniznic.
Na capacitive touch sense by som radsej volil dedicated chip. Nie som si isty ci mikrofonna cast obsahuje kompresor dynamiky. Displej by sa dal ovladat cez 4 draty, lepsi by bol s SPI rozhranim.
Marian