RLN-Electro 2012 SE. Arduino-совместимая отладочная плата электрика

Ведь не секрет, что разработка устройств на микроконтроллерах не может обойтись без аппаратного обеспечения. Необходимо на чем-то отлаживать программу, обкатывать ее, или просто поиграться с микроконтроллером. Для отладки программы нужен какой-то определенный набор функций. В одном случае этот функционал присутствует на плате, в другом случае — подключается в виде дополнительных модулей. Если посмотреть на сравнительную таблицу наиболее функциональных/специализированных отладочных плат, то часть из них либо слишком громоздка при большом функционале, либо слишком специализирована при малых габаритах, Я решил объединить функционал и габариты в одном устройстве.

Отладочная плата RLN Electro предназначена для отладки и прототипирования управляющих прошивок на базе микроконтроллеров AVR.
При ее создании, я руководствовался следующими критериями:
Никаких лишних соединений и проводов. Все выводы жестко завязаны на свои функции, причем ноги распределены таким образом, чтобы минимизировать потери полезных функций и увеличить выгоду от сочетания «процессор — дочернее устройство». Именно поэтому, к примеру, Энкодер оказался подключен к входам PCINT. Недостаток такого подхода — отсутствие гибкости — компенсируется надежностью и компактностью решения.

Удобство компоновки органов управления — необходимо все распределить так, чтобы после подключения проводов к разъемам шлейфы не перекрывали их.

Максимальное число современных интерфейсов. В первом приближении работа не завершена, однако наличие на данной плате Ethernet и USB на порядок увеличивает число возможных применений платы.

Функциональный метод сборки, который позволяет устанавливать текущий функционал платы простой распайкой только необходимых компонентов на плате — в виду компактности последней становится возможным устанавливать ее в конечную систему управления — это снимает требование разработки специальной платы и повышает скорость разработки.

Полная принципиальная схема бета-версии отладочной платы доступна по ссылке:

RLN_Electro_Ethernet_2012SE_b.pdf

Рассмотрим все возможности данной платы:

Контроллер:

В качестве контроллера был выбран самый мощный микроконтроллер серии 8-bit AVR – микроконтроллер Atmega640/1280/2560 в корпусе TQFP-100.

Полную информацию по процессору можно узнать из датащита: ATmega1280.pdf, однако приведем самые основные его характеристики:

  • 64/128/256 Кбайт Flash для хранения прошивки;
  • 8Кбайт ОЗУ;
  • 4Кбайт EEPROM для хранения данных;
  • до 20МГц тактовой частоты процессора (сменный кварцевый резонатор);
  • 2 8-разрядных таймера/счетчика и 4 8-разрядных канала ШИМ;
  • 4 16-разрядных таймера/счетчика и 12 16-разрядных канала ШИМ;
  • 16 каналов 10-разрядного АЦП, из них 8 каналов полностью доступны пользователю, а к 4 каналам подключены потенциометры. Оставшиеся 4 канала выведены на разъем JTAG с неотключаемыми (в рабочей версии платы) резисторами подтяжки;
    86 линий ввода/вывода, из которых пользователю непосредственно доступно 49 выводов;

Органы управления и контроля:

Плата снабжена 4-разрядным 7-сегментным светодиодным индикатором с параллельным интерфейсом и разъемом для подключения символьного ЖКИ по 4-разрядному интерфейсу.
rln-electro_12

Помимо этого, присутствуют 5 кнопок, подключенных к выводам PG0-PG4. Данные кнопки хорошо подходят для навигации по меню системы МенюОС.
Для прокручивания длинных списков, установки различных числовых значений и просто для регулирования параметров в рабочем режиме имеется Энкодер. Он подключен к выводам PJ5 И PJ6, с функцией вызова прерывания PCINT1_vect. Это дает возможность вести подсчет импульсов в фоновом режиме, с помощью обработчика прерывания.
4 Потенциометра позволяются задавать то или иное значение на одном из 4 входов АЦП(ADC0 -ADC4). В бета-версии подключение потенциометров инвертированное — минимальное значение на входе АЦП возвращается при повороте ручки потенциометра вправо до упора.

Выводы вход/выход:

Практически все свободные выводы микроконтроллера подключены к штырьковым разъемам IDC-10. При этом, три порта микроконтроллера — PORTD, PORTL и PORTK — выведены полностью и продублированы винтовыми зажимами для удобства подключения.

rln-electro_2

Для максимального удобства все разъемы подписаны и для каждого на плате располагается таблица выводов. В финальной версии для разъемов PORTGB и PORTE — будет введена аналогичная разъемам PORTD, PORTK, PORTL схема подключения — выводам PIN0-PIN7 соответствуют выводы 1-8 разъема, 9 вывод — +5В питания, 10 вывод — общий провод.
Точек подключения питания 5В и Общего провода только винтовых — по 6 точек. По три точки каждого уровня слева и справа на плате.

Интерфейсы:

На плате присутствуют следующие интерфейсы:

  • RS-232 на базе микросхемы преобразователя MAX232. Данный преобразователь при помощи джамперов подключается к порту UART2 контроллера.
  • RS-485 на базе микросхемы ADM3485. Данный преобразователь жестко подключен к синхронному порту UART1.
  • USB с разъемом формата B для подключения платы в качестве дочернего устройства.

Преобразователь собран на базе микросхемы FT232RL. Особенностью этой микросхемы и разводки является то, что она может выступать программатором. Для этого на плате предусмотрен 4-контактный разъем для подключения к контроллеру и программирования в т. н. Режим bit-bang.

rln-electro_3

Аналоговый датчик тока на базе эффекта Холла с гальванической развязкой. Подключается к входу ADC8 АЦП контроллера. В данный момент устанавливается датчик на номинальный ток 5А постоянного и переменного тока.

Из разъемов программирования на плате имеются:

6-контактный и 10-контактный разъемы программирования ISP для подключения старых и новых версий программаторов.

10-контактный разъем программирования и отладки при помощи JTAG

Ethernet

Данная плата оборудована Ethernet контроллером W5100 для организации связи с сетью Интернет. Данная микросхема обладает аппаратным TCP-стеком что экономит вычислительные ресурсы контроллера. Схемотехника Ethernet-контроллера аналогична применяемой на Ethernet-shield для Arduino и практически совместима с ним. Отличие от стандартной библиотеки в номере ноги с функцией SS — в Arduino он подключен к ноге PB4, в данной плате к ноге PB0. Сделано это для высвобождения ноги с функцией ШИМ.

Гальваническая развязка:

В качестве выходов с гальванической развязкой используются 6 миниатюрных реле с 1 переключающейся группой контактов.
В качестве гальванически развязанных входов предполагалось использовать 4 входа на оптопарах, однако при разработке были применены микросхемы, отсутствующие в необходимом миниатюрном корпусе и в бета-версии не установлены. В промышленной версии данные входы будут присутствовать. Подключаются они ко входам PJ0-PJ3, с функцией PCINT.

rln-electro_4Состояние проекта:

В настоящее время проект заморожен. Имеется 40-50 штук печатных плат для последней версии платы с распаянным Ethernet.

 

RLN-Electro 2012 SE. Arduino-совместимая отладочная плата электрика: 1 комментарий

  1. Уведомление: Активный компенсационный выпрямитель | URLNN blog

Добавить комментарий