Семенець В В, Крук О Я Харківський національний університет радіоелектроніки пр Леніна 14, м Харків, 61001, Україна тел: 8057-7021807, e-mail: krukoleg@ukrnet

Рис 2 Структурна схема розробок на базі макетів серії МЛ

застосуванням компютерів як засоби відображення інформації та середовища розробки програмного забезпечення

Анотація – Розроблена і створена серія апаратно-програмних комплексів для різних сімейств мікро-контроллерной техніки, які дозволяють у повному обсязі вивчити особливості архітектури та програмування в рамках навчального циклу і побудувати системи промислового призначення у разі застосування їх на виробництві Ідея створення таких комплексів обумовлена ​​в основному відсутністю на ринку аналогічних виробів з такими широкими функціональними можливостями Макети пропоновані фірмами-виробниками мікросхем як правило дуже Вузьконаправлене і орієнтовані на початкове ознайомлення з мікроконтролером і не дозволяють створити готову контролерну систему в рамках навчального курсу У свою чергу промислові контролери орієнтовані на дуже вузьке коло фахівців, що сильно обмежує їх застосування Саме тому була створена серія апаратно-програмних комплексів, які можуть повною мірою відповідати вимогам як навчальних закладів так і промислових підприємств

I                                       Введення

Універсальні налагоджувальні комплекси серії МЛ призначені для створення сучасних високопродуктивних (до 100MIPS – мільйонів операцій в секунду) вимірювальних і управляючих систем, а також для використання у навчальному процесі для детального ознайомлення з архітектурою та принципами програмування сучасних мікро-контролерних систем Загальна структурна схема застосованих контролерів представлена ​​на малюнку 12 Кожен з комплексів має свої особливості і спроектований із застосуванням останніх досягнень в області мікроелектроніки

Рис 1 Зовнішній вигляд конструктивного виконання

Fig 1 External view of ML-1 development system

Bee налагоджувальні комплекси комплектується внутрісхемний покроковими отладчиками, що дозволяє виявити помилки на стадії написання програмного забезпечення та перевірити працездатність написаних програм в покроковому режимі в реальному часі, що робить процес проектування дуже наочним і доступним

Кожен відладочний комплекс має ряд інтерфейсів для обміну даними з компютером, що дозволяє проектувати контролерні системи з

Fig 2 Structure schematic of ML development boards

II                              Основна частина

21 Лабораторний універсальний макет МЛ-1

Лабораторний макет являє собою універсальне апаратний пристрій на базі 8-ми розрядного мікроконтролера AVR ATMEGA-128 (fr = 11,0592 МГц), до складу якого входять (див малюнок 21): мікроконтролер ATMEGA128, графічний РК-дисплей з роздільною здатністю 240×128 на базі контролера Toshiba Т6963С, блок світлодіодів, кпавіатури: 3×4 і 1×3, АЦП, пьезоізлучатель, послідовний інтерфейс RS-232C, JTAG- відладчик Сполучення лабораторного макета і ПЕОМ забезпечується за допомогою послідовного інтерфейсу ISP, конструктивно використовує стандартний розєм Centronics DB-25 або за допомогою JTAG відладчика, який використовує послідовний СОМ-порт компютера для програмування або налагодження програм, з подальшим програмуванням Зовнішній вигляд лицьової панелі лабораторного макета наведений на малюнку 22

Управління вбудованим в комплекс графічним ЖК-дисплеєм здійснюється через порти А і С, до них же подкпючена память 32К (62256) Блок з восьми світлодіодів подкпючен до мікроконтролера через порт D Сполучення клавіатури 3×4 здійснюється за допомогою порту Е Через порт F, лінії якого є входами АЦП, до мікроконтролера підключаються термодатчик Пьезоізлучатель і кпавіатура 1×3 підключена до порту В мікроконтролера Інтерфейс SPI вільний і призначений для підключення зовнішніх пристроїв, таких як цифрові РК-індикатори, датчики і т д Інтерфейс порту SPI, висновків АЦП і вільних пор-

тов конструктивно виконаний у вигляді уніфікованого розєму DB-25, розташованого на задній панелі корпусу комплексу (див малюнок 13) Для ліній двох вбудованих в мікроконтролер послідовних інтерфейсів RS-232C (USARTO, USART1) призначені розєми DB-9, розташовані на задній панелі макета На задній панелі знаходиться також розєм для підключення зовнішнього джерела живлення (12 В) і вимикач електроживлення Загальний вигляд задньої панелі представлений на малюнку 23

Puc 4 Зовнішній вигляд лицьової панелі отладочного комплексу

Fig 4 Externai view of ML-1 deveiopment system

Fig 3 Structure schematic of ML-1 deveiopment system

Рис 3 Структурна схема отладочного комплексу МЛ-1

Puc 5 Зовнішній вигляд задньої панелі отладочного комплексу

22 Лабораторний універсальний макет МЛ-2

Лабораторний макет МЛ-2 являє собою універсальне апаратний пристрій на базі ПЛІС до складу якого входять:

1 FPGA Altera АСЕХ ЕР1К100QC208 – (50Mhz кварц)

2 Підтримка декількох варіантів конфігурування:

– Конфігурування через USB інтерфейс

– Конфігурування черех Byte-Blaster

– Конфігурування через завантажувальну флеш-память

– Створення завантажувальної області в мікроконтролері з подальшою зміною ПЛІС

3 Наявність мікроконтролера АТМеда-128

4         32Mbyt Flash RAM

5 Дисплей EPSON з роздільною здатністю 320×240 і TouchScreen панеллю

6 Можливість подкпюченія компютерної кпа-Віатур і мишки через PS / 2

7 80 MHz, Triple 8-Bit Video DAC для безпосереднього подкпюченія компютерного монітора

8         8-Bit, 32 MSPS, 95 mWCMOS A/D Converter

9         10-Bit, 125 MSPS High Performance TxDAC® D/A Converter

10          512KSRAM

11          USB20, RS-232

Загальний вигляд лабораторного макета МЛ-2 показаний на малюнку 24

Рис 6 Обш, ий вид конструктивного виконання макета МЛ-2

Fig 6 Externai view of ML-2 deveiopment system

Сполучення лабораторного макета і ПЕОМ забезпечується за допомогою послідовного інтерфейсу ISP, конструктивно використовує стандартний розєм Centronics DB-25 або за допомогою JTAG відладчика, який використовує послідовний СОМ-порт компютера для програмування або налагодження програм, з подальшим програмуванням

23 Лабораторний універсальний макет МЛ-3

Лабораторний макет МЛ-3 являє собою універсальне апаратний пристрій на базі ARM мікроконтролера до складу якого входять:

1         CPU Philips LPC-2106

2 Програматор

3 4×3 матрична клавіатура

4 8-розр індикація

5 програмовані користувачем кнопки

6         32Mbit Flash RAM AT45DB321

7         240×128 LCD EPSON

8 Wiggler debug порт і відладчик

9         USB20

10       RS-232

Загальний вигляд лабораторного макета МЛ-2 показаний на малюнку 25

Таблиця 1 Порівняльна характеристика лабораторних макетів

Рис 7 Загальний вид конструктивного виконання макета МЛ-3

Fig 7 External view of ML-3 development system

24 Лабораторний універсальний макет МЛ-4

Лабораторний макет МЛ-4 представляє собою універсальний апаратний пристрій на базі DSP процесора до складу якого входять:

1

ADSP-BF533 BlackFin CPU

2

32Mb (16×16 bit) SDRAM

3

CPU-ARM LPC2214

4

2Mb Flash RAM

5

LCD EPSON 320×240 Touch Screen

6

Adi836 Audio Codec

7

ADV7183 відео декодер

8

ADV7171 відео енкодер

9

ADM3202 – RS232

10

USB 20

11

RS-232

12 Програмовані користувачем світлодіоди і кнопки

13 Програмовані користувачем висновки Загальний вигляд лабораторного макета МЛ-2 показаний

на малюнку 26

Рис 8 Загальний вид конструктивного виконання макета МЛ-4

Table 1 Comparative characteristic of laboratory

prototypes

Наїм

Тип процесора

Обсяг ОЗУ, Кб

Кількість

ліній

введення

виводу

Тактова

частота,

МГц

МЛ-1

AVR

16

48

16

МЛ-2

ПЛІС

32

96

50

МЛ-3

ARM

1024

48

48

МЛ-4

DSP

2048

96

600

III                                  Висновок

5,5 Універсальні лабораторні макети серії МЛ призначені для створення сучасних високопродуктивних (до 500 MIPS – мільйонів операцій в секунду) вимірювальних і управляючих мікро-контролерних систем Як вже було сказано, вони містять власне цільової мікроконтролер, інтерфейс програмування JTAG, ланцюги кварцового генератора і SMD стабілізатори напруги Лабораторні макети працюють при напрузі живлення від 2,7 до 3,6 В Вхідна напруга живлення модуля має бути більше обраного напруги живлення SMD стабілізатора, як мінімум на 0,8 В Максимальна вхідна напруга живлення макетів вольта, однак застосування зовнішніх AC / DC перетворювачів дозволяє використовувати лабораторні макети при різних напруг живлення Максимальний струм споживання модуля – більше 500 мА в активному режимі і не більше ЮмкА в режимі енергозбереження МЛ-1 може працювати при тактовій частоті до 25МГц 70% інструкцій виконується за 1 період тактової частоти Маючи такі технічні характеристики, лабораторні макети серії МЛ можуть застосовуватися в різних галузях життєдіяльності людини При наявності зовнішніх датчиків – це можуть бути системи автоматизації та управління, системи контролю параметрів і якості на виробництві При наявності медичних датчиків, макети можуть отримувати, вимірювати і відображати процеси життєдіяльності людського організму

IV                           Список літератури

[1] Курилин А, Ламберт Е AVR – мікроконтролери: розвиток триває «Компоненти і технології» с22005

[2]  /\\/R Technical Training Atmel Corp Norway 2005

[3]  AVR Software and Technical Library December 2005

[4] Кріеченко І В Мікроконтролери загального призначення для вбудованих додатків виробництва Atmel Corp / / Електронні компоненти © 5, 2002 с 69-73

[5] Кріеченко І В, Ламберт Є В AVR-мікроконтролери: сім яскравих років становлення Що далі Частина 1 Поточне положення AVR на світовому ринку мікроконтролерів і плани розвитку сімейства в 2004 році / / Компоненти і Технології 2004 © 1

[6] Корольов Н В, Корольов Д Н AVR-мікроконтролери другого покоління: нові апаратні можливості / / Компоненти і Технології 2003 © 4

[7]  /\\/R Technical Training Atmel Corp Norway December 2003

LABORATORY MICROCONTROLLER DEBUG SYSTEMS OF ML TYPE

Semenets V V, Kruk O J

Kharkov National University of Radioeiectronics Lenin ave, 14, Kharkov, 61001, Ukraine Ph: 8057-7021807, e-maii: krukoieg@ukrnet

Abstract – Complete hardware-software sets for various families of microcontroller engineering which permit to to study the architecture and programming features at the education courses and to construct the manufacture and industrial applications The main goal of such complexes creation related to the absence of the analogous products on the market

I                                         Introduction

This paper suggests some ideas of a hardware design for the processing control systems As example, it is ML series of controller development boards Its configuration is envisaged for use with a personal computer (PC)

First we provide an overview of typical control systems Then a circuit is proposed, which performs the analog-to-digital conversion, the digital filtering, and the digital amplification, all by using the ML-hardware microcontroller basing devices an the integrated «system-on-chip» that combines an A/D converter, the microcontroller, LCD display, and the flash memory The paper goes on to discuss considerations on the choice of components and programming of the ML

II                                        Main Part

Figure 11 shows an external view of ML development system In that scheme it is apparent that all filtering is made in the analog domain, while the microprocessor, the microcontroller, or DSP is used principally for communication and other downstream purposes Thus, the powerful computational properties of the digital core are not readily available to deal with the signal in its essentially raw state In addition, the sophisticated analog filters can be costly to the overall design due to their inflexibility—and the space, the cost, and the power they require

The signal scheme can be simplified by using an ML, which allows the ADC, LCD, filters, and microprocessor to be combined in a single integrated circuit board Additional advantages are the flexibility of filter implementation and the isolation in the digital domain The proposed system design is shown in Figure 21

The analog front-end uses the typical approach with an instrumentation amplifier (lA) and a right leg common-mode feedback op amp

Digital isolation is at the heart of the RS232 interface to the PC, which is suggested for the display in this example The isolator is the ADuM1301, the bidirectional digital isolator based on Analog Devices /Coupler® technology—a technology that eliminates the design difficulties commonly associated with the opto-couplers (the uncertain current-transfer ratios, the nonlinear transfer functions, etc) It also achieves high data rates with lower power consumption than opto-couplers The ADuM1301 has three independent isolation channels, two of which are used here – one for transmitting, the other for receiving data (A further capability of the ADuM1301 – not required here is the ability to enable/disable the input/output data) The power supply for the measurement side of the ADuM1301 is taken from the ADP3607-5 booster/regulator, which provides a fixed 5V output The power for the PC side is totally isolated from the circuit It can be taken from the PC (as it is here) or from a separate source

These devices also feature a shutdown mode, which allows the ML to power down the devices when the system is not in use

III                                       Conclusion

As can be seen, good results are achieved despite the simplicity of the electronic hardware used The paper demonstrates that significant improvements can be achieved with the simple hardware combined with the attention to software The improvement in this example is, by no means, at the optimum level it should be possible for a dedicated designer to significantly improve the results Additional improvements could be made if the code with different filter frequencies or other special characteristics were to be implemented The code memory of the ML is flash based, allowing such customizations to be made after a product using it, is manufactured or even as the system needs change An ultimate result could be a compact, inexpensive controller system for a potentially large-volume market

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р