Отладочную плату делаем сами. Часть 2 (Вариант с ATtiny2313).
Итак, в прошлой части статьи была описана сборка важной части нашей отладочной платы — схемы питания. Стоит сказать, что блок питания не всегда обязательно должен быть на любой отладочной или макетной плате. Если уже имеется готовый блок питания в виде готовой конструкции, то можно использовать и его. Широкое распространение получили и так называемые «лабораторные» блоки питания, имеющие одно или несколько стандартных выходных напряжений, часто регулируемых. Подобный блок питания также можно собрать самому или приобрести готовый. Тогда не потребуется каждый раз собирать схему питания для тестовых конструкций.
Продолжим собирать нашу отладочную плату. На этот раз мы установим на неё микроконтроллер, подключим несколько светодиодов и запустим на ней первую программу.
Первым делом подготовим необходимые детали:
В качестве основы возмём AVR-микроконтроллер ATtiny2313. Не смотря на свой скромный вид и название, этот микроконтроллер способен решать очень многие задачи. Можно также применить и любой другой микроконтроллер. С примером использования AVR-микроконтроллера ATmega8 на нашей отладочной плате можно ознакомиться в другом варианте этого текста по ссылке: Отладочную плату делаем сами. Часть 2 (Вариант с ATmega8).
Первым делом после выбора детали, нужно ознакомиться с расположением её выводов и основными характеристиками. Вся необходимая информация для ATtiny2313 содержится в её справочном листке. Помните, почти все выводы микроконтроллера могут иметь несколько функций. Эти функции можно выбирать при написании программы для µC. И на это следует обращать внимание уже на этапе составления принципиальной схемы. Кроме того, уже в процессе составления схемы удобно использовать условное обозначение деталей с «живой» распиновкой, то есть, при обозначении детали на схеме, чертить выводы так, как они расположены на самом деле. Тогда размещение компонентов и на схеме, и на плате будет происходить проще, понятнее и с меньшим количеством ошибок. (Почти во всех редакторах схем есть возможность нарисовать своё собственное условное обозначение детали.)
Кварцевый резонатор Q1 с конденсаторами С1 и С2 образуют источник тактового сигнала для микроконтроллера µC1. Это очень чувствительная к помехам часть схемы, поэтому проводники для нее следует выбирать минимальной длины, а к проводнику между С1, С2 и десятой ножкой µC1 (утолщённая линия на схеме) ничего больше не присоединять. Резистор R1 и конденсатор С3 образуют цепочку сброса для микроконтроллера. Резисторы R2-R5 необходимы для ограничения тока через светодиоды LED1-LED4. В цепи питания стоит блокировочный конденсатор С4. В качестве источника питания используем стабилизатор, собранный в первой части статьи. (Список всех возможных замен расположен в конце этой страницы.)
Проводники для программирования следует подключить к одноимённым проводникам программатора. Эти проводники удобно подключить к ответной части разъёма имеющегося программатора с помощью стандартной вилки для установки на плату IDC-10MS (Рис. 3). Точное расположение выводов на этой вилке необходимо обязательно сверить с имеющимся программатором!
Расположим все детали на будущей отладочной плате в соответствии со схемой. Сначала одну за другой установим детали в отверстия, откусим бокорезами или кусачками излишнюю длину выводов у элементов и запаяем. После этого можно провести соединения проводами. В той части схемы, которая не будет меняться в дальнейшем, соединения лучше производить с нижней стороны платы. Панельку (ещё говорят «кроватку») для микроконтроллера можно запаять пустой, а потом вставить в неё микроконтроллер. При этом нужно не забывать о «ключе» панельки и самого микроконтроллера. В нашей схеме, например, соединения кварца, соединения с программатором и соединение микроконтроллера с питанием изменяться в будущем не будут. А соединения со светодиодами мы, скорее всего, будем изменять для разных экспериментов.
Проводники питания лучше всего взять какого то другого цвета: для плюсового провода можно взять красный, для минуса — синий или чёрный цвет. При разведении соединяющих проводников с обратной стороны платы не забываем о «зеркальности»!
Ровненько установить светодиоды можно следующим образом: продев небольшую полоску картона между выводами светодиодов, установить в отверстия платы, с обратной стороны отрезать лишнюю длину выводов и запаять их. После пайки ножек полоску картона можно вынуть, Рис. 6.
Перед включением ещё раз проверим правильность соединений, а самое главное — правильность подсоединения проводников питания к микроконтроллеру!
Если при подключении питания зелёный сигнальный светодиод в схеме стабилизатора светится и ничего не нагревается, значит схема собрана правильно.
Теперь можно себя поздравить, мы только что получили собранную своими руками настоящую отладочную плату!
Сразу же загрузим в микроконтроллер простейшую программу мигания светодиодами: tn2313_4leds_1.zip. После загрузки прошивки в микроконтроллер светодиоды начнут поочерёдно мигать. Время свечения и паузы будут приблизительно равны одной секунде:
Видео 1. Работа тестовой прошивки.
Применять такую отладочную плату можно не только для тестирования конструкций или программных алгоритмов. Иногда электронные схемы, собранные на макетных платах, применяют для построения законченных устройств даже профессиональные электронщики.
В будущем я приведу несколько примеров, как на основе этой отладочной платы можно собрать простой автомат световых эффектов, музыкальный звонок, таймер со светодиодной индикацией, и даже основной модуль простого робота.
Возможные замены в схеме с микроконтроллером ATtiny2313 Рис. 2:
- Кварцевый резонатор Q1 можно применить на частоту от 2 до 8 Мегагерц. Тестовая прошивка (мигание светодиодами) будет работать медленнее или быстрее.
- Конденсаторы С1 и С2 должны быть одинаковой емкости от 18 пФ до 27 пФ.
- Ёмкость конденсаторов С3 и С4 может быть от 0,01мкФ до 0,5 мкФ.
- Резистор R1 может быть заменён на другой, сопротивлением от 10 до 50 кОм.
- Токоограничительные резисторы R2-R5 могут иметь сопротивление от 680 Ом до 1 кОм.
- Светодиоды LED1-LED4 могут быть любого цвета и размера.
- Основной микроконтроллер может иметь следующие обозначения: ATtiny2313V-10PI, ATtiny2313V-10PU, ATtiny2313-20PI, ATtiny2313-20PU. Главное, чтобы он был в корпусе DIP или PDIP.
Дополнения:
Смелых и Удачных Экспериментов.
ATtiny2313
8 битный AVR микроконтроллер с 2 КБ программируемой в системе Flash памяти
Характеристики:
- AVR RISC архитектура
- AVR — высококачественная и низкопотребляющая RISC архитектура
120 команд, большинство которых выполняется за один тактовый цикл
32 8 битных рабочих регистра общего применения
Полностью статическая архитектура - ОЗУ и энергонезависимая память программ и данных
2 КБ самопрограммируемой в системе Flash памяти программы, способной выдержать 10 000 циклов записи/стирания
128 Байт программируемой в системе EEPROM памяти данных, способной выдержать 100 000 циклов записи/стирания
128 Байт встроенной SRAM памяти (статическое ОЗУ)
Программируемая защита от считывания Flash памяти программы и EEPROM памяти данных - Характеристики периферии
Один 8- разрядный таймер/счетчик с отдельным предделителем
Один 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предделителем, схемой сравнения, схемой захвата и двумя каналами ШИМ
Встроенный аналоговый компаратор
Программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором
USI — универсальный последовательный интерфейс
Полнодуплексный UART - Специальные характеристики микроконтроллера
Встроенный отладчик debugWIRE
Внутрисистемное программирование через SPI порт
Внешние и внутренние источники прерывания
Режимы пониженного потребления Idle, Power-down и Standby
Усовершенствованная схема формирования сброса при включении
Программируемая схема обнаружения кратковременных пропаданий питания
Встроенный откалиброванный генератор - Порты ввода — вывода и корпусное исполнение
18 программируемых линий ввода — вывода
20 выводной PDIP, 20 выводной SOIC и 32 контактный MLF корпуса - Диапазон напряжения питания
от 1.8 до 5.5 В - Рабочая частота
0 — 16 МГц - Потребление
Активный режим:
300 мкА при частоте 1 МГц и напряжении питания 1.8 В
20 мкА при частоте 32 кГц и напряжении питания 1.8 В
Режим пониженного потребления
0.5 мкА при напряжении питания 1.8 В
Блок- схема ATtiny2313:
Расположение выводов ATtiny2313:
ATtiny2313 — низкопотребляющий 8 битный КМОП микроконтроллер с AVR RISC архитектурой. Выполняя команды за один цикл, ATtiny2313 достигает производительности 1 MIPS при частоте задающего генератора 1 МГц, что позволяет разработчику оптимизировать отношение потребления к производительности.
AVR ядро объединяет богатую систему команд и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной команды. В результате эта архитектура позволяет обеспечить в десятки раз большую производительность, чем стандартная CISC архитектура.
ATtiny2313 имеет следующие характеристики: 2 КБ программируемой в системе Flash память программы, 128 байтную EEPROM память данных, 128 байтное SRAM (статическое ОЗУ), 18 линий ввода — вывода общего применения, 32 рабочих регистра общего назначения, однопроводный интерфейс для встроенного отладчика, два гибких таймера/счетчика со схемами сравнения, внутренние и внешние источники прерывания, последовательный программируемый USART, универсальный последовательный интерфейс с детектором стартового условия, программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором и три программно инициализируемых режима пониженного потребления. В режиме Idle останавливается ядро, но ОЗУ, таймеры/счетчики и система прерываний продолжают функционировать. В режиме Power-down регистры сохраняют свое значение, но генератор останавливается, блокируя все функции прибора до следующего прерывания или аппаратного сброса. В Standby режиме задающий генератор работает, в то время как остальная часть прибора бездействует. Это позволяет очень быстро запустить микропроцессор, сохраняя при этом в режиме бездействия мощность.
Прибор изготовлен по высокоплотной энергонезависимой технологии изготовления памяти компании Atmel. Встроенная ISP Flash позволяет перепрограммировать память программы в системе через последовательный SPI интерфейс или обычным программатором энергонезависимой памяти. Объединив в одном кристалле 8- битное RISC ядро с самопрограммирующейся в системе Flash памятью, ATtiny2313 стал мощным микроконтроллером, который дает большую гибкость разработчика микропроцессорных систем.
ATtiny2313
8 битный AVR микроконтроллер с 2 КБ программируемой в системе Flash памяти
Характеристики:
- AVR RISC архитектура
- AVR — высококачественная и низкопотребляющая RISC архитектура
120 команд, большинство которых выполняется за один тактовый цикл
32 8 битных рабочих регистра общего применения
Полностью статическая архитектура - ОЗУ и энергонезависимая память программ и данных
2 КБ самопрограммируемой в системе Flash памяти программы, способной выдержать 10 000 циклов записи/стирания
128 Байт программируемой в системе EEPROM памяти данных, способной выдержать 100 000 циклов записи/стирания
128 Байт встроенной SRAM памяти (статическое ОЗУ)
Программируемая защита от считывания Flash памяти программы и EEPROM памяти данных - Характеристики периферии
Один 8- разрядный таймер/счетчик с отдельным предделителем
Один 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предделителем, схемой сравнения, схемой захвата и двумя каналами ШИМ
Встроенный аналоговый компаратор
Программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором
USI — универсальный последовательный интерфейс
Полнодуплексный UART - Специальные характеристики микроконтроллера
Встроенный отладчик debugWIRE
Внутрисистемное программирование через SPI порт
Внешние и внутренние источники прерывания
Режимы пониженного потребления Idle, Power-down и Standby
Усовершенствованная схема формирования сброса при включении
Программируемая схема обнаружения кратковременных пропаданий питания
Встроенный откалиброванный генератор - Порты ввода — вывода и корпусное исполнение
18 программируемых линий ввода — вывода
20 выводной PDIP, 20 выводной SOIC и 32 контактный MLF корпуса - Диапазон напряжения питания
от 1.8 до 5.5 В - Рабочая частота
0 — 16 МГц - Потребление
Активный режим:
300 мкА при частоте 1 МГц и напряжении питания 1.8 В
20 мкА при частоте 32 кГц и напряжении питания 1.8 В
Режим пониженного потребления
0.5 мкА при напряжении питания 1.8 В
Блок- схема ATtiny2313:
Расположение выводов ATtiny2313:
ATtiny2313 — низкопотребляющий 8 битный КМОП микроконтроллер с AVR RISC архитектурой. Выполняя команды за один цикл, ATtiny2313 достигает производительности 1 MIPS при частоте задающего генератора 1 МГц, что позволяет разработчику оптимизировать отношение потребления к производительности.
AVR ядро объединяет богатую систему команд и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной команды. В результате эта архитектура позволяет обеспечить в десятки раз большую производительность, чем стандартная CISC архитектура.
ATtiny2313 имеет следующие характеристики: 2 КБ программируемой в системе Flash память программы, 128 байтную EEPROM память данных, 128 байтное SRAM (статическое ОЗУ), 18 линий ввода — вывода общего применения, 32 рабочих регистра общего назначения, однопроводный интерфейс для встроенного отладчика, два гибких таймера/счетчика со схемами сравнения, внутренние и внешние источники прерывания, последовательный программируемый USART, универсальный последовательный интерфейс с детектором стартового условия, программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором и три программно инициализируемых режима пониженного потребления. В режиме Idle останавливается ядро, но ОЗУ, таймеры/счетчики и система прерываний продолжают функционировать. В режиме Power-down регистры сохраняют свое значение, но генератор останавливается, блокируя все функции прибора до следующего прерывания или аппаратного сброса. В Standby режиме задающий генератор работает, в то время как остальная часть прибора бездействует. Это позволяет очень быстро запустить микропроцессор, сохраняя при этом в режиме бездействия мощность.
Прибор изготовлен по высокоплотной энергонезависимой технологии изготовления памяти компании Atmel. Встроенная ISP Flash позволяет перепрограммировать память программы в системе через последовательный SPI интерфейс или обычным программатором энергонезависимой памяти. Объединив в одном кристалле 8- битное RISC ядро с самопрограммирующейся в системе Flash памятью, ATtiny2313 стал мощным микроконтроллером, который дает большую гибкость разработчика микропроцессорных систем.