AVT2550 - Pecel a może Big Bang.pdf - AVT - gselectro.eu

Projekty AVT

a może

Big Bang?

2 5 5 0

Od redakcji:

Tego artykułu nie wolno przeoczyć.

To absolutnie największe wydarzenie

na łamach EdW w 2001 roku. W roku

2000 uczyliśmy się BASCOMa,

a w tym roku naturalną tego konse−

kwencją jest opracowanie mikrokom−

putera, stanowiącego samodzielne urzą−

dzenie wyposażone we wszystkie ele−

menty będące składnikami "dużych"

komputerów. Posiada on monitor, kla−

wiaturę, wszystkie stosowane w mini−

komputerach rodzaje pamięci, kilka po−

rtów do komunikowania się z otocze−

niem (I 2 C, 1WIRE i RS232) oraz to co

chyba najważniejsze: możliwość rozbu−

dowywania systemu tak, jak to ma

miejsce w komputerach klasy PC.

Oto przedstawiamy taki mikrokom−

puter. Od dziś, jeśli będziesz potrzebo−

wał wyposażyć konstruowane przez

Ciebie urządzenie w tak zwaną inteli−

gencję − masz gotowe rozwiązanie. Nie

zrobisz tego lepiej i prościej, niż progra−

mując przy pomocy BASCOMa nasz

minikomputer. Jest to m inikomputer

o sobisty k ażdego e lektronika, dlatego

nazwaliśmy go Pecel (Personal Compu−

ter for Electronicians). Ktoś zaczął też

w redakcji lansować nazwę "Big

Bang" , wyrażając − z pewną, przyznaj−

my, egzaltacją− przekonanie, że ten mi−

nikomputer otwiera nową epokę w kon−

strukcjach elektronicznych. Jakoś trzeba

ten komputer nazwać, więc chwilowo

pozostaliśmy przy nazwie Pecel, ale za−

praszamy wszystkich Czytelników EdW

do zgłaszania własnych propozycji

w konkursie na najlepszą nazwę tego

minikomputera.

część 1

Chciałbym zaproponować Czytelnikom Elek−

troniki dla Wszystkich budowę komputera. No

może trochę przesadziłem: nie komputera, ale

mikrokomputera, który jednak będzie posiadał

wszystkie elementy właściwe dla „dużych”

maszyn, z komputerami klasy PC włącznie.

Budowanie minikomputerów ma już na ła−

mach EdW pewne tradycje. Przebojem wśród

kitów AVT był przez wiele lat i jest nim nadal

słynny Komputer Edukacyjny , skonstruowa−

ny przez Sławka Surowińskiego. Maszyna ta

umożliwiła nam pierwszy kontakt z techniką

mikroprocesorową i trudno byłoby policzyć,

ilu z Was zapoznało się dzięki temu układowi

z programowaniem procesorów w języku

asemblera. Komputer AVT−2250 jest układem

typowo edukacyjnym i eksperymentalnym,

chociaż istnieje także możliwość zastosowa−

nia go do celów praktycznych. Natomiast

proponowany przeze mnie układ ma być

przede wszystkim urządzeniem o rozlicznych

zastosowaniach praktycznych, a jego walory

edukacyjne wynikają z samych założeń kon−

strukcyjnych, narzucających użytkownikowi

konieczność samodzielnego napisania pro−

gramu sterującego mikrokomputerem.

W odróżnieniu od poprzednio budowa−

nych minikomputerów i płyt testowych (np.

AVT−2500) nasz nowy minikomputer jest

urządzeniem w pełni funkcjonalnym, posia−

dającym wyjątkowo zwartą budowę, a nawet

polecaną mu płytę czołową wyposażoną

w stosowne napisy. Elementami decydujący−

mi o wymiarach urządzenia był wyświetlacz

alfanumeryczny i klawiatura, tak więc wy−

miary minikomputera niewiele wykraczają

poza obrys wyświetlacza.

Sercem naszego mikrokomputera jest no−

woczesny, wykonany w technologii RISC,

bardzo szybki i wyposażony w wielką liczbę

funkcji dodatkowych procesor typu

AT90S8535. Oceniam, choć może to być

ocena nieco subiektywna, że procesor ten na−

leży do najlepszych w swojej klasie, a relacja

pomiędzy jego możliwościami i ceną przed−

stawia się wyjątkowo korzystnie. Już sam

fakt umieszczenia w strukturze procesora

nieulotnej pamięci danych EEPROM, ośmiu

przetworników analogowo−cyfrowych czy

zegara czasu rzeczywistego, co zwalnia nas

z konieczności stosowania wielu elementów

zewnętrznych, przesądza o celowości zasto−

sowania właśnie tego typu procesora.

Jest jeszcze jeden powód, dla którego

AT90S8535 doskonale nadaje się do prac

hobbystycznych: znaczny obszar pamięci

programu, jaki mamy do dyspozycji i ogrom−

na łatwość jej programowania. W strukturze

tego procesora znalazło się miejsce na 8kB

pamięci EEPROM. Jest to ogromny obszar

pamięci i zręczny programista potrafi na tym

Elektronika dla Wszystkich

Pecel

Projekty AVT

procesorze zrealizować prawdziwe cuda.

Niestety, nie wszyscy jesteśmy wykwalifiko−

wanymi programistami i taka pojemność pa−

mięci programu to prawdziwy dar niebios

także dla początkujących. Uwalnia to ich bo−

wiem od ustawicznych stresów związanych

z przekroczeniem rozmiaru programu prze−

znaczonego do umieszczenia w procesorze

z 2, czy nawet 4kB EEPROM−em.

Wszystkie procesory AVR, w tym oczy−

wiście nasz ‘8583 mogą być programowane

w języku MCS BASIC, zaimplementowa−

nym w pakiecie BASCOM AVR, bracie bli−

źniaku znanego nam BASCOM−a 8051.

Dialekt MCS BASIC stosowany w pakiecie

BASCOM AVR praktycznie nie różni się od

języka stosowanego w BASCOM−ie 8051.

Różnice wynikają głównie z odmiennego na−

zewnictwa wyprowadzeń procesora i znacz−

nie bogatszego zestawu funkcji zaszytych

w strukturach procesorów AVR.

Doszliśmy w tym momencie do jeszcze

jednego powodu, który wpłynął na decyzję

o wyborze typu procesora zastosowanego

w naszym minikomputerze. Pakiet BASCOM

AVR stał się ostatnio „okrętem flagowym”

firmy MCS Electronics, co oczywiście nie

oznacza, że zaprzestano prac nad doskonale−

niem BASCOM−a 8051. Można powiedzieć,

że Mark doprowadził do perfekcji swoją ideę:

„Co tu wymyślić, aby inni nie musieli my−

śleć?”. Opracowane ostatnio najnowsze pole−

cenia języka MCS BASIC dla procesorów

AVR sprowadzają wiele trudnych problemów

programistycznych, nad którymi ja sam prze−

siedziałem kilka nocy, do wydania jednego

polecenia systemowego. W dalszej części

opisu minikomputerka zapoznamy się z naj−

nowszymi „fajerwerkami”, za pomocą

których nawet bardzo skomplikowany pro−

gram można napisać w ciągu kilku minut.

Z pewnością wielu z Was z niepokojem

myśli już o jednej, niesłychanie ważnej pod−

czas tworzenia systemu mikroprocesorowego

sprawie: o programowaniu procesora. Być

może napisanie programu jest sprawą prostą,

ale jak wprowadzić go do pamięci CPU? Pro−

gramatory procesorów są z zasady urządze−

niami bardzo skomplikowanymi i kosztow−

nymi i co nam przyjdzie z posiadania mini−

komputera i napisanego dla niego programu,

jeżeli nie będziemy mieli możliwości wpro−

wadzenia go do pamięci procesora? Bardzo

się mylicie, Moi Drodzy! Programator proce−

sorów AVR, w tym procesora 90S8535, jest

urządzeniem banalnie prostym i składającym

się tylko z jednego standardowego układu

TTL! Powiem więcej: można w ogóle obyć

się bez programatora podłączając interfejs

SPI umieszczony w strukturze procesora bez−

pośrednio do portu drukarkowego! Jest to

jednak rozwiązanie awaryjne i na co dzień

będziemy się posługiwać prostym programa−

torkiem, którego płytka PCB mieszcząca się

we wnętrzu typowej obudowy wtyku drukar−

kowego będzie dołączana za darmo do kitu

minikomputera.

Bez najmniejszej przesady mogę stwier−

dzić, że dysponując naszym komputerkiem

i niekiedy jednym czy dwoma opracowanymi

dla niego urządzeniami dodatkowymi, bę−

dziemy mogli zbudować KAŻDY system

mikroprocesorowy , jaki tylko przyjdzie

nam do głowy. Jeżeli nawet napotkamy pro−

blemy związane z ograniczeniami sprzęto−

wymi, jakie istnieją w każdym bez wyjątku

komputerze czy minikomputerze, to od cze−

go bogowie dali nam ręce i głowę? Jeżeli za−

tem zajdzie rzeczywista potrzeba, to zbudo−

wane zostaną nowe karty, rozszerzające i tak

już bogate możliwości minikomputera.

Chciałbym jeszcze powrócić do jednej,

uprzednio poruszonej ogólnikowo sprawy:

wartości edukacyjnej proponowanego ukła−

du. Chciałbym, a mam nadzieję, że Czytelni−

cy zgodzą się ze mną, aby opis minikompu−

tera był w jakimś sensie kontynuacją kursu

BASCOM College. Wykłady BASCOM Col−

lege zakończyły się dość szybko. Wiele cie−

kawych problemów związanych z programo−

waniem procesorów nie zostało nawet zasy−

gnalizowanych, nie mówiąc nawet o ich do−

kładnym omówieniu. Mogę tu przykładowo

wymienić sprawy związane z transmisją da−

nych pomiędzy komputerem a procesorem,

wykorzystującą interfejs RS232, o której

opis domagało się wielu Czytelników. Nada−

rza się zatem dokonała okazja, aby dysponu−

jąc odpowiednim hardware (płytka AVT−

2500 nie miała urządzeń sprzętowych nie−

zbędnych do przeprowadzenia transmisji

RS232) opisać dokładnie tę i inne sprawy.

Kurs BASCOM College zakończył się już

dawno, kilka miesięcy temu, a przy tempie

rozwoju oprogramowania oferowanego przez

MCS Electronics jest to cała epoka. Podam

Rys. 1 Schemat ideowy

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

Wam tylko jeden przykład: na jednym z wy−

kładów BC opisywaliśmy metody odczyty−

wania numerów seryjnych i zawartości reje−

strów układów 1WIRE produkowanych

przez firmę DALLAS. Przerobiliśmy tylko

proste przykłady, a ja sam nie wiedziałem,

jak np. odczytać numery wielu układów

1WIRE jednocześnie dołączonych do tej sa−

mej linii. Wiedziałem tylko, że da się to zro−

bić, ale że sprawa jest dość skomplikowana

i że już kilku dobrych programistów połama−

ło sobie na tym zęby. A jak ten problem wy−

gląda w czerwcu 2001, kiedy piszę ten arty−

kuł? Mark sprowadził go do kilku prostych

poleceń, które zastosować potrafi nawet po−

czątkujący programista:

AVR, brat bliźniak dobrze Wam już znanego

BASCOM−a 8051. Na początek wystarczy

BASCOM AVR Demo, którego możliwości

w obecnej chwili nie ustępują możliwościom

jego wersji komercyjnej. Nawet ograniczenie

długości kodu wynikowego zostało ostatnio

zmniejszone i wynosi obecnie 2kB. Niestety,

jest to za mało dla pełnego wykorzystania

możliwości procesora ‘8535 i dlatego

w przyszłości będziecie musieli pomyśleć

o zakupie wersji komercyjnej. Jej cena wyno−

si niezmiennie 69USD + koszta, czyli przy

zakupie bezpośrednio w MCS Electronics

około 85USD. Nie jest to mało, ale cena BA−

SCOM−a w relacji do jego możliwości jest po

prostu rewelacyjnie niska! Sprawdźcie, ile

kosztują inne kompilatory, np. Keil! A prze−

cież BASCOM jest nie tylko kompilatorem,

ale całym, potężnym zestawem narzędzio−

wym. Pakiet BASCOM AVR DEMO jest do−

stępny za darmo na stronie internetowej

EdW. Został on także umieszczony na płycie

CD−EP wrześniowej Elektroniki Praktycznej.

Zajmijmy się teraz dalszymi konkretami,

czyli możliwościami oferowanymi przez mi−

nikomputer.

szym wypadku tylko tego jednego elementu

zewnętrznego, a pomiarów będziemy mogli

dokonywać aż w ośmiu punktach jednocze−

śnie. Dokładność pomiarów jest w większości

przypadków aż nadto wystarczająca. Dla

przykładu: dokonując pomiaru w zakresie do

5V dysponujemy rozdzielczością 4,8mV.

− sprzętowy UART, czyli układ umożli−

wiający transmisję danych z wykorzystaniem

protokołu RS232. A więc, nasz mikrokompu−

ter może bezpośrednio „porozumiewać się”

z dużymi maszynami klasy PC, a także z każ−

dym innym komputerem lub systemem mi−

kroprocesorowym wyposażonym w interfejs

RS232. UART umieszczony w strukturze

procesora wspomagany jest sprzętowo przez

dodatkowy hardware umieszczony na płycie

głównej naszego mikrokomputera.

− RTC – zegar czasu rzeczywistego, a wła−

ściwie osobny oscylator + timer, który z ze−

wnętrznym kwarcem 32768Hz automatycz−

nie generuje przerwania co 1 sekundę. Zegar

czasu rzeczywistego otrzymał ostatnio potęż−

ne wsparcie software’owe w języku MCS

BASIC. Czy wiecie, jak teraz wygląda pro−

gramowa konstrukcja zegara, pokazującego

aktualny czas i datę? Ano, tak: LCD TIME$

i LCD DATE$. To wszystko.

− Trzy sprzętowe timery, w tym jeden (Ti−

mer2) mogący współpracować z dodatko−

wym zewnętrznym rezonatorem kwarco−

wym. Ten właśnie timer wykorzystywany

jest do realizacji funkcji zegara czasu rzeczy−

wistego. Wszystkie timery są wyposażone

w bardzo rozbudowane funkcje, takie jak

preskalery, sprzętową generację PWM i inne.

− Dwa zewnętrzne źródła przerwań sprzę−

towych: INT0 i INT1

− Wbudowany sprzętowy interfejs SPI.

Jest to jedna z największych zalet procesora

‘8535. Interfejs SPI umożliwia nie tylko ko−

munikację z innymi układami i systemami

mikroprocesorowymi, ale także programo−

wanie procesora bez konieczności wyjmo−

wania go z podstawki . Do złącza CON8

umieszczonego na płycie głównej mikro−

komputera możemy dołączyć prosty progra−

mator ISP (In System Programming) i po na−

pisaniu programu bądź jego fragmentu wpro−

wadzić go do pamięci procesora naciskając

tylko jeden klawisz. Programowanie w syste−

mie nie tylko znakomicie upraszcza i przy−

spiesza pracę nad nowym programem, ale

także eliminuje ryzyko uszkodzenia wypro−

wadzeń procesora podczas częstego wyjmo−

wania i wkładania go w podstawkę.

− Sprzętowy watchdog, czyli dodatkowy,

wyspecjalizowany timer skutecznie zabez−

pieczający procesor przed „zawieszeniem

się” na przykład na skutek wystąpienia sil−

nych zakłóceń zewnętrznych.

var = 1WIRECOUNT( )− podaj liczbę układów 1WIRE

dołączonych do magistrali

var = 1WSEARCHFIRST( ) − podaj numer

seryjny pierwszego układu

var = 1WSEARCHNEXT( ) − podaj numery

seryjne dowolnej liczby układów

Czego właściwie będziemy potrzebować,

aby rozpocząć korzystanie z naszego mini−

komputera? Baza sprzętowa i programowa są

w końcu nieraz rzeczami najważniejszymi,

ponieważ decydują o kosztach, jakie będzie−

my musieli ponieść przed rozpoczęciem pracy

i nauki. Na szczęście sprzęt, jakiego będziemy

potrzebować, nie jest ani bardziej skompliko−

wany, ani kosztowny od wyposażania, które

musieliśmy mieć do dyspozycji podczas prze−

rabiania programu BASCOM College.

1. Komputer klasy PC. Nie musi to być

wcale jednostka z PENTIUM taktowanym

zegarem 1GHz, ale jakikolwiek komputer, na

którym można uruchomić system WIN−

DOWS95/98/NT/2000. A zatem, w skrajnym

przypadku możemy się zadowolić nawet ma−

szyną z procesorem PENTIUM I! Oczywi−

ście, jest to absolutne minimum, ale wyma−

gania BASCOM−a są tak niewielkie, że

w ostateczności możemy posłużyć się nawet

takim muzealnym zabytkiem.

2. Programator procesorów AVR. Schemat

tego programatora zostanie pokazany w

dalszej części artykułu. Jak już wspominałem,

jest to układ wręcz śmiesznie prosty i tani.

3. Kabelek do programatora, czyli zwykły

kabel płaski zakończony dwoma zaciskany−

mi wtykami 10 pin.

4. Bardzo przydatny może okazać się je−

szcze jeden kabelek. Taki niezbyt długi, 1 ...

2mb, z trzema przewodami i zakończony

żeńskim wtykiem DB9. Umożliwi on komu−

nikację pomiędzy naszym komputerkiem

a maszyną klasy PC. Komunikacja ta będzie

odbywać się poprzez łącze RS232, a jak bar−

dzo może okazać się użyteczna także pod−

czas pisania i testowania programów, dowie−

cie się w dalszej części tego artykułu.

5. No i wreszcie najważniejsze: software!

Potrzebny Wam będzie pakiet BASCOM

Funkcje mikrokomputera reali−

zowane bezpośrednio przez pro−

cesor AT90S8535:

- Wewnętrzna pamięć programu o pojem−

ności 8kB. Porównując nasz mikrokompute−

rek z maszynami klasy PC, jest to nic, ale dla

systemu mikroprocesorowego, którym

w istocie jest nasz układ taka ilość pamięci to

prawie nieograniczone możliwości rozbudo−

wy programu. Przypomnijcie sobie, ile cieka−

wych układów zaprojektowaliśmy wykorzy−

stując procesory z 2kB pamięci (AT89C2051

czy AT90S2313), i wyobraźcie sobie, co

można zdziałać mając do dyspozycji aż taki

obszar pamięci.

− Wewnętrzna nieulotna pamięć danych

EEPROM o pojemności 512B, która w więk−

szości przypadków pozwala na rezygnację ze

stosowania pamięci zewnętrznych, prawie

zawsze dodawanych do układów z proceso−

rami ‘2051. W pamięci tej możemy zapisać

512 bajtów, czyli np. 512 różnych liczb.

W dalszej części tego artykułu dowiecie się,

że procedura zapisu i odczytu danych z EE−

PROM−a jest banalnie prosta i sprowadza się

do wydania tylko jednego polecenia.

− Wewnętrzna pamięć danych SRAM

o pojemności także 512B. Napisałem napraw−

dę sporo bardzo rozbudowanych programów

na ten procesor, ale jeszcze nigdy „nie udało”

mi się zapełnić tej pamięci nawet w połowie.

− ośmiokrotny 10−bitowy przetwornik ana−

logowo−cyfrowy. Przetwornik korzysta z ze−

wnętrznego źródła napięcia odniesienia, rów−

nego lub mniejszego od napięcia zasilania.

A zatem, wszelkie operacje związane z po−

miarem wartości analogowych za pomocą na−

szego komputera będą wymagały w najgor−

Funkcje mikrokomputera realizo−

wane przy współpracy z hardware

umieszczonym na płycie głównej:

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

− Wyświetlacz alfanumeryczny LCD. Ele−

ment ten jest podstawowym układem służą−

cym przekazywaniu informacji opracowanej

przez komputer i przetłumaczonej na „ludz−

ki” język cyfr, liter i znaków specjalnych.

W mikrokomputerze można zastosować, za−

leżnie od potrzeb i możliwości finansowych

wyświetlacz 16*1 lub 16*2 znaki, z podświe−

tlaniem lub bez.

− Klawiatura szesnastoprzyciskowa. Kla−

wiatura ta, zbudowana z tanich i łatwych do

nabycia przycisków, po odpowiednim opro−

gramowaniu umożliwia wprowadzanie do

komputera nie tylko liczb, ale także wszyst−

kich znaków alfanumerycznych. Programo−

wa obsługa klawiatury zostanie szczegółowo

omówiona w dalszej części artykułu, ale już

teraz mogę Wam powiedzieć, że sprowadza

się ona do jednego polecenia języka MCS

BASIC: GETKBD! Tym Czytelnikom,

którym nie wystarczy taka prosta klawiatura

i którzy chcieliby wprowadzać do minikom−

putera dane za pomocą typowej konsoli od

PC, mogę już teraz powiedzieć, że dołącze−

nie takiej klawiatury do naszego układu jest

sprawą banalnie prostą, a wprowadzanie

z niej danych odbywa się przy pomocy tylko

jednego polecenia programowego.

− Magistrala I 2 C jest jednym z najważ−

niejszych elementów naszego mikrokompu−

tera, który umożliwia praktycznie nieograni−

czoną rozbudowę systemu. Większość ukła−

dów peryferyjnych opracowanych dla mi−

krokomputera sterowana jest poprzez magi−

stralę I 2 C, a ponadto do dyspozycji będziemy

mieli także ogromną ilość modułów I 2 C speł−

niających najróżniejsze funkcje, których

opisy zostały opublikowane w Elektronice

Praktycznej.

− Magistrala 1WIRE obsługująca układy

opracowane przez firmę DALLAS, w tym

termometry cyfrowe, przełączniki i oczywi−

ście „magiczne” tabletki z serii i−BUTTON.

− Moduł odbiornika kodu RC5 lub innego

transmitowanego w podczerwieni, z nośną

o częstotliwości zbliżonej do 36kHz. Moduł

ten może okazać się użyteczny nie tylko do

odbierania informacji z pilota od sprzętu

RTV, ale i do komunikowania się z innymi

procesorami lub wspomnianym sprzętem. Po

opracowaniu przez MCS Electronics polece−

nia SENDRC5 generowanie kodu sterowania

na zakresie podczerwieni stało się naprawdę

banalnie proste, podobnie jak generacja kodu

DTMF (DTMFOUT), wykorzystywanego

w telefonii.

− Bezpośrednie sterowanie odbiornikami

prądu stałego umożliwia umieszczony na

płycie głównej mikrokomputera układ typu

ULN2003, zawierający w swojej strukturze

siedem driverów mocy, o maksymalnym prą−

dzie do 500mA każdy. Z wyjść tych driverów

możemy bezpośrednio sterować silniczkami

elektrycznymi DC, w tym czterofazowymi

silnikami krokowymi, przekaźnikami, elek−

tromagnesami, a także żarówkami na napię−

cie 12V i girlandami diod świetlnych.

− Jednym z najważniejszych układów

umożliwiających komunikację komputerka

z innymi urządzeniami elektronicznymi jest

pełny interfejs RS232 zrealizowany na popu−

larnym układzie MAX232. Za pomocą tego

układu, wspieranego przez sprzętowy UART

wbudowany w strukturę procesora

AT90S8535, możemy nawiązać łączność

z dowolnym komputerem wyposażonym

w interfejs RS232 (czyli z każdą maszyną

klasy PC) lub innym urządzeniem elektro−

nicznym.

− Na płycie głównej został także umie−

szczony dodatkowy rezonator kwarcowy

o częstotliwości podstawowej 32768Hz, czy−

li popularny „kwarc zegarkowy”. Element

ten umożliwia uruchomienie wewnętrznego

sprzętowego generatora czasu rzeczywiste−

go, bloku wręcz bezcennego nie tylko dla

konstruktorów zegarów, ale także innych

urządzeń wymagających pomiaru czasu,

w tym mierników częstotliwości.

− Jak już wiemy, procesor AT90S8535 zo−

stał wyposażony w wewnętrzny ośmiokana−

łowy przetwornik analogowo−cyfrowy o roz−

dzielczości 10 bitów. Niewiele jest on jednak

wart bez zewnętrznego, wysokostabilnego

źródła napięcia odniesienia, które na szczę−

ście zostało umieszczone na płycie głównej.

Jako źródło napięcia odniesienia 2,5V został

zastosowany układ LM385.

− Każdy, kto choćby trochę zapoznał się

z zasadami konstruowania układów zrealizo−

wanych w technice mikroprocesorowej, wie,

jakie znaczenia ma prawidłowy start proce−

sora po włączeniu zasilania. Zamontowany

na płytce reset sprzętowy typu DS1813 nie

tylko zapewnia właściwe warunki startu pro−

cesora, ale także nadzoruje poziom napięcia

zasilającego. Spadek tego napięcia poniżej

poziomu dopuszczalnego dla procesora

AT90S8535 mógłby, w przypadku dalszej

pracy procesora, mieć nieobliczalne następ−

stwa, polegające głównie na uszkodzeniu za−

wartości pamięci danych EEPROM.

− Wiem, że bardzo lubicie konstruować

zegary. Nasz minikomputer daje w tym za−

kresie ogromne, wręcz nieograniczone moż−

liwości. Możecie zbudować zarówno prosty

zegarek, jak i bardzo rozbudowane układy

nadzorujące w funkcji czasu dziesiątki urzą−

dzeń peryferyjnych. Tylko że dokładność ta−

kiego zegara będzie taka, jaka będzie dokład−

ność zastosowanego w nim rezonatora kwar−

cowego 32768Hz, czyli niekiedy niezbyt

wielka. A co powiecie, Moi Drodzy, na zegar,

którego dokładność będzie wynosić 1 sekun−

dę na ... pięć milionów lat ? Taki właśnie ze−

gar lub sterownik pracujący z absolutną

z ludzkiego punktu widzenia precyzją, bę−

dziecie mogli zbudować, wykorzystując do−

datkowe elementy umieszczone na płytce mi−

nikomputera oraz zewnętrzny odbiorniczek

radiowy. Reszta to tylko kilkanaście, no, po−

wiedzmy, kilkadziesiąt linijek programu, do−

kładnie omówionego w dalszych częściach

tego artykułu.

− Z przyczyn, o których wspomnimy

w dalszej części artykułu, procesor sterujący

pracą naszego minikomputerka zasilany jest

napięciem obniżonym o 0,6V w stosunku do

napięcia zasilającego resztę układu

(+5VDC). Obniżenie napięcia zostało zreali−

zowane za pomocą diody krzemowej, która

jednocześnie separuje zasilanie procesora od

reszty układu. Nic więc prostszego, aby do−

dając dodatkowa diodę i złącze umożliwić

sobie awaryjne zasilanie samego tylko proce−

sora z dodatkowego źródła, np. baterii 4,5V.

Procesor pobiera znikomo mały prąd, szcze−

gólnie po wprowadzeniu go w stan IDLE lub

POWER DOWN i takie rozwiązanie może

być niezwykle cenne np. w konstrukcjach ze−

garów.

Funkcje mikrokomputera reali−

zowane za pomocą specjalnie dla

niego opracowanego, dodatkowe−

go sprzętu.

− Na płycie głównej naszego mikrokom−

putera zostały umieszczone drivery mocy

umożliwiające sterowanie odbiornikami prą−

du stałego, o poborze prądu nie przekraczają−

cym 500mA. Nie jest to zbyt wiele i dlatego

zaprojektowana została oddzielna karta roz−

szerzająca, na której można umieścić do 8

przekaźników typu RM−86. Każdy z nich po−

siada dwie pary przełączanych styków o ob−

ciążalności prądowej do 8A. Karta może słu−

żyć do zasilania urządzeń prądem stałym lub

przemiennym o napięciu do 250VAC.

− Komputer bez karty dźwiękowej? To

chyba niemożliwe i dlatego nasz układ został

wyposażony w kartę, na której umieszczony

został dobrze wszystkim znany „silikofon”,

czyli ISD25120. Karta sterowana jest za po−

mocą magistrali I 2 C i umożliwia nagrywanie

i odtwarzanie sekwencji akustycznych

o łącznym czasie trwania do 2 minut. Należy

sądzić, że karta ta okaże się bardzo użytecz−

na dla konstruktorów, którzy zajmą się kon−

struowaniem „mówiących” zegarów czy in−

nych układów domowej automatyki.

− W praktyce konstruktora hobbysty bar−

dzo często spotykamy się z koniecznością

„ożywiania” wykonanych konstrukcji i do te−

go celu najczęściej wykorzystujemy silniki

elektryczne różnych typów. Silniki prądu sta−

łego o małej mocy możemy sterować bezpo−

średnio z płyty głównej mikrokomputera, ale

ograniczeniem jest tu pobierany z niej maksy−

malny prąd i napięcie. Ponadto, do sterowania

np. krokowym silnikiem czterofazowym nie−

zbędne byłoby wykorzystanie aż czterech

wyjść procesora, a sterowanie silnikami

krokowymi dwufazowymi jest w ogóle nie−

możliwe. Dlatego też został zaprojektowany

dodatkowy moduł rozszerzający możliwości

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

komputera, sterowany magistralą I 2 C, za po−

mocą którego możemy zasilać:

· Dwa silniki krokowe dwufazowe,

· Dwa silniki krokowe czterofazowe,

· Cztery silniki komutatorowe DC z możliwo−

ścią zmiany kierunku i prędkości obrotowej,

· Osiem silników DC bez możliwości zmia−

ny kierunku obrotów lub osiem dowolnych

urządzeń zasilanych prądem stałym o napię−

ciu do 35V i pobieranym prądzie nie więk−

szym niż 500mA.

− Jak wiadomo, apetyt rośnie w miarę je−

dzenia. Procesor AT90S8535 to potężna jed−

nostka, o ogromnych możliwościach i obszer−

nej pamięci programu. Jednak nie zdziwił−

bym się, gdyby bardziej ambitnym Konstruk−

torom nawet jego możliwości pewnego dnia

przestały wystarczać i okazałoby się np., że

napisany skomplikowany program wykracza

swoimi rozmiarami ponad 8kB kodu wyniko−

wego. Dla tych Konstruktorów przygotowa−

łem chyba miłą niespodziankę: co powiecie

na procesor o pamięci programu ... 128kB,

sześciu portach wejściowo−wyjściowych,

4kB pamięci EEPROM i 4kB pamięci

SRAM? Procesorem tym jest kolejny produkt

firmy ATMEL: AT MEGA103. Jednak umie−

szczenie tego procesora w podstawce na pły−

cie głównej naszego mikrokomputera jest ab−

solutnie niemożliwe, i to z dwóch powodów:

posiada on aż 64 wyprowadzenia i produko−

wany jest wyłącznie w obudowie przeznaczo−

nej do montażu SMD. Jednak nie takie trud−

ności już przezwyciężaliśmy: zaprojektowa−

łem dla Was specjalną kartę rozszerzającą,

dołączaną do podstawki procesora na płycie

głównej mikrokomputera. Na karcie tej umie−

szczony zostanie procesor AT MEGA103

i złącza do dwóch dodatkowych portów.

obudowie wtyku DB25. Płytka tego pro−

gramatora będzie za darmo dodawana do

kitu minikomputera . W dalszej części arty−

kułu podane zostaną liczne przykłady pro−

gramowana w MCS BASIC, dialekcie prze−

znaczonym dla procesorów AVR.

− Co jednak mają czynić ci Koledzy,

którzy nie posiedli jeszcze umiejętności pro−

gramistycznych w stopniu wystarczającym

do napisania dość skomplikowanego progra−

mu? Dla nich przygotowywana jest specjalna

niespodzianka: otóż w kicie nie będzie, jak

można by się było spodziewać, dostarczany

„czysty” procesor, ale zaprogramowany układ

umożliwiający natychmiastowe korzystanie

z minikomputerka. Jakie funkcje będzie wy−

konywał ten „fabryczny” minikomputer do−

wiecie się w dalszej części artykułu. Ważne

jest jedno: jeżeli jego funkcje przestaną Wam

wystarczać albo jeżeli będziecie chcieli stwo−

rzyć zupełnie nowe urządzenie, to sterujący

nim program nie będzie w żaden sposób za−

bezpieczony przed kopiowaniem i zawsze

będziecie mogli zapisać go na dysku, zapro−

gramować procesor po swojemu i w dowol−

nym momencie powrócić do „fabrycznego”

programu. Program, który dla Was napisałem

(jego funkcje są jeszcze niespodzianką) jest

bardzo, ale to bardzo rozbudowany i zajmuje

praktycznie całą pamięć EEPROM. Mogłoby

to wywołać obawy, że posiadacze wersji De−

mo BASCOM−a AVR nie będą mogli skopio−

wać go na dysk i ponownie zaprogramować

nim procesora. Na szczęście takie obawy by−

łyby absolutnie bezzasadne: ograniczenia

długości kodu wynikowego występujące

w wersji Demo dotyczą wyłącznie samej

kompilacji programu, a nie operacji na już

skompilowanych plikach.

− W dalszej części artykułu omówimy

szczegółowo wszystkie ważniejsze polecenia

języka MCS BASIC, specyficzne dla proce−

sorów AVR i nie omawiane podczas kursu

BASCOM College.

nieco odmienny od tego, do którego jesteście

przyzwyczajeni. Na większości schematów

publikowanych w EdW wszystkie połączenia

pomiędzy elementami zaznaczone były jako

osobne linie. Jest to metoda dobra, ale jedy−

nie w przypadku prostych układów. Przy ry−

sowaniu schematów układów bardziej rozbu−

dowanych, a w szczególności układów cyfro−

wych i mikroprocesorowych, do łączenia ele−

mentów używamy tzw. BUS, czyli jakby ar−

terii komunikacyjnych, od których rozchodzą

się odgałęzienia, każde zaopatrzone w indy−

widualną nazwę. Wiecie, do czego to można

porównać? Do rozbebeszonej elektrycznej

instalacji samochodowej! Tam także mamy

grube, oplecione taśmą izolacyjną wiązki

przewodów, od której odchodzą pojedyncze

kable prowadzące do różnych elementów sa−

mochodowej instalacji. Różnica polega na

tym, że w samochodzie przewody łączące ze

sobą wspólne punktu układu oznaczone są

kolorami, a na naszym schemacie tzw.etykie−

tami, czyli niepowtarzalnymi nazwami.

Po tej małej dygresji przystąpmy wre−

szcie do inwentaryzacji dóbr widocznych na

schemacie.

Złącza:

1. Sercem naszego minikomputera jest, oczy−

wiście opisany już wyżej procesor typu

AT90S8535 – IC1. Jednak sam procesor, bez

niezbędnej mu eskorty niewiele by zdziałał.

2. Q1, C1, C2 są elementami niezbędnymi do

funkcjonowania wewnętrznego oscylatora

systemowego procesora. W układzie zastoso−

wano rezonator kwarcowy o częstotliwości

podstawowej 8MHz, czyli najwyższej dopu−

szczalnej dla procesora ‘8583.

3. CON1, CON2, CON3 i CON4 są złącza−

mi, do których doprowadzone zostały wszy−

stkie aktywne wyprowadzenia procesora,

czyli porty A, B, C i D. Do złącz tych może−

my podłączyć ewentualne układy peryferyj−

ne, a także aparaturę pomiarową.

4. CON5 jest jednym z najważniejszych ele−

mentów mikrokomputera. Umożliwia ono

komunikację z dosłownie setkami układów

peryferyjnych sterowanych magistralą I 2 C.

Do tego samego złącza możemy dołączyć

także klawiaturę od komputera PC, która

wprawdzie nie jest układem I 2 C, ale wymaga

identycznych połączeń.

5. CON6 spełnia podobną rolę co CON5

i obsługuje magistralę 1WIRE, czyli umożli−

wia kontakt z DOWOLNĄ liczbą układów

produkcji firmy DALLAS. Do tego jednego

wyprowadzenia możemy dołączać termome−

try, zdalnie sterowane przełączniki i „ma−

giczne tabletki” DALLAS−a.

6. CON7 jest punktem, do którego doprowa−

dzamy napięcie zasilające minikomputer,

czyli 12VDC. Dioda D1 zabezpiecza układ

przed katastrofalnymi skutkami odwrócenia

polaryzacji napięcia zasilającego.

7. CON8, czyli coś dla wygodnych i dbają−

cych o bezpieczeństwo procesora. Jest to

Programowanie

minikomputera

− Nasz minikomputer bez sterującego nim

programu może być co najwyżej niezbyt

efektowną ozdobą na biurko. Program moż−

na napisać w dowolnym języku posiadają−

cym kompilator umożliwiający utworzenie

kodu binarnego przeznaczonego do umie−

szczenia w pamięci procesora AVR. Szcze−

gólnie jednak polecam pakiet BASCOM

AVR, ze względu na łatwość programowania

i ogromny komfort pracy. Napisany program

musi oczywiście zostać umieszczony w pa−

mięci procesora i do tego celu potrzebny bę−

dzie programator obsługujący transmisję SPI

i umożliwiający zaprogramowanie procesora

bez konieczności wyjmowania go z pod−

stawki. Na szczęście, w przeciwieństwie do

programatorów równoległych taki progra−

mator jest urządzeniem wręcz śmiesznie

prostym i tanim. Do naszego minikomputera

został opracowany specjalny programator

( rysunek 2 ), zrealizowany z wykorzysta−

niem zaledwie jednego układu scalonego

z rodziny TTLLS, mieszczący się w typowej

Jak to działa?

Podobnie jak płytka testowa używana pod−

czas kursu BACOM College w ogóle nie

działa i działać będzie dopiero po zaprogra−

mowaniu procesora, czy to programem napi−

sanym samodzielnie, czy programem fa−

brycznym, zaszytym w procesorze dostar−

czonym w kicie. Jednak działanie tego pro−

gramu omówimy później, a na razie zajmie−

my się opisem hardware pokazanego na

schemacie. A zatem, zmieniamy tytuł tego

fragmentu artykułu na:

Z czego to się składa?

Zanim jednak rozpoczniemy tę pracę, chciał−

bym zwrócić się do zupełnie początkujących

Czytelników i wyjaśnić im pewną sprawę.

Bardziej doświadczeni konstruktorzy prosze−

ni są o opuszczenie tego fragmentu artykułu.

Chodzi mi o sposób rysowania schematu,

Elektronika dla Wszystkich

AVT2550 - Pecel a może Big Bang.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: