Zestaw uruchomieniowy z mikrokontrolerem ATXMega256A3U

Zestaw uruchomieniowy STK_XMega256A3U razem z płytką bazową umożliwia praktyczne przetestowanie współpracy mikrokontrolera z typowymi peryferiami, tj. enkoderem, modułami komunikacyjnymi XBee, wejściami analogowymi, kartą pamięci SD oraz sterownikiem silnika prądu stałego.

Schemat ideowy modułu STK_XMega256A3U pokazano na rysunku 1. Sercem modułu jest mikrokontroler U1 typu ATXmega256A3U. Moduł umożliwia wykorzystanie oscylatora XT1 oraz zegara czasu rzeczywistego taktowanego za pomocą XT2. Z modułów funkcjonalnych mikrokontrolera wykorzystano interfejs USB (PD6, PD7), którego zabezpieczenie stanowi układ U2. Na złącza RS/I²C (zgodne z Arduino i minimodułami I²C opisywanymi w EP) wyprowadzone są sygnały interfejsów szeregowego (PE3, PE4) oraz I²C (PE0, PE1). Programowanie układu jest możliwe przez złącze ISP programatorem AVRISP MKII w trybie PDI. Możliwe jest także wykorzystanie bootloadera. Do wprowadzenia w tryb programowania służy przycisk DFU, dioda PE4 umożliwia monitorowanie jego aktywności. Moduł ma zamontowane: przycisk zerowania RST, diodę świecącą PWR sygnalizująca załączenie zasilania oraz stabilizator U3 dostarczający 3,3 V do zasilania mikrokontrolera. Dławik L1 i kondensator C3 filtrują zasilanie części analogowej. Moduł może być zasilany z USB po zwarciu wyprowadzeń J19 i J20 lub z zewnętrznego zasilacza +5 V, dołączonego bezpośrednio do wyprowadzeń J1-19/9. Złącze LCD umożliwia dołączenie wyświetlacza zgodnego z HD44780 w trybie czterobitowym (przystosowanego do współpracy z układami 3,3 V). Potencjometr RV1 służy do regulowania kontrastu. Jeżeli nie korzystamy z wyświetlacza, potencjometr może być użyty jako zadajnik analogowy, a pozostałe piny dowolnie.

Rysunek 1. Schemat ideowy modułu z mikrokontrolerem ATXMega256A3U

Porty PA, PB, PC, PF wyprowadzone są na złącza SIP zgodne z rozstawem z płytkami prototypowymi. Złącze BAT w przypadku wykorzystania procesorów xA3U powinno być zwarte w pozycji 1–2, z wyprowadzonym pinem PF5 na złącze J1, w mikrokontrolerach xA3BU służy do przyłączenia baterii podtrzymującej RTC (pomiędzy wyprowadzenia 2(+)/3(–)).

Należy pamiętać, że w przeciwieństwie do wcześniejszych procesorów AVR, peryferie mikrokontrolerów ATXmega są konfigurowalne, podobnie jak w układach programowalnych i należy zadbać, aby je odpowiednio przypisać do wyprowadzeń (w przypadku modułu porty: USB, I²C, RS).

Montaż i uruchomienie

Zmontowanie modułu nie wymaga uwag – jego schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Poprawnie zmontowany moduł jest gotowy do pracy i po prawidłowej detekcji przez AVRStudio (programator AVRISP II, tryb PDI) jest możliwe jego oprogramowanie.

Rysunek 2. Schemat montażowy modułu z mikrokontrolerem ATXMega256A3U

Na rysunku 3 pokazano prawidłowo zainicjowany moduł modelowy z wlutowanym ATXmega128A3U. Alternatywną i w większości wypadków wygodniejszą metodą programowania modułu jest użycie bootloadera i oprogramowania Flip. Plik *.hex odpowiedni do zaprogramowania układu (nazwa pliku odpowiada typowi procesora) znajduje się w materiałach dodatkowych w katalogu boot i na stronie firmy Atmel w opisie bootloaderów – nota aplikacyjna AVR1916.

Rysunek 3. Prawidłowo zainicjowany moduł Xmega

Po zaprogramowaniu układu i ponownej inicjacji modułu układ jest rozpoznany przez system Windows jako ATxmega128A3U (rysunek 4) i od tego momentu można programować go za pomocą programu Flip (rysunek 5) poprzez interfejs USB bez zewnętrznego programatora.

Rysunek 4. Poprawnie zidentyfikowany moduł ATXMega

Rysunek 5. Program Flip i ATXmega

Uzupełnieniem układu jest płytka bazowa zawierająca typowe peryferiei umożliwiająca praktyczne zapoznanie się z możliwościami procesorów XMega. Jej schemat ideowy pokazano na rysunku 6. Wszystkie sygnały z modułu z mikrokontrolerem są udostępnione na złączach szpilkowych J1A i J2A. Przez odpowiednie skonfigurowanie zwór w złączach można dołączyć do procesora peryferie stanowiące wyposażenie płytki bazowej. Jako elementy stykowe przewidziano enkoder ENC1 uzupełniony o elementy RC polaryzujące i eliminujące zaburzenia podczas przełączania oraz dwa mikroprzełączniki S1, S2.

Rysunek 6. Schemat ideowy płytki bazowej

Wyprowadzenia wbudowanego przetwornika A/C i C/A dostępne są wraz z zasilaniem na złączach AI, VCC, GND (3,3 V) zgodnych z Arduino Brick. Dodatkowo, dwa porty analogowe są doprowadzone do potencjometru RV oraz przetwornika temperatury TS typu LM35. Trzy LEDy umożliwiają sygnalizowanie stanów portów (po konfiguracji procesora – także PWM).

Płytka ma gniazda dla karty microSD oraz modułów zgodnych z XBee. Złącze I²C umożliwia wyprowadzenie sygnałów magistrali i zasilania do modułów rozszerzeń I²C GPIO/LED/RTC/PWM opisywanych w EP. Miejsce na płytce znalazło się także dla mostkowego sterownika silnika DC typu TB6593.

Do podłączenia silnika i zasilania drivera służy złącze MTR. Napięcie zasilania nie powinno przekraczać 13,5 V, dopuszczalny prąd drivera to 1,3 A, zalecane jest dodatkowe chłodzenie układu U1 przez niewielki radiator. Tabelę prawdy dla TB6593 zamieszczono na rysunku 7.

Rysunek 7. Tabela prawdy dla TB6593

Elementy płytki bazowej zamontowane są na dwustronnej płytce drukowanej, której schemat montażowy pokazano na rysunku 8.

Rysunek 8. Schemat montażowy płytki bazowej

Montaż nie wymaga opisu.

Pozostaje życzyć owocnych eksperymentów.

Adam Tatuś, EP