hardware cadmega128 r1.0
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CADmega128TRANSCRIPT
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1 Manual del Usuario CADmega128 CAD Ingeniera S.A.
CAD Ingeniera S.A. SAN ISIDRO 255 OFICINA F Santiago, Chile
MANUAL DEL USUARIO
Placa de Entrenamiento / Desarrollo
CADmega128
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2 Manual del Usuario CADmega128 CAD Ingeniera S.A.
1. Introduccin
La placa de Entrenamiento / Desarrollo CADmega128 proporciona un entorno electrnico compacto y verstil para el
aprendizaje (y aplicacin) de la programacin de microcontroladores Atmel ATmega128. Los principales perifricos,
tales como botones, pantalla, LEDs, etc. ya estn listos para su uso, as como conexiones seriales, ADC y DAC. Ello
evita los clsicos problemas de los proto-boards, como son conexiones ruidosas, cables quebrados, etc. Adems se
ofrecen dos conectores con seales del micro para expansin u otros propsitos.
Un conector JTAG Atmel estndar permite programacin y depuracin en circuito, preferiblemente en lenguaje C, para
programar de forma moderna y eficiente al microcontrolador. Junto con la placa se entrega cdigo fuente para utilizar
de inmediato perifricos ms complicados como lo son los puertos seriales, ADC y DAC, LCD, etc.
Precauciones para el uso de la placa CADmega128
- No utilice otro adaptador de corriente que no sea el suministrado con la placa.
- Nunca manipular la placa con las manos hmedas o en entornos hmedos, y hacerlo slo por los bordes.
- No tocar la electrnica (excepto los botones, perilla y conectores) cuando la placa est encendida, ello puede
introducir interferencia y alterar el funcionamiento del micro.
- Evite tocar el borde del regulador de voltaje que se encuentra a la izquierda del buzzer (por debajo de la
placa), en operacin normal se calienta pero nunca hasta un punto de provocar quemaduras u otras
molestias.
- Al conectar voltajes externos a la placa, nunca deben exceder de 5V.
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2. Hardware
2.1. Alimentacin
La placa CADmega128 se alimenta mediante un transformador externo de 220VAC/12VDC, 600mA (incluido con
cada unidad). En la placa se aplica filtrado para atenuar el ruido switching de esta alimentacin y se distribuyen
los 12V en diferentes partes de la placa que lo requieren. Adems se obtienen 5V necesarios para el micro y toda
la lgica digital mediante U5.
El jumper JP6 es el interruptor maestro de la alimentacin, puede usarse para apagar o encender la placa sin
desconectar el transformador externo.
2.2. CPU
La placa CADmega128 posee como cerebro el avanzado microcontrolador RISC Atmel Atmega128, con cristal a
16 Mhz (mxima velocidad posible, permite hasta 16 MIPS, Millones de Instrucciones por Segundo). La
programacin/depuracin se realiza mediante conector JTAG Atmel estndar (J1).
L1
100uH
C3100n
Entrada 12VDC
C410u
ALIMENTACION Y FILTRADO
C5100n
C6100n
C7100n
C8100n
VCC
C10100n
TIP1
SL
V
2
J20
DC_JACK
1
J3
CONN-SIL1
1
J4
CONN-SIL1
VI1
VO3
GN
D2
U57805
VCCV12
JP6
JUMPER
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ATmega128 soldado en la cara inferior de la placa CADmega128
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Como se observa en el esquemtico, se dispone de un botn manual de Reset (SWR), que reinicia el
programa del micro desde cero.
El cristal X1 es de 16 Mhz, para velocidades menores debe usarse el oscilador interno del micro y programar
esto en los fusibles.
El terminal J7 permite conectar una referencia de voltaje externa (AVREF) para el conversor ADC integrado
del micro, dicha referencia no puede ser negativa ni exceder 5V.
El cristal X2 es de tipo reloj de cuarzo, frecuencia 32,768 kHz, y puede usarse para implementar un reloj de
tiempo real por software (sin respaldo de batera).
2.3. Programacin y Puerto JTAG (J1)
El puerto JTAG permite programacin y depuracin del micro, mediante programador JTAG USB Atmel o
compatible.
Ca
ble
est
nd
ar
IDC
10
pin
es
CADmega128
JTAG USB
PC con entorno
AVR Studio
La programacin se realiza generalmente en lenguaje C, usando el entorno de programacin AVR Studio. El
uso del lenguaje C provee gran flexibilidad y rapidez en el desarrollo, ya que no es necesario usar las
instruccines de mquina (assembly) de la CPU.
Los programas son grabados en el micro en su memoria Flash permanente, y pueden ser pausados (e incluso
RESETeados) a voluntad usando las facilidades de depuracin del JTAG.
o Se recomienda no conectar el programador JTAG a la placa estando sta conectada.
2.4. LEDs
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La placa CADmega128 posee 3 LEDs programables (D2,D3 y D4), conectados directamente al puerto G del
microcontrolador (pines PG0, PG1 y PG2 respectivamente).
Al estar los LEDs conectados a VCC (5V), para encenderlos es necesario escribir un 0 lgico en el pin
correspondiente, previamente configurado como salida.
2.5. Buzzer
La placa CADmega128 incorpora un buzzer (BZ1) controlado por transistor, conectado al puerto PF3 del micro
(etiq. BUZ en el esquemtico).
Este buzzer no es del tipo auto-oscilador, por lo que para generar sonido es necesario enviarle un tren de pulsos
cuadrados dentro de un rango de hasta 2 kHz. Ello es fcil de lograr alternando 1s y 0s en este pin.
2.6. Botones
La placa CADmega128 posee 5 botones (SW1 a SW5), ubicados directamente bajo el LCD. Estn conectados a
pines del puerto D, con la correspondencia:
VCC
D2
LED
LED_G0
R12
2.2k
D3
LED
LED_G1
R13
2.2k
D4
LED
LED_G2
R14
2.2k
Q22N3904
++
--
BZ1
BUZ-OLIMEX
VCC
BUZ
R11
2.2k
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- [SW1] est conectado a PD0, lo que adems permite detonar la interrupcin INT0.
- [SW2] est conectado a PD1, lo que adems permite detonar la interrupcin INT1.
- [SW3] est conectado a PD4.
- [SW4] est conectado a PD5.
- [SW5] est conectado a PD6, lo que adems permite incrementar el Timer 1 si se selecciona el modo de
contador.
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Los switches poseen filtrado anti-ruido y anti-rebotes mediante resistores, capacitores y el TTL 74HC14. De
acuerdo a la lgica, al presionar un switch aparece un 1 lgico en el pin correspondiente del micro.
1/2 3/4
SW1
SW-SPST
1/2 3/4
SW2
SW-SPST
1/2 3/4
SW3
SW-SPST
1/2 3/4
SW4
SW-SPST
R3
1k
R410k
VCC
1 2
U2:A
74HC14C1810n
R5
1k
R610k
VCC
3 4
U2:B
74HC14C1910n
R7
1k
R810k
VCC
5 6
U2:C
74HC14C2010n
R9
1k
R1010k
VCC
13 12
U2:D
74HC14C2110n
SW1
SW2
SW3
SW4
Botones y Filtrado de Rebotes
R1
1k
R1510k
VCC
C2810n
SW5
1/2 3/4
SW5
SW-SPST
11 10
U2:E
74HC14
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2.7. LCD
La placa CADmega128 incorpora un LCD de 16 caracteres x 2 lneas, estndar HD44780 en modo de 4 bits
(usando los bits de datos D7 a D4). Se dispone de potencimetro integrado en la placa (RV1) para el contraste,
que vara con el ngulo de visin y la temperatura ambiente. El LCD est conectado al puerto A. El backlight (luz
de fondo) est siempre activo, an cuando lgicamente no se inicialice el LCD.
Para inicializar y escribir caracteres en el LCD, se ofrece una librera completa en el CD adjunto con la placa,
en los archivos LCD44780.c, LCD44780.h
2.8. UARTs
La CPU ATmega128 posee 2 canales de comunicacin serial (USARTs), que pueden ser operados en modo
sncrono o asncrono. En la placa CADmega128, ambas USARTs pueden ser usadas de manera directa en modo
asncrono (es decir, como UARTs) y ello otorga inmediata compatibilidad con infinidad de equipos que usan estos
estndares.
La UART0 est alambrada a un convertidor TTL/RS232, de modo que sus seales aparecen listas para
conectarse a un PC u otro equipo compatible con EIA232. El conector hembra (J2) corresponde al estndar
232 DCE:
o Pin 2: TX UART0 (data transmitida desde la placa)
o Pin 3: RX UART0 (data recibida por la placa)
LC
D_
RS
LC
D_
E
LC
D_
D4
LC
D_
D5
LC
D_
D6
LC
D_
D7
VCC
12
3
RV1
10k
VCCD
714
D6
13
D5
12
D4
11
E6
RW
5R
S4
VS
S1
VD
D2
VE
E3
BL
-A15
BL
-K16
LCD1LCD_16X2_4BIT
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o Pin 5: GND (tierra de comunicaciones)
o Los dems pines no estn conectados.
o Los LEDs D1 y D7 indican, por hardware, transmisin y recepcin a esta UART.
* Para conectar la placa a un PC, basta con un cable serial DB9 macho hembra.
La UART1 no est alambrada a ningn convertidor TTL/RS232, de modo que sus seales corresponden a
niveles TTL directos, y estn disponibles en los pines J11:
o Pin 1: TX UART1 (data transmitida desde la placa)
o Pin 2: RX UART1 (data recibida por la placa)
o Pin 3: GND (tierra de comunicaciones)
o Los LEDs D5 y D6 indican, por hardware, transmisin y recepcin a esta UART.
o Estos pines estn conectados de manera directa al microcontrolador, por tanto es necesario sumo
cuidado en su conexin.
Importante: Cuando no se use o no se conecte nada a la UART1, debe colocarse un jumper (suministrado con la placa)
que haga un puente entre los pines TX1 y RX1. De otro modo, el LED RX1 puede encenderse aleatoriamente, haciendo
molesto el uso de la placa.
2.9. Entradas Anlogas (ADC)
La placa CADmega128 posee 2 entradas anlogas externas (para voltaje o corriente), conectadas a las entradas
ADC0 y ADC1, y adems se ofrece un potencimetro divisor de tensin (RV2, 0 a 5V) permanente en ADC2,
como perilla para variar datos en los programas del microcontrolador.
T1IN11
R1OUT12
T2IN10
R2OUT9
T1OUT14
R1IN13
T2OUT7
R2IN8
C2+
4
C2-
5
C1+
1
C1-
3
VS+2
VS-6
U4
MAX232
PACKAGE=SO16
C14
100n
C15
100n
C16100n
C17
100n
VCC
1
6
2
7
3
84
9
5
J2
CONN-D9F
TX0
RX0
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J5
J8
1
2
1
2
JP3
JP8
Pin para volt.
ref. externo
Cada entrada anloga externa dispone de un jumper para usarla en modalidad de voltaje o corriente:
o Si JP3 est puesto, ADC0 se puede usar para medir corriente.
o Si JP8 est puesto, ADC1 se puede usar para medir corriente.
o Notar que ambas entradas poseen resistencias idnticas de 250 ohm (1%). La mxima corriente que
se puede medir es de 20 mA, con voltaje de referencia interno 5V (del micro, seleccionable por
software) o externo (terminal J7). En caso de usar resistencias externas y referencia externa, el
producto i*R no puede exceder de 5V.
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o Sin jumper puesto, la entrada correspondiente mide voltaje positivo, siempre respecto a la referencia
interna de 5V o bien referencia externa, hasta un mximo de 5V. Exceder este voltaje puede daar de
manera irreversible al micro.
o El potencimetro RV2 es un divisor de voltaje conectado directamente a la entrada ADC2 del micro,
permitiendo variar desde 5V (izq.) a 0V (der.)
o Para usar un voltaje de referencia positivo externo, conectarlo al pin J7 al costado derecho del LCD.
La tierra de este voltaje externo debe unirse a la tierra de la placa CADmega. Este voltaje externo no
puede exceder de 5V.
2.10. Salidas Anlogas (DAC)
La placa CADmega128 incorpora un DAC dual AD7303, que ofrece 2 salidas de voltaje independientes de 8
bits de resolucin (canales DAC 0 y 1). Dado que el pin VREF del DAC no est accesible para conectar una
referencia externa, debe usarse la opcin software REFINT al enviarle informacin digital al DAC. Esto
selecciona una referencia interna de alta precisin de 5V.
Se ofrecen entonces 2 salidas anlogas:
3
2
1
84
U6:A
LM358
Q12N3904
V12
V12
12
3RV3
200
C39100n
SPI_MO
SPI_CLK
DAC_CS
C25
100n
SCK5
SYNC7
DIN6
VOUTB8
VOUTA1
VREF4
U7
AD7303
Salida DAC
1
2
J9
TBLOCK-2P-3.5MM
1
2
J10
TBLOCK-2P-3.5MM
12
3
RV4
1k
Salida anloga 0 a 5V, 8 bit, usar bit REFINT del DAC
Salida anloga 0-20 mA
J9
J10
1
2
1
2
JP3
JP8
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Salida de voltaje en J9, se pueden obtener desde 0.01 a 5V en incrementos de 5 / 256 = 19.5 mV. Notar que
por limitacin del DAC, es imposible obtener 0V exactos en su salida. El pin 1 de J9 es el voltaje del canal
DAC 0, y el pin 2 es tierra de la placa (0 V).
o Esta salida es lineal, es decir, para obtener 0.01V se enva el valor digital 0 al DAC, y para obtener 5V
se enva el valor 255 (28-1) al DAC.
o Notar que esta salida est directamente conectada al DAC, y no soporta carga directa ms all de
un par de mA, por tanto esta tensin es de control y debe ser amplificada mediante circuito externo.
Salida de corriente en J10: se implementa una salida anloga de corriente programable utilizando el canal
DAC 1. La corriente (desde 0 a 20 mA) fluye desde el terminal 1 al terminal 2 de J10, la mxima carga es de
250 ohm. Esta salida es lineal, es decir, para obtener 0 mA se enva el valor digital 0 al DAC, y para obtener
20mA se enva el valor 255 (28-1) al DAC. Esta salida se puede usar para manipular equipos de control
industrial con entrada de 4-20 mA.
Este DAC es un perifrico externo al micro, por tanto se programa mediante SPI. Con la placa CADmega128
se adjunta cdigo en C listo para acceder al DAC, consultar la documentacin en el CD adjunto.
Los potencimetros RV3 y RV4 son parte de la calibracin de la salida de corriente y NO deben ser alterados
de sus posiciones por ningn motivo.
2.11. Conectores para expansin
La placa CADmega128 ofrece dos conectores (tipo IDC) que permiten acceso a los voltajes de alimentacin (+12,
+5, GND) de la placa y a la mayora de los puertos del micro (B,C,D y E). Como estas conexiones son directas al
micro, deben utilizarse con cuidado para no daarlo.
J6
SPI_CS
SPI_CLK
SPI_MO
SPI_MI
V12 VCC
1
2
3
4
5
67
8
9
10
11
12
13
14
J6
TRANS 14 DIL
PB4
PB5
PB6
PB7
PD7
PE2
PE3
PE4
PE5
PE6
PC0
V12 VCC
1
2
3
4
5
67
8
9
10
11
12
13
14
J12
TRANS 14 DIL
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7