Univerzalni razvojni sistem UNI RS

Alat za rad sa različitim mikrokontrolerima

Kažu da je rad stvorio čoveka, kasnije je nastala poslovica "Bez alata nema zanata", onda je prošlo nekoliko vekova pa su se pojavili mikrokontroleri ..... kao i za sve i za njih su potrebne dve stvari .... rad i alat ..... Jedno bez drugog ne ide kako god da okrenete ...

Pojavom simulatora (softverski emulira rad mikrokontrolera) stvari su se dosta pojednostavile, bilo je potrebno da imate racunar i svet mikrokontrolera vam je postao dostupan. Probanjem programa u simulatoru moglo se uraditi i do 80% posla, ipak za pravu potvrdu ispravnosti bilo je potrebno program isprobati na realnom sistemu. Tu na scenu stupaju razvojni sistemi koji su predment ovog clanka. Ako bi ih klasifikovali po složenosti i ceni postoje dve vrste razvojnih sistema:

Prvi, koji emulira rad mikrokontrolera tako što se program izvršava na složenom elektronskom uredaju koji se ponaša istovetno kao i mikrokontroler koji se emulira. Te sisteme je najlakše prepoznati po ceni. Kada vidite da je nešto jako skupo to je onda to. Cena za te sisteme se obicno krece od $1000 do $5000 dolara. Najvažnija osobina tih sistema je vremensko kontrolisanje izvršenja instrukcije. Jednostavnije receno moguce je bukvalno zaustaviti mikrokontroler u jednom trenutku i nastaviti sa izvršenjem programa nakon pola sata a da sistem to vidi kao dve uzastopne instrukcije. Svi brojaci, tajmeri, taktovi staju i cekaju dozvolu za nastavak rada. Ovi sistemi na sebi obicno nemaju neke periferne komponente kao što su AD, DA konvertori, displeji, tastature i sl....vec se sastoje od "glave" u obliku podnožja koja se ubada na mesto mikrokontrolera u uredaju koji se razvija. Korišcenjem ovih sistema dobija se najpotpuniji uvid u rad uredaja i izvršenje programa. Ljudi koji sebi ne mogu da priušte ovakav sistem nazivaju vlasnike ovih sistema "razmaženim programerima" malo zbog zavisti malo zbog istine.

Druga vrsta razvojnih sistema koristi sam mikrokontroler (za koga se razvija program) kao srce sistema. Pored njega na sistem se postavljaju i periferije koje mogu pomoci prilikom razvoja programa ili koje ce se nalaziti na samom uredaju koji se razvija. Primer takvih periferija je serijska komunikacija (koja ne mora da se nalazi na uredaju ali može koristiti prilikom provere programa) ili optokapler (koji se nalazi u velikom broju uredaja kao veza sa relejom).

Slika 1. Funkcionalna šema razvojnog sistema UNI-RS (Kliknite na sliku za veću shemu)

Ubacivanjem programa u mikrokontroler (programiranjem) sistem se startuje i prati njegov rad. Kad se uoci greška, program se prepravi, mikrokontroler ponovo isprogramira, startuje i sve tako dok program ne radi kako programer želi. Ovaj nacin rada umnogome zavisi od programerove veštine za uocavanje grešaka. Nekada je potrebno dobro se zamisliti nad neocekivanim ponašanjem mikrokontrolera. Ipak, to je onaj jeftiniji nacin rada koji je nažalost interesantan za nas.

Univerzalnost?

Razvojni sistem o kome se radi u ovom clanku je iz ove druge grupe (teško bilo za pogoditi). Ipak u necemu se razlikuje se od dosadašnjih (da nije tako sumnjam da bi ovaj clanak bio napisan). Sama ideja je stara stara preko 6 godina što je sasvim dovoljno vremena da neke stvari sazru, rešenja prociste i greške otklone.
Uvidajuci da se svi razvojni sistemi uglavnom razlikuju po procesoru a ne po periferijama redakcija je odlucila da napravi razvojni sistem kome ce procesor biti promenljiv! Šta se time dobilo? Prvo se kao i uvek gleda ušteda u novcu gde je dobit najizraženija prilikom prelaska sa jednog mikrokontrolera na drugi. Ne samo da se štedi novac nego se i produžava život prvobitnoj investiciji a uz mala ulaganja može se sa jednog mikrokontrolera preci na drugi tako da da najveci deo razvojnog sistema ostane isti. 
Pored novca štedi se i vreme za upoznavanje sa novim razvojnim sistemom. To i nije toliko izraženo kod programera koji sve rade na jedmom tipu mikrokontrolera ali ako ste firma kojoj dolaze narucioci posla i traže razne usluge na raznim tipovima plus na raznim jezicima onda je dobit više nego ocigledna. Baš takav problem je naterao redakciju da ondašnju ideju pretvori u realnost.

UNI RS

Namena sistema je razvoj celih ili delova programa. Pored toga može dobro poslužiti i kao alat prilikom rada sa nekim drugim sistemima. Konkretno na njemu se može dobiti strujni signal jako velike preciznosti (16 to bitni strujni DA konvertor) tako da možete napraviti strujni izlaz od 8.23mA ili neki drugi po potrebi. Takode može se napraviti i naponski izlaz zahvaljujuci naponskom DA konvertoru. To se pokazalo korisno kod simuliranja milivoltnih signala sa raznih senzora. Pored tih opcija tu je i RS485, RS232 komunikacija, sat realnog vremena, CAN kontroler itd. Ako se to sve potkrepi sa programom koji prikazuje stanje na LCD displeju i omogucava unos parametara sa tastature onda se zaista radi o korisnom alatu.

Slika 2. Šema mikrokontrolerske kartice. Data je šema za karticu sa mikrokontrolerom PIC16F877. Pored nje trenutno su na raspolaganju kartice za AVR i i8051 mikrokontrolere. (Za veću shemu kliknite na sliku)

Mikrokontrolerska kartica

Elementi razvojnog sistema

Mikrokontroler je obicno element uredaja koji upravlja drugim elementima. Ti elementi mogu biti jednostavni kao LED dioda ali i kompleksni kao što je AD konvertor. 
UNI-RS sistem ima velik broj elemenata na raspolaganju koji ce biti opisani od jednostavnijih ka složenijim:
LED diode:
Sistem ima osam LED dioda za signalizaciju. Obicno se koriste u prvobitnoj fazi rada ali i kasnije kao indikacije za dešavanja u programu. Diode dele port sa LCD displejom, što prakticno znaci da treba koristiti ili diode ili displej.
Tasteri:
Osam tastera za simuliranje komandnih ulaza u sistem. Tasteri dele port sa tastaturom tako da se ne mogu koristiti istovremeno. 
Tastatura:
Matricna tastatura 4X3 tastera se može lako dodati na sistem jer je predviden sedmopinski ženski konektor za nju. 
Prekidaci:
Kada se razvija neki konkretan program cesto je potreban ulaz tipa prekidaca. Dosta razvojnih sistema nema ovu mogucnost tako da morate držati taster pritisnut dok sistem izvršava program. Rešenje problema je jednostavan dip prekidac sa osam linija. Prekidaci su paralelno vezani tasterima tako da za njih važi isto ogranicenje kao i za tastere. 
Biper:
Iskreno receno upotreba bipera u uredajima i nije tako zastupljena (ili bar nije bila u onima koje smo mi pravili) ali je korisno imati opciju za koju znate da je možete upotrebiti ako zatreba. Biper ne deli pin ni sa jednim drugim elementom.
Izvor napona:
Jedna od cestih potreba je i izvor napajanja. Na sistemu se nalazi LM317 sa potenciometrom koji može dati izlaz od 1.2V do 12V. Ovo napajanje je nezavisno od napajanja plocice tako da se može koristiti za optokaplersko odvajanje releja ili slicne namene. Podešavanje napona se obavlja desnim trimerom (dovoljno je instrument staviti na izlaz i podesiti napon).

LCD displej: Predviden je klasican LCD displej sa 2x16 karaktera. Medutim to nije ogranicenje jer se može koristiti bilo koji displej koji ima isti tip komunikacije sa mikrokontrolerom. LCD displej se medusobno iskljucuje sa LED diodama. Na konektoru se nalazi i napajanje za pozadinsko osvetlenje a kontrast se reguliše levim trimerom. Izlazni optokapleri: Sistem ima cetri izlazne optokaplerisane linije koje se mogu koristiti za aktiviranje releja ili nekog slicnog elementa. Optokapleri su tipa H11B1 ili slicni.

Slika 5. Predviđen je LCD 2x16 karaktera. Na LCD-u je zalemljena ženska jednoredna letvica tako da se LCD lako stavlja i skida sa sistema.

Ulazni optokapleri:
Predvideni su brzi optokapleri HCPL2630 sa šmit trigerom tako da se mogu koristiti za brze brojacke primene kao što je odredivanje brzine motora ili slicno. 
Za njihovo konfigurisanje koriste se džamperi na mikrokontrolerskoj kartici. Sa njima se optokapleri mogu povezati i na brojacke ili interapt ulaze mikrokontrolera.

Digitalni termometar: Dalasov DS1820 digitalni termometar sa mogucnošcu merenja temperature od -55 do 125 C može poslužiti za merenje temperature okoline i eksperimentisanje. Veoma je tacan i lak za povezivanje. Postavlja se u podnožje sa tri pina na desnoj strani razvojnog sistema. Sedmosegmentne cifre: Malo koji uredaj namenjen industiji nema sedmosegmentne cifre u sebi. Njihova osobina da se vide jasno i sa velike daljine je ubedljiv argument za njihovo korišcenje. Relativno niska cena ih cini pogodnim i u uredajima sa ogranicenom cenom. Sistem ima osam sedmosegmentnih cifara sa drajverom MAX7219 koje mogu da se koriste kao dve grupe po cetri cifre ili kao jedna od osam. To je dosta bitno jer neretko treba prikazivati dve velicine (npr. zadatu i trenutnu temperaturu). Drajver se sa mikrokontrolerom povezuje serijski tako da se troši minimum linija. Jednom upisan sadržaj se prikazuje na displeju sve dok se ne upiše novi (drajver na sebe preuzima osvežavanje displeja). Serijski EEPROM: Pored EEPROM memorije koju današnji mikrokontroleri imaju u sebi ceto je radi sigurnosti potrebno imati i serijski EEPROM za smeštanje podataka koji se ne smeju izgubiti po prestanku napajanja (razna setovanja i sl).

Slika 6. Raspored pinova na konektoru za kartice, po tom rasporedu se može napraviti kartica za bilo koji mikrokontroler. Desno se nalaze konektori sa svim izvodima sa konektora za kartice radi daljih proširenja. (Za veću shemu kliknite na sliku)

RS232 komunikacija:
RS232 komunikacija je namenjena povezivanju na jedan komunikacioni uredaj. Preko nje sistem može komunicirati sa PC racunarom. Cesto se koristi kod akvizicija podataka za prenos podataka merenja i sl.
RS485 komunikacija:
Za razliku od RS232 komunikacije RS485 se koristi za komunikaciju sa više uredaja. Pravljena je tako da u istom trenutku jedan ucesnik u komunikaciji šalje i jedan prima podatke. Kada se njihova komunikacija završi tada druga dva ušesnika mogu razmeniti svoje podatke. 
CAN komunikacija:
Ovaj nacin komuniciranja je prvobitno bio namenjen autoindustiji za komunikaciju raznih upravljackih sistema u automobilu. Medutim toliko se dobro pokazao da je primenu našao i u industiji. Po nameni je slican RS485 komunikaciji (više ucesnika u komunikaciji). Komponente za CAN komunikaciju proizvodi dosta firmi. Ovde su upotrebljeni PCA80C250 od firme Philips i MCP2510 od firme Microchip (u nekom od narednih brojeva bice date osnove CAN protokola sa primerom).
RTC, sat realnog vremena:
Na sistemu se nalazi i sat realnog vremena (eng.Real Time Clock) sa baterijskim napajanjem za primene gde je važno znati datum i vreme dogadaja. Upotrebljen je serijski RTC PCF8583 firme Philips.

12-to bitni serijski osmoulazni AD konvertor: Merenje analognih velicina je dosta cest pratilac programera. To se pokazalo kao jedan od težih zadataka svakog sistema. Pored cene AD konvertori imaju i velike zahteve u pogledu smanjivanja šuma i ostvarivanja što boljeg kontakta. Za ovaj sistem je odabran 12 to bitni AD konvertor firme Linear Technology LTC1290 koji se pokazao kao optimalno rešenje u pogledu cene (oko 20DM), brzine i broja ulaza. Ulazi su izvedeni na kleme tako da je prikljucivanje ulaznog signala dosta lako. Za izvor referentnog napona koristi se kolo REF02 a za takt, oscilator od 1 do 4 MHz.

Slika 7. Na slici je prikazan 12-bitni AD konvertor LTC1290 sa priključnim klemama. Na slici se još vide dva polja džampera i ulazni optokapleri

12-to bitni serijski naponski DA konvertor:
Naponski DA konvertor se dosta retko koristi u odnosu na AD ali je neophodan u nekim primenama (npr. pretvaranje napona u frekfenciju).
Na sistemu je predviden cip LTC1257 firme Linear Technology , naravno, i ovde je cena i nabavljivost igrala bitnu ulogu.
16-to bitni strujni DA konvertor:
Verovatno ima malo ljudi koji nisu culi za strujni signal od 4 do 20mA, ipak veliki broj nije imao prilike da radi sa ovim vidom prenosa informacija. Jedan od boljih cipova na tržištu je AD421 firme Analog Devices. Ova komponenta je dosta zanimljiva jer pored strujnog signala (kompatibilan sa HART protokolom). To je veoma zanimljiva opcija jer omogucuje da napajate uredaj preko iste dve linije sa kojima i komunicirate. I pored svojih prednosti AD421 je komponenta koja se jako retko srece i pitanje je da li bi našla mesto na ovom sistemu da se u redakciji nije radio uredaj na kome je korišcen baš ovaj cip. Njegove mogucnosti su presudile da se nade na sistemu. Pored svoje uloge davaca strujnog signala cip se može koristiti i kao izvor željenog strujnog signala (npr. za napajanje mernih mostova i sl.).

Izgled donje ploče razvojnog sistema sa postavljenim elementima	Izgled razvojnog sistema sa LCD displejem, tastaturom i mikrokontrolerskom karticom

Šeme

U clanku je dat veci broj šema koje možete pogledati ako downloadujete članak u pdf formatu. Njihova namena je da prezentuju nacin povezivanja pojedinacnih elemenata sa razlicitim mikrokontrolerima. Nadamo se da mogu poslužiti kao dobar pocetak za one koji žele da samo deo implementiraju na neki svoj sistem ili uredaj. Sve šeme su proverene i isprobane tako da ih možete uzeti kao sigurne. Iste te šeme (i one koje nisu stale u ovaj clanak) možete preuzeti sa internet prezentacije "mikroElektronike" u PDF ili Protel formatu na adresi:

Ako ste zainteresovani za dodatne informacije o razvojnom sistemu posetite i stranu na adresi:

http://www.mikroelektronika.co.yu/domestic/product/tools/unids.htm x