2007ep10 Pc 101 Zestaw Uruchom Msp430f449

5/11/2018 2007ep10 Pc 101 Zestaw Uruchom Msp430f449 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/2007ep10-pc-101-zestaw-uruchom-msp430f449 1/6101Elektronika Praktyczna 10/2007

Zestaw uruchomieniowy dla procesorów MSP430P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W

• Płytka o wymiarach 263x149 mm• Zasilanie 8 VAC lub DC• Mikrokontroler MSP430F449• Interfejsy: RS232, USB, SPI, JTAG, I2C,

1–Wire• Obsługa kart SD/MMC• Peryferia: wyświetlacz LCD, wyświetlacz

graficzny, wyświetlacz LED (4x7–segm.),wskaźniki LED, klawiatura matrycowa 5x3,8 przełączników 2–stabilnych, 8 przyci-sków, czujnik temperatury, potencjometr do regulacji napięcia wykorzystywanegow eksperymentach z przetwornikami A/Ci C/A, 2 buzery

PODSTAWOWE PARAMETRY

Dział „Projekty Czytelników” zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierzeodpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie,że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany . Honorarium za publikacjęw tym dziale wynosi 250,– zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobieprawo do dokonywania skrótów.

Zestaw uruchomieniowy dlaprocesorów MSP430F449

Projekt

155

Chyba nie ma takiego

elektronika, któremu by

„nie wpadł” do rąk

przynajmniej jeden jakiś zestaw

uruchomieniowy. Producenci

mikrokontrolerów, układów programowalnych, procesorów

DSP itp. udostępniają je

konstruktorom, wychodząc

z założenia, jest to dobra

metoda zachęcania do

stosowania ich wyrobów

w projektowanych urządzeniach.

Zdarza się też, że takie zestawy

powstają na własne potrzeby

w warsztatach domowych.

Rekomendacje:

zestaw dedykujemy głównie

Czytelnikom zainteresowanym

poznaniem mikrokontrolerów

MSP430.

Mikrokontrolery rodziny MSP430

coraz częściej znajdują zastosowa-nie w urządzeniach elektronicznych,zwłaszcza w sprzęcie pomiarowym.Do wyboru mamy zarówno układyproste i tanie, jak i rozbudowaneo wyższej cenie. Wszystkie mikro-kontrolery MSP430 mają jednakdwie wspólne cechy – niski pobórmocy i szybki czas przejścia międzystanami procesora. Oszczędność zu-żywanej mocy uzyskuje się poprzezmożliwość przełączania mikrokon-trolera w różne tryby pracy. Pozwa-

la to zredukować prąd pobieranyz zasilania do wartości nawet po-niżej 1 mA. Czas przejścia ze sta-nu wstrzymania do pełnej gotowo-ści jest przy tym równy zaledwie6 ms.

Najlepszym sposobem poznaniaprocesora jest obserwacja jego pra-cy podczas różnych eksperymentówprzeprowadzonych w praktyce. Nie-zbędny do tego zestaw uruchomienio-wy możliwy do samodzielnego wyko-nania opisujemy w tym artykule.

Opis układuDo zestawu uruchomieniowego

MSP430 wybrano mikrokontrolerMSP430F449. Zadecydowała o tymduża różnorodność jego peryferii:

– 60 kB pamięci programu typu

Flash, 2048 B pamięci danychtypu Flash i 2048 B RAM–u,

– dwa odrębne interfejsy USART,które mogą pracować w trybachUART i SPI,

– 12–bitowy przetwornik A/C,– sterownik wyświetlaczy LCD,– komparator analogowy,– cztery liczniki: Watchdog Timer

(służący do kontroli pracy pro-cesora lub jako zwykły licznik),Basic Timer (wykorzystywanygłównie przy pracy sterowni-

ka wyświetlacza LCD) Timer_A3i Timer_B7. Zarówno Timer_A3,jak i Timer_B7 mogą służyć dogeneracji przebiegów o rożnychwypełnieniach (PWM) lub doodliczania czasu, po którym ge-nerowane jest przerwanie.Na szczególną uwagę zasługu-

je moduł oscylatora FLL+, któryumożliwia generowanie sygnału ze-garowego na 4 sposoby, wykorzy-stując: wejście LFX1 (jest to wej-ście, które może pracować w dwóch

trybach pracy: niskiej i wysokiejczęstotliwości z rezonatorami odpo-wiednio 32,768 kHz i od 455 kHzdo 8 MHz); wewnętrzny generatorwysokiej częstotliwości FFL+; we-wnętrzny DCO umożliwiający pracę



Zestaw uruchomieniowy dla procesorów MSP430

procesora bez zewnętrznego rezona-tora kwarcowego.

Prezentowany zestaw został wy-posażony w peryferia, które są naj-częściej stosowane w urządzeniachelektronicznych. Na płycie znaj-dują się więc trzy wyświetlacze:LCD, wyświetlacz graficzny z tele-fonu Nokia 3310 oraz wyświetlacz7–segmentowy LED. Poza tym, jesttu też: 8 przełączników suwako-wych, 8 mikrowłączników, klawia-tura matrycowa, interfejsy JTAG,RS232 (MAX3232), USB (FTDI232BM), układ RTC (DS1338), czuj-nik temperatury (DS18B20), dwabuzery (bez generatora i z generato-rem), czytnik kart SD/MMC, prze-twornik C/A (DAC8574), A/C i 10

diod LED. Magistrale I2C, SPI i 1–Wire są wyprowadzone na dodat-kowe piny, dzięki czemu możliwejest łączenie zestawu z innym urzą-dzeniem.

Opisywany zestaw uruchomie-niowy posiada własny programator

JTAG wykorzystujący do komunika-cji z komputerem złącze LPT. Nale-ży również wspomnieć, że progra-matory JTAG oparte na złączu LPTdziałają jedynie na komputerachstacjonarnych. W artykule zostaną

również przedstawione przykładoweprogramy przedstawiające działanieposzczególnych modułów. Będzie jemożna wykorzystywać do tworzeniawłasnych projektów.

Schemat ideowy zestawu star-towego przedstawiono na rys. 1. Można w nim wydzielić kilka blo-ków, które są dołączane do pro-cesora za pomocą odpowiednichzworek. Użytkownik może wpływaćna stan systemu oraz badać go po-przez zestaw przełączników i diod

świecących. Na płytce umieszczonodwa układy przełączników i dwaukłady diod LED. Układy przełącz-ników możemy podzielić na zestaw8 przełączników i 10 diod oraz ze-staw klawiatury matrycowej. Diodyi przełączniki dołączono do por-tu P4, a sterowanie nim odbywasię za pomocą buforów 74HC574i 74HC245.

Każde wejście 8–bitowego układu74HC245 jest wyposażone w jednąparę przełączników. Należą do niej

mikroprzełączniki, jak również po-łączone równolegle z nimi przełącz-niki suwakowe. O wyborze, któryz tych rodzajów przełączników mabyć aktywny decyduje użytkownik.Rezystory podciągające wymuszają

wysoki stan, gdy przełączniki pozo-stają rozwarte. Do włączenia diodLED lub odczytania stanu prze-łączników wymagane jest jeszczedodatkowe wysterowanie odpowied-nich linii portu. W przypadku diodjest to port P2.3, a w przypadkuprzełączników port P2.2. Dwie do-datkowe diody znajdujące się napłytce (LED11 i LED12) są włącza-ne poprzez podanie niskiego stanuna wejścia zawsze otwartego bufora74HC125.

Klawiatura matrycowa zosta-ła zbudowana z 15 mikroprzełącz-ników, drabinki rezystorowej typuSIP oraz jednego układu buforują-cego 74HC245. Obsługa klawiaturyjest typowa – podaje się odpowied-

nie stany np. na kolejne wierszeklawiatury i odczytuje się stanykolumny. Na tej podstawie możnaokreślić stan każdego styku kla-wiatury. Trzeba jednak uważać, bostan klawiatury może być błędnieodczytany, na przykład wtedy, gdyzostanie wciśnięty więcej niż jedenprzycisk. Klawiatura jest dołączanado procesora złączem SV11 orazSV8. Złącze SV11 odpowiada jakowe/wy klawiatury, natomiast złączeSV8 jest portem P1 procesora. Pod-

czas korzystania z klawiatury należysprawdzić, czy do portu P1 nie sądołączone inne urządzenia. Mogłobyto być przyczyną błędnych odczy-tów klawiatury.

W zestawie uruchomieniowymzastosowano dwa rodzaje buzerówelektromagnetycznych. Buzer z gene-ratorem wewnętrznym SG2 i buzerbez generatora wewnętrznego SG1.Buzer SG1 wymaga programowejobsługi przez mikrokontroler, jestdołączony do portu P1.2 za po-

mocą zworki, SG2 może być wy-sterowany jedynie poprzez podaniestanu niskiego na wyjście sterujące(P1.5).

Interfejs USB zrealizowano naukładzie FT232BM wraz z pamięcią93C46, która służy do zachowywa-nia konfiguracji portu, jak równieżdo zapisania informacji związanychz identyfikacją konwertera. Pomimo,że układ jest przystosowany do za-silania napięciem z +5 V, może pra-cować z systemami o innych stan-

dardach napięciowych. Dzięki nóż-ce VCCIO (nóżka 13), którą możnazasilać napięciem +3 V bądź +5 V,decyduje się o standardzie pozio-mów logicznych linii RS232. Napłytce zestawu uruchomieniowego

umieszczono zworkę J12, dzięki któ-rej można wybrać sposób zasilanianóżki VCCIO. Konwerter FT232BMjest zasilany z szyny USB. PinyTxD i RxD układu są wyprowadzo-ne na złącze SV10.

Czujnik temperatury DS18B20komunikujący się z mikrokontrole-rem przez interfejs 1–Wire dołą-czono do portu P1.4, który pracujejako zwykły port wejścia–wyjścia.Ze względu na brak interfejsu1–Wire w zastosowanym mikrokon-trolerze obsługa tego portu odbywasię programowo. Linia interfejsujest podciągana do napięcia Vcc.

Wyświetlacz 7–segmentowy znaj-dujący się na płytce zestawu jestobsługiwany multipleksowo. Wszyst-

kie linie danych wyświetlacza (ka-tody) podłączono do portu proceso-ra P1, anody są sterowane poprzeztranzystory. Uaktywnienie jednegoz wyświetlaczy polega na podaniuna port P2.x (bramkę tranzystoraBCX71) niskiego stanu logicznego,a następnie wpisaniu na magistra-lę danych odpowiadających warto-ści przewidzianej do wyświetlenia.Należy pamiętać, aby częstotliwośćodświeżania wyświetlaczy mieściłasię w granicach 90...100 Hz. Po-

zwoli to na wyeliminowanie efek-tu migotania cyfr. Aby podłączeniewyświetlacza do portów mikrokon-trolera było wygodne, zastosowanodwa łącza SV6 i SV5.

Wyświetlacz graficzny LPH–7779również umieszczony na płytce ze-stawu posiada wbudowany sterow-nik PCD8544. W momencie wpisa-nia informacji z procesora do pa-mięci kontrolera, zostają one auto-matycznie wysłane do wyświetlaczai nie wymagają odświeżenia. Wy-

świetlaczem steruje się za pomocąinterfejsu szeregowego SPI. Komu-nikacja odbywa się za pomocą 4linii sygnałowych SCE, D/C, SDIN,SCLK, które poprzez zworki podłą-czono do portu P3 mikrokontrolera.Wyświetlacz ten może pracowaćw dwóch trybach prezentacji: pozio-mym (głównie do wyświetlania teks-tu) i pionowym (wyświetlanie grafi-ki). O typie informacji przesyłanychdo wyświetlacza decyduje stan liniiD/C („H” – dane do wyświetlenia,

„L” – komendy sterujące). Dane sąwysyłane linią SDIN od najstar-szego do najmłodszego bitu w taktzegara podawanego na linii SCLK.Dane są odbierane tylko wtedy, gdylinia SCE jest w stanie niskim. Gdy




Rys. 1. Schemat ideowy zestawu startowego

SCE jest w sta-n ie wysokim,to wyświetlacznie reaguje nadane pojawiają-ce się na liniiSDIN. Począt-kiem transmisjijest zbocze opa-dające na liniiSCE.

Wielką zale-tą mikrokontro-lerów rodzinyM S P 4 3 0 j e s tw e w n ę t r z n ysterownik wy-świetlacza LCD.Z a s t o s o w a n y

t u w y ś w i e t -lacz SBLCDA2fir my SOFTB -A U G H p os i a -da więcej niż160 segmentów,co przekraczamożliwości ste-rownika w mi-krokontrolerzeM S P 4 3 0 F 4 4 9 .Pominięto więcw y ś w i e t l a n i e

tzw. Progress-bar . W zas to -sowanym mi -krokontrolerzeoperacja odświe-żania wyświetla-cza niezbędna do jego prawidłowejpracy jest wykonywana automatycz-nie przez sterownik sprzętowy, nieobciąża więc programu. Przed przy-stąpieniem do uruchomienia wy-świetlacza należy pamiętać o zwar-ciu zworek R03, R13, R23 oraz

R33. Zworki dołączają rezystoryzewnętrzne do mikrokontrolera i od-powiadają za uzyskanie przebieguschodkowego na wyjściach COM.

Włączenie zegara czasu rzeczy-wistego (DS1338–33) jest możliwepo zwarciu linii SDA i SCL zwor-kami SV2. Linie te tworzą pro-gramowo obsługiwany interfejs I2Ci są dołączone do por tu P2 . Po-przez I2C jest również obsługiwany16–bitowy przetwornik cyfrowo–analogowy o 4 wyjściach analogo-

wych (DAC8574). Sposób adreso-wania DAC8574 umożliwia podłą-czenie do tej samej magistrali I2Cnawet 16 takich układów. Układmoże pracować zarówno przy na-pięciu 5 V i 3,3 V. Ustala się to

nóżką IoVDD. Układ DAC8574 jestpodłączony do portu P2 poprzezzworkę SDA i SCL.

Zerowanie mikrokontrolera, zewzględu na wyświetlacz LPH–7779,zrealizowano przy użyciu układuTPS3825–33. Jego zadaniem jestmonitorowanie procesu włączania(z ustalonym czasem opróżnienia

200 ms) i zapewnienia odpowied-niego czasu związanego z zerowa-niem procesora.

Zaimplementowany w mikrokon-trolerze sterownik magistrali SPIwykorzystano do obsługi kart pa-mięciowych SD/MMC pracującychw trybie SPI. Należy zwrócić uwagęna to, że slot karty SD całkowi-




Rys. 1. c.d.

cie różni się od slotu karty MMC.Karta MMC pasuje do slotu kartySD, lecz odwrotnie już nie! Jest tozwiązane z charakterystyczną budo-wą kart. Karta MMC posiada jedy-nie 7 pinów, czyli o 2 piny mniejkarta SD. Dodatkową różnicą pomię-dzy kartami jest obsługa przez kar-

ty SD funkcji „write–protection” (za-bezpieczenie przed zapisem). Każdakarta SD jest wyposażona w małyprzełącznik, dzięki któremu Hostrozpoznaje, czy dana karta jest za-bezpieczona przed zapisem czy też

nie. Jedyną wspólną cechą obu tychkart jest wartość napięcia zasilaniaoraz topologia wyprowadzeń.

Ostatnim, ale jakże ważnymukładem w zestawie MSP430 jestinterfejs JTAG. Jak można zauwa-żyć, został on zbudowany przyużyciu bufora 74HC244 i kilku re-

zystorów. Sam układ 74HC244 peł-ni dwie funkcje:

– wzmacniacza sygnału, czyliukładu odseparowującego obcią-żenie portu LPT od procesorai odwrotnie,

– konwertera napięć – port LPTpracuje w standardzie TTL o za-silaniu 5 V, natomiast procesorpracuje przy zasilaniu 3 V. Kon-wersja napięć jest w tym przy-padku konieczna.Podczas transmisji przez port

LPT w kierunku od komputera domikrokontrolera konwersja pozio-mów jest zapewniona poprzez za-silanie samego bufora 74HC244 na-

pięciem równym 3,3 V, a więc rów-nym poziomowi napięcia zasilaniaprocesora. W kierunku przeciwnymżadna konwersja nie jest potrzebna,gdyż poziomy logiczne mikrokontro-lera mieszczą się w przedziale stan-dardu TTL.

D o p o d ł ą c z e n i a p r o c e s o r az JTAG–iem służą dwa złącza goldpinów – JtagA i JtagB. Połączenieze sobą tych złączy spowoduje do-łączenie mikrokontrolera do JTAG–a.Należy jednak zwrócić uwagę, aby

odpowiednie wyjścia mikrokontro-lera były połączone z odpowiedni-mi wejściami układu JTAG. Przedrozpoczęciem transmisji pomiędzyzestawem MSP430 a komputeremnależy jeszcze wyjście LPT JTAG–




Rys. 1. c.d.

a połączyć przewodem 1:1 wyposa-żonym w złącza DB–25F (żeńskie)i DB–25M (męskie).

Przykładowe programyDo zestawu dołączono programy,

które mają ułatwić naukę języka Ci asemblera procesora MSP430. Zo-stały napisane w środowisku IAR,które można pobrać za darmo ze

strony Texas Instruments: http://fo-cus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/ iar–kickstart.html. O środowiskutym można przeczytać w artyku-le „Zestaw startowy dla procesoraMSP430F413, część 2” (EP 3/2006).

Pierwszy program przykładowypokazuje obsługę diod LED i prze-łączników. Przed przystąpieniem doeksperymentów należy sprawdzić,czy złącze JP14 SV14, SV15 orazSV5 nie jest zwarte lub podłączo-ne. Następnie należy zewrzeć zwor-kę 245, 574 portu P2 oraz zewrzećpiny portu P4 z pinami leżącymiponiżej. Zasada działania programu

polega na „przesuwaniu” zaświeco-nej diody w lewo. Prędkość prze-suwania jest ustawiana za pomocąprzełączników. Cała procedura spro-wadza się do cyklicznego odczyty-wania stanu przełączników, prze-

sunięciu diody oraz dekrementacjipętli. Wartość pętli jest ustalanawłaśnie na podstawie przełączni-ków.

W przykładzie drugim bawimysię brzęczykami. SG1 jest wystero-wany przebiegiem ok. 2 kHz, a SG2na przemian stanem „0” i „1”. Do-datkowo aktywne stany buzerów sąsygnalizowane wizualnie diodami

LED12 i LED11. W celu uruchomie-nia brzęczyka należy zewrzeć pinySG1, SG2, LED11 i LED12 z portemP1 procesora. Należy jednak pamię-tać, iż przed uruchomieniem pro-gramu wymagane jest skontrolowa-




czyć przetwornik C/A. W tym celuzwieramy piny SDA i SCL na por-cie P2 procesora.

Ostatni program przykładowy

dotyczy obsługi interfejsów RS232i USB. Program odbiera i wysyładane z USB do RS232 i odwrotnie.Prędkość transmisji można usta-lić d owolnie. W przykładzie jestona równa 38400 b/s. Jak wiado-mo układ FTDI jest konwerteremz USB na RS232, tak wiec w celujego wykorzystania należy podłą-

R E K L A M A

nie czy do portu P1 nie są podłą-czone jeszcze inne układy. Mogłobyto zakłócić pracę buzerów i samegomikrokontrolera.

Trzeci przykład to obsługa wy-świetlacza 7–segmentowego orazklawiatury matrycowej. Program od-czytuje stany przełączników, a na-stępnie wyświetla numer danegoprzełącznika na wyświetlaczu. Nale-ży pamiętać, że zastosowane buforynie są „zatrzaskami”, co wymagaprogramowego odświeżania informa-cji na wyświetlaczu. W celu urucho-mienia programu należy porozwie-rać wszystkie zworki na porcie P1i P2, a następnie połączyć ze sobąłącza SV8 z SV11 oraz SV5 z SV6.

W czwartym przykładzie pre-

zentowane są procedury obsługiwyświetlacza LPH7779. Programuumieszcza na wyświetlaczu ciąguznaków (string). Znaki są pobieranez tablicy zawartej w programie. Pod-łączenie tego wyświetlacza sprowa-dza się jedynie do zwarcia pinówSDA1, SCLK, D/C i CS do portu P3procesora.

Obsługę wyświetlacza SBLCD2przedstawiono w piątym programieprzykładowym. Pomimo, iż jest towyświetlacz bez sterownika, to od

strony programowej należy wykonaćjedynie kilka czynności, jako żecałą operację sterowania wyświetla-czem realizuje wewnętrzny sterow-nik mikrokontrolera. Do uruchomie-nia wyświetlacza należy zewrzećpiny w złączu SV14 i SV15.

Szósty program demonstrujeobsługę przetworników C/A i A/C.W tym przykładzie napięcie wyj-ściowe przetwornika C/A zależy odustawienia suwaka potencjometru.

Jego położenie jest określane na

podstawie napięcia odczytywane-go przez przetwornik A/C. Proble-mem są w tym przykładzie różnerozdzielczości przetworników. Kon-wersję z liczby 12–bitowej na 16–bitową realizuje się przez przesu-wanie wartości z przetwornika A/Co 4 pozycje w lewo. Przed urucho-mieniem programu należy podłą-

WYKAZ ELEMENTÓWRezystoryR1...R8, R16, R17, R29...R34, R41, R54:220 V

R9...R11: 200 kV

R12, R13: 27 VR14: 1 MV

R15: 1,5 kV

R18: 2,2 kV

R19, R43...R53, R63...R69, R71: 33 kV

R20: 470 V

R21...R24, R42: 330 V

R25...28, R57, R72: 10 kV

R35: 52 kV

R36, R39: 330 V

R40: 200 kV potencjometr wieloobro-towy montażowy

R55: 10 kV

R56: 25 kV potencjometr montażowy

R58...R62: 50 kV

R70: 4,7 kV

RN1: 33 kV drabinka rezystorowa

RN2: 33 kV drabinka rezystorowa

KondensatoryC1: 100 mF/16 V

C2, C6, C10...C14, C22, C23, C27:0,1 mF/16 V

C3, C5: 10 mF/16 V

C4: 33 nF

C7: zależy od kwarcu

C8: zależy od kwarcuC9, C15: 1 mF

C16...C20: 100 nF

C21: 0,01 mF

C24, C26: 10 mF/16 V



PółprzewodnikiD1...D4: D–SOD–87

IC2: 7805T

IC3, IC7, IC8, IC10: 74HC244DW

IC4, IC6: 74HC245DW

IC5: 74HC574D

IC9: 74HCT125D

LED1...LED12: diody LED SMD

LEED2: LPH7779

LEED3, LEED4: HD–K121

Q6...Q9: BCX71SMD

U$2: DAC8574

U$3: TPS75833

U$4: SBLCDA2T

U$6: FT232BMM

U$7: 74244M

U1: MSP430F449IPZ

U4: 93C46U5: DS1338

U6: MAX3232CWE

U7: TPS3825–XX

U8: MS18B20

InneU$1: 90SMX kwarc

U$5: złącze karty SD/MMC

12: zwoorka

ANALOG: złącze L05P

JP1...JP14: zworki

JTAGA, JTAGB: złącze MA07–2

M1...M8: przełącznik 255SB

Q1: kwarc 32,768 kHz

Q2: kwarc 6 MHz

Q4: kwarc CRYTALHC49U–V

RESET, S1...S32: mikroprzełącznik

SG1, SG2: buzer

SV1...SV15: zworki

czyć wyjścia tego konwertera dodrugiego układu USART procesora.Nadawanie i odbieranie danych orazustalanie prędkości odbywa się po-

przez wpis określonej wartości doodpowiednich rejestrów.

Dodatkowe informacje dotyczącemikrokontrolera MSP430F449 możnaznaleźć na stronie www.ti.com. Są tuzarówno noty katalogowe, jak równieżkody źródłowe programów napisanychw języku C oraz asemblerze.Marcin Barowski

2007ep10 Pc 101 Zestaw Uruchom Msp430f449

Documents

Transcript of 2007ep10 Pc 101 Zestaw Uruchom Msp430f449