Daher stellen Entwicklungsplattformen der Systemhersteller selbst während der Laborarbeit und der Designphase nach wie vor die sicherste Lösung dar. Dabei wurden die Vorteile gängiger Lösungen aus dem Endkundensegment – ​​ihre einfache Anpassbarkeit und Erschwinglichkeit – nicht außer Acht gelassen. Der Markt bietet heute benutzerfreundliche Entwicklungsboards führender Mikrocontroller-Hersteller, allen voran Microchip, deren Portfolio Systeme der PIC®- und AVR®-Familien umfasst. Im Folgenden stellen wir eine Prototyp-Lösung dieses Herstellers aus der Curiosity Nano-Serie vor.

Curiosity Nano-Serie
: Die Curiosity Nano (oder MC Nano) ist eine Entwicklungsplattform, die primär für 8-Bit-Mikrocontroller der PIC®- und AVR®-Familien entwickelt wurde. Sie eignet sich auch für die Entwicklung von Anwendungen mit einigen 32-Bit-Produkten der PIC32- und SAM-Familien auf Basis der ARM® Cortex®-Architektur. TME bietet 15 Entwicklungsboards und 2 Motherboards dieser Plattform an. Unabhängig vom verwendeten System ist die Curiosity Nano-Plattform darauf ausgelegt, die Entwicklung neuer Anwendungen zu beschleunigen und somit die Zeit zwischen Prototyping und Serienproduktion zu verkürzen. Das folgende Video zeigt ein Beispiel für den Einsatz von MC Nano-Lösungen im dynamischen Projektentwicklungsprozess.

Beispiel einer MC Nano-Platine, die einen 32-Bit-Chip der PIC32CM-Serie verwendet.

Hauptmerkmale der MC Nano Plattform:
Die in der Plattform enthaltenen Entwicklungsboards sind in verschiedenen Größen (Längen) erhältlich, abhängig von der Größe des verwendeten Mikrocontrollers. Die kleinsten Boards sind für Schaltungen mit 20 Pins (davon 16 GPIO-Pins) vorgesehen, während die größten einen Mikrocontroller in einem 48-Pin-Gehäuse mit insgesamt 40 Ein-/Ausgangspins enthalten. Unabhängig von der Länge weisen die Produkte der Plattform wichtige gemeinsame physikalische Merkmale (wie Boardbreite, Pinabstand und Micro-USB-Anschluss für Stromversorgung, Kommunikation und Programmierung) sowie technische Funktionen auf, was eine nahtlose Migration zwischen den einzelnen Modellen ermöglicht. Darüber hinaus kündigt der Hersteller an, dass die Plattform in Verbindung mit seinen Mikrocontrollern weiterentwickelt wird. Es ist zu erwarten, dass kürzlich eingeführte Microchip-Chips in der Curiosity Nano-Familie verfügbar sein werden, sodass Entwickler bequem mit den neuesten Lösungen in einer bewährten und vertrauten Umgebung arbeiten können.

Die präzise gestalteten Bohrungen machen das Löten der Steckverbinder überflüssig.
Zwei Steckverbinder sind im Lieferumfang des MC Nano enthalten. Auf den ersten Blick erkennt man die clevere Lösung von Microchip. Die GPIO-Felder, die mit einem Rastermaß von 2,54 mm auf der Platine angeordnet sind, verfügen sowohl über Kantenverbinder als auch über Bohrungen. In beiden Fällen handelt es sich um metallisierte Tüllen zur Montage von Steckverbindern. Dank des minimalen Abstands der Bohrungen zueinander ist ein perfekter Sitz der Steckverbinder und optimale Verbindungsparameter gewährleistet, wodurch das Löten praktisch überflüssig wird (obwohl es empfohlen wird). Nach der Installation kann die Platine auf einem größeren Steckbrett, einem dedizierten Motherboard oder einem Adapter montiert werden (verfügbare und kompatible Produkte werden später in diesem Artikel beschrieben).

Systeme auf der Leiterplatte:
Die Microchip Curiosity Nano-Plattform verfügt über eine Reihe gemeinsamer Merkmale aller Modelle der Serie. Im Zentrum der Platine befindet sich ein Mikrocontroller (C), dessen Pins mit den Feldern am Platinenrand (F) und einem Quarzresonator (D) verbunden sind. Für einfache Prototypen wurden ein Taster (A) und eine LED (B) auf der Platine installiert. Anders als bei der Arduino-Plattform besitzt der Taster keine Reset-Funktion; er ist mit dem Ein-/Ausgangspin des Mikrocontrollers verbunden (die Adresse des entsprechenden Ausgangs ist auf der Platine markiert und variiert je nach Modell der Serie). Der Micro-USB-Anschluss (G) dient der Systemkommunikation und Stromversorgung.

Die Datenübertragung zwischen dem MC Nano und einem Computer (System, IDE-Software, Kommunikationsterminal usw.) erfolgt über einen virtuellen COM-Port. Die meisten dieser Boards werden nach dem Anschluss an einen PC vom Betriebssystem als externes Laufwerk mit der Bezeichnung „CURIOSITY“ erkannt. Kopieren Sie einfach die .hex-Datei auf dieses Gerät, und der Mikrocontroller wird automatisch programmiert. Diese Funktionalität wird durch den integrierten nEDBG-Chip (Debugger/Programmer) der MC Nano-Boards ermöglicht. Dadurch können die Produkte ohne zusätzliche Geräte betrieben werden. Dank dieses Chips entfällt außerdem die Bootloader-Unterstützung, was die Programmausführung beschleunigt und Speicherplatz freigibt. Darüber hinaus
verwenden MC Nano-Schaltungen einen programmierbaren Spannungsregler, mit dem die Betriebsspannung und der Leistungsbereich des Mikrocontrollers im Bereich von 1,8 V bis 5 V DC definiert werden können.

Standardisierung der Ausgänge:
Ein Vorteil der Microchip-Plattform ist die standardisierte Pinbelegung. Unabhängig vom gewählten Boardmodell und dem installierten Mikrocontroller sind die Pins an den Leiterplattenrändern mit den Pins des Programmierers, Debuggers und des zentralen Systems verbunden und verfügen über dieselbe Funktionalität. Daher entspricht die Reihenfolge der Anschlüsse auf der Platine nicht der Pin-Nummerierung des Mikrocontrollers; sie ist jedoch für die gesamte MC Nano-Serie identisch. Dieser Standard gilt für die ersten 28 Pins (auf der Seite des USB-Anschlusses).
Die Pins sind in mehrere Abschnitte unterteilt. Der erste Abschnitt ist als DEBUG (Systemverbindungsgruppe) bezeichnet. Diese Pins dienen der Kommunikation mit der nEDBG-Schaltung. Außerdem gibt es Stromversorgungseingänge (VBUS, einstellbare VTG), Masse (GND) und den VOFF-Pin, der den Betrieb des integrierten Spannungsreglers steuert. Dieser kann bei Bedarf auch deaktiviert werden. Dem Benutzer stehen zudem die folgenden seriellen Kommunikationsleitungen (virtueller COM-Port) zur Verfügung: CDC RX/TX. Die nächsten vier Pins, DBG1–DBG4, gehören zur Debugger-Schnittstelle. Welche Schnittstelle mit einem bestimmten Board-Modell kompatibel ist, hängt vom Mikrocontroller-Typ ab. Für PIC sind es die ICSP™- und MCLR-Schnittstellen, für AVR die UPDI-Schnittstelle und für ARM® die SWD-Schnittstelle.

Die verbleibenden Ausgänge sind die Kommunikations- (COM) und Analog- (ANALOG) Bereiche. Diese sind ein typisches Merkmal der MC Nano-Serie. Der COM-Bereich fasst die Pins für die Kommunikation über UART, I2C-Bus und SPI zusammen. Am gegenüberliegenden Rand der Platine befinden sich die Analogeingänge, die Ausgänge der im Mikrocontroller integrierten Analog-Digital-Wandler. In den meisten Fällen können diese auch als Ausgänge für Zähler (Timer) und PWM-Signalgeneratoren verwendet werden. Diese Ausgänge können jedoch nicht – anders als digitale Ein-/Ausgänge – auf beliebige Pins des Mikrocontrollers programmiert werden. Die standardisierte Anordnung auf der Platine vereinfacht die Verwendung und den Wechsel zwischen verschiedenen Entwicklungsboard-Modellen. Verfügt der auf der Platine installierte Mikrocontroller über weitere ADC-Eingänge oder PWM-Ausgänge, stehen diese im nächsten Abschnitt zur Verfügung: GPIO. Die Zuordnung ist hier flexibler, da Anzahl und Funktionen der I/O-Ports stark von der Funktionalität des Kernsystems abhängen. Genaue Informationen zur Zuordnung der physischen Pins zu den Anschlüssen finden Sie in der Dokumentation. Diese Informationen sind verfügbar, nachdem das NC Nano-Board an den USB-Anschluss des Computers angeschlossen wurde. Das Massenspeichergerät (das vom System erkannt und als Laufwerk mit der Bezeichnung „CURIOSITY“ angezeigt wird) enthält die Datei KIT-INFO.HTM, die detaillierte Informationen zur Funktion jedes Pins des jeweiligen Board-Modells bereitstellt.

Integrierte Debugger-Funktionalität:
Der auf dem Board integrierte Microchip Curiosity Nano-Debugger (auch bekannt als PKOB nano, nEDBG onano Debugger) verfügt über folgende Basisfunktionen: Steuerung des Programmablaufs (Start, Stopp, Schrittaktivierung, Reset); Lesen und Schreiben des nichtflüchtigen Speichers des Mikrocontrollers; und Verwaltung von Haltepunkten, deren Anzahl vom Systemtyp abhängt.
Die Firmware des integrierten Debuggers kann über die Entwicklungsumgebungen MPLAB® IDE oder Microchip Studio aktualisiert werden. Der PKOB nano ist etwas langsamer als vergleichbare Lösungen wie der PICkit™4-Programmer. Er weist zudem einige Einschränkungen auf, beispielsweise die Unfähigkeit, auf bestimmte Bereiche des Flash-Speichers des Mikrocontrollers zuzugreifen. Andererseits schützt es vor versehentlichem Überschreiben von Speicherbereichen, die für den Debugging-Prozess selbst zuständig sind, oder vor unerwünschten Änderungen der Fuse-Bit-Werte bei AVR®-Mikrocontrollern. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Board dank des PKOB nano in den Entwicklungsumgebungen MPLAB IDE und Microchip Studio automatisch erkannt wird. Nach dem Anschließen des Boards erhält der Benutzer sofortigen Zugriff auf Beispielprogramme, Dokumentation, Schaltpläne, Pinbelegungsdiagramme, Mikrocontroller-Katalogkarten und vieles mehr. Am Ende dieses Artikels finden Sie Beispielvideos und grundlegende Konzepte zur Programmierung des Curiosity Nano.

Kompatible Motherboards und Module:
Das Angebot von TME umfasst außerdem eine Reihe von Zubehör und ergänzenden Produkten, die den Einstieg in die MC Nano-Plattform erleichtern und den Prototyping-Prozess optimieren. Die Standardisierung der Ausgänge innerhalb der oben beschriebenen Microchip-Produktreihe ermöglicht die Verwendung von Adaptern, Erweiterungskarten und digitalen Modulen wie Sensoren, Controllern, Schnittstellen usw.

Entwicklungsboards und Adapter:
Jedes MC Nano-Modell lässt sich mithilfe von Stiftleisten in das Motherboard einsetzen. TME bietet zwei Modelle an: das AC164162 mit Steckverbindern, die unter anderem mit Modulen von Mikroelektronika und Microchip kompatibel sind, und das Evaluierungskit AC80T88A, an das Komponenten der Xplained Pro-Familie angeschlossen werden können. Beide verfügen über einen separaten Netzschalter und unabhängige Pins für alle Ports – eine komfortable und stabile Basis für mehr Arbeitskomfort. Ein wesentlicher Vorteil des Modells AC164162 ist der integrierte Akkuladeregler. Dieser erleichtert die Entwicklung von Prototypen für mobile Geräte, für die viele Microchip-Mikrocontroller konzipiert sind.

Click®-Serie Module:
Dank der standardisierten Kommunikationsanschlüsse der MC Nano-Serie lassen sich diese Produkte schnell mit vielen standardisierten Modulen verbinden, insbesondere mit der Click®-Serie des Mikroelektronikherstellers TME. Sie ist aktuell die größte Familie universeller Erweiterungen für Mikrocontroller. Zur Datenübertragung nutzt sie den MikroBUS-Standard (der verschiedene Kommunikationsmethoden kombiniert). Das aktuelle Angebot von TME umfasst über 1.000 Produkte der Click®-Board-Familie. Dazu gehören zahlreiche Kommunikationssysteme (RF, WLAN, Bluetooth, ZigBee, GSM), Sensoren, Messgeräte (Amperemeter, Voltmeter), nützliches Zubehör wie Speicherkarten- und RFID-Lesegeräte, GPS-Empfänger sowie Schnittstellenelemente (Tasten, Tastaturen, Bedienelemente) und viele weniger gängige Schaltungen, beispielsweise Hybridschaltungen (FM- und AM-Tuner) und Audioverstärker.

MC Nano Produktvergleich:
Einer der größten Vorteile der MC Nano-Serie ist die große Auswahl an Mikrocontrollern, die auf dieser Plattform verbaut werden können. Die folgende Tabelle zeigt die aktuell direkt im TME-Katalog verfügbaren Systeme. Das Angebot wird sich jedoch mit Sicherheit noch erweitern.

Das aktuelle Produktsortiment präsentiert die breite Palette an Prototypenplatinen der Microchip Curiosity Nano-Familie. Für einfache mobile Anwendungen, bei denen Energieeffizienz im Vordergrund steht, sind Platinen mit ATTINY-Mikrocontrollern (z. B. das DM080104-Kit) die beste Wahl. Diese Platinen eignen sich hervorragend für Projekte mit geringem Stromverbrauch und sind ideal als Steuerungen für Anwendungen wie Haushaltsgeräte oder die Automobilindustrie. Extrem stromsparende (eXL-)Mikrocontroller nutzen PIC16-Mikrocontroller mit Core Independent Peripherals (CIPs). Diese integrierten Schaltkreise können unabhängig vom Kern arbeiten und den Mikrocontroller sogar aus dem Schlafmodus wecken, indem sie einen Interrupt auslösen, der durch einen programmierbaren Parameter (z. B. Überschreiten der eingestellten Spannung am Eingang des Wechselstromwandlers) ausgelöst wird.
Für komplexere Anwendungen, die Echtzeitberechnungen und -reaktionen sowie die Integration zahlreicher Sensoren erfordern, sind PIC18-Produkte wie das EV26Q64A-Kit eine Überlegung wert. Die Mikrocontroller dieser Produktgruppe verfügen über zahlreiche Schnittstellen, AC- und AC/A-Wandler (DACs), einen integrierten Operationsverstärker, 16-Bit-PWM-Signalgeneratoren und einen für schnelle und zuverlässige Datenerfassung optimierten Speicher.
Anwendungs- und Programmierbeispiele:
Für Einsteiger in die MPLAB IDE oder Microchip Studio stellt der Hersteller umfangreiches Begleitmaterial bereit. Dieses finden Sie auf der Microchip-Website und auf YouTube. Damit gelingt Ihnen die Erstellung Ihres ersten Projekts und die Bedienung der IDE mühelos.

Eine bequeme Möglichkeit, weitere Funktionen der Microchip Curiosity Nano-Plattform kennenzulernen, bietet die Teilnahme an Kursen des Microchip University-Programms.
Inhalte erstellt von Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.

Die Originalquelle des Textes: https://www.tme.eu/es/news/library-articles/page/45286/plataforma-de-desarrollo-curiosity-nano-de-microchip/