Pertanto, durante le attività di laboratorio e la fase di progettazione, le piattaforme di sviluppo predisposte dagli stessi produttori di sistemi rimangono la soluzione più sicura. Vale la pena notare che non hanno trascurato i vantaggi delle soluzioni più diffuse nel segmento consumer: la facilità di adattamento e l'economicità. Oggi il mercato offre schede di sviluppo intuitive, realizzate dai principali produttori di microcontrollori, in primis Microchip, il cui portfolio include sistemi delle famiglie PIC® e AVR®. Di seguito, presentiamo una delle soluzioni prototipali di questo produttore, della serie Curiosity Nano.
Prodotti della serie Curiosity Nano
: Curiosity Nano (o MC Nano) è una piattaforma di messa in servizio dedicata principalmente ai microcontrollori PIC® e AVR® a 8 bit. Può essere utilizzata anche per sviluppare applicazioni dotate di alcuni prodotti a 32 bit delle famiglie PIC32 e SAM, basati sull'architettura ARM® Cortex®. L'offerta di TME comprende 15 schede di sviluppo e 2 schede madri all'interno di questa piattaforma. Indipendentemente dal sistema utilizzato, la piattaforma Curiosity Nano è progettata per massimizzare la velocità di sviluppo di nuove applicazioni e, di conseguenza, ridurre i tempi tra la prototipazione e la produzione di massa. Il seguente video presenta un esempio di utilizzo delle soluzioni MC Nano nel processo dinamico di sviluppo di un progetto.
Esempio di una scheda MC Nano che utilizza un chip PIC32CM a 32 bit.
Caratteristiche principali della piattaforma MC Nano:
Le schede di sviluppo incluse nella piattaforma sono disponibili in diverse dimensioni (lunghezze), a seconda delle dimensioni del microcontrollore utilizzato. Le schede più piccole sono dedicate a circuiti con 20 pin (inclusi 16 pin GPIO), mentre le più grandi contengono una MCU in un package a 48 pin, per un totale di 40 pin di input/output. Indipendentemente dalla lunghezza, i prodotti inclusi nella piattaforma condividono caratteristiche fisiche chiave (tra cui larghezza della scheda, passo dei pin e presenza di un connettore MicroUSB per alimentazione, comunicazione e programmazione) e caratteristiche tecniche, consentendo una migrazione senza problemi tra i singoli modelli. Inoltre, il produttore annuncia che la piattaforma sarà sviluppata in concomitanza con la sua offerta di microcontrollori. È prevedibile che i chip Microchip di recente introduzione saranno integrati nella famiglia Curiosity Nano, offrendo ai progettisti la comodità di lavorare con le soluzioni più recenti in un ambiente collaudato e familiare.
I fori progettati con cura eliminano la necessità di saldare i connettori.
La scheda MC Nano include due connettori a pin. A prima vista, si nota l'ingegnosa soluzione progettuale adottata da Microchip. I campi GPIO, disposti sul PCB con un passo di 2,54 mm, contengono sia connettori a bordo scheda che fori. In entrambi i casi, si tratta di passacavi metallizzati, progettati per il montaggio di connettori a pin. Grazie al minimo disallineamento dei fori, si garantisce un perfetto accoppiamento dei connettori a pin e parametri di connessione ottimali, eliminando di fatto la necessità di saldare (sebbene sia consigliata). Dopo l'installazione, il PCB può essere montato su una breadboard più grande, una scheda madre dedicata o un adattatore (i prodotti disponibili e compatibili sono descritti più avanti in questo articolo).
Sistemi sul circuito stampato:
La piattaforma Microchip Curiosity Nano presenta una serie di caratteristiche comuni a tutti i modelli della serie. Al centro della scheda si trova un microcontrollore (C), i cui pin sono collegati ai campi ai bordi del PCB (F), e un risonatore al quarzo (D). Per la prototipazione semplice, sulla scheda sono stati installati un pulsante (A) e un LED (B). A differenza della piattaforma Arduino, l'interruttore non ha una funzione di reset; è collegato al pin di ingresso/uscita del microcontrollore (l'indirizzo dell'uscita dedicata è indicato sul PCB e varia a seconda del modello della serie). Il connettore Micro USB (G) viene utilizzato per la comunicazione del sistema e l'alimentazione.
La trasmissione dei dati tra MC Nano e un computer (sistema, software IDE, terminale di comunicazione, ecc.) avviene tramite una porta COM virtuale. La maggior parte di queste schede, una volta collegate a un PC, vengono riconosciute dal sistema operativo come un'unità esterna denominata "CURIOSITY". È sufficiente copiare il file .hex su questo dispositivo e il microcontrollore verrà programmato automaticamente. Questa funzionalità è possibile grazie al chip nEDBG integrato nelle schede MC Nano, ovvero un debugger/programmatore (E). La sua presenza consente di utilizzare i prodotti senza dispositivi aggiuntivi. Inoltre, grazie a questo chip, il microcontrollore non è appesantito dal supporto del bootloader, il che velocizza l'esecuzione del programma e libera memoria. Infine
, i circuiti MC Nano utilizzano un regolatore di tensione programmabile, che permette di definire la tensione di funzionamento e l'intervallo di alimentazione del microcontrollore nell'intervallo da 1,8 V a 5 V CC.
Standardizzazione delle uscite:
Uno dei vantaggi della piattaforma Microchip è la standardizzazione della piedinatura. Indipendentemente dal modello di scheda selezionato e dal microcontrollore installato, i pin lungo i bordi del PCB sono collegati ai pin del programmatore, del debugger e del sistema centrale, tutti con la stessa funzionalità. Pertanto, l'ordine dei connettori sulla scheda non corrisponde alla numerazione dei pin del microcontrollore; tuttavia, è lo stesso per l'intera serie MC Nano. Questo standard si applica ai primi 28 pin (sul lato del connettore USB).
I pin sono suddivisi in diverse sezioni. La prima è designata come DEBUG (gruppo di connessione di sistema). Questi pin vengono utilizzati per comunicare con il circuito nEDBG. Sono presenti anche gli ingressi di alimentazione (VBUS, VTG regolabile), la massa (GND) e il pin VOFF, che controlla il funzionamento del regolatore di tensione integrato. È anche possibile disattivarlo se necessario. L'utente ha inoltre accesso alle seguenti linee di comunicazione seriale (Virtual COM Port): CDC RX/TX. I successivi quattro pin, DBG1-DBG4, appartengono all'interfaccia di debug. L'interfaccia compatibile con un determinato modello di scheda dipende dal tipo di microcontrollore. Per i PIC, si tratta delle interfacce ICSP™ e MCLR; per gli AVR, dell'interfaccia UPDI; e per gli ARM®, dell'interfaccia SWD.
Le uscite rimanenti sono le sezioni di comunicazione (COM) e analogica (ANALOG). Anche queste sono una caratteristica comune della serie MC Nano. La sezione COM raggruppa i pin utilizzati per la comunicazione tramite UART, bus I2C e SPI. Sul lato opposto del PCB si trovano gli ingressi analogici, che sono le uscite dei convertitori analogico-digitali integrati nel microcontrollore. Nella maggior parte dei casi, questi possono essere utilizzati anche come uscite per contatori (timer) e generatori di segnali PWM. Naturalmente, queste uscite non possono essere programmate su un pin qualsiasi del microcontrollore (come nel caso degli ingressi/uscite digitali). La standardizzazione della loro posizione sulla scheda semplifica l'utilizzo e la migrazione tra diversi modelli di schede di sviluppo. Se il microcontrollore installato sulla scheda dispone di ulteriori ingressi ADC o uscite PWM, questi sono disponibili nella sezione successiva: GPIO. Qui, la mappatura è più arbitraria, poiché il numero e le capacità delle porte I/O dipendono strettamente dalla funzionalità del sistema principale. Consultare la documentazione per informazioni precise su quale pin fisico è assegnato a quale connettore. Queste informazioni sono disponibili dopo aver collegato la scheda NC Nano alla porta USB del computer. Il dispositivo di archiviazione di massa (che verrà rilevato dal sistema e visualizzato come un'unità denominata "CURIOSITY") contiene il file KIT-INFO.HTM, che fornisce informazioni dettagliate sulla funzione di ciascun pin sullo specifico modello di scheda.
Funzionalità di debug integrata:
integrato sulla scheda, il debugger Microchip Curiosity Nano (noto anche come PKOB nano, nEDBG onano debugger) ha le seguenti funzioni di base: controllo del flusso di esecuzione del programma (avvio, arresto, attivazione passo passo, reset); lettura e scrittura del contenuto della memoria non volatile del microcontrollore; e gestione dei breakpoint, il cui numero dipende dal tipo di sistema.
Il firmware del debugger integrato può essere aggiornato tramite l'IDE MPLAB® o l'ambiente di sviluppo Microchip Studio. Il PKOB nano è leggermente più lento rispetto a soluzioni simili, come il programmatore PICkit™4. Presenta inoltre alcune limitazioni, come l'impossibilità di scrivere in determinate aree della memoria flash del microcontrollore. D'altro canto, protegge dalla sovrascrittura accidentale delle aree di memoria responsabili del processo di debug o da modifiche indesiderate ai valori dei fuse bit nel caso dei microcontrollori AVR®. Un altro vantaggio è che, grazie alla presenza di PKOB nano, la scheda viene riconosciuta automaticamente negli ambienti di sviluppo MPLAB IDE e Microchip Studio. Dopo aver collegato la scheda, l'utente ottiene accesso immediato a programmi di esempio, documentazione, schemi elettrici, schemi di piedinatura, schede del catalogo dei microcontrollori e altro ancora. Alla fine di questo articolo, troverete video di esempio e concetti di base per la programmazione di Curiosity Nano.
Schede madri e moduli compatibili:
l'offerta di TME comprende anche una gamma di accessori e prodotti complementari che faciliteranno l'avvio con la piattaforma MC Nano, oltre a migliorare il processo di prototipazione. La standardizzazione delle uscite tra le serie di prodotti Microchip sopra descritte consente l'utilizzo di adattatori, schede di espansione e moduli digitali: sensori, controller, interfacce, ecc.
Schede di sviluppo e adattatori:
tramite connettori a pin, ogni modello di MC Nano può essere inserito nella scheda madre. TME offre due modelli di questi prodotti: l'AC164162, dotato di connettori compatibili con moduli di Mikroelektronika e Microchip, tra gli altri. La seconda soluzione è il kit di valutazione AC80T88A, al quale è possibile collegare componenti della famiglia Xplained Pro. In entrambi i casi, l'utente dispone di un interruttore di alimentazione separato e di pin indipendenti per tutte le porte, offrendo inoltre una base comoda e stabile che migliora il comfort di lavoro. Un vantaggio chiave del modello AC164162 è il controller di carica della batteria integrato. Ciò facilita la prototipazione di dispositivi mobili, applicazioni per le quali sono progettati molti microcontrollori Microchip.
Moduli della serie Click®:
Grazie alla standardizzazione dei pin di comunicazione all'interno della serie MC Nano, questi prodotti possono essere collegati rapidamente a numerosi moduli standardizzati, in particolare alla serie Click® del produttore di microelettronica. Attualmente rappresenta la più ampia famiglia di estensioni universali per microcontrollori. Per la trasmissione dei dati, utilizza lo standard MikroBUS (che combina diversi metodi di comunicazione). L'offerta attuale di TME comprende oltre 1.000 prodotti della famiglia Click® Board. Tra questi figurano numerosi sistemi di comunicazione (RF, WiFi, Bluetooth, ZigBee, GSM), sensori, strumenti di misura (amperometri, voltmetri), accessori utili come lettori di schede di memoria e RFID, ricevitori GPS, nonché elementi di interfaccia (pulsanti, tastiere, comandi) e numerosi circuiti meno comuni, ad esempio circuiti ibridi (sintonizzatori FM e AM) e amplificatori audio.
Confronto dei prodotti MC Nano:
Uno dei maggiori vantaggi della serie MC Nano è l'ampia gamma di microcontrollori installabili su questa piattaforma. La tabella seguente mostra i sistemi attualmente disponibili direttamente dal catalogo TME, ma l'offerta è destinata ad ampliarsi.
L'attuale gamma di prodotti mette in mostra l'ampio spettro di schede prototipo della famiglia Microchip Curiosity Nano. Per semplici applicazioni mobili in cui l'efficienza energetica è fondamentale, le schede con microcontrollori ATTINY (il kit DM080104 ne è un perfetto esempio) rappresentano la scelta migliore. Queste schede sono adatte a progetti a basso consumo e sono ideali come controller per applicazioni quali elettrodomestici o l'industria automobilistica. I microcontrollori a bassissimo consumo (eXtreme Low-Power) utilizzano i microcontrollori PIC16, che integrano le Core Independent Peripherals (CIP). Questi circuiti integrati possono funzionare indipendentemente dal core e persino riattivare il microcontrollore dalla modalità sleep, generando un interrupt attivato da un parametro programmabile (ad esempio, il superamento della tensione impostata all'ingresso del convertitore CA).
Per applicazioni più complesse che richiedono calcoli e risposte in tempo reale, nonché l'integrazione con numerosi sensori, vale la pena considerare i prodotti PIC18, come il kit EV26Q64A. I microcontrollori di questo gruppo di prodotti sono dotati di numerose interfacce, convertitori CA/CA, convertitori CA/CA (ovvero DAC), un amplificatore operazionale integrato, generatori di segnale PWM a 16 bit e memoria ottimizzata per un'acquisizione dati rapida e affidabile.
Esempi di applicazione e programmazione:
per gli utenti che si avvicinano per la prima volta agli ambienti MPLAB IDE o Microchip Studio, il produttore ha predisposto una vasta gamma di materiali di supporto, disponibili sia sul sito web di Microchip che su YouTube. Grazie a questi materiali, creare il primo progetto e utilizzare l'IDE sarà semplice.
Un modo pratico per scoprire altre funzionalità della piattaforma Microchip Curiosity Nano è partecipare ai corsi del programma Microchip University.
Contenuto prodotto da Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
Testo originale: https://www.tme.eu/es/news/library-articles/page/45286/plataforma-de-desarrollo-curiosity-nano-de-microchip/
