Поэтому на этапах лабораторных работ и проектирования наиболее надежным решением остаются разработанные самими производителями систем платформы. Стоит отметить, что они не упустили из виду преимущества популярных решений потребительского сегмента: простоту адаптации и доступность. Сегодня на рынке предлагаются удобные в использовании платы разработки от ведущих производителей микроконтроллеров, прежде всего Microchip, в портфолио которой входят системы семейств PIC® и AVR®. Ниже мы представляем одно из прототипных решений этого производителя из серии Curiosity Nano.
Продукты серии Curiosity Nano
: Curiosity Nano (или MC Nano) — это платформа для ввода в эксплуатацию, в первую очередь предназначенная для 8-битных микроконтроллеров PIC® и AVR®. Она также может использоваться для разработки приложений, оснащенных некоторыми 32-битными продуктами семейств PIC32 и SAM, основанными на архитектуре ARM® Cortex®. Предложение TME включает 15 плат разработки и 2 материнские платы в рамках этой платформы. Независимо от используемой системы, платформа Curiosity Nano разработана для максимального ускорения разработки новых приложений и, следовательно, сокращения времени между прототипированием и массовым производством. В следующем видеоролике представлен пример использования решений MC Nano в динамичном процессе разработки проектов.
Пример платы MC Nano, использующей 32-разрядный микроконтроллер серии PIC32CM.
Основные особенности платформы MC Nano:
Платформа включает в себя платы для разработки различных размеров (длин), в зависимости от размера используемого микроконтроллера. Самые маленькие платы предназначены для схем с 20 контактами (включая 16 контактов GPIO), в то время как самые большие содержат микроконтроллер в 48-контактном корпусе, что обеспечивает 40 контактов ввода/вывода. Независимо от длины, продукты, входящие в платформу, имеют общие ключевые физические характеристики (включая ширину платы, шаг контактов и наличие разъема MicroUSB для питания, связи и программирования) и технические особенности, что обеспечивает беспрепятственный переход между отдельными моделями. Кроме того, производитель объявляет, что платформа будет разрабатываться совместно с предлагаемыми микроконтроллерами. Ожидается, что недавно представленные чипы Microchip появятся в семействе Curiosity Nano, предоставляя разработчикам удобство работы с новейшими решениями в проверенной и привычной среде.
Тщательно продуманные отверстия исключают необходимость пайки разъемов.
В комплектацию MC Nano входят два штыревых разъема. С первого взгляда становится очевидным продуманное конструктивное решение Microchip. Поля GPIO, расположенные на печатной плате с шагом 2,54 мм, содержат как краевые разъемы, так и отверстия. В обоих случаях используются металлизированные втулки, предназначенные для установки штыревых разъемов. Благодаря минимальному смещению отверстий относительно друг друга обеспечивается идеальная посадка штыревых разъемов и оптимальные параметры подключения, что практически исключает необходимость пайки (хотя она и рекомендуется). После установки печатную плату можно смонтировать на макетную плату большего размера, специализированную материнскую плату или адаптер (доступные и совместимые продукты описаны далее в этой статье).
Системы на печатной плате:
Платформа Microchip Curiosity Nano обладает рядом общих черт, присущих всем моделям серии. В центре платы расположен микроконтроллер (C), выводы которого подключены к полям по краям печатной платы (F), и кварцевый резонатор (D). Для упрощения прототипирования на плате установлены кнопка (A) и светодиод (B). В отличие от платформы Arduino, переключатель не имеет функции сброса; он подключен к входному/выходному выводу микроконтроллера (адрес выделенного выхода указан на печатной плате и различается в зависимости от модели серии). Разъем Micro USB (G) используется для связи с системой и питания.
Передача данных между MC Nano и компьютером (системой, IDE-программным обеспечением, коммуникационным терминалом и т. д.) осуществляется через виртуальный COM-порт. Большинство этих плат, подключенных к ПК, распознаются операционной системой как внешний накопитель с маркировкой «CURIOSITY». Просто скопируйте файл .hex на это устройство, и микроконтроллер будет запрограммирован автоматически. Эта функциональность возможна благодаря встроенному чипу nEDBG в платах MC Nano, то есть отладчику/программатору (E). Его наличие позволяет работать с устройствами без дополнительных устройств. Кроме того, благодаря этому чипу микроконтроллер не обременен поддержкой загрузчика, что ускоряет выполнение программ и освобождает память. Дополнительно
, в схемах MC Nano используется программируемый стабилизатор напряжения, позволяющий задавать рабочее напряжение и диапазон питания микроконтроллера в пределах от 1,8 В до 5 В постоянного тока.
Стандартизация выходных сигналов:
Одним из преимуществ платформы Microchip является стандартизация расположения контактов. Независимо от выбранной модели платы и установленного на ней микроконтроллера, контакты вдоль краев печатной платы подключены к контактам программатора, отладчика и центральной системы, причем все они выполняют одну и ту же функцию. Поэтому порядок разъемов на плате не соответствует нумерации контактов микроконтроллера; однако он одинаков для всей серии MC Nano. Этот стандарт применяется к первым 28 контактам (со стороны разъема USB).
Контакты разделены на несколько секций. Первая обозначена как DEBUG (группа системных соединений). Эти контакты используются для связи со схемой nEDBG. Также имеются входы питания (VBUS, регулируемое VTG), заземление (GND) и контакт VOFF, который управляет работой встроенного стабилизатора напряжения. При необходимости его можно даже отключить. Пользователь также имеет доступ к следующим линиям последовательной связи (виртуальный COM-порт): CDC RX/TX. Следующие четыре контакта, DBG1-DBG4, относятся к интерфейсу отладчика. Совместимый с конкретной моделью платы интерфейс зависит от типа микроконтроллера. Для PIC это будут интерфейсы ICSP™ и MCLR; для AVR — интерфейс UPDI; а для ARM® — интерфейс SWD.
Оставшиеся выходы представляют собой коммуникационную (COM) и аналоговую (ANALOG) секции. Это также общая особенность серии MC Nano. Секция COM объединяет контакты, используемые для связи через UART, шину I2C и SPI. На противоположном краю печатной платы расположены аналоговые входы, которые являются выходами аналого-цифровых преобразователей, встроенных в микроконтроллер. В большинстве случаев их также можно использовать в качестве выходов для счетчиков (таймеров) и генераторов ШИМ-сигналов. Конечно, эти выходы нельзя запрограммировать на любой контакт микроконтроллера (как в случае с цифровыми входами/выходами). Стандартизация их расположения на плате упрощает использование и миграцию между различными моделями плат разработки. Если микроконтроллер, установленный на плате, имеет больше входов АЦП или выходов ШИМ, они доступны в следующей секции: GPIO. Здесь сопоставление более произвольное, поскольку количество и возможности портов ввода-вывода строго зависят от функциональности основной системы. Для получения точной информации о том, какой физический контакт назначен какому разъему, обратитесь к документации. Эта информация становится доступна после подключения платы NC Nano к USB-порту компьютера. Устройство хранения данных (которое будет обнаружено системой и представлено как диск с маркировкой «CURIOSITY») содержит файл KIT-INFO.HTM, предоставляющий подробную информацию о функциях каждого контакта на конкретной модели платы.
Встроенная функциональность отладчика:
Встроенный на плату отладчик Microchip Curiosity Nano (также известный как PKOB nano, nEDBG nano debugger) имеет следующие основные функции: управление потоком выполнения программы (запуск, остановка, активация шага, сброс); чтение и запись содержимого энергонезависимой памяти микроконтроллера; и обработка точек останова, количество которых зависит от типа системы.
Встроенное программное обеспечение отладчика можно обновить через среду разработки MPLAB® IDE или Microchip Studio. PKOB nano немного медленнее, чем аналогичные решения, такие как программатор PICkit™4. У него также есть некоторые ограничения, например, невозможность записи в определенные области флэш-памяти микроконтроллера. С другой стороны, он защищает от случайной перезаписи областей памяти, отвечающих за сам процесс отладки, или от нежелательных изменений значений битов предохранителей в случае микроконтроллеров AVR®. Еще одно преимущество заключается в том, что благодаря наличию PKOB nano плата автоматически распознается в средах разработки MPLAB IDE и Microchip Studio. После подключения платы пользователь получает немедленный доступ к примерам программ, документации, электрическим схемам, схемам расположения выводов, каталогам микроконтроллеров и многому другому. В конце этой статьи вы найдете примеры видеороликов и основные концепции программирования Curiosity Nano.
Совместимые материнские платы и модули:
В ассортимент TME также входит ряд аксессуаров и дополнительных продуктов, которые облегчат начало работы с платформой MC Nano, а также улучшат сам процесс прототипирования. Стандартизация выходных сигналов во всей линейке продуктов Microchip, описанная выше, позволяет использовать адаптеры, платы расширения и цифровые модули: датчики, контроллеры, интерфейсы и т. д.
Платы разработки и адаптеры:
с помощью штыревых разъемов каждую модель MC Nano можно установить на материнскую плату. TME предлагает две модели таких устройств: AC164162, оснащенную разъемами, совместимыми, в частности, с модулями от Mikroelektronika и Microchip. Второе решение — оценочный комплект AC80T88A, к которому можно подключать компоненты семейства Xplained Pro. В обоих случаях пользователь получает отдельный выключатель питания и независимые контакты для всех портов, что также обеспечивает удобную и стабильную основу, повышающую комфорт работы. Ключевым преимуществом модели AC164162 является встроенный контроллер заряда батареи. Это облегчает прототипирование мобильных устройств, для которых разработано множество микроконтроллеров Microchip.
Модули серии Click®:
Благодаря стандартизации контактов связи в серии MC Nano, эти продукты могут быть быстро подключены ко многим стандартизированным модулям, особенно к серии Click® от производителя микроэлектроники. В настоящее время это самое большое семейство универсальных расширений для микроконтроллеров. Для передачи данных используется стандарт MikroBUS (который объединяет несколько методов связи). Текущий ассортимент TME включает более 1000 продуктов семейства плат Click®. К ним относятся многочисленные системы связи (RF, WiFi, Bluetooth, ZigBee, GSM), датчики, измерительные приборы (амперметры, вольтметры), полезные аксессуары, такие как считыватели карт памяти и RFID, GPS-приемники, а также элементы интерфейса (кнопки, клавиатуры, элементы управления) и множество менее типичных схем, например, гибридные схемы (FM и AM тюнеры) и аудиоусилители.
Сравнение продуктов серии MC Nano:
Одним из главных преимуществ серии MC Nano является широкий спектр микроконтроллеров, устанавливаемых на эту платформу. В следующей таблице показаны системы, которые в настоящее время доступны непосредственно из каталога TME, но ассортимент, безусловно, будет расширяться.
Представленный ассортимент продукции демонстрирует широкий спектр прототипных плат семейства Microchip Curiosity Nano. Для простых мобильных приложений, где энергоэффективность имеет ключевое значение, лучшим выбором являются платы с микроконтроллерами ATTINY (комплект DM080104 — прекрасный тому пример). Эти платы хорошо подходят для проектов с низким энергопотреблением и идеально подходят в качестве контроллеров для таких приложений, как бытовая техника или автомобильная промышленность. Микроконтроллеры сверхнизкого энергопотребления (eXtreme Low-Power) используют микроконтроллеры PIC16, которые имеют независимые от ядра периферийные устройства (CIP). Эти интегральные схемы могут работать независимо от ядра и даже выводить микроконтроллер из спящего режима, генерируя прерывание, срабатывающее при изменении программируемого параметра (например, превышении заданного напряжения на входе преобразователя переменного тока).
Для более сложных приложений, требующих вычислений и откликов в реальном времени, а также интеграции с многочисленными датчиками, стоит рассмотреть продукты на базе PIC18, такие как комплект EV26Q64A. Микроконтроллеры этой группы продуктов оснащены многочисленными интерфейсами, преобразователями переменного тока, а также преобразователями переменного тока в аналоговый (т.е. ЦАП), встроенным операционным усилителем, 16-битными генераторами ШИМ-сигналов и памятью, адаптированной для быстрого и надежного сбора данных.
Примеры применения и программирования:
Для пользователей, делающих первые шаги в средах разработки MPLAB IDE или Microchip Studio, производитель подготовил множество вспомогательных материалов. Их можно найти как на веб-сайте Microchip, так и на YouTube. С их помощью создание вашего первого проекта и работа с IDE станут легкими.
Удобный способ узнать о других возможностях платформы Microchip Curiosity Nano — это принять участие в занятиях в рамках программы Microchip University.
Материал подготовлен компанией Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
Оригинальный текст: https://www.tme.eu/es/news/library-articles/page/45286/plataforma-de-desarrollo-curiosity-nano-de-microchip/
