LAB537k handbuch

Sven Rakers LAB 537 Das universelle Mikrocontrollerboard für Labor, Entwicklung, Schulung Aufbauanleitung und Referenzhandbuch Revision K – 24.05.2002 Einführung Sie haben mit dem LAB537 ein preiswertes Mikrocontroller-Board der obersten Leistungsklasse in den Händen Die Schaltung ist durch die Vielzahl an Konfigurationsmöglichkeiten und vorhandenen Peripheriebausteinen für viele Einsatzzwecke geeignet Am häufigsten wird es wohl im Labor eingesetzt werden Auch wenn nicht alle vorhandene Peripherie genutzt wird, kann das LAB537 als Emulator für die Entwicklung einfacherer Anwendungen dienen Die technischen Spezifikationen für die Schaltung sollen hier kurz aufgeführt werden: • Mikrocontroller INFINEON SAB-C517A • 750 ns Befehlszyklus • 10-bit A/D Wandler mit programmierbaren Referenzspannungen und Multiplexer auf 12 Eingänge • Vier 16-bit Timer/Counter • Mächtige Capture/Compare-Einheit • Arithmetischer Coprozessor für 32/16-bit Arithmetik • Acht Datenpointer (DPTR) für schnelle Adressierung von externem Speicher • Watchdog-Timer und Oszillator-Watchdog • Zwei serielle Schnittstellen jeweils mit eigenem Baudraten-Generator • 128 kByte statisches RAM, optional batteriegepuffert • 512 kByte FLASH-EPROM zur Datenspeicherung (ISP) • 128 kByte FLASH-EPROM zur Programmspeicherung in zwei Bänken 64 kB • Zwei RS-232-Schnittstellen mit Kontroll-LEDs • Eine RS485-Schnittstelle • Vier LEDs zur ĩberwachung der seriellen Schnittstellen ã Flexibles Bankswitching, softwaremọòig konfigurierbar, resetfest • Spannungswatchdog mit Reset-Generator • Anschlüsse für LC-Displays am Bus und am Port; Kontrastregler für LCD • Alle Adress- und Datenleitungen mit zwei Chipselect-Signalen herausgeführt • Alle Portleitungen auf VG-64 Messerleiste herausgeführt • Spannungsregler, Verpolungsschutz, Sicherung • Hohe Konfigurierbarkeit mit 17 Jumpern • Umfangreicher Bestückungsdruck Optionen: • I2C-Bus Interface mit eigenem Oszillator, Echtzeituhr und Pufferbatterie • CAN-Bus Schnittstelle (PeliCAN 2.0B) mit aktivem Transceiver und eigenem Oszillator Aufbau des Bausatzes Dieser Abschnitt wendet sich an den Besitzer des Bausatzes Wenn Sie ein Fertigmodul erworben haben, fahren Sie bitte beim nächsten Kapitel fort Abbildung 1: Bestückungsplan Zunächst einiges Grundsätzliche zur Bestückung Auf der Platine ist ein detaillierter Bestückungsdruck aufgetragen Die Bauteilwerte entnehmen Sie bitte der Stückliste oder dem Bestückungsplan in Abbildung Kondensatoren, bei denen kein Wert angegeben ist, sind 100nF (außer C3, C4 und C8: 33pF) Bestücken Sie bitte die Platine nun in der gewohnten Reihenfolge: liegende, axiale Bauelemente (R1, R5, R6, R7, D1, D2), die Keramik-Kondensatoren (C1-C6, C9-C19) Die Kondensatoren C17-C19 befinden sich unter dem IC15 Das ist notwendig, da der Baustein sehr schnelle Signale erzeugt und Störungen auf die Versorgungsspannung effektiv unterdrückt werden müssen die DIL-IC-Sockel (IC2-IC12, IC14-IC16) und das Widerstands-Netzwerk RN1 Hierzu ein Tipp: setzen Sie die Sockel ein und löten Sie diese zuerst an zwei diagonal gegenüber liegenden Pins fest Sie können jetzt leicht den Sockel ausrichten, indem Sie nur an diesen Lötstellen löten Wenn alle Sockel richtig positioniert sind, löten Sie die restlichen Pins fest Das gilt auch für die Steckerleisten und den PLCC-Sockel den Quarz Q1 falls gewünscht, den Spannungsregler 7805 falls gewünscht, den Oszillator für den I2C-Buscontroller das Poti den PLCC-Sockel (IC1) die Stiftleisten 10.die Elkos, sowie die LEDs (lange Drähte an die mit „A“ markierte Seite Rote LEDs für D3 und D4, ansonsten grüne LEDs) 11 die Jumperleiste JP1 (dreireihig, 3x8); die Jumperleiste links neben dem PLCC-Sockel (2x5); die einreihigen Jumperleisten JP6 und JP8/9 12 die restlichen Bauteile bis auf die Batterie (nur bei I2C-Option) Die Anschlussklemmen J1 können durch eine 3.5mm-Klinkenbuchse für Platinen-Montage ersetzt werden Bemerkungen: • Die genauen Werte von Widerständen und Kondensatoren sind vollkommen unkritisch Allein C26 sollte eine Kapazitọt von 100 àF nicht unterschreiten ã Wenn die 5V-Stromversorgung über die DIN-Steckerleiste erfolgen soll, sollten Sie die folgende Bauteile nicht einsetzen: IC13, D2, C1 und C26 ACHTUNG! Wenn das Board nicht über den Spannungsregler 7805 betrieben wird, erlischt die Garantie! • Wenn die CAN-Option nicht verwendet wird, kann anstatt des GAL-Bausteins (IC9) auch ein 74HCT138 eingesetzt werden, um Strom zu sparen Dieser ist rechtsbündig einzusetzen (Pin auf Pin 10) Die Stromersparnis beträgt ca 30 mA • Der Wert von R8 hängt von der Wahl des LCD-Displays ab Konsultieren Sie das Datenblatt des von Ihnen eingesetzten LCDs! Inbetriebnahme 3.1 Einschalten und Tests Wenn Sie ein Netzgerät mit Strombegrenzung besitzen, stellen Sie diese bitte auf ca 250 mA! Setzen Sie die ICs (bis auf IC13, 7805) noch nicht ein Schließen Sie die Stromversorgung an Achten Sie auf die korrekte Polung Messen Sie nun an den ICs 2-9 an den Pins der Sockel links oben und rechts unten (z B und 14), ob die korrekte Spannung von 5V (±0,15V) anliegt Verläuft dieser Test positiv, so stellen Sie bitte den Strom ab und setzen die restlichen ICs ein Beachten Sie dabei die Polung! Schalten Sie den Strom wieder ein Messen Sie den Strom, er sollte etwa 140mA (ohne I2C und CAN) bis 250mA (mit I2C und CAN) betragen 3.1.1 Jumper einstellen Bezeichnung JP4 JP5 JP2 JP3 JP7 JP8 JP9 JP12 JP1 Position neben Controller neben Controller neben Controller neben Controller neben Controller rechts oben rechts oben zwischen GALs unter Oszillator Funktion CAN-Interrupt RTC-Interrrupt Oszillator-Watchdog Software-Watchdog I2C-Interrupt CAN-Bandbreite CAN-Terminierung FLASH-Bank Konfiguration der seriellen Schnittstellen Stellung offen (keine Interrupts) offen (keine Interrupts) gesteckt (Watchdog aus) gesteckt (Watchdog aus) offen (keine Interrupts) offen (1 MHz Bandbreite) gesteckt (Terminiert) Links (Mon51), Rechts (CESY) und auf 1-2 (ser Port #0 auf RS-232 Transceiver) 3.1.2 Inbetriebnahme mit CESY (JP12 rechts) • Die beiden roten LEDs sollten beim Einschalten kurz aufblitzen und dann aus bleiben Bei Drücken des Master-Reset (TA2) sollten die LEDs aufleuchten und beim Loslassen der Taste sofort erlöschen • Schließen Sie nun mit einem geeigneten Kabel (siehe Kap 4) das LAB537 an Ihren PC an • Starten Sie CESY, und stellen Sie die Schnittstellenparameter im "I/O-Einstellungen" Menü auf die gewählte Schnittstelle bei 19200 bps ein Das Timeout-Limit sollte für Windows 3.1/95/98/2000 auf 10 stehen, bei NT4 (ab SR6) auf 90 • Ưffnen Sie ein Monitor-Fenster, und wählen Sie die CodeROM-Ansicht Jetzt sollte zügig ein Hexdump erscheinen, dessen erste Bytes lauten: 02 C0 00 02 C0 03 Das Hexdump sollte nicht länger als ca eine Sekunde brauchen • Stellen Sie die Ansicht auf XRAM Das Bild sollte sich nicht ändern Versuchen Sie nun, einige Bytes zu editieren Es darf keine Fehlermeldung geben Damit ist Ihr LAB537 hinreichend getestet, und Sie können loslegen Sie können nun auch die Knopfzelle für die Echtzeituhr einsetzen Lesen Sie bitte zuerst die Funktionsbeschreibung in dieser Anleitung, insbesondere den Teil über das Bankswitching 3.1.3 Inbetriebnahme mit KEIL MON5 (JP12 links) • Der MON-51 läuft mit 12 oder 16 MHz-Quarz im AutoBaud-Modus Sie können eine Baudrate wählen, die Ihrem Geschmack entspricht Von uns wird 19200 Baud empfohlen • Die beiden roten LEDs sollten beim Einschalten kurz aufblitzen Die obere LED sollte dann erlöschen Bei Drücken des Master-Reset (TA2) sollten die LEDs aufleuchten, und beim Loslassen der Taste muss die obere LED (D4) sofort verlưschen • Starten Sie die Keil-Umgebung, assemblieren Sie ein Demo-Projekt auf die Adresse 4000h • Starten Sie den Debugger und prüfen Sie, ob der Debugger ohne Fehlermeldung startet und Ihr Programm herunterlädt • Zum Betrieb mit der KEIL-Umgebung können wir keine Auskünfte geben; wenden Sie sich ggf an den KEIL-Support Einige wichtige Informationen finden Sie in Kapitel 8.4! 3.1.4 Inbetriebnahme ohne EPROM • Die LEDs leuchten beide, es gibt keinen Unterschied beim Drücken der Reset-Taste • Die Schaltung kann nur weiter getestet werden, wenn ein programmiertes EPROM eingesetzt wird Beliebte Fehlerquellen Wenn die Schaltung nicht funktioniert, checken Sie bitte zuerst folgende Punkte: • Sind alle ICs eingesetzt, und dies auch richtig herum? Es müssen alle ICs eingesetzt sein, sonst funktioniert die Schaltung nicht richtig • Gerne werden RAM- und Flash-Baustein vertauscht Wenn die ICs eingesetzt sind, kann man Vertauschungen nur noch anhand des Bestückungsplanes erkennen • Noch lieber werden IC2 (HCT573) und IC7 (HCT273) vertauscht • Sind keine Pins verbogen? Alle Pins richtig angelưtet? • Gerne schleichen sich Lưtbrücken zwischen IC-Pins und Durchkontaktierungen ein Checken Sie besonders IC1, IC2, IC10 und IC12! • Bekommen die Bauteile ihre korrekte Versorgungsspannung? Bei Verpolung wird die Diode D4 leitend, und die Sicherung brennt durch Ersetzen Sie ggf die Sicherung, wenn diese durch Verpolung durchgebrannt ist Auch falsch eingesetzte ICs lassen sofort die Sicherung durchbrennen Die Sicherung nicht mit Draht überbrücken ☺! • Wenn der LED-Test klappt, die Verbindung zu CESY oder MON-51 jedoch nicht, überprüfen Sie das serielle Kabel und die Schnittstelleneinrichtung Das können Sie leicht testen: Schalten Sie den Strom aus und entnehmen Sie den C517A aus der Fassung Das geht leicht dank der Bohrungen unter der Fassung – auch wenn auf den Chip kräftig Druck ausgeübt werden muss Benutzen Sie einen stumpfen Gegenstand, z.B eine M3-Schraube Hebeln Sie keinesfalls den Chip an den seitlichen Laschen aus dem Sockel – dieser zerbricht dabei garantiert, und dann ist das Board unwiederbringlich zerstört Wir verkaufen natürlich gerne neue Boards – aber nicht unter diesen Umständen! Ziehen Sie die Jumper JP1 heraus und stecken Sie einen Jumper quer auf die beiden oberen Pins links am Jumper (Reihe 1, Spalten und 2) Schalten Sie den Strom wieder ein Die Stromaufnahme sollte nun deutlich niedriger sein Starten Sie ein Terminalprogramm mit den selben Einstellungen wie bei I/O Das Board sollte nun auf jeden Tastendruck ein Echo geben Mit den LEDs für S0 (D5,D6) können Sie leicht den Verkehr auf der seriellen Schnittstelle überwachen Da das CESY-OS sofort auf Anfragen des PC antwortet, sollten immer dir RxD- und die TxD-LED gleichzeitig leuchten Schlagen diese Tests fehl, überprüfen Sie Kabel, Einstellungen und den MAX232 Dieser Baustein ist gegenüber den meisten ICs um 180° verdreht Das wird oft übersehen! Solange der Controller draußen ist: prüfen Sie, ob alle Pins des PLCC-Sockels in Ordnung sind! Es kann vorkommen, dass ein einzelner Pin zu weit eingedrückt ist! • Funktioniert es nun immer noch nicht, bitten Sie jemanden um Hilfe Vier Augen sehen meist mehr als zwei! • Sind die Jumper richtig gesteckt? Einige Jumper müssen bereits bei Einschalten der Betriebsspannung richtig konfiguriert sein! • Notfalls bieten wir einen Bausatz-Reparatur-Service an, der pauschal EUR 26,00 kostet Enthalten sind auch Ersatzteile, bis auf den teuren Controller IC1 und die Optionen CAN und I2C Das ist oft besser, als frustriert Stunden vor der nicht funktionierenden Schaltung zu sitzen Wir verfügen über die notwendigen Messinstrumente und Austauschteile und können Reparaturen sehr effektiv vornehmen Wir behalten uns jedoch vor, die Reparatur stark unfachgemäß gelưteter Geräte zu verweigern Aerdem reparieren wir keine Boards, die ohne den 7805 betrieben worden sind Serielles Kabel 5.1 Einführung Alle Schnittstellen-Leitungen liegen auf der unteren SUB-D Stiftleiste Die Belegung des Steckers finden Sie im Kapitel 15 Zur Verbindung brauchen Sie ein 3-Draht Nullmodemkabel, das so beschaffen sein muss, dass auf der LAB537-Seite nur die Pins 2, und beschaltet sind 5.2 Kabel-Selbstbau Abbildung zeigt ein solches Kabel Die Datenleitungen müssen gekreuzt werden PCseitig sind die grau gezeichneten Brücken zu Abbildung 2: Serielles Kabel verdrahten Auf der LAB537-Seite sollten die freien Pins auf jeden Fall frei bleiben Das serielle Kabel ist erfahrungsgemäß die häufigste Fehlerquelle Unterschätzen Sie diese simple Komponente nicht und arbeiten Sie sorgfältig Das CESY-Betriebsprogramm arbeitet mit der ersten RS-232 Schnittstelle (SER0) Die in Abbildung eingezeichneten Kurzschluss-Brücken auf der PC-Seite brauchen Sie nicht, wenn Sie mit CESY unter Windows arbeiten Andere Programme, besonders unter DOS, können teilweise ohne die Brücken keinen Kontakt herstellen 5.3 Standard-Nullmodemkabel Sie können von uns ein Standard-Nullmodemkabel günstig als Zubehör bekommen Dieses von uns vertriebene Nullmodemkabel besitzt keine Brücken! Sie müssen diese ggf selbst einsetzen Außerdem besitzen solche Kabel weitere Leitungen, z.B zwischen den Pins und Diese können sehr nützlich sein, wenn Sie ein Hardware-Handshaking benötigen Andere Leitungen können stören, insbesondere die verdrahteten Pins und 9, da diese für den RS-485 Bus vorgesehen sind Im Normalfall können Sie das Kabel aber unverändert verwenden Nur wenn Sie neben RS232 für SER0 noch andere Modi benutzen, sollten Sie das Kabel modifizieren Funktionsbeschreibung 6.1 Oszillator Der Controller wird mit dem internen Oszillator betrieben, der extern mit einem 16MHz Quarz (Q1) und zwei Kondensatoren 33 pF beschaltet ist Wenn eine besonders gute Genauigkeit gewünscht wird, muss mit Frequenzzähler und anderen Kapazitäten der Oszillator abgeglichen werden Der Quarzoszillator Q2 ist ausschließlich für die I2C- und die CAN-Optionen gedacht! 6.2 Reset / Spannungswatchdog Der TL7705 gibt ein Reset-Signal aus, sobald die Spannung 4,5 V unterschreitet Erst nach Überschreiten von 4,6 V wird das Reset zurückgenommen Durch Drücken der Taste Ta2 kann auch manuell ein Reset ausgelöst werden In stark elektrisch verseuchten Umgebungen sollte der Reset-Impuls verlängert werden Dazu tauschen Sie den 220nF Kondensator durch einen 2.2 µF Elko aus (Minuspol an Masse) Dieser sogenannte "Master-Reset" setzt alle Komponenten, inklusive des Bank-Switch-Latch, zurück Im Unterschied dazu gibt es noch den "Soft-Reset" Dieser setzt nur den Mikrocontroller zurück, der seinerseits ein Reset-Signal am /RO Ausgang ausgibt Dieses wiederum setzt den PCF8584 und den SJA1000 zurück Diese erhalten also auch ein Reset, wenn der Controller intern (z B durch ein internes Watchdog-Signal) sich zurücksetzt Siehe hierzu auch Kapitel TxD1 (P3.1) P4.6 P4.7 RxD1 (P3.0) TxD1 (P3.1) P4.4 P4.5 TxD2 (P6.1) RxD2 (P6.2) TxD2 (P6.1) RxD2 (P6.2) TxD2 (P6.1) DE /RE Die RS-485 Treiber können nach Belieben an beide seriellen Ports des C517A angeschlossen werden Der Treiberbaustein benötigt ein Enable-Signal sowohl für den Empfänger, als auch für den Sendeteil 1 RxD2 (P6.2) Das LAB537 verfügt über drei SchnittstellenTreiber, die über die Jumperleiste Jp1 ausgewählt werden können (Abbildung 3) Sollen beide Schnittstellen nach RS-232 Norm verwendet werden, so sind die ersten vier Jumper (von links gesehen) gemäß der Abbildung zu stecken Die vier rechten Jumper bleiben frei Im Betrieb zusammen mit LABMulti werden nur Jumper und gesteckt RxD1 (P3.0) 6.3 Serielle Schnittstellen RS232A RS232B RS485 Wird der RS-485 Treiber nicht benötigt, kann das IC aus dem Sockel genommen wer- Abbildung 3: Jumper Jp1 den Der Stromverbrauch sinkt damit um 30 mA Es gibt übrigens eine große Zahl an RS-485 Transceivern, die für verschiedene NetzGrưßen und Stromaufnahmen optimiert sind Die meisten sind pinkompatibel und können im LAB-537 verwendet werden Die Schnittstellen werden durch die LEDs D5-D8 überwacht Aktivität wird durch Leuchten der betreffenden LED angezeigt Die LEDs leuchten nur relativ schwach, da kein Treiberbaustein verwendet wurde Bei Benutzung unseres Nullmodem-Kabels und Jumper-Konfiguration gemäß Abb.3 leuchtet auch die RxD/S1 LED 6.4 Prozessor-Jumper Das LAB537 verfügt über zwei Jumper zur Konfiguration des C517A Beide sollten zunächst geschlossen werden, damit der Prozessor sicher anläuft Achtung! Die Stellungen der Jumper werden vom Controller bereits beim Stromeinschalten (nicht nur beim Reset) abgefragt Daher bringt nachträgliches Umstecken oft nicht den gewünschten Erfolg Position Bedeutung Jumper gesteckt Jumper abgezogen JP2 OWE, Oszillator-Watchdog Disable Enable JP3 #PE/SWD Software-WatchdogTimer Enable Power save Enable 6.5 GAL-Lötjumper WP (vom BSL) GAL Pin 16 GAL Pin 16 /RD_FLASH /RD_FLASH /RD Mit dem mitgelieferten GAL ist es nicht möglich, Programme JP6A JP6B JP6C direkt aus dem Flash-EPROM IC5 ablaufen zu lassen Ist dies dennoch gewünscht, muss ein neues GAL erstellt werden Dieses wird die Leitung #RD_Flash als Ausgang haben müssen, um die notwendige Verknüpfung zwischen #RD und #PSEN an das Flash-EPROM legen zu können Da alle Pins des GAL benötigt werden, muss dazu auf das Signal WP (Write-Protect) vom Bank-Select-Latch (BSL) verzichtet werden Die Konfiguration Abbildung 4: Jp6 kann mit dem Lötjumper Jp6 eingestellt werden – In der Grundkonfiguration sind JP6A und JP6C verbunden Diese Möglichkeit ist eigentlich nicht nötig und als rein theoretisch zu betrachten Es ist sinnvoller, den Flash-Baustein als eine Art "Festplatte" zu behandeln und das Programm bei RESET aus dem Flash ins RAM zu kopieren ("booten") Mit Hilfe des Bankswitchings kann anschließend der RAM-Bereich schreibgeschützt werden 6.6 Analog-Digital-Wandler Der SAB C517A besitzt einen A/D-Wandler mit 10bit Genauigkeit Als Eingänge für den Wandler können beliebige Eingänge von Port und Port benutzt werden, die über einen Multiplexer (= Umschalter) an den Wandler gegeben werden Für die Funktion des Wandlers ist die Beschaltung der Referenzspannungs-Eingänge notwendig Diese sind auf die DIN-Leiste herausgeführt Im einfachsten Fall legen Sie VAREF auf VCC und VAGND auf GND Die Belegung der Messerleiste finden Sie im Kapitel 6.7 Der optionale I C-Bus-Controller und die Echtzeituhr Über den I2C-Bus-Controller PCF8584 können weitere Hardwarekomponenten über einen Zweidraht-Bus geringer Reichweite oder wahlweise über einen Vierdraht-Bus mit großer Reichweite angesteuert werden Die Signale des I2C-Bus liegen auf der DIN-Leiste Im Zweidraht-Modus kann der PCF8584 einen Interrupt erzeugen Dieser kann mit dem Jumper Jp4 auf den Interrupt INT1 des Controllers gelegt werden Die I2C-Option umfasst zudem einen Echtzeituhr (RTC) Chip PCF 8583 Dieser wird durch die Lithium-Knopfzelle gepuffert Die Batterie hält einige Jahre Sie puffert zudem den RAMBaustein, so dass Daten im Falle eines Stromausfalls erhalten bleiben Der RTC-Chip ist ab Werk auf Adresse eingestellt Sie kann mit der Lötbrücke JP10 auch auf Adresse umgestellt werden Die Lötbrücke ist durch eine dünne Leiterbahn ab Werk eingestellt Diese muss bei Bedarf aufgetrennt werden Der Interrupt der Uhr wird über ein „Wired-Or“ mit dem Interrupt-Ausgang des I2CControllers verbunden, wenn der entsprechende Jumper JP5 gesteckt ist Dies funktioniert 10 10 CAN-Bus Option Seit der Rev F ist das LAB537 mit einer CAN-Bus-Schnittstelle ausgestattet Der CAN-Bus ist eines der sichersten Feldbus-Systeme, was dazu geführt hat, dass sich das Protokoll mittlerweile in Automobil- und Automatisierungstechnik fast überall durchgesetzt hat Ohne CAN-Kenntnisse ist in der vernetzten Mikrocontroller-Technik heute kein Weiterkommen mehr möglich Aus diesem Grund besitzt das LAB537 eine CAN-Schnittstelle Dazu haben wir den leistungsfähigen CAN-Controller SJA1000 der Firma Philips eingesetzt Dieser ist befehls- und pinkompatibel mit dem Vorgängermodell 82C200, beinhaltet jedoch einige wichtige Erweiterungen Um normgerechte Pegel zu erhalten, ist ein Transceiver 82C250 implementiert ("active CAN") Eine Trennung des Bus vom Board über Optokoppler gibt es nicht So etwas ist angesichts der engen Leiterbahnführung auf dem LAB537 ohnehin nicht sinnvoll und außerdem teuer, weil ein DC/DC-Wandler notwendig ist Eine sorgfältige Groundlevel-Verteilung im Mikrocontroller-Netzwerk ist also unbedingt notwendig Zur separat zum Board erhältlichen CAN-Ausrüstung gehưren folgende Teile: • SJA1000 (DIL28), CAN-Controller • PCA82C250 (DIP8), CAN-Transceiver • SUB-D-9 Buchse 10.1 Aufbau Die IC 15-16 sind wie üblich in die Sockel einzusetzen IC9 ist ein GAL, das die Funktionen eines 74HCT138 simuliert; dieser Baustein kann zwecks besser Energieeffizienz ohne CAN auch verwendet werden Zusätzlich wird das für den CAN-Controller notwendige ChipselectSignal erzeugt Der Baustein ist ab Adresse FF00h ansprechbar Wundern Sie sich nicht, wenn der Baustein zunächst viermal in 32Byte-Abständen in der Memory-Map auftaucht – der Baustein startet zunächst im Kompatibilitäts-Modus und muss per Software umgeschaltet werden 10.2 Belegung der CAN-Buchse Die SUB-D-9 Buchse J4 ist dem CAN-Bus gewidmet Dies ist ein Unterschied zur Rev E des LAB537! Vormals war die Buchse mit den Analogeingängen des Port belegt Die Belegung der Buchse ist im entsprechenden DIN-Standard festgelegt Sie finden die Belegung in Abbildung Üblicherweise werden alle Pins aller Busteilnehmer parallelgeschaltet Die Möglichkeit der Fernspeisung ist in der DIN-Norm als Option vorgesehen, hier aber nicht realisiert Die Leitung CAN-GND wird nicht benötigt, wenn ein Transceiver eingesetzt wird Abbildung 8: J4, CAN-Port 10.3 Funktion Durch den Einsatz eines modernen Transceivers (PCA82C250, IC16) können CAN-Netze mit bis zu 64 Knoten versorgt werden Die Zahl der verwendeten Knoten, die Übertragungsrate, die Busausdehnung und der Leiterquerschnitt des Netzkabels sind in komplizierten mathema22 tischen Formeln miteinander verknüpft Tabellen geben aber leicht Aufschluss über die Werte Für einen Laboraufbau (25m) mit ca 10 Knoten bei einer Standard-Rate von 100kBit/s sind bei Verwendung normalen Flachbandkabels keine Schwierigkeiten zu erwarten Wie bei allen schnellen Datenübertragungsraten ist auf den korrekten Wellenwiderstand des Kabels, die richtige Terminierung und die passende Flankensteilheit zu achten Mit dem Jumper JP8 kann über den Widerstand R5 (120 Ohm) eine Standard-Terminierung geschaltet werden Bei Übertragungsgeschwindigkeiten bis 100 kBit/s ist der Wert unproblematisch; höheren Raten muss durch eine exakte Anpassung Rechnung getragen werden Die Flankensteilheit wird mit dem Jumper JP9 eingestellt Für weniger als 125 kBit/s muss der Jumper gezogen, für mehr gesteckt werden Beachten Sie aber, dass bei gestecktem Jumper vom Transceiver ein erhebliches Maß an elektromagnetischen Störungen ausgehen, die einen Einbau der Schaltung in ein geerdetes metallisches Gehäuse (sowieso sinnvoll) notwendig machen Auf keinen Fall darf die Schaltung mit gestecktem Jumper freistehend betrieben werden, sonst hat man ganz schnell einen Peilwagen der Post vor der Haustür stehen Der CAN-Controller SJA1000 kann ein Interrupt-Signal erzeugen, welches mit dem Jumper JP7 an den Eingang P1.0 (INT3) gelegt werden kann Der Ausgang „open collector“, das heißt, dass noch andere Bausteine diesen Interrupt nutzen können Ist das nicht der Fall, so empfehlen wir einen Widerstand von 4,7kOhm zwischen P1.0 und VCC zu legen (Messerleiste Pin 5C und 1C) Der CAN-Controller wird übrigens vom gleichen Oszillator mit Takt versorgt wie der I2CBus-Controller Die Frequenz beträgt 12 MHz Diese muss beim Berechnen des PrescalerWertes verwendet werden An Pin des SJA1000 kann man die Frequenz hinter dem Prescaler messen Dies ist eine gute Kontrolle, ob man richtig gerechnet hat 10.4 Ein erstes Experiment Auf der Diskette finden Sie einen Quelltext „CAN.SRC“, der drei Routinen bereitstellt: zum Initialisieren, zum Senden und zum Empfangen Am Beginn des Textes steht eine Sprungtabelle zu drei Demo-Programmen Der erste Sprung initialisiert den Baustein Der zweite Sprung sendet einen Datenrahmen, und der dritte Sprung wartet auf den Eingang eines Datenrahmens Auch ohne Genaues zu CAN zu wissen, können Sie die ersten beiden Routinen einmal aufrufen und dann am CAN-Port (Widerstand R5) mit dem Skop messen Sie sehen, dass der Controller versucht, ein Bitmuster zu senden Da keine Empfangsbestätigung eines angeschlossenen Knotens kommt, wird der Sendevorgang unendlich lange wiederholt, so dass das Muster bequem mit dem Oszilloskop angeschaut werden kann 10.5 Literatur Zu CAN gibt es traditionell wenig Literatur Glücklicherweise engagiert sich der ElektorVerlag neuerdings für CAN, so dass dort einige verständliche Bücher und Kurse erhältlich sind • Konrad Etschberger, CAN Controller-Area-Network Carl Hanser Verlag München, neue Auflage 2000 Standardwerk, inzwischen sogar verständlich! • Homepage der CAN-Nutzerorganisation http://www.can-cia.de Das einzige was nichts kostet • Bernd vom Berg, Peter Groppe Das 8051er Praktikumsbuch Anschauliche Einführung Leider kaum Code 23 • CD mit Kursunterlagen zum Buch von Berg/Groppe Das eigentlich Sinnvolle am Buch (muss separat erworben werden) • Bernd vom Berg, Peter Groppe CAN-Kurs in Elektor, 5teilig, seit 09/99 leider sehr oberflächlich, aber gut verständlich • Datenblatt zum SJA1000 auf unserer Daten-CD • S Rakers, Vorlesung und Praktikum „An Introduction to Microcontroller Technology“ auf unserer Daten-CD oder unter http://www.rakers.de/tmr knappe Einführung in CAN, Vergleich mit anderen Feldbussen Leider kein Code Englisch Sie werden sehen, dass CAN gar nicht so schwer ist, wie immer getan wird, und dass die Vorteile die Mühe lohnen werden! 11 Externe Peripherie Extern meint hier alles, was nicht im C517AMikrocontroller schon vorhanden ist, z B das LCDDisplay, den I2C-BusController und auch das BSL-Latch Der Speicherbereich im XRAMSegment von FF00h bis FFFFh ist dafür zuständig Beachten Sie, dass technisch bedingt einige Bereiche nicht verwendet werden Die Lage am Ende des Speichers verursacht, dass von jeweils 16 k die letzten 256 byte des FlashEPROMs nicht nutzbar sind Beachten Sie diese Tatsacht, wenn Sie Programme entwickeln, die das Flash-EPROM nutzen Die Flash-Routinen in CESY (Download, Autostart, BASIC) berücksichtigen diese Abbildung 9: Memory Map für externe Peripherie Tatsache von selber 24 12 Beachtenswertes zu den Ports Zu folgenden Ports gibt es einige Besonderheiten zu beachten: • Port 0: Belegt mit Daten-/Adressbus • Port 1: Frei für Anwendungen Bitadressierbar • Port 2: belegt mit Adressbus • Port 3: P3.0 und P3.1 sind belegt mit den RxD bzw TxD Signalen der seriellen Schnittstelle P3.6 und P3.7 sind belegt mit den /WR und /RD Signalen für den externen Speicher (also für allen Speicher) Sie sollten P3 nur mit Bit-Kommandos beschreiben Ein Befehl wie "MOV P3,#0" hat den sofortigen Absturz Ihres Programms zur Folge • Außerdem liegen auf Port liegen die externen Interrupt-Eingänge /INT0 und /INT1 Diese können über die Jumper JP4, JP5 und JP7 mit dem CAN, bzw I2C-Controller, bzw mit dem RTC-Chip verbunden werden Zusätzlich steuert INT0 den Einzelschrittmodus des CESY-Debuggers Sie sollten diese beiden Pins in Ihren Anwendungen sehr bewusst einsetzen Beachten Sie auch, dass Sie unter Umständen den Einzelschrittmodus starten, wenn Sie eine Null nach P3.2 (INT0) schreiben! • Port 4,5: frei für Ihre Anwendungen Beide Ports sind bit-adressierbar • Port 6: die Bits P6.1 und P6.2 werden für die serielle Schnittstelle SER1 verwendet Wenn Sie diese nicht brauchen, ziehen Sie die entsprechenden Jumper an JP1 ab! Die Bits P6.2 bis P6.7 werden für die Flash-Steuerung verwendet Wenn Sie den Flash-Baustein nicht gebrauchen, können Sie diese Ports auch anderweitig verwenden Port ist nicht bitaddressierbar, Befehle wie "SETB P6.4" werden eine Fehlermeldung verursachen • Port 7,8: diese Ports sind nicht bit-adressierbar Diese Ports sind reine Eingänge Sie werden alternativ für den ADC verwendet 13 Stückliste IC1 IC2 IC3 IC4 IC5 IC6 IC7 IC8 IC9 IC10 IC11 IC12 IC13 IC14 IC15 IC16 IC17 SAB-C517A 74 HCT 573 27 C 512 LP 621024 AT 29F040 oder –F010 GAL 20V8 74 HCT 273 74 HCT 30 74 HCT 138 oder PALCE16V8 SN 75176 MAX 232 PCF 8584 7805 TL 7705 SJA1000 PCA82C250 PCF 8583 P Mikrocontroller Adresslatch EPROM RAM FLASH Adressdecoder Bankswitch Gatter Decoder RS485-Interface RS232-Interface I2C-Controller Spannungsregler Reset-Generator CAN-Controller CAN-Transceiver Echtzeituhr 25 D1,D9, D10 D3-8 D2 Q1 Q2 Q3 RN1 R1 R2, R3 R4, R6 R5 R7 C1-C2, C5-C7, C9-C12, C15-C19 C3-C4, C8 C13 C20-C23 C24, C25 C26 P1 TA1 TA2 J1 J2,J8 J3 J4 J5 J6,J7 J8 JP1 JP2-5, JP7-9 JP12 B1 FUSE 26 1N4148 LED 3mA, rot und grün 1N4006 Quarz 16MHz Quarzoszillator 12MHz Quarz 32kHz 2,2 kOhm 100 kOhm 2,2 kOhm 47 kOhm 120 Ohm (124 Ohm) 10 kOhm 100 nF 27 - 33pF 470 nF – 4,7 µF 10 – 100 µF 100 – 220uF 5k Taster Taster Anreihklemme 5mm Stiftleiste 14pol SUB-D Stiftleiste 9pol SUB-D Stiftleiste 9pol Stiftleiste 34pol Stiftleiste 16pol Messerleiste 64pol.DIN 41.612 Jumperleiste 8x3 Jumperleiste 2pol Jumperleiste 3pol Lithium-Zelle 3V Sicherung 500mA Diode LED Verpolungsschutz Oszillator f µC Oszillator f I2Cbus und CANbus Quarz für RTC Widerstands-Netzwerk Widerstand Widerstand Widerstand Widerstand, CAN-Terminierung Widerstand Abblock-Kondensatoren Oszillator-Kapazitäten Reset-Kondensator Elko gepolt für MAX232 Elko, gepolt, zur Stabilisierung Elko, gepolt, Siebelko Poti für LCD Prozessor-Reset Master-Reset Stromversorgung LCD-Display am Bus Serielle Schnittstellen CAN-Schnittstelle Adress- und Datenbus LCD-Display am Port Port-Anschlüsse Konfiguration Serielle Schnittstellen Jumper für Konfiguration Jumper für Flash-Bankauswahl Batterie für RTC und RAM-Pufferung Miniatursicherung für Baugruppe 14 Belegung der DIN-Messerleiste Reihe A (untere Reihe) VCC RS-485 A SDA_OUT (I2C-Bus) SDA_IN (I2C-Bus) P1.1 P1.3 P1.5 P1.7 P3.6 Reihe C (obere Reihe) VCC RS-485 B SCL_OUT (I2C-Bus) SCL_IN (I2C-Bus) P1.0 P1.2 P1.4 P1.6 P3.7 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 P3.4 P3.2 P3.0 P4.6 P4.4 P4.2 P4.0 VREF_GND P7.1 P7.3 P7.5 P7.7 P8.2 P8.0 P6.6 P6.4 P6.2 P6.0 P5.1 P5.3 P5.5 P5.7 GND P3.5 P3.3 P3.1 P4.7 P4.5 P4.3 P4.1 VREF_POS P7.0 P7.2 P7.4 P7.6 P8.3 P8.1 P6.7 P6.5 P6.3 P6.1 P5.0 P5.2 P5.4 P5.6 GND 27 15 Belegung des SUB-D Steckers für die seriellen Ports 16 Belegung der 34poligen Stiftleiste für Bus-Zugriff VCC (+5V) /CE1 (freies Chipselect) /RO (Reset out) /CE2 (freies Chipselect) A15 /WR A14 A12 10 A7 A13 11 12 A6 A8 13 14 A5 A9 15 16 A4 A11 17 18 A3 /PSEN 19 20 A2 A10 21 22 A1 /RD 23 24 A0 D7 25 26 D0 D6 27 28 D1 D5 29 30 D2 D4 31 32 D3 GND 33 28 VCC (+5V) 34 GND 17 GAL-Listings 17.1 Adressdecoder GAL20V8, IC GAL für LAB537E, Bankswitching, 13.03.99 Sven Rakers CHIP LAB537BS GAL20V8 SIMPLE_MODE A0 /EN_LCD /RD /PSEN SEL2 SEL1 SEL0 GND /CE_FLA /CE_RAM /RD_RAM WP #define #define #define #define Bank0 Bank1 Bank2 Bank3 (/A14 ( A14 (/A14 ( A14 A15 /WR CE_LCD BS /AND /EN_LAT CE_LAT /CE_EPR A14 SEL3 A16_RAM VCC * /A15) * /A15) * A15) * A15 * /AND) CE_EPR = Bank0 * /SEL0 + Bank1 * /SEL1 + Bank2 * /SEL2 + Bank3 CE_RAM = /A15 * (/WP + BS + /WR) + /A14 * (/WP + BS + /WR) + Bank3 * /SEL3 RD_RAM = Bank0 * (RD + PSEN * SEL0) Bank1 * (RD + PSEN * SEL1) Bank2 * (RD + PSEN * SEL2) Bank3 * RD A16_RAM = Bank0 * (/SEL0 * BS + SEL0 Bank1 * (/SEL1 * BS + SEL1 Bank2 * (/SEL2 * BS + SEL2 Bank3 * BS CE_FLA = Bank3 * SEL3 + + + * BS * /PSEN) + * BS * /PSEN) + * BS * /PSEN) + CE_LCD = EN_LCD *(/A0 * /RD * WR + A0 * RD * /WR) CE_LAT = EN_LAT * WR USER_ID=LAB537BS 17.2 Peripherie-Decoder GAL16V8, IC9 (für CAN-Option) GAL für erweiterten Peripherie-Decoder, ersetzt 74HCT138 CHIP LAB_CAN GAL16V8 SIMPLE_MODE NC NC A3 A4 A5 /IO A6 A7 NC GND NC /CS_CAN /CS_PCF /CS_FRE2 /CS_FRE1 /CS_LAT /CS_LCD DUM1 DUM2 VCC CS_CAN CS_PCF CS_FRE2 CS_FRE1 CS_LAT CS_LCD = = = = = = IO * /A7 /A3 * /A4 A3 * A4 /A3 * A4 A3 * /A4 /A3 * /A4 * * * * * A5 /A5 /A5 /A5 /A5 * * * * * /A6 /A6 /A6 /A6 /A6 * * * * * A7 A7 A7 A7 A7 * * * * * IO IO IO IO IO USER_ID=LAB_CAN 29 18 BASIC-Compiler-Einstellungen für das LAB-537 Die Einstellungen für den BASIC-Compiler aus dem CESY-Paket für das LAB537 sind in Abbildung 11-12 dargestellt Je nach Anschluss des LCD ist die LCD-Adresse einzustellen Bei den angegeben Einstellungen werden alle Variablen im internen RAM ab Adresse 80h gespeichert 19 Anschluss der LED-Beleuchtung eines LCDs Übliche LCD-Display-Beleuchtungen können direkt an 5V angeschlossen werden Oft wird ein Vorwiderstand von 5,6 Ohm/2 Watt empfohlen Wir schließen uns dieser Empfehlung an Abbildung 11: Einstellungen für LCD am Bus und Variablen im Data-RAM 30 Abbildung 10: Einstellungen für LCD am Port P5 und Variablen im Data-RAM 20 LAB-EXP – Das Experimentierboard 20.1 Aufbau des Bausatzes Dieser Abschnitt wendet sich an den Besitzer des Bausatzes Wenn Sie ein Fertigmodul erworben haben, fahren Sie bitte beim nächsten Kapitel fort Abbildung 12: Bestückungsplan LAB-EXP 31 Zunächst einiges Grundsätzliche zur Bestückung Auf der Platine ist ein Bestückungsdruck aufgetragen, um Ihnen sowohl die Bestückung als auch die Benutzung der Platine zu erleichtern Die Packungsdichte ist nicht besonders hoch, daher sollte der Aufbau keine Probleme bereiten Bestücken Sie bitte die Platine nun in der folgenden Reihenfolge: Die LEDs Dem Bausatz liegen rote und grüne LEDs bei Bestücken Sie die verschiedenen Port-Anzeigen mit verschiedenfarbigen LEDs, z.B Port rot und Port grün Sie erkennen die Kathode am kürzeren „Beinchen“ oder an der abgeflachten Seite Sie muss zu den Treiber-Ics 2803 zeigen Die Widerstands-Arrays R4, R5, R6 = 4k7 (Aufschrift 472J), R7 und R8 = 330 Ohm (Aufschrift 331J) Beachten Sie den mit einem Punkt gekennzeichneten Common-Anschluss Die DIL-IC-Sockel (IC 2, 3) Die 16 Taster Diese Bauteile sind symmetrisch, es muss auf keine Polarität geachtet werden Die Potis und die Kondensatoren C11-C13 Nach dem Einlöten der Potis werden die Steckachsen aufgesteckt Zum Schluss die beiden VG-64-Leisten ACHTUNG!!! Auf der linken Seite wird die MESSERLEISTE, auf der rechten Seite die BUCHSENLEISTE eingelötet Einsetzen der ICs 20.2 Inbetriebnahme Stecken Sie Ihr LAB-EXP direkt mit der Buchsenleiste an das LAB-537 an und schließen Sie die Stromversorgung an Legen Sie die Schaltungen so, dass das LAB-EXP auf der linken Seite liegt Der Positionsdruck beider Boards ist lesbar Alle LEDs sollten aufleuchten Der gesamte Stromverbrauch sollte ca 300mA betragen Setzen Sie jetzt beliebige Werte für P1 und P4 und beobachten Sie, ob die Bitmuster korrekt wiedergegeben werden Starten Sie dann das Testprogramm für die Matrixtastatur, das sich auf der beiliegenden Diskette befindet Dieses wertet die Eingabe auf der Tastatur aus und gibt das Ergebnis (eine Zahl von 0-15) auf den LEDs an Port aus 20.3 Funktionsbeschreibung Die Experimentierplatine „LAB-EXP“ stellt 16 LEDs zur Beobachtung der meistverwendeten Ports P1 und P4 zur Verfügung, ferner eine Matrixtastatur mit 16 Tastern sowie zwei Potis, die als Spannungsteiler fungieren und an den Analogeingängen P7.0 und P7.1 beliebig einstellbare Spannungen zwischen und 5V bereitstellen Die Referenzspannungen werden über J1 und J2 mit Masse und +5V verbunden (auftrennen, falls nicht gewünscht) Die LEDs werden über einen Treiberbaustein ULN2803 angesteuert, um die Belastung für den Mikrocontroller gering zu halten Eingangsseitig befinden sich Pull-Up Widerstände, um für sicher anliegende Pegel zu sorgen Die Matrixtastatur befindet sich an den Pins Port 6.4-7 (Zeilen-Ausgänge) und Port 8.0-3 (Spalten-Eingänge) Die Eingänge werden ebenfalls über Pull-Up Widerstände auf logisch gezogen Ein Demo-Programm befindet sich auf der beiliegenden Diskette Details entnehmen Sie bitte dem Schaltplan 32 Alle Signale vom LAB-537 sind auf eine zweite VG-64-Leiste 1:1 durchgeschleift Es ist möglich, die Platine direkt an das LAB-537 anzusetzen, oder aber über eine Backplane mit dem LAB-537 zu verbinden Im letzteren Fall ist die Messerleiste auf der linken Seite zu verwenden 20.4 Stückliste LAB-EXP IC2 IC3 Ta D1-8 D11-18 V1 V2 P7.0, P7.1 R4, R5 R6 R7,R8 ULN2803 ULN2803 16 Stck OMRON LED 3mm verschiedene Farben LED 3mm verschiedene Farben VG64AC Buchsenleiste VG64AC Messerleiste Poti 25kOhm linear mit Steckachse Array 8*4,7 kOhm Array 4*4,7 kOhm Array 8*330 Ohm Platine, IC-Sockel 33 21 Schaltplan LAB-537 Der Schaltplan zum LAB-537 befindet sich über zwei Seiten in der Heftmitte 22 Schaltplan LAB-EXP 34 35 Stand: August 2003 Dr Sven Rakers, Dipl Phys Mikrocontroller+Software Im Hemmen 59387 Ascheberg-Davensberg e-mail: info@rakers.de www: http://www.rakers.de (c) 2003 by Sven Rakers Rechtliche Information – bitte vor Zusammenbau und Inbetriebnahme sorgfältig lesen! Das Design des LAB537, sowie die Ausführung der Bankswitching-Einheit sind als geistiges Eigentum des Autors urheberrechtlich geschützt Auch das Handbuch unterliegt dem Schutz des Urheberrechts Auszüge daraus dürfen nur mit schriftlicher Genehmigung des Autors weiterverwendet werden Die mitgelieferten Demo-Programme dagegen dürfen frei weiterverwendet werden, z.B in Ihren Applikationen Die mitgelieferten Datenblätter sind Eigentum der Herstellerfirmen und werden nur zum Zweck Ihrer Information mitgeliefert All unsere Boards sind zum Einsatz in Labor, Schulung und unkritischen industriellen Anwendungen, wie z.B Unterhaltungselektronik, vorgesehen Der Einsatz in kritischen Anwendungen, in denen ein Fehlverhalten zu Sachschaden, Verletzungen oder gar zum Tod von Personen führen kann, ist ausdrücklich nicht vorgesehen Jeglicher Einsatz der Hard- und Software geschieht auf das Risiko und die Verantwortung des Anwenders Schadenersatzforderungen, die über den Wert der gelieferten Hardware hinausgehen, lehnen wir ab Wer dies nicht akzeptieren kann, ist zur Rückgabe des Fertigmoduls oder des nicht aufgebauten Bausatzes unter Erstattung des Preises berechtigt Die Schaltung muss in ein hochfrequenz-dichtes Metallgehäuse eingebaut werden, bevor sie in Betrieb genommen wird Anschlüsse, die nach aen geführt werden, sind durch geeignete Mnahmen zu entstưren In diesem Handbuch erwähnte Markenzeichen wie Siemens, Infineon, Philips, Keil etc sind gesetzlich geschützt 36 ... Bankswitching-Einheit sind als geistiges Eigentum des Autors urheberrechtlich geschützt Auch das Handbuch unterliegt dem Schutz des Urheberrechts Auszüge daraus dürfen nur mit schriftlicher Genehmigung... wird Anschlüsse, die nach aen geführt werden, sind durch geeignete Mnahmen zu entstưren In diesem Handbuch erwähnte Markenzeichen wie Siemens, Infineon, Philips, Keil etc sind gesetzlich geschützt