De Curiosity Nano van Microchip is een ontwikkelingsbord dat voornamelijk bestemd is voor 8-bit PIC® en AVR® microcontrollers. TME biedt 15 ontwikkelingsborden binnen dit platform en twee basis-borden.
MC Nano serie en compatibele modules van Mikroelektronika
Geïntegreerde platforms met microcontrollers hebben de laatste jaren aan populariteit gewonnen (Arduino is hier waarschijnlijk het meest bekende merk). Dankzij hun toegankelijkheid en de ondersteuning van de fabrikanten en de gebruikersgemeenschap vormen zij een veelzijdig en gebruikersvriendelijk ontwikkelingsinstrument. Een beperkt aantal ondersteunde systemen is echter een nadeel van dergelijke producten in een professionele omgeving, bijv. bij het maken van prototypes van mobiele apparatuur. Daarom blijven tijdens de laboratoriumwerkzaamheden in de ontwerpfase de door de fabrikanten van de systemen opgestelde ontwikkelingsborden de meest betrouwbare oplossing. Hier moet worden benadrukt dat de sterke punten van populaire oplossingen uit het consumentensegment, zoals gemakkelijke aanpassing en toegankelijkheid, niet onopgemerkt zijn gebleven. Momenteel zijn er gebruiksvriendelijke ontwikkelingsborden op de markt die zijn gemaakt door toonaangevende fabrikanten van microcontrollers, met name door Microchip, waarvan de portefeuille systemen uit de PIC® en AVR®-families omvat. Lees hieronder meer over de prototype-oplossingen van die fabrikant uit de Curiosity Nano-serie.
Curiosity Nano series producten
De Curiosity Nano (of MC Nano) van Microchip is een ontwikkelingsbord dat voornamelijk bestemd is voor 8-bit PIC® en AVR® microcontrollers. Ze kunnen ook worden gebruikt om toepassingen te ontwikkelen die zijn uitgerust met enkele van de 32-bit producten uit de PIC32- en SAM-families met ARM® Cortex®-architectuur. TME biedt 15 ontwikkelingsborden binnen dit platform en twee basis-borden. Ongeacht het systeem is het Curiosity Nano-platform ontwikkeld om het ontwerp van nieuwe toepassingen maximaal te versnellen en daardoor de tijd tussen de prototype- en de massaproductiefase te verkorten. De video hieronder toont een voorbeeld van de toepassing van de MC Nano oplossingen in het proces van dynamische ontwerpontwikkeling.
Voorbeeld van een MC Nano bord uitgerust met een PIC32CM serie 32-bit MCU.
Belangrijkste kenmerken van het MC Nano-platform
Ontwikkelingsborden die het platform vormen zijn er in vele maten (lengtes), afhankelijk van de grootte van de toegepaste MCU. De kleinste borden zijn bestemd voor systemen met 20 aansluitingen (waaronder 16 GPIO-pinnen), terwijl de grootste een MCU bevatten in een behuizing met 48 aansluitingen, hetgeen neerkomt op 40 ingangs-/uitgangspinnen. Ongeacht de lengte delen de producten die in het platform zijn opgenomen de belangrijkste fysieke (bijv. breedte van de printplaat, afstand tussen de aansluitingen, aanwezigheid van een MicroUSB-aansluiting voor voeding, communicatie en programmering) en technische kenmerken, zodat gemakkelijk tussen verschillende modellen kan worden gemigreerd. Bovendien belooft de fabrikant het platform te blijven ontwikkelen, samen met de reeks microcontrollers. Verwacht mag worden dat de opnieuw geïntroduceerde Microchip-systemen aanwezig zullen zijn in de borden van de Curiosity Nano-familie, waarmee ontwerpers kunnen beschikken over het werkcomfort en de meest up-to-date oplossingen in een beproefde en geteste omgeving.
Inhoud van het pakket
Er zijn twee pin-headers aan de MC Nano bevestigd. Het interessante ontwerp van de door Microchip toegepaste oplossingen is op het eerste gezicht zichtbaar. GPIO's, die zich op een PCB bevinden in een 2,54 mm contact pitch omvatten zowel randconnectoren als openingen. In beide gevallen gaat het om gemetalliseerde doorvoeropeningen die geschikt zijn voor pennenstiften. De openingen zijn lichtjes dwars ten opzichte van elkaar verschoven, waardoor de pin header connectors goed passen en optimale verbindingsparameters garandeert en de noodzaak om ze te solderen vrijwel overbodig maakt (hoewel dit wel wordt aanbevolen). Na de installatie kan de printplaat worden geassembleerd in een grotere soldeervrije printplaat, een daarvoor bestemde basisprintplaat of een adapter (beschikbare en compatibele producten worden verder in het artikel beschreven).
Goed ontworpen openingen elimineren de noodzaak om connectoren te solderen.
PCB-systemen
Het Microchip Curiosity Nano-platform heeft een reeks van hoofdkenmerken die alle modellen van deze serie gemeen hebben. In het centrale deel van de printplaat bevindt zich een microcontroller (C) waarvan de pennen zijn verbonden met velden aan de randen van de printplaat (F) en een kwartsresonator (D). Voor eenvoudige prototypes zijn op de printplaat een knop(A) en een LED-indicator (B) aangebracht. In tegenstelling tot het Arduino-platform werkt de schakelaar niet als een reset; hij is verbonden met de in-/uitgangspen van de microcontroller (het adres van een speciale klem is aangegeven op de printplaat, het varieert afhankelijk van de modellen in de serie). De USB Micro-aansluiting (G) wordt gebruikt voor communicatie en stroomvoorziening.
Data tussen MC Nano en een computer (het systeem, IDE software, communicatie terminal etc.) worden via een virtuele COM poort verzonden. Nadat ze op de PC zijn aangesloten, zullen de meeste beschreven borden door het besturingssysteem worden herkend als een externe schijf met het label "CURIOSITY". Het programmeren van de microcontroller start automatisch na het kopiëren van het .hex-bestand naar het apparaat. Deze functionaliteit is mogelijk omdat MC Nano boreden een ingebouwd nEDBG systeem hebben, dat een debugger/programmer (E)is. Daardoor zijn er geen extra apparaten nodig. Bovendien zorgt het ervoor dat de microcontroller niet wordt belast met de bootloader, wat de prestaties van het doelprogramma versnelt en de opslagruimte vrijmaakt. Bovendien werd een programmeerbare spanningsregelaar gebruikt in de MC Nano circuits, die het mogelijk maakt het werkings- en voedingsspanningsbereik voor de microcontroller te definiëren van 1,8V tot 5V DC.
Standaardisatie van terminals
Een van de troeven van het Microchip-platform is dat de terminals gestandaardiseerd zijn. Ongeacht het gekozen printplaatmodel en de daarop geïnstalleerde microcontroller zijn de velden op de printplaatranden verbonden met de pennen van de programmer, debugger en het centrale systeem met dezelfde functionaliteit. Daarom is de volgorde van de connectoren op de printplaat niet gelijk aan de nummers van de aansluitingen van de microcontroller. Ze is echter identiek binnen de MC Nano-serie. Deze norm is van toepassing op de eerste 28 pennen, gerekend vanaf de USB-connector.
Terminals kunnen in een paar secties worden verdeeld. De eerste heet DEBUG (groep van systeemverbindingen). Deze pennen worden gebruikt om te communiceren met de nEDBG-schakeling. Dat is ook de plaats van de voedingsingang (VBUS, gereguleerde VTG), GND chassismassa en VOFF pen die de ingebouwde spanningsregelaar aanstuurt. Het is ook mogelijk om het uit te schakelen, als daar behoefte aan is. Er zijn ook lijnen voor seriële communicatie (virtuele COM-poort): CDC RX/TX ter beschikking van de gebruiker. De volgende vier DBG1-DBG4 pennen behoren tot een debugger-interface. De interface die door een bepaald bordmodel wordt bediend is afhankelijk van het type microcontroller: het is ICSP® en MCLR voor de PIC® systemen, interface UPDI voor AVR® en interface SWD voor ARM®.
Het volgende deel van de aanluitingen omvat de communicatie- (COM) en analoge (ANALOG) systemen. Zij vormen ook het gemeenschappelijk kenmerk van de MC Nano-serie. De COM-sectie groepeert de aansluitingen die worden gebruikt voor de communicatie via UART en I2C en SPI bussen. Aan de andere kant bevinden zich de analoge ingangen, d.w.z. de aansluitingen van de in de microcontroller ingebouwde A/D-omzetters. In de meeste gevallen kunnen ze ook fungeren als uitgang voor timers en PWM-signaalgeneratoren. Uiteraard kunnen deze aansluitingen in het programma niet worden toegewezen aan een willekeurige pen van de microcontroller (zoals in het geval van digitale ingang/uitgang). De standaardisatie van hun plaats op de printplaat vertaalt zich in het comfort bij het gebruik en bij het wisselen tussen ontwikkelingskaarten van verschillende merken. Als een op de printplaat geïnstalleerde microcontroller meer ADC-ingangen of PWM-uitgangen heeft, zijn deze beschikbaar in het volgende gedeelte: GPIO. In dit geval kan de mapping met meer vrijheid worden uitgevoerd, omdat het aantal en de mogelijkheden van de input/output-poorten strikt afhankelijk zijn van de functionaliteiten van het centrale systeem. Gedetailleerde informatie over welke fysieke pin is toegewezen aan de specifieke connector kunt u vinden in de documentatie die beschikbaar is nadat u de NC Nano op de USB-poort van de computer hebt aangesloten. Het massageheugen, dat door het systeem zal worden gedetecteerd en gepresenteerd als een schijf met het label "CURIOSITY", bevat een KIT-INFO.HTM bestand met gedetailleerde informatie over de functionaliteit van elke aansluiting die op dat model van het bord aanwezig is.
MC Nano-apparaten bevatten massaopslag met geïnstalleerde digitale documentatie.
Functionaliteit van een ingebouwde debugger
De ingebouwde debugger Microchip Curiosity Nano (ook PKOB nano, nEDBG of nano debugger genoemd) heeft een basisfunctionaliteit, namelijk het controleren van de uitvoering van het programma, (flow control – start, stop, stepper release, reset); het lezen en opnemen van de inhoud van het retentieve geheugen van de microcontroller; het beheren van de traps (breakpoint), waarvan het aantal afhangt van het systeemtype.
Firmware van de ingebouwde debugger kan worden bijgewerkt via de MPLAB X of Microchip Studio programmeeromgeving. PKOB nano is iets trager dan analoge oplossingen zoals PICkit™ 4. Het heeft ook bepaalde beperkingen, zo bijv. is het onmogelijk om gegevens op te slaan op sommige delen van het flash-geheugen van de microcontroller. Anderzijds voorkomt het onbedoeld overschrijven van de geheugengebieden die verantwoordelijk zijn voor het debugging-proces of een ongewenste wijziging van de fuse bits waarde in het geval van AVR® microcontrollers. Een andere troef is het feit dat door de aanwezigheid van PKOB nano, het bord automatisch herkend zal worden in de MPLAB X en Microchip Studio programmeeromgevingen. Na het aansluiten van het bord krijgt de gebruiker onmiddellijk toegang tot voorbeeldprogramma's, documentatie, elektrisch schema, pennenbezetting, datasheet van de microcontroller, enz.
Aan het eind van dit artikel staan video's die de voorbeelden en basisprincipes van het programmeren van Curiosity Nano boards laten zien.
Basisbord en compatibele modules
TME biedt een reeks accessoires en aanvullende producten aan die de eerste stappen met het MC Nano platform vergemakkelijken en de prototyping werkzaamheden als zodanig verbeteren. De standaardisatie van de terminals in de productreeks door Microchip maakt het mogelijk ze te gebruiken met adapters, uitbreidingsborden en digitale modules zoals sensoren, controllers, interfaces enz.
Curiosity Nano Base prototype bord met aansluitingen voor Click modules.
Development boards and adapters
Elk MC Nano model kan in het base board worden geplaatst met behulp van een pin header connector. TME biedt twee dergelijke modellen aan: de AC164162, uitgerust met compatibele connectoren waaronder modules van Mikroelektronika en Microchip en de AC80T88A evaluatiekit die kan worden aangesloten op producten uit de Xplained Pro-familie. In beide gevallen heeft de gebruiker toegang tot een afzonderlijke stroomschakelaar en onafhankelijke aansluitingen van alle poorten. Ze krijgen ook een comfortabele en stabiele standaard die het werkcomfort verbetert. Een onbetwistbare troef van het model AC164162 is een ingebouwde batterijlaadregelaar. Het verbetert het proces van prototyping van mobiele apparaten – toepassingen waarvoor veel Microchip microcontrollers bedoeld zijn.
Modules uit de Click®-serie
Dankzij de standaardisatie van de communicatieterminals binnen de MC Nano serie, kunnen deze producten snel aangesloten worden op vele gestandaardiseerde modules – met name op de Click® serie van Mikroelektronika. Het is momenteel de grootste familie van universele uitbreidingen voor microcontrollers. Het gebruikt de MikroBUS-standaard voor datatransmissie, die verschillende communicatiemethoden combineert. Momenteel zijn er meer dan 1000 producten uit de Click®Board familie beschikbaar in het TME aanbod. Dat omvat vele communicatiesystemen (RF, WiFi-, Bluetooth, ZigBee, GSM), sensoren, meters (ampèremeters, voltmeters), nuttige accessoires zoals geheugenkaart- en RFID-lezers, GPS-ontvangers, alsmede interfacecomponenten (knoppen, toetsenborden, bedieningsorganen) en talrijke minder gebruikelijke schakelingen, bijv. gemengde schakelingen (FM- en AM-tuner) of audioversterkers.
WiFi-communicatiemodule uit de Click-serie.
Vergelijking van MC Nano producten
Een van de grootste troeven van de MC Nano serie is de ruime keuze aan microcontrollers die in dit platform geïnstalleerd kunnen worden. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de systemen die momenteel rechtstreeks uit de TME-catalogus verkrijgbaar zijn, maar dit gamma zal zeker nog worden uitgebreid.
Het is al duidelijk uit het huidige aanbod van producten hoe breed het aanbod van prototype boards uit de Microchip Curiosity Nano familie is. Als het gaat om eenvoudige mobiele toepassingen, waarbij energie-efficiëntie de belangrijkste factor is, zijn boards uitgerust met ATTINY-systemen de beste keuze (een perfect voorbeeld van zo'n product is de DM080104-kit), omdat ze zijn aangepast aan ontwerpen met een laag stroomverbruik en uitstekend werken als controllers, bijvoorbeeld in elektronische huishoudelijke apparaten of in de auto-industrie. PIC16 microcontrollers met CIP (Core Independent Peripherals) beschikken ook over zeer lage energie-modi (eXtreme Low-Power). Ze vormen geïntegreerde systemen die onafhankelijk van de kern kunnen werken en zelfs de microcontroller uit de slaapstand kunnen wekken door een onderbreking te veroorzaken die wordt bepaald door een programmeerbare parameter (bijv. overschrijding van de ingestelde spanning aan de ingang van de wisselstroomomzetter).
Als het gaat om meer geavanceerde toepassingen die real time berekeningen en reacties vereisen, alsook toepassingen die samenwerken met verschillende sensoren, is het de moeite waard om aandacht te besteden aan producten uit de PIC18-familie, zoals de EV26Q64A-kit. Microcontrollers uit deze productgroep zijn uitgerust met vele interfaces, A/C en C/A (DAC) converters, een ingebouwde operationele versterker, PWM-signaalgeneratoren met een resolutie van 16 bits en geheugen dat is aangepast voor een snelle en betrouwbare gegevensverwerving.
Toepassingen en programmeren – voorbeelden
De fabrikant heeft diverse ondersteunende materialen voorbereid voor de gebruikers die hun eerste stappen zetten in de MPLAB® X of Microchip Studio omgevingen. Ze zijn beschikbaar op zowel de Microchip website als op YouTube en zullen het maken van het eerste ontwerp en het gebruik van de IDE aanzienlijk vergemakkelijken.
In de onderstaande video wordt gedemonstreerd hoe u een voorbeeldapplicatie importeert en wijzigt die de functionaliteit van een van de MC Nano-borden laat zien:
Discussie (0 opmerking(en))