Curiosity lanceerplatform van Microchip

Curiosity productserie en compatibele Mikroelektronika modules


 

In de afgelopen jaren zijn geïntegreerde platforms met microcontrollers (waarbij Arduino waarschijnlijk het bekendste merk is) steeds populairder geworden. Dankzij de algemene beschikbaarheid en brede ondersteuning van fabrikanten en gebruikersgemeenschappen, zijn ze gemakkelijk te beheersen, veelzijdige ontwikkeltools. Echter, in professionele omstandigheden, is een nadeel van dergelijke producten het beperkte aantal ondersteunde circuits. Daarom blijven tijdens laboratoriumwerkzaamheden, in de ontwerpfase, ontwikkelplatforms voorbereid door de fabrikanten van de circuits zelf de meest betrouwbare oplossing. Het moet hier benadrukt worden dat ze de voordelen van populaire consumentenoplossingen niet hebben gemist: de gemakkelijke aanpassing en toegankelijkheid. Vandaag de dag zijn er eenvoudig te gebruiken startborden beschikbaar van toonaangevende microcontrollerfabrikanten – vooral het bedrijf Microchip, wiens portfolio circuits uit de PIC® en AVR® families omvat.

Microchip Curiosity en Curiosity Nano startkits zijn twee families van borden voor een snelle start met microcontrollers (PIC/AVR etc.), maar ze zijn ontworpen voor enigszins verschillende behoeften en hebben een andere "filosofie" van gebruik.

Curiosity Platform

Microchip Curiosity zijn economische, volledig geïntegreerde microcontroller (MCU) ontwikkelplatforms bedoeld voor beginnende gebruikers, bouwers en iedereen die op zoek is naar een functierijk bord voor snelle prototyping. Ze vormen een ideaal platform voor het leren beheersen van 8-, 16- en 32-bit microcontrollers. In vergelijking met de Nano-lijn zijn dit meestal grotere borden met complexe functionaliteit, die de gebruiker bredere mogelijkheden bieden voor evaluatie en prototyping. Ze integreren veel extra componenten (LED's, knoppen, soms potentiometers, sensoren/perifere circuits, verschillende uitbreidingsconnectoren, afhankelijk van het specifieke bord). Ze zijn ontworpen om snelle perifere MCU-tests mogelijk te maken zonder het gebruik van extra uitbreidingsmodules. Ze integreren met het MPLAB X-ecosysteem en hebben meestal een ingebouwde programmeur/debugger, dus er is geen behoefte aan een extern hulpmiddel voor dit doel.

Er zijn tientallen startborden beschikbaar binnen dit platform bij TME.
   

Curiosity Nano Series Producten

 

Key Features of the MC Nano Platform

Startborden binnen het platform zijn verkrijgbaar in vele maten (lengtes), afhankelijk van de grootte van de gebruikte microcontroller. De kleinste borden zijn gewijd aan circuits met 20 pinnen (waaronder 16 GPIO-pinnen), terwijl de grootste een MCU-behuizing hebben met 48 pinnen, wat zich vertaalt naar 40 in-/uitgangspinnen. Ongeacht de lengte, producten binnen het platform delen belangrijke fysieke kenmerken (inclusief de breedte van het bord, pinraster, aanwezigheid van een MicroUSB-aansluiting voor voeding, communicatie en programmering) en technische kenmerken, waardoor probleemloze migratie tussen verschillende modellen mogelijk is. Bovendien kondigt de fabrikant aan dat het platform zal worden ontwikkeld samen met het microcontrolleraanbod. Men kan verwachten dat nieuw geïntroduceerde Microchip-circuits zullen verschijnen op borden uit de Curiosity Nano-familie, waardoor ontwerpers comfortabel kunnen werken met de meest geavanceerde oplossingen in een beproefde en bekende omgeving.
 

Inhoud van het pakket

MC Nano wordt geleverd met twee pin-connectoren. Op het eerste gezicht is een interessant ontwerpkenmerk toegepast door Microchip te zien. De GPIO-velden, geplaatst op de PCB in een raster van 2,54mm, bevatten zowel randconnectoren als gaten. In beide gevallen zijn het doorgemetalliseerde gaten, aangepast voor de montage van pin-connectoren. Dankzij een kleine, dwarse verschuiving van de gaten ten opzichte van elkaar is een strakke pasvorm van de pin-connectoren en optimale verbindingsparameters verzekerd, en is er praktisch geen noodzaak om ze te solderen (hoewel dit wordt aanbevolen). Na hun installatie kan de PCB worden gemonteerd in een groter breadboard, een toegewijd basisbord of een adapter (compatibele en beschikbare producten worden beschreven in het verdere deel van het artikel).

Schakelingen op de PCB

Het Microchip Curiosity Nano platform heeft een reeks overkoepelende kenmerken die worden gedeeld door alle modellen in de serie. In het midden van het bord bevindt zich de microcontroller (C), wiens pinnen zijn verbonden met de velden aan de randen van de PCB (F), en een kwartskristal (D). Voor eenvoudige prototyping is een knop (A) en een LED (B) geïnstalleerd op het bord. In tegenstelling tot het Arduino-platform, fungeert de schakelaar niet als een resetfunctie, maar is verbonden met een microcontroller in-/uitgangspin (het adres van de toegewezen pin is gemarkeerd op de PCB, verschillend tussen de modellen in de serie). Voor communicatie en voeding van het circuit wordt een USB Micro-aansluiting (G) gebruikt.
 

Dataoverdracht tussen MC Nano en een computer (systeem, IDE-software, communicatieterminal, etc.) vindt plaats via een virtuele COM-poort. De meeste besproken borden worden na aansluiting op een pc herkend door het besturingssysteem als een externe schijf met het label "CURIOSITY". Het is voldoende om een .hex-bestand naar dit apparaat te kopiëren - en de programmering van de microcontroller zal automatisch plaatsvinden. Deze functionaliteit is mogelijk omdat MC Nano-borden zijn uitgerust met een ingebouwde nEDBG-circuit, d.w.z. een debugger/programmeur (E). Zijn aanwezigheid maakt het mogelijk om de besproken producten te bedienen zonder extra apparaten te gebruiken. Bovendien, dankzij dit, is de microcontroller niet belast met het beheren van de bootloader, wat de uitvoering van het doelprogramma versnelt en geheugen vrijmaakt.

Bovendien zijn in de circuits van MC Nano programmeerbare spanningsregelaars gebruikt. Hiermee kan het spanningsbereik voor werking en voeding van de microcontroller worden gedefinieerd, variërend van 1,8V tot 5V DC.

Standaardisatie van de aansluitpinnen

Een van de voordelen van het Microchip-platform is de standaardisatie van de aansluitpinnen. Ongeacht het gekozen bordmodel en de daarop geïnstalleerde microcontroller zijn de contactvlakken aan de randen van de PCB verbonden met de pennen van de programmeur, debugger en de centrale chip met dezelfde functionaliteit. Dit betekent dat de volgorde van de connectoren op de printplaat niet overeenkomt met de nummering van de microcontroller-pinnen, maar wél gelijk blijft voor de hele MC Nano-serie. Deze standaard geldt voor de eerste 28 pennen (geteld vanaf de zijde van de USB-connector).

De aansluitingen zijn verdeeld in verschillende secties. De eerste sectie is aangeduid als DEBUG (groep systeemverbindingen). Deze pennen dienen voor communicatie met het nEDBG-circuit. Hier bevinden zich ook de voedingsingangen (VBUS, regelbare VTG), de GND-massa en de VOFF-pin die de werking van de ingebouwde spanningsregelaar aanstuurt. Indien nodig kan deze zelfs worden uitgeschakeld. De gebruiker beschikt bovendien over seriële communicatielijnen (Virtual COM Port): CDC RX/TX. De volgende 4 pennen DBG1-DBG4 behoren tot de debuggerinterface. Welke interface door een bepaald bordmodel wordt ondersteund, hangt af van het type microcontroller. Voor PIC-chips is dit de ICSP™-interface en MCLR, voor AVR de UPDI-interface, terwijl voor ARM® de SWD-interface wordt gebruikt.
 

Het volgende deel van de aansluitpinnen bestaat uit de communicatie- (COM) en analoge (ANALOG) secties. Ook deze vormen een gemeenschappelijk kenmerk van de MC Nano-serie. De COM-sectie groepeert de pennen die dienen voor communicatie via: UART, de I²C-bus en SPI. Aan de tegenoverliggende rand van de PCB zijn de analoge ingangen geplaatst, d.w.z. de aansluitingen van de in de microcontroller ingebouwde analoog-naar-digitaalomzetters. Meestal kunnen deze ook fungeren als uitgangen voor tellers (timers) en PWM-signaalgeneratoren. Uiteraard kunnen deze aansluitingen niet softwarematig worden gemapt naar willekeurige microcontroller-pinnen (zoals bij digitale I/O wel het geval is). De standaardisatie van hun positie op de printplaat vertaalt zich in gebruiksgemak en eenvoudige migratie tussen verschillende ontwikkelbordmodellen. Als de op het bord geïnstalleerde microcontroller over meer ADC-ingangen of PWM-uitgangen beschikt, zijn deze beschikbaar in de volgende sectie: GPIO. Hier is de mapping flexibeler, omdat het aantal en de mogelijkheden van de I/O-poorten strikt afhangen van de functionaliteit van de centrale chip. Gedetailleerde informatie over welke fysieke pin aan een bepaalde connector is toegewezen, is te vinden in de documentatie. Deze is beschikbaar nadat het NC Nano-bord op de USB-poort van de computer is aangesloten. Het massaopslagapparaat (dat door het systeem wordt gedetecteerd en als schijf met het label “CURIOSITY” wordt weergegeven) bevat het bestand KIT-INFO.HTM – met daarin gedetailleerde informatie over de functionaliteit van elke aansluiting van het betreffende bordmodel.
 

Functionaliteit van de ingebouwde debugger

De in het Microchip Curiosity Nano-bord ingebouwde debugger (ook wel PKOB nano, nEDBG of nano debugger genoemd) beschikt over basisfunctionaliteit, d.w.z.: besturing van de programmarun (flow control – start, stop, stapgewijs uitvoeren, reset); lezen en schrijven van de inhoud van het niet-vluchtige geheugen van de microcontroller; ondersteuning van breekpunten (breakpoint) in een aantal dat afhangt van het type chip.

De firmware van de ingebouwde debugger kan worden bijgewerkt via de MPLAB®X IDE-ontwikkelomgeving. PKOB nano is iets langzamer dan vergelijkbare oplossingen, zoals de PICkit™ 5-programmeur. Hij heeft ook enkele beperkingen, bijvoorbeeld het niet kunnen schrijven naar bepaalde delen van het flashgeheugen van de microcontroller. Aan de andere kant beschermt dit tegen het per ongeluk overschrijven van geheugengebieden die verantwoordelijk zijn voor het debugproces zelf, of tegen ongewenste wijzigingen van fuse bits bij AVR®-microcontrollers. Een bijkomend voordeel is dat dankzij de aanwezigheid van PKOB nano het bord automatisch wordt herkend in de MPLAB®X IDE-ontwikkelomgevingen. Na het aansluiten van het bord krijgt de gebruiker meteen toegang tot voorbeeldprogramma’s, documentatie, elektrisch schema, pin-out schema, datasheet van de microcontroller, enz.

Aan het einde van dit artikel zijn videomaterialen te vinden met voorbeelden en basisinformatie over het programmeren van Curiosity Nano-borden.

Basisborden en compatibele modules

In het aanbod van TME zijn ook diverse accessoires en aanvullende producten te vinden die de eerste stappen met het MC Nano-platform vergemakkelijken en het prototypen zelf verbeteren. De hierboven beschreven standaardisatie van de pin-out van de Microchip-productserie maakt het mogelijk om adapters, uitbreidingsborden en digitale modules: sensoren, drivers, interfaces enz. te gebruiken.

Met behulp van pinheaders kan elk MC Nano-model in een basisbord worden geplaatst. In het aanbod van TME zijn twee modellen van dergelijke producten beschikbaar: AC164162 is uitgerust met connectoren die o.a. compatibel zijn met modules van Mikroelektronika en Microchip. De tweede oplossing is de evaluatieset AC80T88A, waarop modules uit de Xplained Pro-familie kunnen worden aangesloten. In beide gevallen beschikt de gebruiker over een aparte aan/uit-schakelaar en onafhankelijke uitgangen van alle poorten – en krijgt bovendien een handige, stabiele basis die het werkcomfort verhoogt. Een onmiskenbaar voordeel van het model AC164162 is de ingebouwde acculaadcontroller. Dit vergemakkelijkt het prototypen van mobiele apparaten – toepassingen waarvoor veel Microchip-microcontrollers zijn bedoeld.
 

Click®-seriemodules

Dankzij de standaardisatie van de communicatie-aansluitingen binnen de MC Nano-serie kunnen deze producten snel worden verbonden met veel uitbreidingsmodules – vooral met de Click®-serie van de fabrikant Mikroelektronika. Dit is momenteel de grootste familie van universele uitbreidingen voor microcontrollers. Voor datatransmissie wordt de MikroBUS-standaard gebruikt (die meerdere communicatiemethoden combineert). Momenteel zijn in het aanbod van TME meer dan 1000 artikelen uit de Click® Board-familie beschikbaar. Dit zijn talrijke communicatiemodules (RF, WiFi, Bluetooth, ZigBee, GSM), sensoren, meetinstrumenten (ampèremeters, voltmeters), handige accessoires zoals geheugenkaart- en RFID-lezers, GPS-ontvangers, evenals interface-elementen (knoppen, toetsenborden, indicatoren) en vele minder typische schakelingen, bijvoorbeeld gemengde (FM- en AM-tuners) en audioversterkers.
 

Vergelijking van MC Nano-producten

Een van de grootste voordelen van de MC Nano-serie is de brede keuze aan microcontrollers die op dit platform worden toegepast. In de onderstaande tabel zijn de chips te zien die momenteel rechtstreeks uit de TME-catalogus beschikbaar zijn, maar dit aanbod zal zeker worden uitgebreid.
 

Board symbol	Familie	Microcontroller
DM320115	ATMEGA	ATMEGA4809
DM080103	ATTINY	ATTINY1607
DM080104	ATTINY	ATTINY1627
EV35L43A	AVR128DB	AVR128DB48
DM164144	PIC16	PIC16F18446
DM164148	PIC16	PIC16F15376
EV09Z19A	PIC16	PIC16F15244
DM182028	PIC18	PIC18F47K42
DM182029	PIC18	PIC18F47Q10
DM182030	PIC18	PIC18F57Q84
EV26Q64A	PIC18	PIC18F16Q41
EV70C97A	PIC18	PIC18F16Q40
EV10N93A	PIC32CM (Cortex M0+)	PIC32CM1216MC00032
DM320119	SAMD (Cortex M0)	SAMD21G17D
EV76S68A	SAME (Cortex M4)	ATSAME51J20A
EV10P22A	PIC32CM (Cortex M0+)	PIC32CM6408PL10048

Aan de hand van het huidige assortiment is al te zien hoe breed het spectrum is dat de prototyping-borden uit de Microchip Curiosity Nano-familie bestrijken. Voor eenvoudige mobiele toepassingen, waarbij energiezuinigheid de belangrijkste factor is, zijn borden met ATTINY-chips de beste keuze (een uitstekend voorbeeld is de set DM080104): ze zijn geschikt voor projecten met een laag stroomverbruik en werken uitstekend als controllers, bijvoorbeeld in huishoudelijke apparatuur of in de auto-industrie. Zeer energiezuinige voedingsmodi (eXtreme Low-Power) bieden ook PIC16-microcontrollers met CIP-periferie, d.w.z. Core Independent Peripherals. Dit zijn geïntegreerde modules die onafhankelijk van de core kunnen werken en de microcontroller zelfs uit de slaapstand kunnen wekken door een interrupt te genereren op basis van een programmeerbare parameter (bijv. het overschrijden van een ingestelde spanning op de ingang van de A/D-converter).

Voor meer complexe toepassingen die berekeningen en realtime respons vereisen, en die samenwerken met talrijke sensoren, is het de moeite waard om te kijken naar producten uit de PIC18-familie, zoals de set EV26Q64A. De microcontrollers in deze groep zijn uitgerust met talrijke interfaces, A/D-converters, evenals D/A (d.w.z. DAC), een ingebouwde operationele versterker, PWM-signaalgeneratoren met 16-bit resolutie, en geheugen dat is aangepast voor snelle en betrouwbare data-acquisitie.

Voorbeelden van toepassingen en programmering

Voor gebruikers die hun eerste stappen zetten in MPLAB®X IDE heeft de fabrikant veel hulpmateriaal voorbereid. Dit is zowel op de Microchip-website als op YouTube te vinden. Met deze hulp zullen het maken van het eerste project en het bedienen van de IDE geen problemen opleveren.
 
Het onderstaande materiaal laat zien hoe je een voorbeeldtoepassing kunt importeren en aanpassen die de functionaliteit van een van de MC Nano-borden demonstreert:
 
Een handige manier om kennis te maken met meer eigenschappen van het Microchip Curiosity Nano-platform is deelname aan lessen binnen het Microchip University-programma.

De tekst is opgesteld door Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
https://www.tme.eu/nl/news/about-product/page/45286/curiosity-lanceerplatform-van-microchip/