1 Manual del Usuario – CADmega128 – CAD Ingeniería S.A.

CAD Ingeniería S.A. SAN ISIDRO 255 OFICINA F

Santiago, Chile

MANUAL DEL USUARIO

Placa de Entrenamiento / Desarrollo

CADmega128

2 Manual del Usuario – CADmega128 – CAD Ingeniería S.A.

1. Introducción

La placa de Entrenamiento / Desarrollo CADmega128 proporciona un entorno electrónico compacto y versátil para el

aprendizaje (y aplicación) de la programación de microcontroladores Atmel ATmega128. Los principales periféricos,

tales como botones, pantalla, LEDs, etc. ya están listos para su uso, así como conexiones seriales, ADC y DAC. Ello

evita los clásicos problemas de los proto-boards, como son conexiones ruidosas, cables quebrados, etc. Además se

ofrecen dos conectores con señales del micro para expansión u otros propósitos.

Un conector JTAG Atmel estándar permite programación y depuración en circuito, preferiblemente en lenguaje C, para

programar de forma moderna y eficiente al microcontrolador. Junto con la placa se entrega código fuente para utilizar

de inmediato periféricos más complicados como lo son los puertos seriales, ADC y DAC, LCD, etc.

Precauciones para el uso de la placa CADmega128

- No utilice otro adaptador de corriente que no sea el suministrado con la placa.

- Nunca manipular la placa con las manos húmedas o en entornos húmedos, y hacerlo sólo por los bordes.

- No tocar la electrónica (excepto los botones, perilla y conectores) cuando la placa esté encendida, ello puede

introducir interferencia y alterar el funcionamiento del micro.

- Evite tocar el borde del regulador de voltaje que se encuentra a la izquierda del buzzer (por debajo de la

placa), en operación normal se calienta pero nunca hasta un punto de provocar quemaduras u otras

molestias.

- Al conectar voltajes externos a la placa, nunca deben exceder de 5V.

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2. Hardware

2.1. Alimentación

La placa CADmega128 se alimenta mediante un transformador externo de 220VAC/12VDC, 600mA (incluido con

cada unidad). En la placa se aplica filtrado para atenuar el ruido switching de esta alimentación y se distribuyen

los 12V en diferentes partes de la placa que lo requieren. Además se obtienen 5V necesarios para el micro y toda

la lógica digital mediante U5.

El jumper JP6 es el interruptor maestro de la alimentación, puede usarse para apagar o encender la placa sin

desconectar el transformador externo.

2.2. CPU

La placa CADmega128 posee como cerebro el avanzado microcontrolador RISC Atmel Atmega128, con cristal a

16 Mhz (máxima velocidad posible, permite hasta 16 MIPS, Millones de Instrucciones por Segundo). La

programación/depuración se realiza mediante conector JTAG Atmel estándar (J1).

L1

100uH

C3100n

Entrada 12VDC

C410u

ALIMENTACION Y FILTRADO

C5100n

C6100n

C7100n

C8100n

VCC

C10100n

TIP1

SL

V

2

J20

DC_JACK

1

J3

CONN-SIL1

1

J4

CONN-SIL1

VI1

VO3

GN

D2

U57805

VCCV12

JP6

JUMPER

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ATmega128 soldado en la cara inferior de la placa CADmega128

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Como se observa en el esquemático, se dispone de un botón manual de Reset (SWR), que reinicia el

programa del micro desde cero.

El cristal X1 es de 16 Mhz, para velocidades menores debe usarse el oscilador interno del micro y programar

esto en los fusibles.

El terminal J7 permite conectar una referencia de voltaje externa (AVREF) para el conversor ADC integrado

del micro, dicha referencia no puede ser negativa ni exceder 5V.

El cristal X2 es de tipo reloj de cuarzo, frecuencia 32,768 kHz, y puede usarse para implementar un reloj de

tiempo real por software (sin respaldo de batería).

2.3. Programación y Puerto JTAG (J1)

El puerto JTAG permite programación y depuración del micro, mediante programador JTAG USB Atmel o

compatible.

Ca

ble

está

nd

ar

IDC

10

pin

es

CADmega128

JTAG USB

PC con entorno

AVR Studio

La programación se realiza generalmente en lenguaje C, usando el entorno de programación AVR Studio. El

uso del lenguaje C provee gran flexibilidad y rapidez en el desarrollo, ya que no es necesario usar las

instrucciónes de máquina (assembly) de la CPU.

Los programas son grabados en el micro en su memoria Flash permanente, y pueden ser pausados (e incluso

“RESETeados”) a voluntad usando las facilidades de depuración del JTAG.

o Se recomienda no conectar el programador JTAG a la placa estando ésta conectada.

2.4. LEDs

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La placa CADmega128 posee 3 LEDs programables (D2,D3 y D4), conectados directamente al puerto G del

microcontrolador (pines PG0, PG1 y PG2 respectivamente).

Al estar los LEDs conectados a VCC (5V), para encenderlos es necesario escribir un ‘0’ lógico en el pin

correspondiente, previamente configurado como salida.

2.5. Buzzer

La placa CADmega128 incorpora un buzzer (BZ1) controlado por transistor, conectado al puerto PF3 del micro

(etiq. BUZ en el esquemático).

Este buzzer no es del tipo auto-oscilador, por lo que para generar sonido es necesario enviarle un tren de pulsos

cuadrados dentro de un rango de hasta 2 kHz. Ello es fácil de lograr alternando ‘1’s y ‘0’s en este pin.

2.6. Botones

La placa CADmega128 posee 5 botones (SW1 a SW5), ubicados directamente bajo el LCD. Están conectados a

pines del puerto D, con la correspondencia:

VCC

D2

LED

LED_G0

R12

2.2k

D3

LED

LED_G1

R13

2.2k

D4

LED

LED_G2

R14

2.2k

Q22N3904

++

--

BZ1

BUZ-OLIMEX

VCC

BUZ

R11

2.2k

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- [SW1] está conectado a PD0, lo que además permite detonar la interrupción INT0.

- [SW2] está conectado a PD1, lo que además permite detonar la interrupción INT1.

- [SW3] está conectado a PD4.

- [SW4] está conectado a PD5.

- [SW5] está conectado a PD6, lo que además permite incrementar el Timer 1 si se selecciona el modo de

contador.

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Los switches poseen filtrado anti-ruido y anti-“rebotes” mediante resistores, capacitores y el TTL 74HC14. De

acuerdo a la lógica, al presionar un switch aparece un ‘1’ lógico en el pin correspondiente del micro.

1/2 3/4

SW1

SW-SPST

1/2 3/4

SW2

SW-SPST

1/2 3/4

SW3

SW-SPST

1/2 3/4

SW4

SW-SPST

R3

1k

R410k

VCC

1 2

U2:A

74HC14C1810n

R5

1k

R610k

VCC

3 4

U2:B

74HC14C1910n

R7

1k

R810k

VCC

5 6

U2:C

74HC14C2010n

R9

1k

R1010k

VCC

13 12

U2:D

74HC14C2110n

SW1

SW2

SW3

SW4

Botones y Filtrado de Rebotes

R1

1k

R1510k

VCC

C2810n

SW5

1/2 3/4

SW5

SW-SPST

11 10

U2:E

74HC14

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2.7. LCD

La placa CADmega128 incorpora un LCD de 16 caracteres x 2 líneas, estándar HD44780 en modo de 4 bits

(usando los bits de datos D7 a D4). Se dispone de potenciómetro integrado en la placa (RV1) para el contraste,

que varía con el ángulo de visión y la temperatura ambiente. El LCD está conectado al puerto A. El backlight (luz

de fondo) está siempre activo, aún cuando lógicamente no se inicialice el LCD.

Para inicializar y escribir caracteres en el LCD, se ofrece una librería completa en el CD adjunto con la placa,

en los archivos LCD44780.c, LCD44780.h

2.8. UARTs

La CPU ATmega128 posee 2 canales de comunicación serial (USARTs), que pueden ser operados en modo

síncrono o asíncrono. En la placa CADmega128, ambas USARTs pueden ser usadas de manera directa en modo

asíncrono (es decir, como UARTs) y ello otorga inmediata compatibilidad con infinidad de equipos que usan estos

estándares.

La UART0 está alambrada a un convertidor TTL/RS232, de modo que sus señales aparecen listas para

conectarse a un PC u otro equipo compatible con EIA232. El conector hembra (J2) corresponde al estándar

232 DCE:

o Pin 2: TX UART0 (data transmitida desde la placa)

o Pin 3: RX UART0 (data recibida por la placa)

LC

D_

RS

LC

D_

E

LC

D_

D4

LC

D_

D5

LC

D_

D6

LC

D_

D7

VCC

12

3

RV1

10k

VCCD

714

D6

13

D5

12

D4

11

E6

RW

5R

S4

VS

S1

VD

D2

VE

E3

BL

-A15

BL

-K16

LCD1LCD_16X2_4BIT

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o Pin 5: GND (tierra de comunicaciones)

o Los demás pines no están conectados.

o Los LEDs D1 y D7 indican, por hardware, transmisión y recepción a esta UART.

* Para conectar la placa a un PC, basta con un cable serial DB9 macho – hembra.

La UART1 no está alambrada a ningún convertidor TTL/RS232, de modo que sus señales corresponden a

niveles TTL directos, y están disponibles en los pines J11:

o Pin 1: TX UART1 (data transmitida desde la placa)

o Pin 2: RX UART1 (data recibida por la placa)

o Pin 3: GND (tierra de comunicaciones)

o Los LEDs D5 y D6 indican, por hardware, transmisión y recepción a esta UART.

o Estos pines están conectados de manera directa al microcontrolador, por tanto es necesario sumo

cuidado en su conexión.

Importante: Cuando no se use o no se conecte nada a la UART1, debe colocarse un jumper (suministrado con la placa)

que haga un puente entre los pines TX1 y RX1. De otro modo, el LED RX1 puede encenderse aleatoriamente, haciendo

molesto el uso de la placa.

2.9. Entradas Análogas (ADC)

La placa CADmega128 posee 2 entradas análogas externas (para voltaje o corriente), conectadas a las entradas

ADC0 y ADC1, y además se ofrece un potenciómetro divisor de tensión (RV2, 0 a 5V) permanente en ADC2,

como perilla para variar datos en los programas del microcontrolador.

T1IN11

R1OUT12

T2IN10

R2OUT9

T1OUT14

R1IN13

T2OUT7

R2IN8

C2+

4

C2-

5

C1+

1

C1-

3

VS+2

VS-6

U4

MAX232

PACKAGE=SO16

C14

100n

C15

100n

C16100n

C17

100n

VCC

1

6

2

7

3

84

9

5

J2

CONN-D9F

TX0

RX0

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J5

J8

1

2

1

2

JP3

JP8

Pin para volt.

ref. externo

Cada entrada análoga externa dispone de un jumper para usarla en modalidad de voltaje o corriente:

o Si JP3 está puesto, ADC0 se puede usar para medir corriente.

o Si JP8 está puesto, ADC1 se puede usar para medir corriente.

o Notar que ambas entradas poseen resistencias idénticas de 250 ohm (±1%). La máxima corriente que

se puede medir es de 20 mA, con voltaje de referencia interno 5V (del micro, seleccionable por

software) o externo (terminal J7). En caso de usar resistencias externas y referencia externa, el

producto i*R no puede exceder de 5V.

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o Sin jumper puesto, la entrada correspondiente mide voltaje positivo, siempre respecto a la referencia

interna de 5V o bien referencia externa, hasta un máximo de 5V. Exceder este voltaje puede dañar de

manera irreversible al micro.

o El potenciómetro RV2 es un divisor de voltaje conectado directamente a la entrada ADC2 del micro,

permitiendo variar desde 5V (izq.) a 0V (der.)

o Para usar un voltaje de referencia positivo externo, conectarlo al pin J7 al costado derecho del LCD.

La tierra de este voltaje externo debe unirse a la tierra de la placa CADmega. Este voltaje externo no

puede exceder de 5V.

2.10. Salidas Análogas (DAC)

La placa CADmega128 incorpora un DAC dual AD7303, que ofrece 2 salidas de voltaje independientes de 8

bits de resolución (canales DAC 0 y 1). Dado que el pin VREF del DAC no está accesible para conectar una

referencia externa, debe usarse la opción software REFINT al enviarle información digital al DAC. Esto

selecciona una referencia interna de alta precisión de 5V.

Se ofrecen entonces 2 salidas análogas:

3

2

1

84

U6:A

LM358

Q12N3904

V12

V12

12

3RV3

200

C39100n

SPI_MO

SPI_CLK

DAC_CS

C25

100n

SCK5

SYNC7

DIN6

VOUTB8

VOUTA1

VREF4

U7

AD7303

Salida DAC

1

2

J9

TBLOCK-2P-3.5MM

1

2

J10

TBLOCK-2P-3.5MM

12

3

RV4

1k

Salida análoga 0 a 5V, 8 bit, usar bit REFINT del DAC

Salida análoga 0-20 mA

J9

J10

1

2

1

2

JP3

JP8

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Salida de voltaje en J9, se pueden obtener desde 0.01 a 5V en incrementos de 5 / 256 = 19.5 mV. Notar que

por limitación del DAC, es imposible obtener 0V exactos en su salida. El pin 1 de J9 es el voltaje del canal

DAC 0, y el pin 2 es tierra de la placa (0 V).

o Esta salida es lineal, es decir, para obtener 0.01V se envía el valor digital 0 al DAC, y para obtener 5V

se envía el valor 255 (28-1) al DAC.

o Notar que esta salida está directamente conectada al DAC, y no soporta carga directa más allá de

un par de mA, por tanto esta tensión es de control y debe ser amplificada mediante circuito externo.

Salida de corriente en J10: se implementa una salida análoga de corriente programable utilizando el canal

DAC 1. La corriente (desde 0 a 20 mA) fluye desde el terminal 1 al terminal 2 de J10, la máxima carga es de

250 ohm. Esta salida es lineal, es decir, para obtener 0 mA se envía el valor digital 0 al DAC, y para obtener

20mA se envía el valor 255 (28-1) al DAC. Esta salida se puede usar para manipular equipos de control

industrial con entrada de 4-20 mA.

Este DAC es un periférico externo al micro, por tanto se programa mediante SPI. Con la placa CADmega128

se adjunta código en C listo para acceder al DAC, consultar la documentación en el CD adjunto.

Los potenciómetros RV3 y RV4 son parte de la calibración de la salida de corriente y NO deben ser alterados

de sus posiciones por ningún motivo.

2.11. Conectores para expansión

La placa CADmega128 ofrece dos conectores (tipo IDC) que permiten acceso a los voltajes de alimentación (+12,

+5, GND) de la placa y a la mayoría de los puertos del micro (B,C,D y E). Como estas conexiones son directas al

micro, deben utilizarse con cuidado para no dañarlo.

J6

SPI_CS

SPI_CLK

SPI_MO

SPI_MI

V12 VCC

1

2

3

4

5

67

8

9

10

11

12

13

14

J6

TRANS 14 DIL

PB4

PB5

PB6

PB7

PD7

PE2

PE3

PE4

PE5

PE6

PC0

V12 VCC

1

2

3

4

5

67

8

9

10

11

12

13

14

J12

TRANS 14 DIL

PC1

PC2

PC3

PC4

PC5

PC6

PC7