Tarjeta V1102

2011

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Mecatrónica

M.I. Ulises M. Peñuelas Rivas

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[DESCRIPCIÓN DE LA TARJETA UPRSYS V1102] El siguiente documento muestra las características básicas de funcionamiento de la tarjeta UPRsys

V1102. Esta es una tarjeta para desarrollo de proyectos didácticos, no persigue fines de lucro.

Ulises M. Peñuelas Rivas Tarjeta de desarrollo UPRsys V1102

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Índice Descripción 3 Introducción 4 Lista de materiales 5 Armado de la tarjeta sin comunicación USART (RS232) 6 Armado de la tarjeta sin comunicación USB 7 Alimentación de voltaje en la tarjeta 8 Conector para protoboard 10 Configuración de jumper de comunicación USB 11 Cable de comunicación RS232 12 Pines adicionales 13


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Descripción

Figura 1. Localización de los componentes de la tarjeta de desarrollo UPRsys V1102

1. Alimentación principal 2. LED testigo de alimentación 3. Puerto ICSP/MSSP 4. Pines de conexión/desconexión de puerto USB (4* la misma función) 5. Puerto de comunicación RS232 principal 6. Puerto de comunicación USB 7. Base DIP40 para microcontrolador PIC 8. Regulador de voltaje 9. Puerto de comunicación RS232 secundario 10. Driver para comunicación RS232 11. Botón de Reset 12. Puertos de entrada/salida con posibilidad de conexión a protoboard 13. Cristal


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Introducción La tarjeta PIC V0308 es un circuito mínimo genérico diseñado para el manejo de microcontroladores PIC de 40 pines, algunos de los componentes que se pueden utilizar son los siguientes: 16F727, 16F74, 16F747, 16F77, 16F777, 16F871, 16F874, 16F877A, 16F884, 16F887, 16F914, 16F917, 16LF724, 16LF727, 18F4220, 18F4221, 18F4320, 18F4321, 18F4331, 18F43K20, 18F4410, 18F4420, 18F4423, 18F4431, 18F4450, 18F4455, 18F4458, 18F4480, 18F44J10, 18F44J11, 18F44K20, 18F4510, 18F4515, 18F4520, 18F4523, 18F4525, 18F4550, 18F4553, 18F4580, 18F4585, 18F45J10, 18F45J11, 18F45K20, 18F4610, 18F4620, 18F4680, 18F4682, 18F4685, 18F46J11, 18F46J11, 18F46K20. Además puede manejar algunos dsPIC 30Fxxxx. Cada uno de los dispositivos que soporta la tarjeta tiene sus características particulares y por consiguiente, hardware asociado a su funcionamiento, por lo que se deberá consultar el manual de cada dispositivo para así conseguir los componentes adecuados. Cabe mencionar que no todos los dispositivos que soporta la tarjeta contienen protocolos de comunicación USART y/o USB. La circuitería asociada a estas comunicaciones no es indispensable para el correcto funcionamiento de la tarjeta, así que si se opta por no alambrarlos, la tarjeta seguirá funcionando correctamente.

Figura 2. Vista de la tarjeta UPRsys V1102 sin componentes


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Lista de materiales REFERENCIA DESCRIPCIÓN VALOR

C1 CERÁMICO 0.1 uF

C2 ELECTROLÍTICO 47 Uf @ 16V

C3 CERÁMICO 22pF

C4 CERÁMICO 22pF

C5 TANTALIO 0.1 uF

C6 TANTALIO 1 uF

C7 CERÁMICO 470 nF

D2 DIODO RÁPIDO 1N4148

ICSP/MSSP HEADER DOBLE HDR2X12

J1 HEADER SENCILLO HDR1X2



PA-PE-PB HEADER SENCILLO HDR1X18

PD-PC HEADER SENCILLO HDR1X12

LED LED DE 3mm LED

PWR MOLEX HEMBRA Y MACHO 2 HILOS MOLEX

R3 1/4 W 220

R4 1/4 W 10k

REG1 REGULADOR TO220 4 PINES KA78R05

RS232 MOLEX HEMBRA Y MACHO DE 3 HILOS MOLEX

RS232B HEADER SENCILLO HDR1X4

SCL/USB HEADER DOBLE HDR2X3

SPI/USB HEADER SENCILLO HDR1X3

SW1 MINI PUSH BOTON DE 4 PATAS NA PUSH BOTON

U1 uC PIC16F887 PIC16F887

U1 BASE DIP 40 BASE

U2 MAX233 MAX233

U2 BASE DIP 20 BASE

USB BUS USB A HEMBRA USB A HEMBRA

X1 CRISTAL DE CUARZO, 20 MHz 20 MHz

CABLE 1* CABLE BINARIO CALIBRE 22 PARA ALIMENTACIÓN 1 m

CABLE 1* TRAMPILLA Y ZAPATAS 2

CABLE2* CABLE TRIPLE O 3 CABLES DE DISTINTOS COLORES CALIBRE 22 2 m

CABLE2* TRAMPILLA Y ZAPATAS 3

CABLE2* CONECTOR DB9 HEMBRA DB9 HEMBRA

CABLE2* FUNDA PARA DB9 1

CABLE 3** USB A - USB A 1

CABLE 4 CONVERTIDOR DE USB A SERIAL 1 * Hay que construir los cables, ver diagramas. ** Son necesarios solamente si se requiere establecer comunicación USB, ver los comentarios o alimentación por medio de USB.


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Armado de la tarjeta sin comunicación USART (RS232) Como se explicó en párrafos anteriores, la tarjeta puede trabajar sin necesidad de incluir todos los componentes que contempla. La comunicación USART se realiza con un driver MAX233, éste es el encargado de transformar la información a transmitir de digital a analógica y la información analógica que recibe a digital, para que se pueda comunicar con dispositivos como computadores, PLCs, etc. El driver puede manejar hasta dos puertos de comunicaciones de manera bidireccional, el primero está conectado directamente a los pines que manejan el hardware de la comunicación en los uC PIC (PC<7:6>), por lo que estos pines no podrán ser utilizados con otro propósito. El puerto de comunicación primario es el denominado RS232 localizado en la parte superior de la tarjeta. La tarjeta cuenta con otro puerto denominado RS232B el cual está conectado con el segundo puerto del driver y puede establecerse una comunicación en este protocolo conectado cualesquiera pines del microcontrolador al establecer la comunicación por software. La siguiente figura muestra los componentes que pueden ser omitidos en caso de no requerir este tipo de comunicación.

Figura 3. Tarjeta UPRsys V1102 si los elementos con los que logra la comunicación RS232.


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Armado de la tarjeta sin comunicación USB Como se menciona en el punto anterior, la tarjeta puede prescindir de los elementos con que se establece la comunicación serie y seguir funcionando sin problemas. Como es el caso de los elementos que apoyan a la comunicación USB. En la siguiente figura se muestran los componentes que se pueden omitir sino se requiere de este tipo de conexión, las líneas rojas sobre los pines SPI/USB y SCL/USB ejemplifican una conexión por medio de un cable aunque también se puede hacer por medio de un jumper, esto permite dejar libre para su uso como entrada o salida a varios pines del puerto C (PC<5:3>).

Figura 4. Los que se omitieron en la figura son con los que se establece la comunicación USB y/o la alimentación de la tarjeta vía USB.


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Alimentación de voltaje en la tarjeta La tarjeta tiene tres formas de ser alimentada:

1. Alimentación por regulador La alimentación por medio del regulador se hace conectando un conector hembra de dos hilos. Es importante fijarse en la polaridad de los cables. El regulador recomendado es un KA78R05, regula a 5V y soporta hasta 35V en la entrada y puede suministrar hasta 1A.

Este regulador alimenta al microcontrolador y al MAX233, la tarjeta, además tiene salida para alimentar circuitería por el conector al protoboard y al puerto USB (ver nota de configuración). La tarjeta tiene un LED como testigo el cual se encenderá si el voltaje a la entrada es el adecuado y tiene le conector la polaridad correcta. Si al conectarlo no enciende, hay que desconectar la tarjeta de inmediato la alimentación, pues existe algún problema de alimentación, se tiene un corto circuito o se conectó al revés alguno de los componentes que requieren polaridad.

Figura 5. Alimentación de voltajes en la tarjeta y conexiones.


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2. Alimentación por puerto USB La alimentación por el puerto USB se puede dar en dos direcciones, la tarjeta puede alimentar a dispositivos USB tales como memorias o la circuitería de la tarjeta puede ser alimentada a partir de un dispositivo USB, como con una computadora, por ejemplo. El regulador y la alimentación en el puerto USB están conectados, por lo que si se alimenta por medio del regulador existirá voltaje en el puerto USB y si se alimenta por este puerto, el voltaje llegará a la salida del regulador. Si se desea separar estas alimentaciones, se puede hacer un corte en la pista a la altura de J3 y colocar un jumper. Cabe mencionar que la alimentación por el puerto USB entrega 5V@500mA, y existe de quemar el puerto de la computadora si se excede la corriente o se genera un corto circuito.

3. Alimentación por protoboard

Otra forma de alimentar a la tarjeta es introduciendo un voltaje regulado de 5V conectado en el primer pin de los headers dispuestos para insertados en un protoboard, en estos, el último pin es la referencia a tierra. El pin1 está marcado +5V mientras que el último con la leyenda GND.

Figura 6. Con un corte en J3 se puede aislar la alimentación USB de la del regulador.


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Conector para protoboard La tarjeta fue diseñada con el objetivo de desarrollar prototipos funcionales, por lo cual se puso un conector para protoboard en la parte inferior de la tarjeta. En este conector se colocaron la mayor cantidad posible de entradas y salidas digitales y analógicas. Muchos dispositivos tienen mayor cantidad de bits en los puertos en otras localidades, sin embargo, los mostrados en la figura 6 son los comunes. Se recomienda que este conector sea colocado por la parte posterior de la tarjeta y que se suelde por la cara superior, para que así los componentes de la tarjeta y los del proyecto queden en un mismo plano.

Figura 7. Distribución de puertos en los pines del conector para protoboard.


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Configuración de jumper para comunicación USB Cuando se esté utilizando un dispositivo que soporte comunicación USB y se desee utilizar este protocolo, es necesario conectar un capacitor en el PC.3, por tal motivo, la tarjeta incluye esta posibilidad. El elemento C7 es un capacitor que se conecta en el pin PC.3, como indica el fabricante, además se tiene la opción de desconectarlo y habilitar al pin como entrada/salida digital. La siguiente figura muestra la configuración del jumper de conexión al capacitor. También se encontró que dependiendo del dispositivo que se utilice, los pines para protocolos de comunicación del MSSP (I²C y SPI) pueden estar en la misma localización que los D+ y D- de la comunicación USB, lo que ocasiona conflictos, por lo que se agregar un par de jumpers más para habilitar/deshabilitar esta conexión (Figura 9).

(a) (b)

Figura 8. Jumper de conexión del capacitor 7 que posibilita la comunicación USB. (a) C7, D+ y D- están conectados. (b) C7 está desconectado, PC.3, SCL, SDI y SDO

están libres.


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Cable de comunicación RS232 El cable de conexión serial RS232 tiene un armado tipo null-módem con el cuál la tarjeta se puede comunicar con dispositivos que soporten este protocolo de comunicación. Básicamente se necesitan las conexiones a los pines 2, 3 y 5 del conector DB9, pero con el objeto de cubrir también a los dispositivos que tengan comunicación RS232C se completa con los demás puentes. En la figura 5 se muestra un ejemplo de conexión con el mismo código de colores que se muestra en la figura 9.

Figura 9. Armado de cable RS232


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Pines adicionales Debido a que se puede usar el oscilador interno en muchos de los microcontroladores PIC, se deja la posibilidad de incrementar el tamaño del Puerto A, esto es, se tiene la posibilidad de desconectar la circuitería asociada al oscilador externo principal y ganando así los dos pines más significativos del Puerto A. Si posterior al corte, se agregan jumpers y headers, se podrá conectar/desconectar el oscilador externo a voluntad.

ICSP/MSSP Estos pines tienen dos funciones, los del lado izquierdo se uitilizan para la programación del firmware del PIC gracias a la tecnología ICSP (In Circuit Serial

Programming). Este puerto está listo para ser utilizado por programadores seriales tales como el PICkit 1, PICkit 2, PICkit 3, PM3, JDM, etc. El lado derecho es para el uso de comunicaciones del puerto serie maestro síncrono (MSSP), que incluye los protocolos de comunicación SPI (Serial Peripheral

Interface) e I²C (Inter-Integrated Circuit).

Figura 10. Posibilidad de corte en pistas para aislar el oscilador externo y utilizar los pines libres como pines de puerto.

Figura 11. Puerto ICSP/MSSP.


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RS232B Este puerto conecta el segundo canal del driver MAX233, de modo que pueda ser utilizado por un protocolo de comunicación RS232 implementado por software en microcontrolador. La figura 12 muestra cómo se deberá hacer dicha conexión.

Figura 12. Puerto RS232B.

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