ATmega328_univerzálny modul v 1.0

ATmega328_univerzálny modul v 1.0

Návrh modulu bol inšpirovaný praktickými poznatkami z praxe pri použití rôznych, dnes už veľmi populárnych „Arduino“ modulov. Malý, ale stále veľmi výkonný procesor ATmega328 poskytuje veľa možností na vyriešenie rôznych úloh. Môže to byť spracovanie binárnych, analógových signálov, ich následné spracovanie (rôzne korekcie pomocou matematických operácií), zobrazovanie, resp. komunikácia cez rozličné rozhrania. Sumár týchto poznatkov bol „pretavený“ do tejto dosky. Poďme sa na ňu pozrieť detailnejšie a prebrať si jednotlivé obvody...

Doska sa predbežne predáva v dvoch základných vyhotoveniach. Základná verzia je bez osadených skrutkovacích konektorov a mikrospínačov akejsi „klávesnice“ priamo na doske. Nie všetci ich pre svoju aplikáciu potrebujú a ich osadenie výrazne navýši cenu dosky. Je to „ekonomický“ variant. Druhá verzia je plne osadená.

            K výkladu si stiahnite schému, aby ste vedeli priamo sledovať detailné vysvetlenia jednotlivých funkčných celkov...

Napájanie:

Na rozdiel od klasických „Arduino“ dosiek, ktoré môžu byť napájané priamo z USB portu táto karta počíta aj s napájaním periférnych obvodov (snímače, reléový výstup, atp.), preto má samostatný napájací vstup.

Je ošetrený usmerňovacou diódou (D1), ktorá chráni vstup proti prepólovaniu. Doska pracuje s 5V logikou, preto bol použitý spínaný stabilizátor (IC3) TSR 1-2450, ktorý umožňuje široký rozsah napájacieho napätia (6,5-36V DC). Pri výbere napájacieho zdroja myslite na to, že jeho výstupné napätie znížené o úbytok na usmerňovacej dióde na vstupe sa prenáša aj na „silový“ výstup (jeden z binárnych výstupov modulu)! Pre bežné aplikácie môžete použiť napríklad tento adaptér: https://www.elecom.sk/sk/zdroje-energie/adaptery-zdroje-prevodniky-napatia/zdroje-adaptery/zdroj-pulzny-geti-mw3k10gs-1000ma.html

...jeho výstupný kábel si jednoducho upravíte pre pripojenie do skrutkovacieho konektora.

Resetovacie obvody:

Základnou súčiastkou, ktorá dokáže zabezpečiť korektný RESET procesora je pull-up rezistor (R1) na vstupe /RESET.

Pri programovaní cez UART rozhranie (pomocou USB/UART prevodníka USB TTL prevodník FT232RL 3.3V/5V - elecom.sk ) sa resetovací impulz privedie cez kondenzátor (C7).

Tí, ktorí majú skúsenosti z priemyselného prostredia vedia, že „EMC imunitu“ zariadenia výrazne vylepší kvalitný externý resetovací obvod. Tento môže byť doplnený možnosťou „watch-dog“ vstupu. V našom prípade sme použili obvod TPL5010DDCT (IC5), ktorý spĺňa všetky tieto požiadavky. Ak je jeho RSTN výstup cez prepojku (JMP9) pripojený k procesoru, tak je potrebné v pravidelných intervaloch (daných časovou konštantou – z výroby pomocou kombinácie rezistorov R22, R23 a R24 – nastavenou na 10s) nulovať časovač jeho watch-dog obvodu. K tomu slúžia impulzy generované výstupom PD4 procesora ATmega328 (IC2). Túto konštantu je možné zmeniť výmenou rezistorov. Ich výsledná hodnota je daná tabuľkou v datasheete tohto obvodu. Výpočet, resp. následné tabuľky s uvedenými hodnotami pre konkrétne časy začínajú na str. 12.

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tpl5010.pdf?ts=1621918188398

 Pri voľbe tejto časovej konštanty však treba mať na zreteli čas „nábehu“ procesora po HW reset-e po pripojení napájania, aby nedošlo k cyklickému generovaniu reset-u z obvodu IC5 kým vôbec procesor (IC2) cez výstup PD4 stihne prvým impulzom vynulovať watch-dog vstup obvodu IC5.

Manuálne je možné kartu resetovať tlačidlom (TL1) ak je prepojená prepojka JMP9, resp. skratom (napr. kovovou pinzetou, prepojkou – JUMPER-om – pinov č.5 a 6 na programovacom konektore ICSP (CON3)

Sériové komunikačné rozhranie UART/RS485:

Tu máme na výber z dvoch základných možností priamo na doske. Ak sa uspokojíme „pri hraní“ na stole v dielni s prevodníkom UART/USB, tak pre bežne predávané a notoricky známe prevodníky s obvodom FTDI232 je k dispozícii priamo konektor CON4. Nezabudnite si prepojku pre voľbu napäťových úrovní dať do pozície 5V!!!

Signály UART rozhrania (TxD, RxD a GND) sú vyvedené aj na skrutkovací konektor CON10 a sú vybavené prepäťovou ochranou (D5).

POZOR!!! Na UART rozhranie procesora (IC2) je pripojený aj prevodník na štandard RS485. Aby nedošlo ku kolíznemu stavu na UART rozhraní, tak je potrebné prepojiť spájkovaciu prepojku JMP2, naopak prepojku JMP10 rozpojiť (v takomto stave dostanete kartu z výroby).

Ďalej je potrebné softvérovo nastaviť pin PD7 procesora (prepínač Rx/Tx prevodníka RS485) nasledovne:

#define Tx_Rx_PIN       7   // RS485 Tx/Rx CNTRL

...a v setup-e:

pinMode(Tx_Rx_PIN, OUTPUT);

digitalWrite(Tx_Rx_PIN, HIGH);

Druhou možnosťou je použiť priamo prevodník UART/RS485 osadený priamo na doske (IC1). Softvér a teda aj komunikačný protokol konkrétnej aplikácie odporúčame z praktických dôvodov odladiť cez prevodník UART/USB. Po pripojení obvodu RS485 ho už pre účely programovania nebude možné použiť, nakoľko cez neho nie je možné generovať reset-ovací signál potrebný pri programovaní procesora. Prepínanie Rx/Tx obvodu RS485 je možné cez SW (použitím už spomenutého pinu PD7 procesora). Vtedy je prepojená spájkovacia prepojka JMP2 a rozpojená prepojka JMP10. Alebo automaticky pomocou časovacieho obvodu TLC555CDR (IC4), ktorý si prepínací signál „odvodí“ od signálu Tx procesora. V tomto prípade je prepojka JMP2 rozpojená a JMP10 spojená.

Na výstupe obvodu RS485 sú ešte k dispozícii prepojky:

JMP8 – pripojenie ukončovacieho rezistora linky RS485 (terminátor) 120Ω

JMP6 – pull-up rezistor vetvy A 10kΩ

JMP7 – pull-down rezistor vetvy B 10kΩ

Výstup obvodu je za sériovými rezistormi (R11 a R12 - 56Ω) ošetrený prepäťovou ochranou D2. Signály A a B sú vyvedené na skrutkovací konektor CON2.

Komunikačné rozhranie I²C:

Týmto rozhraním je vybavené veľké množstvo rôznych periférií (displeje, pamäťové obvody, rôzne snímače, atp.) Na doske je vyvedené na dutinkový konektor (CON7), aj na skrutkovacie konektory (CON8, CON11). Na doske sú priamo osadené pull-up rezistory (R13, R14 - 10kΩ) pre signály SCL a SDA. Rozhranie je ošetrené prepäťovou ochranou D3. Na obrázku je príklad pripojenia OLED displeja, ktorý si môžete objednať tu: 0,96 "palcový I2C IIC OLED LCD modul, 4 piny (s VCC GND) modrý - elecom.sk