Демонстрационная плата для микроконтроллеров Freescale семейств MC9S08LL и MC9S08LH. Руководство пользователя

1. При работе с данной продукцией следует принимать меры по предотвращению электростатического разряда (ESD). В случае повреждений, вызванных электростатическим разрядом, гарантийный ремонт не производится.
2. Компания Axiom Manufacturing не несёт никакой ответственности за использование приложения или любой продукции и схем, описанных в настоящем документе, и не предоставляет никакой лицензии на патентные права или права других сторон.
3. Информация об электромагнитной совместимости TWR-S08:
   а) Данная продукция, а также включённые в комплект поставки источники питания и кабели перед отгрузкой с завода были протестированы на соответствие требованиям CE и FCC, предъявляемым к продукции Класса А.
   б) Данная продукция предназначена для использования в качестве платформы для разработки аппаратных и программных компонентов в учебных и научно-производственных лабораториях.
   в) В бытовых условиях работа данной продукции может вызывать радиопомехи; в этом случае пользователю, возможно, потребуется принять соответствующие меры.
   г) Подключение дополнительных проводов к данной продукции или изменение её настроек по сравнению с заводскими установками может негативно сказаться на её характеристиках и создать помехи работающему поблизости электронному оборудованию. При обнаружении таких помех следует предпринять необходимые меры.

В этом модуле изменение установок, заданных по умолчанию, осуществляется с помощью джамперов (перемычек), позволяющих выбирать соответствующие опции. Ниже приведены разъяснения терминологии, используемой в данном документе.

Джампер — это перемычка (шунт) в пластиковой оболочке.
Джампер установлен — перемычка (шунт) располагается между двумя контактами таким образом, что она электрически соединяет эти контакты между собой.
Джампер установлен на один контакт или снят — перемычка контактирует только с одним контактом (т.е. два контакта не соединены между собой) или удалена. Снятый джампер рекомендуется надевать на один контакт, чтобы он не потерялся.

Перерезание дорожек — размыкание дорожек на плате между контактными площадками компонентов. Дорожки на плате можно перерезать ножом, чтобы разомкнуть соединение, установленное изначально. Для повторного замыкания цепи просто установите 0-омный резистор соответствующего размера или зашунтируйте разрыв проводом.

Звездочка «*» после названия сигнала означает, что активным является НИЗКИЙ уровень сигнала.

Демонстрационная плата TWR-S08 подходит для любых микроконтроллеров семейств MC9S08LL или MC9S08LH компании Freescale. Она предназначена для работы с системой Freescale Tower — модульной платформой для разработки, которая помогает быстро создавать прототипы устройств и позволяет неоднократно использовать инструментальные средства. Интегрированный отладчик BDM с открытым исходным кодом, программные инструментальные средства и примеры проектов, поставляемые вместе с платой для разработки, позволяют легко и быстро создавать и отлаживать новые приложения. Все сигналы микроконтроллера выведены на один или на оба краевых разъёма.

В рамках данного документа описание платы TWR-S08 приводится безотносительно к установленному микроконтроллеру. Исключения оговариваются особо.

• Микроконтроллер (MCU)
• MC9S08LL64/36/16
• MC9S08LH64/36/16
• Флэш-память объёмом 64КБ/36КБ/16КБ
• Оперативная память объёмом 4 КБ
• Внутренний генератор
• Интегрированный драйвер ЖК-дисплея
• Частота шины 10МГц
• На плату можно устанавливать микроконтроллеры как в 80-выводных, так и 64-выводных корпусах LQFP
• Аналоговый акселерометр MMA7361L
• Последовательный интерфейс RS232 с разъёмом 2×5 контактов
• Отладчик BDM с открытым исходным кодом полностью поддерживается программным обеспечением CodeWarrior
• Разъём BDM_PORT для подключения внешнего BDM-кабеля (не установлен)
• Встроенный стабилизатор напряжения +3.3В
• Держатель для батареек таблеточного типа (установлен в нижней части)
• Возможность питания через соединение USB—BDM или от системы Tower через краевые разъёмы
• Джамперы для выбора источника питания:
  
  • Питание через соединение USB—BDM
  • Питание от встроенного стабилизатора
  • Питание от батареи CR2325
  • Питание от системы Tower через краевой разъём
• Компоненты, назначение которых определяется пользователем:
  
  • 4 кнопочных переключателя
    
  • 4 светодиодных индикатора
    
  • Потенциометр (5кОм) с фильтром нижних частот
  • Светочувствительный датчик с фильтром нижних частот и операционным усилителем
  • 2.4-кГц пьезозуммер с внешним управлением
• Джамперы для отключения периферийных устройств
• Разъёмы:
  
  • BDM_PORT (не установлен)
  • USB-разъём
  • Разъём 2×5 контактов для RS232

Параметры:
Общие размеры платы: 90.2 × 81.3мм.
Питание: +5В через разъём USB или от системы Tower.

Чтобы быстро подготовиться к началу работы, обратитесь к документу TWR-S08_QSG Quick Start Guide (Быстрый старт). В нём показано, как подключить плату к ПК, установить нужную версию ПО CodeWarrior Development Studio и запустить простую программу с использованием ЖК-дисплея.

Плата TWR-S08 предназначена для использования с любыми микроконтроллерами семейства MC9S08LL и MC9S08LH. Чтобы узнать более подробную информацию о распределении памяти для конкретного микроконтроллера, обратитесь к соответствующему справочному руководству.

При разработке ПО необходимы компилятор или ассемблер, поддерживающий набор команд HCS08, а также хост-компьютер для работы отладочного интерфейса. Вместе с данной платой поставляется ПО CodeWarrior Development Studio for Microcontrollers, предназначенное для разработки и отладки приложений.

Разработка и отладка приложений для целевой платы TWR-S08 производится с использованием интерфейса OSBDM (Open-Source Background Debug Mode — фоновый режим отладки с открытым исходным кодом). ПО CodeWarrior в полном объёме поддерживает OSBDM-интерфейс и предоставляет прямой доступ ко всем «внутренностям» целевого устройства, не изменяя его основной режим работы. При работе в режиме BDM внутренние ресурсы не используются. Полностью поддерживаются пошаговое исполнение программы и точки останова.

Подключение целевого устройства к хост-компьютеру осуществляется через разъём mini-B USB. Интерфейс OSBDM позволяет подавать питание на целевую плату, исключая необходимость использования внешнего источника питания. Обратите внимание на требования спецификации USB, которые ограничивают питание, подаваемое через OSBDM-интерфейс. При питании по OSBDM-интерфейсу суммарный ток, потребляемый всеми устройствами, включая OSBDM, плату TWR-S08 и модуль Tower System, не должен превышать 500мА. В противном случае USB-шина отключит хост-компьютер от платы. Несоблюдение ограничений по току может привести к повреждению хост-компьютера, целевой платы или модуля Tower System.

ПРИМЕЧАНИЕ. Если целевой микроконтроллер находится в режиме STOP (Останов), то подключение по интерфейсу OSBDM к плате TWR-S08 невозможно. Для этого сначала необходимо активировать целевое устройство с помощью внешнего события.

ВНИМАНИЕ! При питании от USB-шины следите за тем, чтобы ток нагрузки не превышал максимально допустимого значения 500мА. Это может привести к повреждению целевой платы или хост-компьютера.

К 6-контактному интерфейсному разъёму J400 можно также подключить кабель, совместимый с HCS12 BDM. В стандартной конфигурации этот разъём не установлен. Он позволяет использовать альтернативные кабели для программирования/отладки. Подробная информация по программированию/отладке приведена в документации к внешним кабелям.

На Рис.1 показана схема расположения контактов разъёма для отладки. Эта информация включена в настоящее руководство для полноты изложения материала.

Рис.1. Разъём BDM_PORT, J400

Благодаря встроенному BDM, процесс разработки и отладки кода приложения становится простым и быстрым. Местоположение разъёма BDM-порта указано на тот случай, если потребуется использование внешнего кабеля BDM. Однако по умолчанию этот разъём BDM-порта отсутствует. Для использования внешнего BDM-кабеля пользователь должен установить 6-контактный разъём и удалить 0-омный резистор. Кроме того, необходимо подать питание на плату, если только оно не подаётся через внешний BDM-кабель. Кабель P&E Multilink BDM, чаще всего используемый с микропроцессорами Freescale, не подаёт питание на целевую плату.

Для подключения внешнего BDM-кабеля необходимо установить разъём в точке J400. Нужно также удалить резистор R411, чтобы предотвратить конфликт внешнего BDM-кабеля с OSBDM-интерфейсом. Кроме того, для использования внешнего BDM-интерфейса необходимо подать питание на плату. Для этого можно задействовать разъём OSBDM или COM. Достаточно просто подключить USB-кабель к USB-разъёму. Кроме того, пользователь может подать питание к разъёму COM в точке J3. Напряжение +3.3В постоянного тока подаётся на контакт J3-10, земля — на J3-9. Обратите внимание, что на этом силовом входе отсутствует защита от перенапряжения или от импульсных помех.

ВНИМАНИЕ! Не подавайте избыточное напряжение на входы J3-9 и J3-10. На этих входах нет ни защиты от перенапряжения, ни защиты от импульсных помех.

ВНИМАНИЕ! Не подавайте питание на разъём COM (J3), если оно поступает на плату через OSBDM-интерфейс. Это может привести к повреждению платы.

Теперь внешний BDM-кабель готов к использованию.

Плата TWR-S08 может питаться через OSBDM-интерфейс или от модуля Tower System. Держатель, предназначенный для батарей ёмкостью 190мА⋅ч, обеспечивает возможность питания платы от батарей. Если питание на целевую плату подаётся через USB-подключение к хост-компьютеру, то следует соблюдать ограничения по току, установленные спецификацией USB. В противном случае, может произойти повреждение целевой платы, модуля Tower System или хост-компьютера.

Разъёмы V_SEL и VDD_EN позволяют выбрать источник питания для целевой платы. При питании от модуля Tower System входное напряжение OSBDM отключается.

Разъём V_SEL позволяет пользователю выбирать источник питания — либо встроенный стабилизатор, либо батарею. Встроенный стабилизатор питается от выходного напряжения OSBDM. На Рис.2 показаны установки для разъёма V_SEL.

Рис. 2. Разъём V_SEL, JP8

Питание поступает на встроенную схему BDM по шине USB, суммарный ток не должен превышать 500мА. Данное ограничение относится к суммарному значению тока, поступающему по USB-кабелю в схему BDM, на целевую плату и все подключённые к ней схемы. Если потребляемый ток в нарушение требований спецификации USB превышает 500мА, то проблемное устройство отключается от USB-шины. Это может привести к «зацикливанию» питания, т.е. постоянному включению/отключению питания платы. В таком случае светодиод LED400 будет всё время мигать. Указанные условия могут привести к повреждению хост-компьютера или целевой платы.

Встроенный стабилизатор напряжения (VR1) преобразует входное напряжение +5В, поступающее от OSBDM, в напряжение +3.3В для целевого микроконтроллера.

В держатель батарей (BATT) устанавливается литиевая батарея таблеточного типа PN CR-2325 (3.3В, 23мм, 190мА⋅ч).

Разъём VDD_EN включает и отключает подачу напряжения VDD на периферийные устройства целевой платы. Положение джампера никак не влияет на питание микроконтроллера. Удалив этот джампер (наряду с другими), можно точно измерить ток микроконтроллера. На Рис.3 показаны положения джампера разъёма VDD_EN.

Рис. 3. Разъём VDD_EN, JP9

Кнопка Сброс обеспечивает асинхронный сброс микроконтроллера. Эта кнопка подключена непосредственно к входу RESET* (Сброс) микроконтроллера. Нажатие на кнопку Сброс приводит к подаче напряжения НИЗКОГО уровня на вход RESET*. Нагрузочный резистор смещения обеспечивает нормальную работу микроконтроллера. Шунтирующая ёмкость гарантирует адекватную ширину входного импульса.

Целевой микроконтроллер использует внутреннюю схему LVD (Low Voltage Detect — обнаружение снижения напряжения ниже допустимого уровня). Она поддерживает микроконтроллер в состоянии сброса до тех пор, пока подаваемое напряжение питания не достигнет приемлемого уровня. Кроме того, данная схема обеспечивает защиту в случае пониженного напряжения. Более подробные данные о работе схемы LVD можно найти в справочном руководстве для целевого устройства.

В демонстрационной плате TWR-S08 по умолчанию используется внутренний источник синхронизации микроконтроллера MC9S08LL или MC9S08LH. Имеется также внешний 32-кГц генератор на кварцевом резонаторе (XTAL), сконфигурированный для работы при пониженном напряжении питания. Более подробную информацию о конфигурировании выбранного источника синхронизации можно найти в справочном руководстве целевого устройства.

Плата TWR-S08 поддерживает последовательный обмен данными через встроенный низковольтный приёмопередатчик RS232 физического уровня (PHY), подключённый к штырьковому разъёму с расположением контактов 2×5 (шаг 2.54мм). Протокол физического уровня обеспечивает корректную передачу сигналов RS232 при снижении напряжения вплоть до +1.8В. Разъём COM_SEL позволяет выбрать используемый последовательный канал.

ПРИМЕЧАНИЕ. Разъём COM_SEL позволяет направлять сигналы SCI на OSBDM. Однако в настоящее время OSBDM не поддерживает последовательный обмен данными.

Преобразователь RS232 обеспечивает преобразование логических уровней сигнала RS232 к TTL/CMOS и подаёт его на разъём COM-порта. COM_PORT представляет собой штырьковый разъём с расположением контактов 2×5 (шаг 2.54мм). Сигналы обмена данными TXD1 и RXD1 направляются от приёмопередатчика на микроконтроллер. На приёмопередатчик подаются логические сигналы аппаратного управления потоком данных RTS и CTS. Сигнал RTS надлежащим образом смещается для поддержки 2-проводного обмена данными по каналу RS232. На Рис.4 приведено соответствие сигналов COM-порта.

Рис. 4. Соответствие сигналов COM-порта

Штырьковый разъём с расположением контактов 2×5 (шаг 2.54мм) обеспечивает подключение внешних устройств к последовательному порту. На Рис. 5 показана схема расположения контактов разъёма COM_PORT.

Рис. 5. Разъём COM_PORT, J3

Разъём COM_SEL связывает SCI-порт микроконтроллера либо с портом SCI PHY, либо с соединением USB—BDM. На Рис.6 показано положение джамперов в разъёме COM_SEL.

Рис. 6. Разъём COM_SEL, JP5

В демонстрационной плате TWR-S08 используется трёхкоординатный аналоговый акселерометр MMA7361L, реагирующий на повороты и перемещения. Акселерометр поддерживает два устанавливаемых пользователем уровня чувствительности — 1.5g и 6g. Вход SLEEP* позволяет перевести устройство в режим с пониженным энергопотреблением. Считываемые по отдельности координаты X, Y и Z направляются на микроконтроллер. Выходной фильтр сглаживает резкие выбросы напряжения.

Настройки чувствительности акселерометра устанавливаются вручную путём выбора положения джамперов в разъёме JP2. Вход SLEEP* конфигурируется вручную или управляется микроконтроллером. На Рис.7 показаны установки джамперов для настройки акселерометра.

Рис. 7. Выбор уровня чувствительности акселерометра, JP6

В случае необходимости пользователь может отключить выход акселерометра, перерезав соответствующие дорожки, идущие от акселерометра. Если нужно снова подключить выход акселерометра, то просто установите на перерезанные дорожки 0-омный резистор типоразмера 1206. На Рис.8 показано подключение выходов акселерометра к целевому микроконтроллеру.

Рис. 8. Перерезание дорожек на выходе акселерометра

В пользовательскую подсистему ввода/вывода входят: 1 пьезозуммер, 1 светочувствительный датчик, 4 кнопочных переключателя, 4 зелёных светодиода и 1 потенциометр. Любое пользовательское периферийное устройство может быть включено или отключено с помощью соответствующих разъёмов.

Джампер VDD1 отключает питание зуммера и светочувствительного датчика от платы для уменьшения энергопотребления. На Рис.9 показано положение джамперов на разъёме при использовании VDD1_EN.

Плата TWR-S08 оснащена пьезозуммером с внешней модуляцией для подачи звукового сигнала. Благодаря двухтактной схеме возбуждения целевой микроконтроллер легко управляет зуммером на центральной частоте 2400 Гц. На Рис.9 показано положение джамперов на разъёме при использовании зуммера.

Фототранзистор (в корпусе для поверхностного монтажа), установленный на плате в точке RZ1, обеспечивает измерение меняющейся освещённости в приложениях пользователя. Электрический ток в фототранзисторе обратно пропорционален интенсивности освещения его поверхности. Операционный усилитель, работающий в режиме rail-to-rail (с размахом сигнала от шины до шины) усиливает выходной сигнал фотоэлемента до необходимого уровня. На Рис.9 показано положение джамперов на разъёме при использовании светочувствительного датчика.

Рис. 9. Разъём USER1, JP7

ВНИМАНИЕ! SW1 и RZ1 используют один и тот же сигнальный вход микроконтроллера. Если оба компонента включены одновременно, то переключатель SW1 может работать неправильно.

Плата TWR-S08 оснащена четырьмя нормально разомкнутыми кнопочными переключателями, назначение которых определяется пользователем. Каждый из них сконфигурирован на срабатывание от сигнала НИЗКОГО уровня. Чтобы минимизировать выбросы при переключении, каждый кнопочный переключатель снабжён конденсатором (22пФ). При использовании в качестве входа IRQ*, к SW4 прикладывается дополнительное внешнее напряжение подтяжки, для остальных кнопочных переключателей никаких напряжений смещения не предусмотрено. Для корректной работы целевого микроконтроллера необходимо использование внутренних схем подтяжки к напряжению питания.

На Рис.10 показано, к каким выводам целевого микроконтроллера подключаются те или иные пользовательские переключатели. Поскольку все кнопочные переключатели являются нормально разомкнутыми, никаких дополнительных разъёмов не требуется.

Рис. 10. Сигналы кнопочных переключателей

ВНИМАНИЕ! SW1 и RZ1 используют один и тот же сигнальный вход микроконтроллера. Если оба компонента включены одновременно, то переключатель SW1 может работать неправильно.

Для индикации выходных значений на плате TWR-S08 предусмотрено четыре зелёных светодиода. Каждый из них сконфигурирован на срабатывание от сигнала НИЗКОГО уровня. Включённый последовательно токоограничительный резистор защищает светодиод от перегрузки по току. На Рис.11 показано, при каких положениях джамперов на разъёме USER2 включается каждый светодиод.

Рис. 11. Разъём USER2, JP11

Плата TWR-S08 оснащена 5-кОм потенциометром (POT) для моделирования аналогового входа. Потенциометр отсоединён, чтобы свести к минимуму шумы в ходе регулировки. На Рис.12 показано положение джампера, при котором подключается потенциометр.

Рис. 12. Разъём для подключения потенциометра, JP12

Модуль TWR-S08LH64 обеспечивает дифференциальный вход АЦП для микроконтроллера MC9S08LH64. Разъём JP10 позволяет пользователю направлять выходной сигнал и сигнал обратной связи со светочувствительного датчика (RZ1) на дифференциальный вход микроконтроллера MC9S08LH64. Для правильного использования этой функции следует снять джампер RZ1 с разъёма JP7.

В версии TWR-S08LL данной платы этот разъём отсутствует. На Рис.13 для каждого положения джампера в разъёме указана соответствующая функция.

Рис. 13. Разъём JP10

ПРИМЕЧАНИЕ. Контакты ADP0 и ADP0_J1 дифференциального входа (см. схему) на платах версииВ закорочены.

Плата TWR-S08 подключается к платформе Freescale Tower System с помощью двух краевых разъёмов PCIe. Обратите внимание, что, согласно спецификации PCIe, сигналы Bx выводятся на верхнюю часть платы, сигналы Ax — на нижнюю. Контакты B1 для основного и дополнительного разъёмов находятся на противоположных концах платы. В Табл. 1 и Табл. 2 показана схема расположения и назначение контактов краевых разъёмов.

Основной разъём располагается на стороне, противоположной ЖК-дисплею. Контакты краевых разъёмов, которым не сопоставлен ни один сигнал, не указаны.