Schema elettrico (click per immagine ingrandita)
Descrizione
Il circuito punta ad essere economico,
costituito esclusivamente di componenti di facile reperibilita' ed, ovviamente,
modulare, in quanto si possono acquistare ed inserire le periferiche che
effettivamente interessano.
La scheda puo’ essere alimentata con una fonte alternata, non stabilizzata, proveniente da un semplice trasformatore di rete o da un piccolo adattatore switching, in grado di fornire una tensione Vrms compresa tra 9 e 15V ed una corrente di max 500mA (secondo l'utilizzo). "On board" sono previsti raddrizzatore, filtri e stabilizzatore per fornire al circuito una tensione costante di circa 5V. Il filtraggio e' assicurato, inoltre, dalla presenza di elementi elettrolitici in piu' punti del pcb ed ogni circuito integrato e' munito di capacita' di "bypass" vicino ai propri pin di alimentazione; si puo' anche collegare, sul connettore J4, una batteria tampone (esempio 4 elementi NMH da 1.2V) che assicura l'alimentazione in caso di mancanza della tensione di rete.
Il circuito di reset e' costituito da una resistenza ed una capacita' che ritardano la "partenza" del micro per permettere alla tensione di alimentazione di stabilizzarsi. Un microswitch da' la possibilita di effettuare il reset con circuito alimentato. Si puo' montare, in aggiunta, il circuito integrato U9 che svolge la funzione di "supervisore" della tensione di alimentazione azionando, quindi, il reset in caso di "cali" sulla 5V. Questo per evitare che il microcontrollore possa eseguire operazioni anomale (protezione di brown out). Per questa funzione sono varie le possibilita' in commercio. Io ho indicato l'MCP120 di Microchip, ma si puo' montare in alternativa il Motorola MC34164P-5 o altri, verificando pero' il pin-out, il circuito applicativo ed il valore di tensione monitorata del chip scelto.
Il clock per il micro e' generato, semplicemente, con l'oscillatore interno ed un quarzo eventualmente intercambiabile che non va montato nel caso desiderassimo connettere sull’ingresso J8 un clock proveniente da una sorgente esterna.
Sulla nostra board e’ presente un bus di tipo I2C, un'interfaccia di tipo seriale a due fili (clock e dati) che permette di comunicare con una o piu' periferiche che adottano questo standard piuttosto diffuso, quali ad esempio memorie, RTC, ADC etc... Nel microcontrollore AT90S8515, tale interfaccia non e' disponibile in forma "hardware" (come per la "SPI" ad esempio), ma e' comunque possibile emularla via software con un driver apposito. Su questo bus troviamo due alloggiamenti utilizzabili per memorie EEPROM (Flash) che prevedano la possibilita’ di essere “indirizzate” tramite i pin A0, A1 e A2 ( altrimenti sul bus non potra’ coesistere nessun altra periferica); vanno bene, ad esempio, i modelli 24LC32 fino al 24LC512 che ha 512Kbit di spazio disponibile per un totale quindi di max 1Mbit (128Kbyte).
Sempre su questa linea seriale e' possibile installare anche un RTC (real time clock), cioe' un microcircuito contenente un completo orologio e calendario, tipo PCF8583 della Philips, che e’ adatto per progettare applicazioni dove e’ necessaria la misura del tempo. La circuiteria per detto integrato e' molto semplice: un quarzo per l'oscillatore di riferimento a 32,768KHz (reperibilissimo, anche di recupero nei vecchi orologi al quarzo), un diodo e due capacita' di filtro. L'elettrolitico C35 e' utile anche per mantenere l'alimentazione al chip e quindi per evitare di perdere i settaggi in caso di breve mancanza di tensione. E' possibile, inoltre, connettere al posto di questo elettrolitico una piccola batteria di back-up, nel caso si prevedano periodi lunghi senza alimentazione principale.
A differenza dell'interfaccia I2C, l’interfaccia SPI (serial peripheral interface) e' fisicamente implementata sull'AT90S8515, quindi il software necessario per il controllo delle periferiche connesse ad essa e' ridotto al minimo; analogamente all'I2C, e' di tipo seriale, ma utilizza 4 connessioni (due segnali dati, un clock e un "chip select") e permette comunicazioni di tipo "full duplex" e, quindi, uno scambio di dati piu' veloce. Puo' essere utilizzata per colloquiare con piu' periferiche, ma e' necessario impegnare un pin del micro per ognuna di esse per la funzione di selezione (chip select).
Sulla nostra SPI e' connesso, unicamente, un convertitore analogico/digitale con le seguenti caratteristiche: 8 canali singoli (oppure 4 canali differenziali), 12 bit di accuratezza e frequenza massima di acquisizione di 100 mila campioni al secondo (100KS/s). Questo componente (MCP3208), scelto per la sua completezza, versatilita' e basso costo, e' costruito dalla Microchip. Su ciascuno degli ingressi e' inserito un filtraggio (passa basso) per evitare l'acquisizione su picchi di tensione spuri ed e' prevista la possibilita', togliendo il ponticello J16, di stabilizzare separatamente la tensione sull'ingresso di riferimento dell’ADC per misure piu' accurate, ad esempio su intervalli di tensione ristretti. Inserendo J16 si potranno, invece, effettuare misure su 0-5V.
L’Interfaccia seriale RS232 e’ utile per collegare la nostra development board ad un personal computer o altro terminale che utilizza lo standard RS232. La configurazione adottata e' di tipo DTE (data terminal equipment), la stessa, per intenderci, di un PC, quindi dovremo ricordarci di collegare un cavo "null modem" (i segnali connessi come specificato in figura3) per comunicare con un terminale dello stesso tipo. I segnali di "handshake" ( RTS, CTR etc..) possono essere connessi insieme, cosi' come avviene nelle applicazioni piu' comuni, tramite i ponticelli J1,6 e J7, oppure gestiti diversamente per applicazioni piu' complesse.
L'interfaccia e' realizzata seguendo lo schema standard descritto sui datasheet dell'integrato MAX232.
Il connettore J9 e' previsto per collegare una matrice 3x4 di tasti. Tali componenti non sono stati, intenzionalmente, inseriti sulla board per risparmiare spazio. Nel caso, quindi, progettassimo un software che ne preveda l'uso possiamo facilmente implementare una tastiera su basetta preforata connettendola poi sul piastrino con un cavo "flat" o direttamente tipo "piggy-back".
Dal pin PD7 del micro possiamo pilotare un piccolo trasduttore piezo, utile per emettere suoni di avviso tipo il "click" dei tasti o un "beep"...
La porta "A" del microcontrollore puo' essere adibita al controllo di un display, connesso su J18 e J25, di tipo a matrice alfanumerico basato sul controllore HD44780 o compatibili. Essi sono disponibili in varie configurazioni (es. 2 righex16 caratteri, 4x20 etc...) e sono facilmente reperibili a prezzi modici presso tutte le fiere radioamatoriali. Oltre al controllo di tutti i segnali del display (i dati sono inviati e ricevuti in modalita' a 4 bit) il micro puo’ pilotare l'accensione della retro illuminazione a led sui modelli che prevedano questa funzione.
Sulla porta C sono connessi, in configurazione ad anodo comune, 8 led che monitorano l’attivita’ della porta di I/O; il ponticello J17 da' la possibilita' di lasciare inutilizzato tale circuito. Il pin PC0 pilota, in alternativa, cortocircuitando il jumper J5, un rele' a doppio scambio i cui contatti sono a disposizione su J3 e sul morsetto P2.
L’Interfaccia di programmazione "in-circuit" e' disponibile sul connettore (J26, J27) ; e ci permettera’ di "scaricare" i programmi sulla memoria di programma (Flash) del microcontrollore in pochi secondi e senza doverlo smontare dal piastrino.