CC BY
60Возможности оценочного комплекта Taste it!-2
фирмы NEC для микроконтроллеров семейства 78К0/Кх2
Олег ЛОБАЧ
le_ga@pisem.net Геннадий ГОРЮНОВ
gennady.gr@eltech.spb.ru
В настоящее время основным элементом практически любого электронного устройства является микроконтроллер (МК). Поэтому часто перед разработчиками встает вопрос о выборе микросхем той или иной фирмы-производителя. Сегодня критерием такого выбора служит уже не столько внутренняя структура «кристалла» (речь идет о представителях одной и той же ценовой категории), сколько легкость его освоения и наличие грамотно разработанного программного обеспечения.
Введение
Производители стараются удовлетворять новым требованиям и предлагают для ознакомления со своими микроконтроллерами так называемые оценочные комплекты, которые чаще всего включают в себя плату, на которой находятся сам процессор, необходимые периферийные устройства и программное обеспечение.
Используя такой комплект, разработчик имеет возможность опробовать в действии заинтересовавший его микроконтроллер. Фирма NEC предлагает своим потребителям широкий диапазон оценочных комплектов.
Таблица 1. Описание серий микроконтроллеров NEC
Серия Область применения Краткие характеристики
Общего применения Количество выводов: от 8 до 144 8, 16- и 32-разрядные микроконтроллеры Напряжение питания: 1,8-5,5 В Широкая область применения
В Для приложений, в которых предполагается управление ЖКИ Встроенный контроллер ЖКИ Управление до 160 сегментами ЖКИ Напряжение питания: 1,8-5,5 В 100-процентная совместимость с серией K
S Для приложений, в которых используется интерфейс CAN До 4 каналов интерфейса CAN Количество выводов: от 44 до 144 Напряжение питания: 1,8-5,5 В
н Для приложений с повышенными требованиями к объему памяти и с малыми электромагнитными шумами Количество выводов: 100 и 144 32-разрядное ядро V850ES Напряжение питания: 2,85-3,6 В Расширенный набор периферийных устройств
щ ^Series! Для применения в автомобильных приборных панелях Количество выводов: 100 и 144 32-разрядное ядро V850E или V850ES Напряжение питания: 4,0-5,5 В
Перед нами стояла задача создания лабораторной работы для студентов на основе оценочного комплекта для микроконтроллеров. Целью лабораторной работы является ознакомление студентов с современными микроконтроллерами и средствами разработчика для них.
В данной статье представлен краткий обзор оценочных комплектов для микроконтроллеров NEC и описаны особенности современного оценочного комплекта Taste it!-2 от фирмы NEC.
Выбор оценочного комплекта
Для начала несколько слов о том, почему были выбраны микроконтроллеры NEC. Политика развития МК корпорацией NEC Electronics предполагает разделение всего многообразия микроконтроллеров на серии.
Серии МК, ориентированные на различные области применения, характеризуются своими особенностями, такими как тип периферийных устройств, размер памяти, количество портов ввода-вывода и т. п. Краткие характеристики основных серий МК NEC приведены в таблице 1.
Поскольку серия K рассчитана на наибольшее количество применений, мы остановили свой выбор именно на ней. Эта серия интересна еще и тем, что включает в себя и 8-разрядные микроконтроллеры с малым количеством выводов (семейство 78K0S/Kx1+) для простых применений, 8-разрядные микроконтроллеры средней ценовой категории (семейство 78K0/Kx2), а также высокоэффективные 32-разрядные микроконтроллеры (семейство V850ES/Kx1+) для более сложных задач.
Периферийные устройства микроконтроллеров этой серии построены так, что могут
Таблица 2. Оценочные комплекты для микроконтроллеров серии К
Комплект разработчика Программная среда Поддерживаемые семейства Возможность отладки без JTAG Интерфейс Источник питания
Low Pin Count — Do it! IAR 78K0S/Kx1 + Условно USB USB
K_Line — Taste it!-2 IAR 78K0/Kx2,78K0R/Kx3 Есть USB, JTAG USB, JTAG
K_Line — Play it!-2 IAR V850ES/Kx1+, 78K0/Kx1 + Условно USB, JTAG USB, JTAG
EB-V850ES/KJ1 + IAR V850ES/Kx1 + Условно USB, JTAG Внешний
наследоваться из младших семейств в старшие вплоть до совместимости по выводам. А применение общей программной среды IAR Embedded Workbench позволяет создавать переносимый программный код. На рис. 1 приведена структура серии К.
После того как мы определились с серией микроконтроллеров, нужно было определиться с оценочным комплектом. Краткая информация по оценочным комплектам для микроконтроллеров серии К представлена в таблице 2.
Выбор был сделан в пользу оценочного комплекта Taste it!-2, поскольку при богатых функциональных возможностях он поддерживает наиболее широкое семейство 78K0/Kx2 (табл. 3) 8-разрядных микроконтроллеров NEC, следовательно, может стать отправной точкой для начала разработки наибольшего количества применений. Кроме того, комплект поддерживает еще и семейство 16-разрядных микроконтроллеров семейства 78K0R/Kx3, имея невысокую стоимость (всего 114 евро).
Особенности Taste it!-2
Taste it!-2 — это комплект для микроконтроллеров общего назначения серии K_Line 78K0/Kx2. К его особенностям можно отнести следующее:
• Простота в использовании демонстрационных возможностей платы.
Комплект содержит такие элементы, как
кнопки управления, ЖК-индикатор, светодиоды, регулятор входного напряжения для АЦП, термометр. Имеется возможность работы с последовательным портом UART через интерфейс USB.
• Функция отладки на кристалле.
Поддерживается функция отладки на кристалле при помощи отладчика фирмы IAR C-SPY. Он позволяет программировать Flash-память и поддерживает стандартные функции отладки, такие как непрерывное и пошаговое исполнение программы, точки останова, действия с памятью и т. д.
• Питание через интерфейс USB.
Taste it!-2 не требует отдельного источника напряжения, так как питание осуществляется непосредственно через интерфейс USB.
• Символьный модуль ЖК.
В стандартный комплект входит символьный ЖК-дисплей 12x2, позволяющий сделать наглядной выходную информацию.
• FPL3 — ПО для программирования Flash-
памяти микроконтроллера.
Данное программное обеспечение позволяет выбрать и загрузить необходимое приложение в плату K_Line — Taste it!-2 для отладки.
• Поддержка аналого-цифрового преобразования.
• Доступны различные входные-выходные сигнальные линии, такие как порты ввода-вывода, подготовленные для подключения пользовательского оборудования; входные-выходные сигналы таймеров; интерфейс UART через микросхему USB UART FT232; поддержка шины LIN; температурный датчик KTY13-5; 4 выходные линии, подсо-
единенные к светодиодным индикаторам; 2 кнопки управления, предназначенные для генерации внешних прерываний.
• Программное обеспечение включает IAR Embedded Workbench для МК на основе ядра 78K0/78K0S и отладчик-симулятор IAR C-SPY (ограничение программного кода до 4 кбайт).
• Полная документация на микроконтроллер NEC семейства 78K0/KF2 , среду разработчика IAR Systems Embedded Workbench, отладчик IAR Systems C-SPY и Flash-программатор FPL3.
Структура
Оценочный комплект взаимодействует с персональным компьютером (далее ПК) через интерфейс USB. Микроконтроллер работает на частоте 12 МГц.
Микросхема преобразования USB-UART FT232 позволяет программному обеспечению получать доступ к USB-устройству так, как
Таблица 3. Основные технические характеристики МК семейства 78K0/Kx2
Ядро/ семейство Наименование Flash-прoг., Кб ОЗУ, байт Такт. част./ внутр. ген., МГц Напряжение питания,В Корпус Периферия
78K0/KB2 uPD78F0500 8 512 20/8;0,24 1,8—5,5 SSOP30 (FP)LGA36NEW 4x4 мм2 23I/O; CSI; 2UART; 6TIM; PWM4x8,1x16; ADC4x10 bit, LIN, I2C; POC, LVI, SV, WW
uPD78F0501 16 768
uPD78F0502 24 1024
uPD78F0503 32
uPD78F0503D*
78K0/KC2 uPD78F0511 16 768 20/8; 0,24 Subclk 32 кГц 1,8—5,5 (FP)LQFP48 LQFP44 37I/O, 41I/O CSI; 2UART; 7TIM; PWM4x8,1x16; ADC8x10 bit, LIN, I2C; POC, LVI, SV, WW
uPD78F0512 24 1024
uPD78F0513 32
uPD78F0513D*
uPD78F0514 48 2048 LQFP44 37I/O
uPD78F0515 60 3072 (FP)LQFP48 41I/O
uPD78F0515D*
78K0/KD2 uPD78F0521 16 768 20/8; 0,24 Subclk 32 кГц 1,8—5,5 LQFP52 45I/O; CSI; 2UART; 7TIM; PWM4x8,1x16; ADC8x10 bit, LIN, I2C; POC, LVI, SV, WW
uPD78F0522 24 1024
uPD78F0523 32
uPD78F0524 48 2048
uPD78F0525 60 3072
uPD78F0526 96 5120
uPD78F0527 128 7168
uPD78F0527D*
78K0/KE2 uPD78F0531 16 768 20/8; 0,24 Subclk 32 кГц 1,8—5,5 LQFP64 (FP)LQFP64 TQFP64 (FP)LGA64NEW 5x5 мм2 (FP)TQFP64NEW 9x9 мм2 55I/O;CSI;2UART; 7TIM; PWM4x8,1x16; ADC8x10 bit, LIN, I2C; POC, LVI, SV, WW
uPD78F0532 24 1024
uPD78F0533 32
uPD78F0534 48 2048 55I/O; 2CSI; 2UART; 8TIM; PWM4x8,2x16; ADC8x10 bit, LIN, I2C; POC, LVI, SV, WW
uPD78F0535 60 3072
uPD78F0536 96 5120
uPD78F0537 128 7168
uPD78F0537D*
78K0/KF2 uPD78F0544 48 2048 20/8; 0,24 Subclk 32 кГц 1,8—5,5 TQFP80 (FP)LQFP80 71I/O; 3CSI; 2UART; 8TIM; PWM4x8,2x16; ADC8x10 bit, LIN, I2C; POC, LVI, SV, WW
uPD78F0545 60 3072
uPD78F0546 96 5120
uPD78F0547 128 7168
uPD78F0547D*
Краткие обозначения:
ADC — аналого-цифровой преобразователь
CSI — 3-проводной последовательный интерфейс (аналог SPI)
LIN — интерфейс LIN
LVI — индикатор снижения напряжения питания OCD — внутрикристальная отладка * — микроконтроллер поддерживает режим OCD POC — модернизированный узел сброса по включению SMC — контроллер шагового двигателя SV — одно напряжение программирования PWM — таймеры, работающие в режиме ШИМ TIM — общее количество таймеров
UART — стандартный асинхронный последовательный порт WW — сторожевой таймер с оконным режимом работы
19 1
20 2
KJJNE Taste it 2 EESS 0600 026 03 Version: 3.00
s Jiiiiiil
я
-Ho
Made in Germany
Рис. 2. Процессорный модуль
Рис. 3. Основная плата 1 - ивВ-разъем, 2 - ЖКИ,
3 — температурный датчик,
4 — линейка переключателей, 5 — светодиоды, 6 — кнопки, 7 — потенциометры
будто работа идет со стандартным интерфейсом RS-232. Драйвер виртуального порта (FTDI Virtual COM Port) определяется в операционной системе как дополнительный СОМ-порт.
Этим преследуется несколько целей: во-первых, ПК может быть использован для внутрисхемной отладки при помощи отладчика IAR C-SPY; во-вторых, с помощью программного обеспечения FPL3 программируется внутренняя Flash-память МК 78K0/KF2, в-третьих, таким образом осуществляется питание всей электронной схемы. Оценочный комплект функционально состоит из двух частей: процессорного модуля (рис. 2) и основной платы (рис. 3).
Главным (и, по существу, единственным) электронным компонентом процессорного модуля является микроконтроллер uPD78F0547D (БЫ^память — 128 кбайт, ИЛМ — 1 кбайт, ЕИЛМ — 6 кбайт), принадлежащий к семейству микроконтроллеров общего назначения 78К0/КБ2. Кроме того, нарис. 3 показаны пять разъемов, четыре из которых позволяют пользователю подключать дополнительное оборудование, а еще один (СЫ7) служит для подключения JTAG-отладчика QB-78K0MINI.
Данное устройство не входит в состав комплекта и приобретается отдельно. С обратной стороны процессорного модуля находятся еще два разъема для подключения к основной плате. Такой подход дает возможность использовать основную плату для работы с различными процессорными модулями (например, существует модификация комплекта с 16-разрядным микроконтроллером).
На основной плате находятся все остальные электронные компоненты. Остановимся на особенностях данной платы. В качестве устройства отображения информации используется символьный двухстрочный ЖК-дисплей.
Также на плате предусмотрена линейка из 4 планарных светодиодов, позволяющих увеличить наглядность отображаемой информации. В качестве устройства ввода используются три кнопки управления, две из которых подключены к входам внешних прерываний, а третья — к линии сброса.
Для работы с АЦП предусмотрены еще три элемента: внешний потенциометр сопротивлением 47 кОм, позволяющий подавать напряжение на вход АЦП от 0 до 5 В, источник опорного напряжения 1,2 В для калибровки получаемой с АЦП информации, а также аналоговый температурный датчик.
Кремниевый резистивный температурный датчик КТУ13-5 использован как простой пример одного из применений встроенного 10-разрядного АЦП.
Таблица 4. Режимы работы оценочного комплекта
Переклю- чатель Положение «ВКЛ» Положение «ВЫКЛ»
SW1 Режим программирования Обычный режим
SW2 Режим отладки Отладка отключена
SW3 UART0 UART6
SW4 LIN интерфейс включен UART интерфейс включен
Еще одним элементом основной платы является линейка переключателей, с помощью которых можно выбирать режим работы оценочного комплекта (табл. 4).
Программное обеспечение
В качестве основной среды программирования фирма NEC предлагает широко известный продукт компании IAR — Embedded Workbench IDE. Данным пакетом давно пользуется большинство программистов микроконтроллеров фирм Atmel, Motorola и др., что дает им возможность оставаться в хорошо известной среде при разработке своего следующего проекта.
IAR Embedded Workbench предлагает концепцию, которая позволяет существенно снизить время разработки за счет использования приложений IAR System. Эта концепция называется «Different Architectures. One Solution» («Разные архитектуры. Одно решение»).
Интегрированная среда разработчика (IDE) представляет собой пакет программ, состоящий из:
• компилятора С/С++;
• ассемблера;
• компоновщика XLINK;
• мощного редактора;
• менеджера проектов;
• утилиты командной строки;
• отладчика C-SPY.
Данная среда имеет стандартный оконный интерфейс. Для упрощения разработки первых приложений в стандартный комплект поставки включен набор из четырех примеров, ориентированных на С-компилятор.
Рис. 5. Внешний вид отладчика C-SPY
Для загрузки получившегося проекта во Flash-память микроконтроллера в комплект входит программное обеспечение FPL3, позволяющее выполнять все основные функции стандартного программатора через интерфейс USB.
Режим внутрисхемной отладки
Плата K_Line — Taste it!-2 предоставляет возможность использовать два варианта внутрисхемной отладки. Функция On-Board debug позволяет проводить отладку без дополнительного внешнего оборудования. В этом режиме используется соединение к ПК через интерфейс USB-UART. Здесь доступны такие стандартные функции, как программирование Flash-памяти, выполнение программы в реальном масштабе времени и по шагам, работа с точками останова, операции с памятью и т. д.
Кроме того, K_Line — Taste it!-2 поддерживает работу с отладчиком QB-78K0MINI. Системная конфигурация такого варианта показана на рис. 4.
Преимущества второго подхода заключаются в том, что он освобождает внутреннюю Flash-память и позволяет использовать интерфейс USB-UART для пользовательских нужд. Негативным фактором является дополнительная стоимость оборудования, поэтому выбор зависит от конкретных задач, стоящих перед разработчиком.
В качестве программного обеспечения в режиме отладки предлагается стандартный инструмент среды IAR 78K0 EW под названием C-SPY. Это довольно мощный отладчик-симулятор, предоставляющий огромное число возможностей для тестирования написанной программы. На рис. 5 изображено
стандартное окно данного приложения. В опциях проекта можно указать, с каким источником будет работать C-SPY. Сначала рекомендуется выбрать режим симулятора, причем для этого не требуется наличия самого отладочного комплекта, так как симуляция подразумевает работу только на программном уровне. В данном режиме обычно определяются и исправляются наиболее грубые ошибки. Далее необходимо перейти в режим отладки, для этого в опциях проекта выбирается драйвер TK-78 (для использования функции On-Board debug) или MINICUBE (для отладчика QB-78K0MINI).
Заключение
Подводя итог, можно сказать, что данный отладочный комплект является мощным инструментом для ознакомления с семейством микроконтроллеров 78K0/Kx2 фирмы NEC и овладения практическими навыками для работы с программным обеспечением IAR Embedded Workbench for NEC. А возможность внутрисхемной отладки без дополнительного оборудования делает этот продукт привлекательным для решения любой задачи, связанной с разработкой программного обеспечения для микроконтроллера. ■
