URC220_Board_Win (Раздаточные материалы)

Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаФакультет «Робототехника и комплексная автоматизация»Кафедра «Робототехнические системы»Зотов А.Н., Куренев П.Н.Техническое описаниемногофункционального устройстваURC220Москва20071. Общее описание платыРис.1.1 Внешний вид платы URC220Плата URC220 представляет собой многофункциональное устройство, основанноена базе процессора AT91SAM7S64 и обладающее рядом различных функций.На плате имеются логические порты ввода-вывода (1/0), кнопки, светодиоды,аналого-цифровые преобразователи, два потенциометра (переменных резистора),разъёмы для двух инкрементных датчиков угла (энкодеров), а также два силовыхдрайвера фирмы Allegro (A3949), что даёт возможность подключать к плате дванебольших двигателя постоянного тока.Для связи с компьютером на плате имеются интерфейсы RS232 (защищенмагнитной развязкой) и USB 2.01.1 Технические характеристикиПроцессор: AT91SAM7S64- частота: 55 МГц- объём памяти RAM: 16 КБ- объём памяти ROM: 64 КБ- максимальное число портов ввода-вывода: 32- каналов ШИМ контроллера: 4- каналов 10-битного АЦП: 8- контроллеров USART: 3- DMA каналов: 11- число 16-битных таймеров: 3- SPI контроллер: 1 (до 16 подключаемых устройств)- TWI контроллер: 1- SSC контроллер: 1Приемопередатчик интерфейса RS232: MAX3221EEAEМаксимальная скорость RS232: 250 кбод/сРазвязка интерфейса RS232: ADuM1201DC-DC преобразователь для развязки RS232: AM1D-0505SZЭлементы на плате:- 8 светодиодов- 4 кнопки- кнопка сброса2- 2 потенциометра- стабилизатор напряжения на 5 В (LM2937IMP-5.0, до 500 мА)- стабилизатор напряжения на 3.3 В (LM2937IMP-3.3, до 500 мА)- самовосстанавливающиеся предохранители для защиты линий 5 и 3.3 В (токсрабатывания – 500 мА)- 2 драйвера двигателя A3949SLB (максимальный ток ±2.8 А)Разъемы на плате:- стандартный разъём для JTAG (2 x 5), позволяет загружать и отлаживатьпрограмму в процессоре- USB Client 2.0 (до 12 Мбит/с)- разъем для интерфейса RS232 (DB9F)- стандартный аксиальный разъем питанияКлеммники:- клеммник питания (повторяет аксиальный разъем)- контакты для 8-ми портов вывода (соответствуют светодиодам)- 4 порта ввода (соответствуют кнопкам)- два АЦП- клеммник для вывода 2-х каналов ШИМ- контакты для подключения 2-х энкодеров- два клеммника для подключения двигателейПитание платы: от 7 до 20 В через клеммник или от USBРазмер платы: 130х95 мм1.2 Процессор AT91SAM7S64Рис.1.2 Внешний видпроцессорапроцессора (см.

рис. 1.3).В процессоре реализована так называемая SoCархитектура (System on Chip – система на чипе).Процессор включает в себя широко распространённое32-х разрядное ядро ARM, к которому подключенконтроллер памяти (Memory controller). С помощьюнего происходит обмен данными с оперативной (RAM)и постоянной (ROM) памятью. Через шину данных APB,такжеподключеннойкконтроллерупамяти,происходит обмен информацией между ядромпроцессора и многочисленными периферийнымиустройствами,такжеустановленнымивнутриК периферийным устройствам относятся:- системный контроллер (реализует прерывания (AIC - Advanced InterruptController), таймер (PIT - Periodic Interval Timer), сторожевой таймер (WDT –Watchdog Timer), контроллер сброса, контроллер портов ввода-вывода (PIOA Parallel Input/Output Controller A), контроллер UART интерфейса для отладки(DBGU) и т.д.)- два контроллера интерфейса связи USART (Universal Synchronous/AsynchronousReceiverTransmitterуниверсальныйсинхронный/асинхронныйприемопередатчик)- контроллер интерфейса связи SPI (Serial Peripheral Interface – последовательныйпериферийный интерфейс)- восемь каналов АЦП (ADC)3- контроллер интерфейса связи TWI (Two-wire Interface – двухпроводнойинтерфейс)- контроллер интерфейса связи SSC (Synchronous Serial Controller – синхронныйпоследовательный контроллер)- контроллер ШИМ (PWMC – Pulse Width Modulation Controller)- контроллер USB интерфейса (Universal Serial Bus)Большая часть периферийных устройств соединена с PDC контроллером (PeripheralData Controller), что позволяет обмениваться данными между этими устройствамии ОЗУ, используя DMA (Direct Memory Access) архитектуру, минуя ядро процессора,что позволяет экономить вычислительные ресурсы.Встроенная флэш-память может программироваться через интерфейс JTAG-ICEиличерезпараллельныйинтерфейсспомощьюпроизводственногопрограмматора, что выполняется перед монтажом на плату.

Встроенные битыблокировки и бит защиты позволяют защитить прошивку микроконтроллера отнесанкционированной перезаписи или хищения.Благодаря встроенной программе SAM-BA, контроллерпрограммировать через COM порт (DBGU контроллер) и USB.такжеможноВ состав системного контроллера микроконтроллеров AT91SAM7S64 входитконтроллер сброса, который управляет последовательностью действий при подачепитания микроконтроллера и всей системы. Контроль за корректностью работымикроконтроллера выполняют детектор снижения напряжения питания исторожевой таймер, тактируемый встроенным RC-генератором.Более подробную информацию и полную документацию на данный процессорможно найти на сайте производителя (www.atmel.com).4Рис.1.3 Блок-схема процессора51.3 Драйверы двигателей A3949A3949SLB – мостовой ШИМ-драйвер управленияэлектродвигателями постоянного тока, способныйобеспечить до ±2,8А выходного тока при рабочемнапряжении до 36В.Выводы ENABLE и PHASE (см. рис.

1.5) используютсядля контроля за скоростью и направлением вращенияэлектродвигателя соответственно дополнительно квнешнему ШИМ-сигналу. С помощью сигнала SLEEPРис.1.4 Внешний вид драйвер можно перевести в экономичный режим «сна».драйвера A3949Внутренняяуправляющаяцепьсинхронноговыпрямления уменьшает мощность рассеяния во время ШИМ-операций.Отличительные особенности:- напряжение питания: 36В- выходной ток: ±2,8А- функция перевода в режим "сна"- защита от пониженного напряжения питания (UVLO)- защита от сквозных токов- защита от перегрева с гистерезисом- температурный диапазон: –20°C...+85°CФункциональная схема A3949 приведена на рисунке 5.Выводы VREG, CP1, CP2, VCP, VBB и SENSE необходимы для корректной подачипитания к микросхеме.

Подробное описание драйвера, включая все техническиехарактеристики, можно найти на сайте производителя (www.allegromicro.com).Выводы OUTA и OUTB – силовые выводы для двигателя – подведены наклеммники на плате для подключения нагрузки.Выводы MODE, PHASE, ENABLE и SLEEP – это логические (1 или 0) входымикросхемы, управляют подачей тока на нагрузку. Ниже приведена таблицасостояний в зависимости от значений на этих ножках:PHASE ENABLE MODE SLEEP OUTA OUTB Функция11X11H2L3движение вперед01X1LHдвижение назадX011LLдинамическое торможение41001LHдинамическое торможение50001HLдинамическое торможение5XXX0Hi-Z6Hi-Zрежим сна1значение на логическом входе ни на что не влияет2высокий уровень на силовом выходе («плюс»)3низкий уровень на силовом выходе («минус»)4динамическое торможение коротким замыканием катушки ротора5динамическое торможение противовключением, при достижении нулевогозначения тока выводы OUTA и OUTB переходят в высокоимпедансное состояние66высокоимпедансное состояние выводов OUTA и OUTB, т.е.

сопротивление междуэтими выводами равно бесконечности (разрыв цепи)Вход MODE на плате у обоих микросхем уже подтянут на логическую 1, поэтомуего значение менять нельзя. Остальные входы драйверов двигателей подведены кножкам процессора AT91SAMS64, поэтому программа, выполняемая на данномпроцессоре, может менять состояние выводов OUTA и OUTB.Таким образом, для включения микросхемы нужно подать логическую 1 на входSLEEP. Далее, для регулирования скорости вращения двигателя, нужно податьШИМ сигнал на вход ENABLE. Тогда, если PHASE = 1, то с большой скоростьюменяются режимы «движение вперед» и «динамическое торможение».

Взависимости от значения ШИМ (величина скважности), большую часть времени(или всё время целиком) занимает или «движение вперед», или «динамическоеторможение». Таким образом, происходит регулирование скорости. Аналогично идля PHASE = 0.Рис.1.5 Блок-схема драйвера A394972.

Элементы на плате2.1 Порты вывода и светодиодыНа плате размещено 8 портов вывода (клемник OUT[0..7]), продублированныхсветодиодами (см. рис. 2.1.1)Работа порта вывода заключается в том,что при установке в нем логическойединицы на одном из выводов ("ножке")процессора появляется напряжение 3.3вольта.Присоединённыйквыводусветодиод начинает. При установкеРис 2.1.1 Клемник OUT[0..7].логического нуля в порту на этом жевыводе процессора напряжение сбрасывается до 0 вольт (процессор замыкаетэтот вывод на землю), при этом светодиод гаснет. На рисунке 2.1 показана схемаподключения светодиода к выводу процессора.Рис.