Průvoce pro začátečníky - konstruktéry uživatele

Jakub Kákona

Na tomto místě najdete základní informace potřebné pro používání systému MLAB ve smyslu vytváření nových konstrukcí z jeho modulů.

Účel systému

MLAB byl vymyšlen proto, aby svým uživatelům ušetřil práci s návrhem elektroniky pro jejich vlastní projekty. Vznikal tak, že opakující se části zařízení byly pečlivě transformovány na moduly. Od toho se odvíjí i způsob jakým je dokumentován. Neboť každý modul má svojí vlastní dokumentaci a zároveň jeho design je takový, aby umožňoval využití co největšího množství jiných modulů.

Konstrukce zařízení

Koncept

Pro použití stavebnice je tedy potřeba vědět, jaké moduly vybrat. Na to lze uplatnit poměrně jednoduchý postup. Nejdříve je třeba si ujasnit, jaké funkce má vaše zařízení mít - sepište si je na papír.

Příklad Potřebuji udělat vlastní elektronický teploměr. Vím, že chci:

Když si budete jistí, že už máte všechny, pokračujte tak, že si od zařízení nakreslíte blokové schéma.

Vyrobený plošný spoj

Výběr modulů

Z blokového schéma tedy vidím, že hledám modul mikroprocesoru, LCD, napájení a snímače teploty. Projdu tedy seznam modulů a podívám se, jestli již neexistuje něco se mnou požadovanou funkcí.

Vidím, že se zobrazením problém není. Mohu například použít LCD2L4P02A. Pro měření teploty mi sice žádný z modulů se senzory nevyhovuje, ale na wiki najdu, že měření teploty lze snadno realizovat připojením vhodného čidla přímo na modul mikroprocesoru. Co se týká výběru samotného mikroprocesoru, je zde výběr již mnohem širší.

Mikroprocesory

Vzhledem k tomu, že dnes již téměř každé elektronické zařízení obsahuje v nějaké formě zabudovaný mikroprocesor, je vhodné se jim více věnovat.

Momentálně ve stavebnici existují tři rodiny mikroprocesorů AVR (Atmel), PIC (Microchip) a ARM (ST). Tato situace je důsledkem prostého faktu, že tyto typy mikroprocesorů jsou jednoznačně nejpoužívanější.

AVR

Jde o velmi rozšířenou platformu zvláště mezi klasickými bastlíři, jelikož její hlavní vývojové prostředí (AVRStudio) je dostupné zdarma přímo na stránkách výrobce ATMEL. Jde o klasického zástupce mikroprocesorové architektury RISC Mezi obecné vlastnosti těchto mikroprocesorů patří schopnost přímo řešit matematické operace jako násobení, dělení, mocnění. Za to je zaplaceno poněkud vyšší spotřebou. Velkou nevýhodou AVR je ale skutečnost, že jelikož k nim existuje právě pouze volné vývojové prostředí o které se Atmel nijak výrazněji nestará a neudržuje databázi knihoven, tak na internetu vznikají tisíce různých projektů, které jsou navzájem vývojově nekompatibilní právě díky použitým knihovnám. Pro začátečníka tak může být velmi těžké udělat si pořádek v používaných nástrojích.

PIC

Tento typ má proti AVR ještě více redukovanou instrukční sadu, která je u každého konkrétního typu jiná a často proto neumí hardwarově násobit a dělit. Ale na druhou stranu to umožňuje velmi výrazně snížit spotřebu mikroprocesoru. A jsou tak velmi vhodné pro zařízení, kde je kritická vlastní spotřeba. PIC mezi běžnými typy mikroprocesorů vyniká hlavně existencí velmi kvalitních komerčních vývojových nástrojů, jakými je například CCS C compiler. Který má v sobě automaticky zabudovanou i širokou paletu knihoven pro nejrůznější periferie. Volnou alternativou je prostředí MPLAB udržované přímo výrobcem Microchip.

ARM

Jde o velmi výkonné mikroprocesory pracující řádově na desítkách MHz a jejich spotřeba je vyšší než u předchozích dvou. Jejich hlavní výhodou je vysoký výpočetní výkon, který umožňuje zpracovávat relativně velké toky dat (například obraz z malé kamery). Jejich vývojové prostředí je tak na mezi úrovní AVR a PIC existují tedy relativně kvalitní knihovny, avšak programovací prostředí (i komerční) téměř výhradně používají volný kompilátor GNU gcc.

Propojení a programování

Díky tomu, že moje zařízení má být napájeno z baterií a nepotřebuje téměř žádný výpočetní výkon vyberu mikroprocesor PIC16F887 v modulu PIC16F87xTQ4401B. Firmware naprogramuji v prostředí CCS C, které jsem si jako student s nedostatkem času pro dokončení projektu koupil (škola mi koupila) za sníženou cenu.

Publikujte

Posledním důležitým krokem je se o novou konstrukci podělit s ostatními.