Пользовательский дизайн печатной платы с микроконтроллером EFM8
Советы и методы для включения микроконтроллеров EFM8 в ваше пользовательское оборудование.
Вспомогательная информация
Серия EFM8 от Silicon Laboratories
За пределами совета разработчиков
Широкая доступность разумно оцененных плат разработки чрезвычайно выгодна для студентов, любителей или любого другого, кто должен оценивать функциональность устройства без затрат, сложностей и риска проектирования, изготовления и сборки прототипа печатной платы. Фактически, правая панель может даже найти постоянное место в прототипе или проекте с небольшим количеством - общая стоимость может быть ниже, чем у пользовательского оборудования, и вам не нужно беспокоиться о тех, что надоедливые небольшие схемы / макеты ошибок, которые превращаются ваши блестящие новые печатные платы в нечеткие формы бумаги.
С другой стороны, платы разработчиков серьезно сдерживаются, и может потребоваться недолго, прежде чем вы захотите, чтобы печатная плата была идеально подходит для ваших конкретных требований. Если вы можете нарисовать схему и выложить плату бесплатно (с помощью DesignSpark, KiCad, CircuitMaker и т. Д.), Тогда используйте бюджетный PCB fab (парк OSH трудно побить, но также проверить PCB Shopper), а затем собрать плата вручную или через оплату тостер-духового шкафа, вы просто можете оказаться с высокопроизводительной, полностью функциональной, изготовленной по заказу печатной платой, стоимостью менее 100 долларов США.
Если вы просмотрите мои предыдущие статьи, вы найдете немало проектов на основе платы разработки для EFM8UB10F16G, которая является одним из устройств в новой серии EFM8 от Silicon Labs с небольшими, недорогими, маломощными, 8051 микроконтроллеры. Но некоторые будущие проекты выйдут за панель разработчиков и будут использовать специализированное оборудование, поэтому в качестве прелюдии к этой статье будут представлены некоторые рекомендации по успешному проектированию аппаратного обеспечения с устройством EFM8. Несмотря на эту специфичность устройства, общие концепции, представленные здесь, применимы к многочисленным другим микроконтроллерам, которые совместно используют функции серии EFM8.
Семьи
Серия EFM8 состоит из четырех семейств продуктов: Universal Bee, Sleepy Bee, Busy Bee и Laser Bee.
Вы можете найти информацию о каждой семье на веб-сайте Silicon Labs. Эта статья будет посвящена универсальной Bee, которая, по моему мнению, наиболее полезна для общего прототипирования и мастеринга, поскольку она включает в себя USB-соединение. Я считаю, что большинство проектов значительно улучшены, когда я могу легко установить связь между ПК и микроконтроллером. Различные устройства EFM8 аналогичны по архитектуре и общим требованиям к оборудованию, но перед тем, как приступить к проектированию, убедитесь, что вы указали техническое описание и справочное руководство (в частности, лист данных, например, этот документ) для вашего конкретного номера детали.
Это не так много.,,
Первое, что нужно знать о устройствах EFM8, - это то, что они демонстрируют выдающийся уровень интеграции, обнаруженный во многих последних семействах микроконтроллеров. Список необходимых внешних компонентов на удивление короткий, хотя прототипы и такие, как правило, требуют больше, чем минимум, необходимый для производственных проектов. Детали, необходимые для запуска и запуска EFM8, могут быть сгруппированы в четыре категории: питание, программирование / отладка, связь и ссылка на напряжение. Давайте посмотрим на каждый из них.
Мощность
В старые времена существовали различные способы питания проекта микроконтроллера: стеновый трансформатор, самодельный выпрямитель, аккумулятор 9 В, батареи АА. Я полагаю, что эти варианты все еще существуют, но в настоящее время я просто игнорирую их, потому что они настолько уступают USB. Каждый USB-порт обеспечивает достаточно чистую мощность 5 В с большим количеством тока для большинства приложений, и обычно нетрудно найти порт USB где-то поблизости - компьютеры, планшеты, зарядные устройства USB, беспроводные колонки и т. Д. И вместе с 5 В вы получаете надежный, стандартизованный, довольно простой интерфейс связи. Кроме того, USB-разъемы - у вас есть три размера на выбор - и их соответствующие кабели широко доступны (думаю, у вас уже есть как минимум несколько USB-кабелей).
Учитывая эти преимущества, неудивительно, что устройства Universal Bee оснащены регулятором напряжения, предназначенным для генерации 3, 3 В с питанием от 5 В (другие семейства EFM8 не включают эту функцию).
Еще лучше, этот регулятор может подавать 100 мА, что означает, что вы можете подключить всю свою плату к выходу EFM8 3, 3 В.
Поэтому, чтобы подключить универсальную пчелу от USB, подключите сигнал VBUS непосредственно к выходу VREGIN и включите внутренний регулятор. 3.3 В направляется на внутреннюю схему EFM8 и приводится в действие на выводе VDD. Ниже приведены байпасные конденсаторы для VDD и VBUS. Мне нравится, когда это возможно, следовать рекомендациям по таблице данных, поэтому нам нужны крышки размером 1 мкФ и 0, 1 мкФ для контактов VREGIN и VDD:
Обратите внимание, что я использовал некоторую дополнительную фильтрацию на линии VBUS. Крышка 10 мкФ обеспечивает больший резервуар заряда для сглаживания низкочастотных колебаний напряжения питания, а ферритовый шарик помогает подавлять высокочастотный шум (серия Clean Power содержит множество информации о фильтрации и обходе питания). Последнее, что вам нужно, это защита от электростатического разряда (ESD), обсуждаемая ниже в разделе «Связь».
Программирование / отладка
После установки EFM8 и подачи питания, это будет сделано.,, почти ничего. Вам нужен способ загрузки программы во флэш-память. Серия EFM8 использует проприетарное двухпроводное программирующее и отладочное соединение Silicon Labs, известное как «интерфейс C2», в сочетании с адаптером для отладки USB:
Самый простой способ подключения вашего микроконтроллера к адаптеру отладки - это 10-контактный, 2-строчный, 0, 1-дюймовый заголовок (например, этот). Два разъема заголовка должны быть подключены к контактам C2D и C2CK EFM8. Три из клемм заголовка могут быть привязаны к земле, но достаточно одного заземления. Распиновка выглядит следующим образом:
Вы также должны убедиться, что контакт 1 на разъеме с ленточным кабелем совпадает с выводом 1 на заголовке. Я делаю это, включив в учебный материал идиот-защитный материал:
связь
Как уже упоминалось выше, я настоятельно рекомендую вам включить коммуникацию ПК-микроконтроллера в ваши проекты. Когда-то мы использовали RS-232, но сегодня USB имеет гораздо больше смысла. Универсальные устройства Bee (среди прочего) делают это очень простым; все, кроме диодов защиты от электростатического разряда, встроено в чип.
Здесь я использую трех-в-одном решение для защиты от ESD, но дискретные диоды (такие как этот) тоже хороши. Вывод VBUS используется для определения того, подключено ли периферийное устройство USB к хосту, поэтому привяжите его к сигналу USB VBUS. (Фактически, техническое описание для устройств EFM8UB1 указывает, что не обязательно обязательно подключать вывод VBUS, но я бы сделал это в любом случае.)
Всякий раз, когда вы имеете дело с высокоскоростными дифференциальными сигналами, хорошей практикой является согласование длин следов и минимизация паразитной индуктивности и емкости. Не слишком сильно стесняйтесь, потому что устройства EFM8 ограничены «полной скоростью» USB (т. Е. 12 Мбит / с), поэтому макет не так критичен, как USB «высокая скорость» (480 Мбит / с). Я просто устраиваю EFM8, чтобы штыри USB находились рядом с разъемом USB.
Вы заметите, что D + и D-штырьки на EFM8 меняются на противоположные относительно выводов разъема USB Mini-B или Micro-B; это несколько раздражает, но легко устраняется путем сброса пары переходов и запуска одного сигнала на нижнем слое, чтобы другой мог пересечь. Например:
Ссылка на напряжение
Это не является строго необходимым, но многие приложения извлекают выгоду из своего рода аналого-цифрового преобразования. Микроконтроллеры EFM8 имеют все необходимое: АЦП, мультиплексор, температурный датчик, опорный сигнал напряжения.,, кроме шунтирующий конденсатор для опорного напряжения схемы. Поэтому, даже если вы не ожидаете, что будете использовать аналоговые функции, этот конденсатор является страховым, если вы передумаете.
Вывод
Как показывает эта статья, включение устройств EFM8 (и других удобных для пользователя, высокоинтегрированных микроконтроллеров) в пользовательское оборудование не сложно. В будущих статьях мы будем использовать PCB, показанную на приведенных выше фотографиях, для интересных проектов, которые будут серьезно болезненными для внедрения с использованием подхода dev-board-plus-макет.