Microchip Curiosity und Curiosity Nano Starterkits sind zwei Familien von Boards für schnelle Starts mit Mikrocontrollern (PIC/AVR usw.), aber sie sind für leicht unterschiedliche Bedürfnisse konzipiert und haben eine unterschiedliche "Philosophie" der Nutzung.
Curiosity-Produktserie und kompatible Mikroelektronika-Module
In den letzten Jahren haben integrierte Plattformen mit Mikrocontrollern (wobei Arduino wahrscheinlich die bekannteste Marke ist) an Beliebtheit gewonnen. Dank ihrer weiten Verfügbarkeit und umfangreichen Unterstützung von Herstellern und Benutzergemeinschaften sind sie leicht zu beherrschen und vielseitige Entwicklungswerkzeuge. Jedoch ist in professionellen Umgebungen der Nachteil solcher Produkte die begrenzte Anzahl unterstützter Systeme. Daher bleibt während der Laborarbeit, in der Entwurfsphase, die zuverlässigste Lösung Entwicklungsplattformen, die von den Herstellern der Systeme selbst vorbereitet wurden. Es sollte hier betont werden, dass sie die Vorteile von beliebten Lösungen im Verbrauchersegment nicht übersehen haben: ihre Anpassungsfähigkeit und Zugänglichkeit. Heute bietet der Markt einfach zu verwendende Starterboards, die von führenden Mikrocontroller-Herstellern – vor allem Microchip, deren Portfolio die PIC®- und AVR®-Familien umfasst, an.
Microchip Curiosity und Curiosity Nano Starterkits sind zwei Familien von Boards für schnelle Starts mit Mikrocontrollern (PIC/AVR usw.), aber sie sind für leicht unterschiedliche Bedürfnisse konzipiert und haben eine unterschiedliche "Philosophie" der Nutzung.
Curiosity Platform
Microchip Curiosity ist eine kostengünstige, vollständig integrierte Mikrocontroller (MCU)-Entwicklungsplattform, die für Anfänger, Erbauer und jeden, der eine funktionsreiche Platine für schnelles Prototyping sucht, konzipiert wurde. Sie bieten eine ideale Plattform zum Erlernen des Umgangs mit 8-, 16- und 32-Bit-Mikrocontrollern. Im Vergleich zur Nano-Linie handelt es sich hierbei in der Regel um größere Boards mit komplexer Funktionalität, die den Benutzern breitere Möglichkeiten in Bezug auf Bewertung und Prototyping bieten. Sie integrieren viele zusätzliche Komponenten (LEDs, Tasten, manchmal Potentiometer, Sensoren/Peripherieschaltungen, verschiedene Erweiterungsanschlüsse, je nach spezifischem Board). Sie sind darauf ausgelegt, schnelle Tests von MCU-Peripheriegeräten ohne den Einsatz zusätzlicher Erweiterungsmodule zu erleichtern. Sie integrieren sich in das MPLAB X-Ökosystem und verfügen normalerweise über einen eingebauten Programmierer/Debugger, sodass kein externes Werkzeug dafür benötigt wird.
Elemente auf dem Curiosity-BoardTME bietet Dutzende von Starterboards innerhalb dieser Plattform an.
Curiosity Nano Series Produkte
Microchip Curiosity Nano (oder MC Nano) ist eine Starterplattform, die hauptsächlich 8-Bit-PIC®- und AVR®-Mikrocontrollern gewidmet ist. Sie können auch zur Entwicklung von Anwendungen verwendet werden, die mit einigen 32-Bit-PIC32- und SAM-Produkten mit ARM® Cortex®-Architektur ausgestattet sind.
TME bietet verfügbare Starter- und Basisboards an. Unabhängig vom verwendeten Chip ist die Curiosity Nano-Plattform darauf vorbereitet, die Entwicklung neuer Anwendungen erheblich zu beschleunigen und dadurch die Zeit zwischen Prototyping und Massenproduktion zu verkürzen. Ein Beispiel für die Verwendung von MC Nano-Lösungen in der dynamischen Entwicklung eines Projekts wird im folgenden Videomaterial präsentiert.
Schlüsselmerkmale der MC Nano-Plattform
Starterboards innerhalb der Plattform kommen in verschiedenen Größen (Längen), abhängig von der Größe des verwendeten Mikrocontrollers. Die kleinsten Boards sind für 20-Pin-Chips (einschließlich 16 GPIO-Pins) vorgesehen, während die größten MCUs in einem Gehäuse mit 48 Pins enthalten, was 40 Ein-/Ausgangspins entspricht. Unabhängig von der Länge teilen die Produkte innerhalb der Plattform wichtige physische Merkmale (einschließlich der Breite des Boards, des Pinabstands, des Vorhandenseins einer MicroUSB-Buchse für Strom, Kommunikation und Programmierung) und technische Merkmale, die eine nahtlose Migration zwischen verschiedenen Modellen ermöglichen. Darüber hinaus kündigt der Hersteller an, dass die Plattform zusammen mit dem Mikrocontroller-Angebot entwickelt wird. Es ist zu erwarten, dass neu eingeführte Microchip-Chips auf Boards der Curiosity Nano-Familie erscheinen werden, was den Designern den Komfort bietet, mit den modernsten Lösungen in einer bewährten und vertrauten Umgebung zu arbeiten. Gut gestaltete Löcher eliminieren die Notwendigkeit, Steckverbinder zu löten
Packungsinhalt
Zwei Stiftleisten sind im Lieferumfang von MC Nano enthalten. Auf den ersten Blick ist eine interessante Designlösung von Microchip erkennbar. Die GPIO-Felder, die auf der Leiterplatte angeordnet sind, haben einen 2,54-mm-Abstand und enthalten sowohl Randstecker als auch Löcher. In beiden Fällen handelt es sich um durchkontaktierte Löcher, die für die Montage von Stiftleisten angepasst sind. Dank einer leichten Querverschiebung der Löcher zueinander wird eine enge Passform der Stiftleisten und optimale Anschlussparameter sichergestellt, und die Notwendigkeit ihres Lötens ist praktisch beseitigt (obwohl empfohlen). Nach ihrer Installation kann die Leiterplatte auf einem größeren Steckbrett, einer speziellen Basisplatine oder einem Adapter (kompatible Produkte werden später im Artikel beschrieben) montiert werden.
Schaltungen auf der Leiterplatte
Die Microchip Curiosity Nano-Plattform hat eine Reihe von übergreifenden Merkmalen, die von allen Modellen der Serie geteilt werden. Im zentralen Teil des Boards befindet sich ein Mikrocontroller (C), dessen Pins mit den Feldern an den Rändern der Leiterplatte (F) verbunden sind, und ein Quarzoszillator (D). Für einfache Prototyping-Zwecke sind ein Knopf (A) und eine LED (B) auf dem Board installiert. Im Gegensatz zur Arduino-Plattform dient der Schalter nicht als Reset-Funktion; er ist mit einem Ein-/Ausgangspin des Mikrocontrollers verbunden (die Adresse des zugehörigen Anschlusses ist auf der Leiterplatte markiert und variiert zwischen den Serienmodellen). Eine USB-Micro-Buchse (G) wird für die Kommunikation und die Stromversorgung des Geräts verwendet.
Die Datenübertragung zwischen MC Nano und einem Computer (System, IDE-Software, Kommunikationsterminal usw.) erfolgt über einen virtuellen COM-Port. Die meisten der besprochenen Boards werden, sobald sie an einen PC angeschlossen sind, vom Betriebssystem als externes Laufwerk mit der Bezeichnung "CURIOSITY" erkannt. Kopieren Sie einfach die .hex-Datei auf dieses Gerät – und die Programmierung des Mikrocontrollers erfolgt automatisch. Eine solche Funktionalität ist möglich, weil MC Nano-Boards einen eingebauten nEDBG-Schaltkreis, d.h. einen Debugger/Programmierer (E), haben. Seine Anwesenheit ermöglicht die Verwendung der besprochenen Produkte ohne zusätzliche Geräte. Darüber hinaus, dank ihm, wird der Mikrocontroller nicht mit der Verwaltung des Bootloaders belastet, was die Ausführung des Zielprogramms beschleunigt und Speicher freigibt.
Zusätzlich wird ein programmierbarer Spannungsregler in den MC Nano-Schaltungen verwendet. Er ermöglicht die Definition des Betriebs- und Stromversorgungsspannungsbereichs des Mikrocontrollers von 1,8V bis 5V DC.
Standardisierung der Ausgänge
Einer der Vorteile der Microchip-Plattform ist die Standardisierung der Ausgänge. Unabhängig vom ausgewählten Boardmodell und dem darauf installierten Mikrocontroller sind die Felder an den Rändern der Leiterplatte mit den Pins des Programmierers, Debuggers und Zentralsystems mit der gleichen Funktionalität verbunden. Daher: Die Reihenfolge der Anschlüsse auf dem Board entspricht nicht der Nummerierung der Mikrocontroller-Pins – aber sie ist für die gesamte MC Nano-Serie konsistent. Dieser Standard gilt für die ersten 28 Pins (von der USB-Anschlussseite aus gezählt).
Die Ausgänge sind in mehrere Abschnitte unterteilt. Der erste davon wurde als DEBUG (eine Gruppe von Systemverbindungen) definiert. Diese Pins werden für die Kommunikation mit dem nEDBG-Schaltkreis verwendet. Hier sind auch die Stromanschlüsse (VBUS, einstellbares VTG), Masse GND und der VOFF-Pin zur Steuerung des Betriebs des eingebauten Spannungsreglers. Es ist sogar möglich, ihn bei Bedarf zu deaktivieren. Der Benutzer hat auch Zugang zu seriellen Kommunikationsleitungen (Virtual COM Port): CDC RX/TX. Die nächsten 4 Pins DBG1-DBG4 gehören zur Debugger-Schnittstelle. Welche Schnittstelle von einem bestimmten Boardmodell unterstützt wird, hängt vom Typ des Mikrocontrollers ab. Für PIC-Chips wird es die ICSP™- und MCLR-Schnittstelle sein, für AVR die UPDI-Schnittstelle, während für ARM® - die SWD-Schnittstelle.
Der weitere Teil der Ausgänge ist der Kommunikations- (COM) und Analog- (ANALOG) Abschnitt. Sie bilden ebenfalls ein gemeinsames Merkmal der MC Nano-Serie. Der COM-Abschnitt gruppiert die Ausgänge, die für die Kommunikation über: UART, I2C und SPI verwendet werden. Auf der gegenüberliegenden Kante der Leiterplatte sind analoge Eingänge platziert, d.h. Ausgänge der eingebauten Analog-Digital-Wandler im Mikrocontroller. Meistens können sie auch als Ausgänge für Zähler (Timer) und PWM-Signalgeneratoren dienen. Natürlich können diese Ausgänge nicht programmatisch jedem Mikrocontroller-Pin zugeordnet werden (wie es bei digitalen Ein-/Ausgängen der Fall ist). Die Standardisierung ihrer Lage auf dem Board übersetzt sich in Benutzerfreundlichkeit und Migration zwischen verschiedenen Starterboardmodellen. Wenn der auf dem Board installierte Mikrocontroller mehr ADC-Eingänge oder PWM-Ausgänge hat, sind sie im nächsten Abschnitt verfügbar: GPIO. Hier ist die Zuordnung willkürlicher, da die Anzahl und die Fähigkeiten der Ein-/Ausgangsports streng von der Funktionalität des Zentralsystems abhängen. Detaillierte Informationen darüber, welchem physischen Pin ein bestimmter Anschluss zugeordnet wurde, finden Sie in der Dokumentation. Sie ist verfügbar, nachdem das NC Nano-Board an einen USB-Anschluss eines Computers angeschlossen wurde. Das Massenspeichergerät (das vom System erkannt und als Laufwerk mit der Bezeichnung "CURIOSITY" präsentiert wird) enthält die Datei KIT-INFO.HTM – die detaillierte Informationen über die Funktionalität jedes Ausgangs auf einem bestimmten Boardmodell enthält.
MC Nano-Geräte enthalten Massenspeicher mit geladener digitaler Dokumentation
Funktionalität des integrierten Debuggers
Der in das Microchip-Curiosity-Nano-Board integrierte Debugger (genannt PKOB nano, nEDBG oder nano debugger) bietet grundlegende Funktionen, d. h.: Steuerung des Programmablaufs (flow control - Start, Stopp, Einzelschritt, Reset); Lesen und Schreiben des Inhalts des nichtflüchtigen Speichers des Mikrocontrollers; Verwaltung von Haltepunkten (breakpoint) in einer Anzahl, die vom Bausteintyp abhängt.
Die Firmware des integrierten Debuggers kann über die Entwicklungsumgebung MPLAB®X IDE aktualisiert werden. PKOB nano ist etwas langsamer als vergleichbare Lösungen wie z. B. der Programmer PICkit™ 5. Er hat auch bestimmte Einschränkungen, z. B. die fehlende Möglichkeit, bestimmte Bereiche des Flash-Speichers des Mikrocontrollers zu beschreiben. Andererseits schützt dies vor dem versehentlichen Überschreiben von Speicherbereichen, die für den Debugging-Prozess selbst verantwortlich sind, oder vor einer unerwünschten Änderung der Fuse-Bit-Werte bei AVR®-Mikrocontrollern. Vorteilhaft ist auch, dass das Board dank PKOB nano in den Entwicklungsumgebungen MPLAB®X IDE automatisch erkannt wird. Nach dem Anschließen erhält der Benutzer sofort Zugriff auf Beispielprogramme, Dokumentation, Schaltplan, Pinout-Plan, Datenblatt des Mikrocontrollers usw.
Am Ende dieses Artikels finden sich Video-Materialien mit Beispielen und Grundlagen zur Programmierung der Curiosity-Nano-Boards.
Basisboards und kompatible Module
Im TME-Angebot findet man außerdem eine Reihe von Zubehör- und Ergänzungsprodukten, die den Einstieg in die MC-Nano-Plattform erleichtern und zugleich die Prototyping-Arbeiten selbst verbessern. Die oben beschriebene Standardisierung der Anschlüsse der Microchip-Produktserie ermöglicht den Einsatz von Adaptern, Erweiterungsboards und digitalen Modulen: Sensoren, Treibern, Schnittstellen usw.
Entwicklungsboards und Adapter
Mithilfe von Stiftleisten kann jedes MC-Nano-Modell in ein Basisboard eingesetzt werden. Im TME-Angebot sind zwei Modelle solcher Produkte verfügbar: AC164162 ist mit Anschlüssen ausgestattet, die u. a. mit Modulen der Firmen Mikroelektronika und Microchip kompatibel sind. Die zweite Lösung ist das Evaluierungs-Kit AC80T88A, an das Module aus der Xplained-Pro-Familie angeschlossen werden können. In beiden Fällen verfügt der Nutzer über einen separaten Netzschalter und unabhängige Anschlüsse aller Ports – und erhält zudem eine komfortable, stabile Basis, die den Arbeitskomfort verbessert. Ein unbestreitbarer Vorteil des Modells AC164162 ist der integrierte Akkulade-Controller. Das erleichtert das Prototyping mobiler Geräte – Anwendungen, für die viele Microchip-Mikrocontroller ausgelegt sind. Curiosity Nano Base-Prototypenboard mit Anschlüssen für Click-Module
Module der Click®-Serie
Dank der Standardisierung der Kommunikationsanschlüsse innerhalb der MC-Nano-Serie können diese Produkte schnell mit vielen Erweiterungsmodulen verbunden werden – vor allem mit der Click®-Serie des Herstellers Mikroelektronika. Dies ist derzeit die größte Familie universeller Erweiterungen für Mikrocontroller. Für die Datenübertragung wird der MikroBUS-Standard verwendet (der mehrere Kommunikationsmethoden kombiniert). Derzeit sind im TME-Angebot über 1000 Artikel aus der Click® Board-Familie verfügbar. Dazu zählen zahlreiche Kommunikationsbausteine (RF, WiFi, Bluetooth, ZigBee, GSM), Sensoren, Messgeräte (Amperemeter, Voltmeter), nützliches Zubehör in Form von Speicherkarten- und RFID-Lesern, GPS-Empfänger sowie Schnittstellen-Elemente (Taster, Tastaturen, Kontrollleuchten) und zahlreiche weniger typische Schaltungen, z. B. Mixed-Signal-Schaltungen (FM- und AM-Tuner), Audio-Verstärker. WiFi-Kommunikationsmodul aus der Click-Serie
Vergleich der MC-Nano-Produkte
Einer der größten Vorteile der MC-Nano-Serie ist die große Auswahl an Mikrocontrollern, die auf dieser Plattform eingesetzt werden. In der folgenden Tabelle sind die derzeit direkt im TME-Katalog verfügbaren Bausteine aufgeführt; dieses Angebot wird sich jedoch sicherlich weiter vergrößern.
Board-Symbol
Familie
Mikrocontroller
DM320115
ATMEGA
ATMEGA4809
DM080103
ATTINY
ATTINY1607
DM080104
ATTINY
ATTINY1627
EV35L43A
AVR128DB
AVR128DB48
DM164144
PIC16
PIC16F18446
DM164148
PIC16
PIC16F15376
EV09Z19A
PIC16
PIC16F15244
DM182028
PIC18
PIC18F47K42
DM182029
PIC18
PIC18F47Q10
DM182030
PIC18
PIC18F57Q84
EV26Q64A
PIC18
PIC18F16Q41
EV70C97A
PIC18
PIC18F16Q40
EV10N93A
PIC32CM (Cortex M0+)
PIC32CM1216MC00032
DM320119
SAMD (Cortex M0)
SAMD21G17D
EV76S68A
SAME (Cortex M4)
ATSAME51J20A
EV10P22A
PIC32CM (Cortex M0+)
PIC32CM6408PL10048
Schon am aktuellen Sortiment sieht man, wie breit das Spektrum der Prototyping-Boards aus der Familie Microchip Curiosity Nano ist. Bei einfachen mobilen Anwendungen, bei denen Energieeffizienz der Schlüsselfaktor ist, sind Boards mit ATTINY-Bausteinen die beste Wahl (ein ausgezeichnetes Beispiel für ein solches Produkt ist das Kit DM080104): ausgelegt für Projekte mit geringem Stromverbrauch und hervorragend geeignet als Controller, z. B. in der Haushaltsgeräte-Elektronik oder der Automobilindustrie. Sehr stromsparende Betriebsarten (eXtreme Low-Power) bieten auch PIC16-Mikrocontroller, die über CIP-Peripherie, d. h. Core Independent Peripherals verfügen. Dabei handelt es sich um integrierte Module, die unabhängig vom Kern arbeiten und den Mikrocontroller sogar aus dem Schlafmodus wecken können, indem sie einen Interrupt erzeugen, der von einem programmierbaren Parameter abhängt (z. B. Überschreiten einer vorgegebenen Spannung am Eingang des A/D-Wandlers).
Bei komplexeren Anwendungen, die Berechnungen und Echtzeitreaktionen erfordern und mit zahlreichen Sensoren zusammenarbeiten, lohnt sich ein Blick auf Produkte aus der PIC18-Familie, z. B. das Kit EV26Q64A. Mikrocontroller in dieser Gruppe sind mit zahlreichen Schnittstellen, A/D-Wandlern sowie D/A (d. h. DAC), einem integrierten Operationsverstärker, PWM-Signalgeneratoren mit 16-Bit-Auflösung sowie Speichern für eine schnelle und zuverlässige Datenerfassung ausgestattet.
Beispiele für Anwendungen und Programmierung
Für Anwender, die ihre ersten Schritte in der MPLAB®X-IDE-Umgebung machen, hat der Hersteller zahlreiche Hilfsmaterialien vorbereitet. Diese sind sowohl auf der Microchip-Website als auch auf YouTube zu finden. Mit ihrer Hilfe wird das Erstellen des ersten Projekts und die Bedienung der IDE keine Schwierigkeiten bereiten.
Das folgende Material zeigt, wie man eine Beispielanwendung importiert und modifiziert, die die Funktionalität eines der MC-Nano-Boards demonstriert:
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