Entwicklungsplattform Curiosity Nano von Microchip

In den letzten Jahren erfreuen sich die mit Mikrocontrollern ausgestatteten integrierten Plattformen (die bekannteste Marke ist hier wohl Arduino) steigender Beliebtheit. Mit allgemeiner Verfügbarkeit und breiter Unterstützung von Herstellern und der Benutzergemeinschaft sind das leicht zu erlernende, vielseitige Entwicklungswerkzeuge. Unter professionellen Bedingungen, z.B. beim Prototypenbau mobiler Geräte, ist der Nachteil solcher Produkte jedoch die begrenzte Anzahl unterstützter Systeme. Daher bleiben während der Laborarbeit in der Entwurfsphase von den Systemherstellern selbst erstellte Entwicklungsplattformen die sicherste Lösung. Hervorzuheben ist hier, dass sie die Vorteile beliebter Lösungen aus dem Verbrauchersegment nicht vermisst haben: ihre Anpassungsfähigkeit und Erschwinglichkeit. Heute gibt es auf dem Markt einfach zu bedienende Entwicklungsboards, die von führenden Herstellern von Mikrocontrollern hergestellt werden - hauptsächlich der Firma Microchip, zu deren Portfolio Systeme der Familien PIC® und AVR® gehören. Nachfolgend präsentieren wir eine der Prototyplösungen dieses Herstellers aus der  Serie Curiosity Nano.

Produkte der Serie Curiosity Nano

Microchip Curiosity Nano (oder MC Nano) ist eine Entwicklungsplattform, die hauptsächlich den 8-Bit-Mikrocontrollern PIC® und AVR® dediziert ist. Mit ihrer Hilfe kann man auch Anwendungen entwickeln, die mit einigen 32-Bit-Produkten aus den Familien PIC32- und SAM mit der Architektur ARM® Cortex® ausgestattet sind. Das Angebot von TME umfasst 15 Entwicklungsboards innerhalb dieser Plattform und 2 Basisboards. Unabhängig vom verwendeten System wurde die Plattform Curiosity Nano darauf ausgelegt, die Geschwindigkeit beim Entwerfen neuer Anwendungen zu maximieren und dadurch die Zeit zwischen der Prototyping-Phase und der Implementierung in die Massenproduktion zu verkürzen. Ein Beispiel für den Einsatz von MC-Nano-Lösungen im Prozess der dynamischen Projektentwicklung wird im folgenden Video vorgestellt.
 

Hauptmerkmale der Plattform MC Nano

Die in der Plattform enthaltenen Entwicklungsboards sind in vielen Größen (Längen) erhältlich, abhängig von der Größe des darin verwendeten Mikrocontrollers. Die kleinsten Platinen sind Schaltungen mit 20 Pins (einschließlich 16 GPIO-Pins) gewidmet, während die größten MCUs in einem Gehäuse mit 48 Pins enthalten, was 40 Eingangs-/Ausgangspins entspricht. Unabhängig von der Länge haben die in der Plattform enthaltenen Produkte die gemeinsamen wichtigsten physischen Merkmale (u.a. Platinenbreite, Ausführungsraster, Vorhandensein einer MicroUSB-Buchse für Versorgung, Kommunikation und Programmierung) und technische Merkmale, die eine problemlose Migration zwischen einzelnen Modellen ermöglichen. Außerdem kündigt der Hersteller an, dass die Plattform zusammen mit dem Angebot an Mikrocontrollern weiterentwickelt wird. Es ist zu erwarten, dass die neu eingeführten Microchip-Systeme in der Familie Curiosity Nano erscheinen werden und Designern den Komfort bieten, mit den neuesten Lösungen in einer bewährten und vertrauten Umgebung zu arbeiten.
 

Inhalt der Verpackung

Zwei Stiftleisten sind im Lieferumfang des MC Nano enthalten. Auf den ersten Blick erkennt man die interessante Designlösung von Microchip. Die GPIO-Felder, die auf der Platine im Raster 2,54 mm, angeordnet sind, enthalten sowohl Randleisten als auch Löcher . In beiden Fällen handelt es sich um metallisierte Zwischenstecker, die an die Montage von Stiftleisten angepasst sind. Durch den geringen Querversatz der Löcher zueinander sind ein fester Sitz der Stiftleisten und optimale Verbindungsparameter gewährleistet, und das Löten kann praktisch entfallen (obwohl es empfohlen wird). Nach ihrer Installation kann die Leiterplatte in einer größeren Kontaktplatte, einer speziellen Grundplatte oder einem Adapter montiert werden (verfügbare und kompatible Produkte werden später in diesem Artikel beschrieben).
 

Schaltungen in der PCB-Schaltung

Die Plattform Curiosity Nano von Microchip hat eine Reihe von übergreifenden Merkmalen, die alle Modelle der Serie. gemeinsam haben. Im mittleren Teil der Platine befindet sich ein Mikrocontroller (C), dessen Pins mit den Feldern an den Rändern der Platine (F) verbunden sind, und ein Quarzresonator (D). Für einfaches Prototyping wurde auf der Platine ein Taster (A) und eine LED (B) verbaut. Im Gegensatz zur Arduino-Plattform hat der Schalter keine Reset-Funktion, er wird mit dem Ein-/Ausgangspin des Mikrocontrollers verbunden (die Adresse des dedizierten Ausgangs ist auf der Platine markiert, sie unterscheidet sich zwischen den Serienmodellen). Die USB Micro-(G)-Buchse wird für die Kommunikation und Stromversorgung des Systems verwendet.
  Die Datenübertragung zwischen MC Nano und einem Computer (System, IDE-Software, Kommunikationsterminal etc.) erfolgt über einen virtuellen COM-Port. Die meisten der besprochenen Boards werden nach dem Anschluss an einen PC vom Betriebssystem als externes Laufwerk mit der Bezeichnung „CURIOSITY“ erkannt. Man muss einfach die .hex-Datei auf dieses Gerät kopieren - und schon erfolgt die Programmierung des Mikrocontrollers automatisch. Diese Funktionalität ist möglich, weil die Platten MC Nano einen eingebauten nEDBG-Chip haben, d.h. einen Debugger / Programmierer (E). Seine Anwesenheit ermöglicht es, die betreffenden Produkte ohne den Einsatz zusätzlicher Geräte zu bedienen. Dazu wird der Mikrocontroller dadurch nicht mit dem Bootloader belastet, was die Ausführung des Zielprogramms beschleunigt und Speicher freigibt.

Zusätzlich verwenden die Schaltungen MC Nano einen programmierbaren Spannungsregler. Er erlaubt, den Betriebsspannungs- und Leistungsbereich des Mikrocontrollers im Bereich von 1,8 V bis 5 V DC zu definieren.

Standardisierung von Ausführungen

Einer der Vorteile der Plattform von Microchip ist die Standardisierung der Pins. Unabhängig vom gewählten Board-Modell und dem darauf verbauten Mikrocontroller werden die Felder an den Rändern der Platine mit den Pins von Programmer, Debugger und Zentralsystem mit gleicher Funktionalität verbunden. Also: Die Reihenfolge der Stecker auf der Platine stimmt nicht mit der Nummerierung der Mikrocontroller-Pins überein - sie ist jedoch für die gesamte Serie MC Nano gleich. Dieser Standard gilt für die ersten (von der Seite des USB-Anschlusses gezählt) 28 Pins.

Ausführungen sind in mehrere Abschnitte unterteilt. Die erste ist als DEBUG (Gruppe von Systemverbindungen) definiert. Diese Pins werden verwendet, um mit der nEDBG-Schaltung zu kommunizieren. Es gibt hier auch Versorgungseingänge (VBUS, einstellbarer VTG), GND-Masse und den VOFF-Pin, der den Betrieb des eingebauten Spannungsreglers steuert. Man kann das sogar ausschalten, wenn dies benötigt wird. Der Benutzer hat auch die seriellen Kommunikationsleitungen zur Verfügung (Virtual COM Port): CDC RX/TX. Die nächsten 4 Pins DBG1-DBG4 gehören zur Debugger-Schnittstelle. Welche Schnittstelle von einem bestimmten Platinenmodell unterstützt wird, hängt von der Art des Mikrocontrollers ab. Für PIC-Schaltungen werden es die ICSP™- und MCLR-Schnittstelle sein, für AVR die UPDI-Schnittstelle und für ARM® \ die SWD-Schnittstelle.
  Die restlichen Ausführungen sind die Kommunikations- (COM) und analogen (ANALOG) Abschnitte. Sie sind auch ein gemeinsames Merkmal der Serie MC Nano. Der COM-Abschnitt gruppiert die Pins für Kommunikation über: UART, I²C und SPI-Bus. Am gegenüberliegenden Rand der Platine befinden sich analoge Eingänge also die Ausführungen der im Mikrocontroller eingebauten Analog-Digital-Wandler. Meistens können sie auch als Ausgänge für Zähler (Timer) und PWM-Signalgeneratoren verwendet werden. Natürlich können diese Ausgänge nicht auf irgendeinen Mikrocontroller-Pin programmtechnisch gemappt werden (wie es bei digitalen Ein-/Ausgängen der Fall ist). Die Standardisierung ihrer Position auf dem Board führt zu Benutzerfreundlichkeit und Migration zwischen den verschiedenen Modellen von Entwicklungsboards. Falls der auf dem Board verbaute Mikrocontroller über mehr ADC-Eingänge oder PWM-Ausgänge verfügt, stehen diese im nächsten Abschnitt zur Verfügung:GPIO. Hier ist die Zuordnung eher willkürlich, da die Anzahl und Fähigkeiten der E/A-Ports streng von der Funktionalität des zentralen Systems abhängig sind.

Genaue Informationen darüber, welcher physikalische Pin welchem ​​Stecker zugeordnet ist, sind in der Dokumentation zu finden. Sie ist verfügbar, nachdem das NC Nano-Board an den USB-Anschluss des Computers angeschlossen wird. Das Massenspeichergerät (das vom System erkannt und als Laufwerk mit der Bezeichnung „CURIOSITY“ angezeigt wird) enthält die Datei KIT-INFO.HTM – die detaillierte Informationen über die Funktionalität jedes Pins auf dem jeweiligen Platinenmodell enthält.
 

Eingebaute Debugger-Funktionalität

Der eingebaute Microchip Curiosity Nano Debugger (bekannt als PKOB nano, nEDBG odernano debugger) hat grundlegende Funktionalität, d.h.: Ablaufsteuerung der Programmausführung (flow control - start, stop, step triggering, reset); Lesen und Schreiben des Inhalts des nichtflüchtigen Speichers des Mikrocontrollers; Unterstützung für Traps (breakpoint) in der vom Systemtyp abhängigen Anzahl.

Die Firmware des integrierten Debuggers kann über die Entwicklungsumgebung MPLAB® IDE oder Microchip Studio aktualisiert werden. PKOB nano ist etwas langsamer als ähnliche Lösungen wie der Programmierer PICkit™ 4. Sie hat auch einige Einschränkungen, wie die Unfähigkeit, bestimmte Bereiche des Flash-Speichers des Mikrocontrollers zu beschreiben. Andererseits schützt das vor versehentlichem Überschreiben von Speicherbereichen, die für den Debugging-Prozess selbst verantwortlich sind, oder vor einer unerwünschten Änderung des Werts von fuse bits im Fall von AVR®-Mikrocontrollern. Auf der Seite der Vorteile steht auch die Tatsache, dass dank des Vorhandenseins von PKOB nano die Platte automatisch in den Entwicklungsumgebungen MPLAB IDE und Microchip Studio erkannt wird. Nach Anschluss der Platine erhält der Anwender sofort Zugriff auf Beispielprogramme, Dokumentation, Schaltplan, Ausführungsplan, Mikrocontroller-Katalogkarte etc.

Am Ende dieses Artikels finden Sie Videos mit Beispielen und Grundlagen der Programmierung von Curiosity Nano.