Het µclab voor Arduino UNO, NANO en Arduino UNO pincompatible

Transcriptie

1 Het µclab voor Arduino UNO, NANO en Arduino UNO pincompatible processorbordjes. Shieldjes voor Arduino µc boards zijn nodig om praktische elektronische toepassingen met een Arduino te kunnen uitvoeren. Met een Arduino bordje alleen kan je weinig doen. Extra hardware is nodig om leuke toepassingen uit te voeren. Het µc-shield is een op maat gemaakt bordje voor de opleiding elektronica-ict. Het heeft dan ook een specifieke educatieve functie voor projecten en labo s. Naast het leren solderen en testen is het vooral bedoeld om het te gebruiken met alle Arduino pin-compatibele processorbordjes en FPGA bordjes. Gemakshalve benoemen we het bordje hierna µclab. Het µclab is voorzien om één Arduino Nano en een Arduino Uno bordje te gebruiken. Aan de componentzijde kan een Arduino Nano worden aangesloten en aan de soldeerzijde een Arduino Uno. Het µclab is opgebouwd met basisschakeling met als doel om samen met een Arduino deze basisschakelingen te gebruiken in functie van een C-programma. Omdat niet alle basisschakelingen aangesloten zijn aan uitgangen van een Arduinobord is het noodzakelijk om met kabeltjes verbindingen te maken tussen de schakelingen en de processor. Dit is ook de reden waarom er veel connectoren aanwezig zijn. Volgende basisschakelingen zijn aanwezig en kunnen mits de juiste verbindingen worden gebruikt door een Arduino. 8x8 ledmatrix

2 De ledmatrix wordt aangestuurd door twee 8-bits schuifregisters 74HC595. Elke uitgang van de 74HC595 is verbonden met ofwel een rij van 8 anodes(r1..r8) of een kolom(k&..k8) van 8 kathodes. Omdat de aansluitingen van de ledmatrix willekeurig verdeeld zijn over de DIL 16 pins, zijn de verbindingen tussen beide IC s en de ledmatrix ook willekeurig. Dit wil zeggen dat de kolommen en rijen over de twee 8 bits registers willekeurig verdeeld zijn. Aan alle PMOD connectoren is VCC pin 6 (PMODx.6) en GND (PMODx.5) IC4 IC5 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 R1 R2 K7 R8 K5 R3 R5 K8 K4 K6 K3 R4 K1 R6 R7 K2 LEDMATRIX LEDMATRIX PINS LEDMATRIX K8 K6 R5 K3 R3 R4 K5 K1 R8 R6 K7 R7 R2 K2 R1 K4 Om kolom 8 te laten oplichten wordt is Q7 van IC4= 1 (5V) en alle rijen van de ledmatrix = 0 (0V). De kolommen en rijen van de ledmatrix zijn random aanwezig in de registers van IC4 en IC5.

3 4 drukknoppen met een hardware anti-denderschakeling. De vier drukknoppen zijn te gebruiken via SW3, SW4,SW5 en SW6 aansluiting op connector PMOD. De VCC en GND aansluiting die ook aanwezig zijn op de connector is de voedingsspanning van het µclab. Bij het indrukken van de drukknoppen zal er een 5V signaal op de uitgangen aanwezig zijn. PMOD6 C17 RA5 sw3 R29 IC9A R33 sw4 C13 R30 IC9B R34 C14 sw5 R31 IC9C R35 IC9F R32 IC9D C15 R36 sw6 IC9E C16 Rotaryencoder met twee drukknoppen. Voedingspanning : VCC en GND van het µclab of externe voeding via PMOD. De VCC en GND van deze schakeling zijn niet verbonden met de VCC en GND van het µclab. De rotaryencoder heeft twee uitgangen die bij het draaien twee pulsen genereren die onderling 90 zijn verschoven. Deze twee uitgangen zijn beschikbaar via RT1 en RT2 van PMOD. De twee drukknoppen zijn met Pull-Up weerstanden verbonden met de VCC van connector PMD5 en zijn beschikbaar via SW1 en SW2 van PMOD5.

4 RA1 PMOD5 sw1 sw2 rot1 Twee potentiometers als regelbare spanningsdeler. Voedingspanning: VCC en GND van het µclab of externe voeding via PMOD. De VCC en GND van deze schakeling zijn niet verbonden met de VCC en GND van het µclab De aansluitingen van beide trimmers PT1 en PT2 zijn beschikbaar via connector PMOD3.1 en PMOD3.3. Met deze trimmers kunnen spanningsdelers gemaakt worden om een regelbare analoge spanning aan de analoge ingangen van de Aduino te kunnen aansluiten. Met PMOD3.2 en PMOD3.4 is een directe verbinding gemaakt met de UNO_3.5 en de UNO_3.6. Dit zijn twee analoge ingangen van de Arduino. PMOD3 PT2 50 % PT1 50 % Aansluiting voor een LCD-display De aansluiting van het display is voorzien op CN1 Het is de bedoeling om via een flatcable en een connector deze aansluiting te maken.

5 De connector LCD is nodig om met de Arduino de data- en commandoregisters van het display aan te sturen Om dit display te laten werken met PMOD uitgangen van FPGAbordjes, is een 3,3V naar 5V convertor via IC voorzien. PMOD1 wordt hiervoor gebruikt. Regeling voor het sturen van twee DC-motoren De connector motorsturing is nodig om motor M1 en motor M2 in snelheid en richting te veranderen Hiervoor worden motorsturing.1, motorsturing.2, motorsturing.3, motorsturing.4 gebruikt. Om het mogelijk te maken motoren met een maximum spanning tot 24V te sturen moet een aparte voedingsspanning worden aangesloten op connector MOT_OUT. MOT_OUT.1 => M2 MOT_OUT.2 => M2 MOT_OUT.3 => +(van 5V tot 24V) MOT_OUT.4 => - MOT_OUT.5 => M1 MOT_OUT.6 => M1 De aansluitingen van de motoren M1 en M2: zie bovenstaande tabel. MOTORSTURING RA3 5_0V C9 IC7 C5 C6 C10 C8 C7 MOTOROUT Vier ledjes met VCC-indicatie Voedingspanning : VCC en GND van het µclab of externe voeding via PMOD. De VCC en GND van deze schakeling zijn niet verbonden met de VCC en GND van het µclab. De vier ledjes zijn te gebruiken als LED1, LED2, LED3 en LED4 aan connector PMOD2.1..4

6 De kathode van de ledjes is gemeenschappelijk verbonden met de GND van connector PMOD2. Da anode van de ledjes kan direct worden aangestuurd door de digitale uitgang van de Arduino. De VCC pin van de PMOD connector dient als indicatie om de aanwezigheid van een spanning aan te geven. LED8 dient als indicator. PMOD2 R28 R22 R20 LED8 R19 LED2 R21 LED4 LED1 LED3 I 2 C bus Er is een PCF8574 component met acht GPIO s aanwezig. Drie GPIO s zijn aangesloten als uitgangen die ledjes sturen. De vierde uitgang wordt gebruikt om via een PNP transistor de backlight van het LCD display te sturen. De andere vier GPIO s zijn beschikbaar aan connector IIC_P0_4 voor allerlei toepassingen. De I 2 C bus is voorzien van Pull-Up weerstanden en beschikbaar via connector IIC_BUS. Een dipswitch met vier schakelaars Voedingspanning : VCC en GND van het µclab of externe voeding via PMOD. De VCC en GND van deze schakeling zijn niet verbonden met de VCC en GND van het µclab. De schakelaars zijn via Pull-Up weerstanden verbonden met de VCC pin van connector PMOD4.

7 RA2 PMOD4 S1 Temperatuursensor met SPI aansluiting. Voedingspanning : VCC en GND van het µclab of externe voeding via PMOD. De VCC en GND van deze schakeling zijn niet verbonden met de VCC en GND van het µclab. Via een TC77 kan de temperatuur worden gemeten. SPI communicatie via PMOD7 zorgt voor de verbinding met de Arduino. TXD en RXD aansluiting Voedingspanning : V3.3 en GND van het µclab De V3.3 en GND van deze schakeling zijn verbonden met de V3.3 en GND van het µclab Externe communicatiebordjes die synchrone communicatie gebruiken kunnen hierop worden aangesloten. Voorbeeld: DMX, Bluetooth, WiFi, Aansluiting voor externe modules CNN1 CNN2 Deze twee connectoren zijn met elkaar verbonden zodat op een connector een extern bordje kan worden aangesloten en de andere dient dan voor de verbinding met de Arduino.

8 Aansluiten op een externe spanningbron Het voeden van het µclab moet via een externe spanningsbron gebeuren. Dit kan op verschillende manieren, afhankelijk van hoeveel Arduinobordjes gebruikt gaan worden. Er zijn verschillende mogelijkheden die besproken worden. Eén Arduino UNO aan de soldeerzijde aansluiten. 1) Een USB verbinding, direct aan de mini USB van het Arduino UNO aangesloten zorgt voor de voeding van het Arduino UNO alsook de voeding van het µclab. Let op dat het vermogen van een USB pc beperkt is tot 500mA. 2) Door middel van een externe DC voeding (min 6V max 12V) aangesloten aan connector PWNANO. Om te zorgen dat deze voeding de Vin van het Arduino UNO bereikt, moet er met een draadje een verbinding gemaakt worden tussen Vin van connector NANO1 en Vin van connector UNO_4R.1. Plaats ook een jumper op GNDSW. Eén Arduino NANO aan de componentzijde aansluiten. 1) Een USB verbinding, direct aan de mini USB van het Arduino NANO aangesloten zorgt voor de voeding van het Arduino NANO alsook de voeding van het µclab. Om het µclab te voeden moeten er jumpers geplaatst worden op GNDSW en VCCSW. Let op dat het vermogen van een USB pc beperkt is tot 500mA. 2) Door middel van een externe DC voeding (min 6V max 12V) aangesloten aan connector PWNANO. Om het µclab te voeden moeten er jumpers geplaatst worden op GNDSW en VCCSW. Eén Arduino UNO aan de soldeerzijde en één Arduino NANO aan de componentzijde aansluiten. Hier is maar één mogelijkheid veilig. 1) Door middel van een externe DC voeding (min 6V max 12V) aangesloten aan connector PWNANO. Om te zorgen dat deze voeding de Vin van het Arduino UNO bereikt, moet er met een draadje een verbinding gemaakt worden tussen Vin van connector NANO1 en Vin van connector UNO_4R.1. Plaats ook een jumper op GNDSW. De 5V uitgang van de Arduino UNO zorgt voor de VCC van het µclab. PLAATS BIJ DEZE SETUP GEEN JUMPER OP VCCSW. ZO ONTSTAAT ER EEN KORTSLUITING TUSSEN BEIDE BORDJES