Vorstellung des Mikrocontrollerboard MikroWilliV1b8B

Allgemeine Beschreibung:

Ziel war es, ein einfach aufzubauendes Mikrocontrollerboard zu entwickeln, welches von Schülern ohne Probleme in der Werkstätte selbst aufgebaut wird und im Werkstättenlabor in Betrieb genommen wird. Nach zahlreichen Prototypen entstand das vorliegende Board. Jeder Prototyp wurde von mir persönlich aufgebaut, um kritische Arbeitsprozesse zu beseitigen. Als Controller sind die Typen SAB80C537, SAB80C517(A) und C517A der Firma Infineon verwendbar. (C517A wurde noch nicht getestet) Die Platine wurde bewusst nicht in Euroformat gefertigt, sondern ist in Länge und Breite um ca. 20 mm grösser. Dadurch wurde eine unkritische

Bauteildichte (Leiterbahnbreite und Abstand) erreicht. Die unbestückte Platine wird fertig mit Durchkontaktierungen und Lötstopmaske geliefert. Es sind sämtliche relevanten Anschlüsse auf Stiftleisten am Rand der Platine geführt. Jeder Anschluss an den Stiftleisten ist beschriftet und zu jeder Einheit wurde die

Spannungsversorgung +5V, und DGND ausgeführt. Bei der Positionierung der Stiftleisten wurde darauf geachtet, dass das 100 mil Raster eingehalten wurde. Der Vorteil besteht darin, dass man für Versuchsaufbauten normale Lochrasterplatinen verwenden kann. (diese wird einfach aufgesetzt)

Auf dem Board MikroWilliV1b8B sind alle Komponenten vorhanden, die eine Entwicklung direkt auf der Zielhardware ermöglichen.

Und zwar sind dies folgende:

Spannungsversorgung

32k Eprom

32k Ram

Dekodierlogik -> Von Neumann Architektur ab Adresse 0x8000 bis 0xFFFF

I/O Bereich, zum Anschluß eigener Hardware

6 Jumper, zur Einstellung des Betriebsmodus des Controllers

1 Jumper zur Auswahl Debug oder Standalonebetrieb

1 Jumper, zur Auswahl der Schnittstelle (UART0 oder UART1)

1 serielle Schnittstelle, RS232(MAX242) -> UART0 für MasterSlaveModus geeignet

1 serielle Schnittstelle, RS232(MAX232) -> UART1

Spannungsversorgung..

Als Spannungversorgung wurde ein 7805 verwendet, zur grösstmöglichen Flexibilität und Sicherheit wurde ein Brückengleichrichter vorgeschalten. Die Anschlüsse sind in zweifacher Ausführung vorhanden, nämlich als Klinkenstecker (ist auf jedem Steckernetzteil vorhanden) und zweipoliger Printklemme. Man kann also jede Spannungsquelle im Breich von 8-18V egal ob Gleich.-oder Wechselspannung verwenden. Das Board hat eine Stromaufnahme von ca. 100 mA.

32kByte ROM-Speicher (27C256, *27C512)..

Er wird durch IC3 realisiert. Dieses EPROM enthält die vom Benutzer entwickelte Software, oder ein Monitorprogramm. (z.B. Mon51 von Fa. Keil)

*27C512..

Um beim Wechsel der seriellen Schnittstelle nicht das Eprom 27C256 auszutauschen, werden einfach beide Monitore (für UART0 und UART1) in ein Eprom 27C512 gebrannt und mit JP10 (A15 am Eprom) wird die Auswahl getroffen.

32kByte RAM-Speicher (62256)..

Er wird durch IC4, einen statischen RAM-Baustein realisiert. In ihm können Daten und Programme abgelegt werden und auch ausgeführt werden. (Monitorbetrieb)

Dekodierlogik..

Harvard-Architektur

Die Schaltung wurde so ausgelegt, um eigene Anwendungen auf der Zielhardware zu entwickeln. Die MCS-51 Familie ist mit einer sogenannten Harvard-Architektur ausgestattet. Das heisst, Programmspeicher und Datenspeicher sind in streng voneinander getrennten Speicherräumen untergebracht.

Von Neumann Architektur

Sie wird durch zwei NAND-Gattern des IC8 realisiert. Diese Schaltung verknüpft das Lesesignal des Programmspeichers (PSEN) und das Lesesignal des Datenspeichers (RD) zu einem neuen Lesesignal (NLS). Mit diesem NLS Signal, ist das Lesen von Programm- und Datenbytes aus einem gemeinsamen RAM-Speicherbereich

(8000h – FFFFh) möglich. Die Dekodierung des RAM‘s wurde durch ein NAND-Gatter des IC8 realisiert. Das ist nötig, um Programme mittels Monitor (Eprom) in das Ram zu laden

I/O Bereich, zum Anschluß eigener Hardware..

Er wird durch IC7, einen 3-to-8 line decoder/demultiplexer/invertierend realisiert. Zur Dekodierung werden die Adressleitungen A12, A13, A14 und A15 verwendet. Es wurde bewusst auf den Einsatz eines Gals verzichtet, um die Schaltung für Schüler überschaubar und so einfach wie möglich zu gestalten. Eigene Hardware, z.B.

LCD-Display, Digital to Analog-Converter (DAC) Porterweiterung mit 82C55 usw. wird wie RAM angesprochen. Die ChipSelect-Signale sind LOW-AKTIV, dass heisst bei selektiertem Adressbereich geht die geweilige Leitung von 1 nach 0.

Der I/O Bereich, von 0x0000 – 0x7FFF, ist in 8 Bereiche unterteilt:

Signal Adressbereich

CS0 0x0000 – 0x0FFF

CS1 0x1000 – 0x1FFF

CS2 0x2000 – 0x2FFF

CS3 0x3000 – 0x3FFF

CS4 0x4000 – 0x4FFF

CS5 0x5000 – 0x5FFF

CS6 0x6000 – 0x6FFF

CS7 0x7000 – 0x7FFF

Jumpereinstellungen JP1-JP6 -> SAB80C537 -> Voreinstellungen*

JP1 -> Referenz-Ground des ADC’s
Jumper-Stellung	Funktion
A-B*	Interne Zuführung (VAGND = DGND)
B-C	Externe Zuführung (VAGND = EXVAGND)

JP2 -> Referenzspannung des ADC’s
Jumper-Stellung	Funktion
A-B*	Interne Zuführung (VAREF = +5V)
B-C	Externe Zuführung (VAREF = EXVAREF)

JP3 -> Hardware-Power-Down-Mode (HWPD)
Jumper-Stellung	Funktion
A-B*	DGND
B-C	wird nur von SAB80C517A, C517A unterstützt

JP4 -> Power-Down-Modi können nur per Software freigegeben werden (PE/SWD)
Jumper-Stellung	Funktion
A-B*	Power-Down-Modi können nur per Software freigegeben werden
B-C	Power-Down-Modi sind gesperrt, WDT startet automatisch nach dem Reset.

JP5 -> Oszillator-Watchdog (OWE)
Jumper-Stellung	Funktion
A-B*	Der Oszillator-Watchdog ist ausgeschalten
B-C	Der Oszillator-Watchdog ist freigegeben

JP6 -> Externer oder interner Programmspeicher-Zugriff (EA)
Jumper-Stellung	Funktion
A-B*	externer Programmspeicher-Zugriff
B-C	interner Programmspeicher-Zugriff

Jumpereinstellungen A, B, C*

Harvard oder VonNeumann Architektur
Jumper-Stellung	Funktion
A-B*	Test auf Zielhardware: Von Neumann-Architektur Monitor: 0x0000 – 0x7FFF 32k Eprom Programm oder Datenspeicher: 0x8000 – 0xFFFF 32k Ram I/O Bereich: 0x0000 – 0x7FFF 32k
A-C	Normal-Betrieb: Harvard -Architektur Eigenes Programm: 0x0000 – 0x7FFF 32k Eprom Datenspeicher: 0x8000 – 0xFFFF 32k Ram I/O Bereich: 0x0000 – 0x7FFF 32k

UART0, UART1..

Da einige Mitglieder Mcs-51 Familie SAB80C537, SAB80C517, C517A,

Dallas 80C320 usw., zwei serielle Schnittstellen besitzen, wurden diese auch ausgeführt. Dies erwies sich als richtige Entscheidung, da über die eine das Programm in die Zielhardware übertragen wird und über die zweite zum Beispiel Messdaten zum PC gesendet werden können. Als Pegelumsetzer wurde für UART1 ein normaler MAX232 verwendet. Da aber alle Mitglieder der MCS-51 Familie

Intel 80C31, Intel 80C32, Atmel 89C..., Dallas.. usw. einen sogenannten Master-Slave-Modus unterstützen, (Modus 2, Modus 3) wurde um die Kompatibilität zu wahren auf UART0 ein MAX242 verwendet. Um ein Multiprozessorsystem aufzubauen, eignet sich der MAX242 besonders, da er in der Lage ist, seine Sendetreiber auf der RS232-Seite abzuschalten. Dabei bleibt der Empfänger aber aktiv. Über eine Portleitung (P6.3) wird die Senderfreigabe über den Anschluss SHUTDOWN gesteuert.

Zum Abschluss einige Fotos: von MicroWilli

Foto der unbestückten Platine:

Foto der bestückten Platine: Bestückungsseite

Foto der bestückten Platine: Lötseite