Bakalá ská práce: Realizace univerzálního leteckého p ístroje. eské Vysoké U ení Technické v Praze Fakulta Elektrotechnická BAKALÁ SKÁ PRÁCE

BakaláĜská práce: Realizace univerzálního leteckého pĜístroje

Jan Petras

ýeské Vysoké Uþení Technické v Praze Fakulta Elektrotechnická

BAKALÁěSKÁ PRÁCE

Realizace univerzálního digitálního leteckého pĜístroje pro pohyblivý letový simulátor

Praha, 2011

Autor: Jan Petras Vedoucí práce: Ing. Pavel Paþes, PH.D. -1-


Jan Petras

ýestné prohlášení autora práce Prohlašuji, že jsem pĜedloženou práci vypracoval samostatnČ a že jsem uvedl veškeré použité informaþní zdroje v souladu s Metodickým pokynem o dodržování etických principĤ pĜi pĜípravČ vysokoškolských závČreþných prací.

V Praze dne ………………………….. Podpis autora práce

-2-


-3-

Jan Petras

BakaláĜská práce: Realizace univerzálního leteckého pĜístroje ZámČrnČ prázdná strana

-4-

Jan Petras


Jan Petras

Anotace v þeském jazyce: V této práci navrhuji konstrukci zobrazovacího pĜístroje pro letecké simulátory a ultarlehká letadla s možností pĜipojení dvou rĤzných typĤ displejĤ. PĜístroj bude komunikovat s nadĜazenými systémy pomocí standardu CAN aerospace. Ovládání pĜístroje pomocí tlaþítek navrhnu na základČ pĜedchozí studie.

Annotation in English: In this work I design a display device for flight simulators and ultarlight aircrafts with possibility to connect two different types of displays. The device will communicate with superior systems via the standard CAN aerospace. Control of the device with the buttons suggest on the basis of previous studies.

-5-


Jan Petras

Obsah: 1. 2.

Úvod ................................................................................................................................... 7 Displej ATM12864D.......................................................................................................... 7 2.1. Popis displeje.............................................................................................................. 7 2.2. PĜipojení displeje........................................................................................................ 8 2.3. Ovládání displeje...................................................................................................... 10 2.4. Viditelnost zobrazovaných dat ................................................................................. 13 3. Displej NL2432HC22-41K .............................................................................................. 13 3.1. Modul Displeje......................................................................................................... 13 3.1.1. Popis modulu displeje ...................................................................................... 13 3.1.2. PĜipojení displeje.............................................................................................. 14 3.1.3. Ovládání displeje.............................................................................................. 15 3.2. Modul touch panelu.................................................................................................. 15 3.2.1. Popis touch panelu ........................................................................................... 15 3.2.2. PĜipojení touch panelu...................................................................................... 16 3.2.3. MČĜení souĜadnic stisku ................................................................................... 16 3.2.4. MČĜení síly stisku ............................................................................................. 17 4. Schéma zapojení desky plošných spojĤ ........................................................................... 18 4.1. Schéma zapojení....................................................................................................... 18 4.2. Zapojení Ĝídícího procesoru ..................................................................................... 21 4.3. Napájení obvodĤ ...................................................................................................... 22 4.4. PodsvČtlení displejĤ.................................................................................................. 24 4.5. Externí periferie........................................................................................................ 24 5. Deska plošných spojĤ....................................................................................................... 24 5.1. Popis rozmístČní souþástek....................................................................................... 25 5.2. Deska plošných spojĤ............................................................................................... 26 5.3. Výrobní data............................................................................................................. 27 5.4. Seznam souþástek..................................................................................................... 27 6. Software a ovládání pĜístroje............................................................................................ 32 6.1. Rozhraní CAN.......................................................................................................... 33 6.2. Tlaþítka..................................................................................................................... 34 6.3. UART ....................................................................................................................... 35 7. ZávČr................................................................................................................................. 35 8. PĜílohy na disku CD ......................................................................................................... 36 9. Seznam použité literatury a jiných zdrojĤ........................................................................ 36

-6-


Jan Petras

1. Úvod Tato práce se zabývá rozborem funkþnosti a ovládání souþasných leteckých pĜístrojĤ používaných v letových simulátorech a ultralehkých letadlech. Na základČ tČchto znalostí jsem navrhl hardware urþený právČ do tČchto pĜístrojĤ, ke kterému bude možno pĜipojit jak þernobílý tak i barevný displej a vytvoĜit tak funkþní pĜístroj použitelný v letadle. Cílem této práce bylo vytvoĜit základ pro budoucí finální výrobek: •

Navrhnout hardware schopný pĜipojení a komunikace s displeji.

•

VytvoĜení softwaru schopného ovládat þernobílý displej s následnou implementací znakových sad.

•

Implementovat do Ĝídící elektroniky komunikaþní standard CANaerospace.

•

Navrhnout ovládání takového pĜístroje. V první þásti práce se zabývám rozborem mnČ dodaných displejĤ, zpĤsobu

komunikace a jejich implementací do Ĝídící elektroniky. V další þásti potom návrhem elektrického schématu pro budoucí Ĝídící elektroniku. A následnČ pak návrhem desky plošných spojĤ. Ke konci své práce pak popisuji zpĤsob komunikace a ovládání pĜístroje jak pomocí komunikaþních protokolĤ tak i pomocí ovládacích tlaþítek. V této práci jsem zužitkoval své teoretické znalosti a þasem nasbírané zkušenosti s prací s mikroprocesory. PĜi Ĝešení a tvorbČ uživatelského rozhraní jsem použil práci p. Ing Paþesa [11] a internetové stránky [7], [8]výrobcĤ podobných pĜístrojĤ.

2. Displej ATM12864D 2.1.

Popis displeje

ATM12864D je þistČ grafický STN LCD modul s rozlišením 128x64 pixelĤ, vyrobený v technologii low power CMOS. Displej je rozdČlen na dvČ poloviny s rozlišením 64x64 pixelĤ a je Ĝízen dvČma Ĝadiþi KS0108B a jedním Ĝadiþem KS0107B. Modul displeje obsahuje grafickou pamČĢ DRAM umístČnou v Ĝadiþi KS0107B pro uložení zobrazovaných dat, LED podsvČtlení a teplotnČ kompenzovaný zdroj záporného napČtí, potĜebný pro nastavení kontrastu displeje. Na Obr. 1 je znázornČno schématické uspoĜádání jednotlivých funkþních blokĤ modulu displeje.

-7-


Jan Petras

Obr. 1 Schématické uspoĜádání modulu displeje ATM12864D

2.2.

PĜipojení displeje

Displej se dá pĜipojit pomocí 20 pinového konektoru typu pinová lišta s rozteþí vývodĤ 2,54mm. Význam jednotlivých pinĤ a následné pĜipojení k Ĝídícímu procesoru je znázornČno v tabulce - Tabulka 1.

-8-


Jan Petras

Pin no.

Oznaþení

Typ

Popis

µP Pin no.

µP Pin

1

Vss

Napájení

Zem

-

-

2

Vdd

Napájení

Napájecí napČtí

-

-

3

V0

Napájení

NapČtí pro nastavení

-

-

kontrastu displeje 4

D/I

I

VýbČr mezi instrukcí a

16

daty 5

R/W

I

VýbČr mezi zápisem a

PB0

17

þtením

PB1

6

E

I

Povolovací vstup

18

PB2

7

DB0

I/O

Datová brána

41

PA0

8

DB1

I/O

42

PA1

9

DB2

I/O

43

PA2

10

DB3

I/O

44

PA3

11

DB4

I/O

45

PA4

12

DB5

I/O

46

PA5

13

DB6

I/O

47

PA6

14

DB7

I/O

48

PA7

15

CS1

I

VýbČr Ĝadiþe

19

PB3

16

CS2

I

VýbČr Ĝadiþe

20

PB4

17

RESETB

I

Reset

18

Vee

Napájení

Výstup záporného

Vss

-

-

napČtí 19

A

Napájení

Anoda podsvČtlení

-

-

20

K

Napájení

Katoda podsvČtlení

-

-

Tabulka 1 Význam jednotlivých pinĤ

Nastavení kontrastu se provádí pĜivedením záporného napČtí na vstup V0. Modul displeje již má implementovaný svĤj zdroj záporného napČtí. Tento zdroj je tepelnČ kompenzovaný a jeho výstup je na pinu Vee. Hodnota napČtí záleží kus od kusu, ale pohybuje se okolo -12V. Na pin V0 je možné pĜivést napČtí v rozsahu -19 – 0.5V. Trimr nastavující kontrast je opĜen

-9-


Jan Petras

o 0V a o V0. Není tĜeba tedy dodávat další odpory nastavující meze napČtí a postaþí mi tedy samotný trimr, který se mĤže pohybovat od dorazu k dorazu.

2.3.

Ovládání displeje

S displejem se dá komunikovat pĜes paralelní 8 bitovou bránu pro data a pomocí Ĝídících signálu: CS1, CS2, E, R/W, D/I. Data jsou do interní pamČti displeje zapisována prioritou LSB, jak je ukázáno na Obr. 2. ěídící signály CS1 a CS2 slouží pro výbČr poloviny displeje, se kterou chceme pracovat. Signál E pĜi své sestupné hranČ potvrzuje zápis dat þi instrukcí. R/W slouží k výbČru mezi zápisem dat a jejich þtením (L = zápis dat.). Signál D/I slouží k volbČ mezi instrukcemi a daty. RST slouží k resetu displeje, pokud na RST pĜivedeme log 0, displej se vypne a interní ukazatele pro zobrazení dat se vynulují. Po uvolnČní resetu do log. 1 se stav displeje dá zmČnit pouze pomocí instrukce. Reset nemá vliv na stav vnitĜní grafické pamČti. Tento signál není pĜíliš užiteþný a proto jsem se rozhodl jej nepoužívat a pĜipojit jej napevno do log. 1. Po pĜeþtení nebo zápisu dat, resetu a pĜipojení napájecího napČtí displej generuje Busy pĜíznak. To znamená, že jsou vnitĜní Ĝadiþe zaneprázdnČné a nepĜijímají další instrukce. ěídící SW tedy musí kontrolovat Busy pĜíznak, aby nedošlo ke špatné interpretaci dat.

Obr. 2 UspoĜádání dat v interní pamČti displeje

- 10 -


Jan Petras

Instrukce displeje:

D/I R/W DB7 DB6 DB5

Význam instrukce

DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

0

0

0

1

X adresa

0

0

1

1

Y posuv

Zápis dat (LSB nahoĜe, MSB dole)

1

0

data byte

ýtení dat (LSB nahoĜe, MSB dole)

1

1

data byte

0

1

1

On/Off

Zap./Vyp. Displeje (On/Off = 1, On)

Nastavení stránky pamČti, v rozmezí 0-7 Nastavení sloupce, rozmezí 0-63 Nastaví vertikální pozici horního Ĝádku, rozmezí 0-63

Stránka

Stavové slovo Busy 1 - Ĝadiþ zaneprázdnČn 0 – Ĝadiþ je pĜipraven On/Off 1 - LCD zapnut

Busy

0

On/Off Reset

0

0

0

0 - LCD vypnut Reset 1 - probíhá reset 0 - reset ukonþen Tabulka 2 PĜehled instrukcí displeje

•

Displej On/Off

PĜi zapsání instrukce displej off displej pĜestane zobrazovat data zapsaná v interní pamČti. Je možné s displejem normálnČ pracovat, zapisovat data, þíst status Byte, provést reset. Nová data se zobrazí až pĜi opČtovném zapnutí displeje.

- 11 -

0

BakaláĜská práce: Realizace univerzálního leteckého pĜístroje •

Jan Petras

Nastav sloupec

Adresa je v rozmezí 0-63 zapsaná v dolních pČti bitech instrukce. Je nutné vzít v úvahu, že displej je rozdČlen na dvČ poloviny. Pokud tedy chceme zapisovat na adresu O-63 je nutné mít CS = 1 a CS2 = 0. Naopak pĜi zápisu na adresu 64 – 127 je nutné mít CS = 0 a CS2 = 1. Je také možné zapisovat do obou polovin najednou pĜi CS1 = 1, CS2 = 1. Po zápisu þi þtení se adresa automaticky inkrementuje o 1. •

Nastav stránku pamČti

Do vnitĜní pamČti displeje lze zapisovat data pouze po celých bajtech, kde bajt pĜedstavuje svislou osmici pixelĤ na dané adrese sloupce. Nastavení stránky je tedy možné v rozmezí 0-7 zapsaných v dolních 3 bitech instrukce. Proces þtení þi zápisu dat je vykonáván v nastavené bance dokud není tímto pĜíkazem zmČnČn. •

Nastavení vertikální pozice prvního Ĝádku

Tato instrukce se nejlépe uplatní pĜí rolování displeje smČrem dolĤ. Displej zaþne vykreslovat data od této adresy, data která se nevejdou na displej jsou vykreslena od nultého Ĝádku dolĤ. •

PĜeþtení status byte

V kombinaci R/W = 1 a D/I = 0 lze na datové bránČ displeje pĜeþíst pĜíznaky: Busy 1 - ěadiþ zaneprázdnČn, nereaguje na vnČjší signály. 0 – ěadiþ je pĜipraven, þeká na data. On/Off 1 - LCD zapnut. 0 - LCD vypnut. Reset 1 - Probíhá reset 0 - Reset ukonþen

- 12 -


2.4.

Jan Petras

Viditelnost zobrazovaných dat

Poté, co jsem dokázal vypsat data na displej, jsem se zaþal zajímat o to, jaká je viditelnost zobrazovaných dat pĜi rĤzném osvČtlení a zorném úhlu pohledu. Navrhl jsem jednoduchý experiment, jak to zjistit. K vlastnímu experimentu jsem potĜeboval lampiþku a úhlomČr. Displej jsem osvítil tĜemi rĤznými intenzitami svČtla. •

TémČĜ tma

•

Normální osvČtlení

•

Velké osvČtlení

Zkoumal jsem viditelnost dat pĜi zapnutém i vypnutém podsvČtlení. Došel jsem k závČru, že data jsou za normálních podmínek, tedy velkém a stĜedním podsvČtlení, viditelná asi do 80°. Data jsou poté stále viditelná, ale již témČĜ neþitelná. Ve tmČ byla viditelnost znatelnČ horší, pouhých 40°. PĜi zapnutém podsvČtlení byla situace ve tmČ, jak se dalo oþekávat, mnohem lepší, tedy 80°. PĜi stĜedním osvČtlení se vliv podsvČtlení již neprojevil.

3. Displej NL2432HC22-41K 3.1.

Modul Displeje

3.1.1. Popis modulu displeje Jedná se o grafický barevný displej typu LCD s úhlopĜíþkou 3,5 palce s rozlišením 320x240 pixelĤ a 262 144 barvami. Displej je vyroben technologií a-SI TFT activ matrix (amorphous silicon thin film transistor). Technologie activ matrix využívá toho, že informace pĜivedená na pixel je zde udržována až do jejího pĜepsání informací novou. Na rozdíl od technologie pasiv matrix, kde se informace na pixelu samovolnČ neudržela a musela být neustále obnovována. Tato technologie umožĖuje zobrazovat mnohem jasnČjší a kontrastnČjší obraz. Displej je primárnČ urþen do zaĜízení typu PDA, je tedy konstruován s malými energetickými požadavky. Celý modul potĜebuje k chodu pouhých 50mW a 400mW pro plné podsvČtlení.

- 13 -


Jan Petras

3.1.2. PĜipojení displeje Displej se pĜipojuje pĜes 45 pinový FFC (flexible flat cable). V tomto pĜípadČ jsem použil konektor spoleþnosti Virose, konkrétnČ typ: FH23-45S-0.3HW(05). Detailní popis pinĤ a jejich funkcí lze nalézt v pĜíloze: [3]. V následující tabulce je vytvoĜeno shrnutí jednotlivých signálĤ a jejich pĜipojení k Ĝídícímu procesoru. P no. Jméno 1 GND 2 GND 3 VCC 4 VCC 5 VCC 6 VCC 7 GND 8 /Reset 9

HSync

10

VSync

11 12

CLK GND

13 14 15

D00 D01 D02

16

D03

17

D04

18

D05

19 20 21 22 23

D10 D11 D12 D13 D14

Typ signálu Zem Zem

µP Zem Zem

Napájecí napČtí 3.3V Zem Zem Reset PT0 Synchronizaþní signál pro PT1 horizontální osu Synchronizaþní signál pro vertikální osu PT2 Hodinový signál pro vstupní data RGB složky PT3 Zem Zem

P no. 24 25 26 27 28 29 30 31

Jméno D15 D20 D21 D22 D23 D24 D25 GND

Typ signálu Data zelené složky (MSB) Data þervené složky (LSB) Data þervené složky Data þervené složky Data þervené složky Data þervené složky Data þervené složky (MSB) Zem

µP PE7 PM0 PM1 PM2 PM3 PM4 PM5 Zem

32

SCL

Hodinový signál sériového vstupu

PB5

33

SI

Sériový datový vstup

PB6

34 35

RSVD /CS

Nevyužitý vstup Chip select NapČtí pro nastavení kontrastu Data modré složky (LSB) PP0 36 VComin displeje Data modré složky PP1 37 N.C. Nevyžitý vstup Data modré složky PP2 38 GND Zem Analogový výstup touch padu, osa Data modré složky PP3 39 XL X levá elektroda. Analogový výstup touch padu, osa Data modré složky PP4 40 YD Y, dolní elektroda. Analogový výstup touch padu, osa Data modré složky (MSB) PP5 41 XR X pravá elektroda. Analogový výstup touch padu, osa Data zelené složky (LSB) PE2 42 YU Y, horní elektroda. Data zelené složky PE3 43 GND Zem Data zelené složky PE4 44 A Anoda podsvČtlení Data zelené složky PE5 45 K Katoda podsvČtlení Data zelené složky PE6 Tabulka 3 Rozvržení pinĤ konektoru displeje

Kontrast displeje se nastavuje pĜivedením kladného napČtí na vstup Vcomin. Toto napČtí má své doporuþené meze. Není dobré osadit samotný trim opĜený o napájecí napČtí displeje. Proto jsou ve schématu další dva odpory k nastavení spodní a horní meze napČtí regulované trimrem R11.

- 14 -

N.C. PB7

N.C. Zem TP4 TP5 TP6 TP7 Zem -


Jan Petras

3.1.3. Ovládání displeje Komunikace je pouze jednosmČrná, displej tedy neposílá žádná data. Výjimkou jsou analogové signály touch panelu popsané v kapitole 3.2.. Instrukce se tedy zapisují pomocí sériového kanálu signálem Si a hodinového signálu SCL. Data se zapisují pomocí paralelní sbČrnice s 21 signály. Jsou zde data barevných složek, 6 bitĤ pro každou barvu a 3 Ĝídící signály Clk, Vsync, Hsync. Podrobné þasování signálĤ a popis instrukcí lze nalézt v [3].

3.2.

Modul touch panelu

3.2.1. Popis touch panelu Touch panel je již souþástí modulu displeje. Je umístČn na povrchu LCD. Skládá se z þtyĜ vrstev. První vrstva je substrát, ten musí být tvrdý a nepružný, aby nedošlo k poškození LCD. Na substrát již pĜiléhá rezistivní vrstva oddČlená od další vrstvy mĜížkou. Schématické uspoĜádání panelu je vidČt na obrázku: Obr. 3. PĜi stisku displeje dojde k propojení obou vodivých desek a je zde vytvoĜen odporový dČliþ. MČĜení souĜadnic a síly stisku je popsáno v dalších kapitolách.

Obr. 3 Schématické uspoĜádání touch panelu. [6]

- 15 -


Jan Petras

3.2.2. PĜipojení touch panelu Pro pĜipojení panelu jsem použil þtyĜi I/O porty procesoru jako napájení jednotlivých vrstev. Proudový limit na nožiþku procesoru je 25mA. Jedna vrstva má odpor 500. Proudové nároky na výstupní pin procesoru jsou okolo 6mA. Tato hodnota se dá snížit zapojením odporĤ na místo odporových propojek R12,14,15,16. MČĜení signálĤ je vyvedeno samostatnČ na analogové vstupy Ĝídícího procesoru. Odpory R17,18 lze zvýšit vstupní odpor mČĜícího ĜetČzce. NapČĢové úrovnČ potĜebné pro jednotlivá mČĜení jsou popsány v tabulkách: Tabulka 5 Posloupnost signálĤ pro mČĜení síly stisku, Tabulka 6 Zapojení pinĤ Ĝídícího procesoru.

3.2.3. MČĜení souĜadnic stisku Každá vodivá vrstva se pĜipojuje dvČma vodiþi umístČnými na opaþných stranách vrstvy. PĜi stisku dojde k propojení obou vrstev a vzniku odporového dČliþe mezi jednotlivými vrstvami. DČliþ je znázornČn na obrázku: Obr. 4. Pro mČĜení souĜadnic tedy musíme pĜipojit napájecí napČtí na jeden pár kontaktĤ a mČĜit napČtí na druhé sadČ kontaktĤ. MČĜící okruh musí mít vysokou vstupní impedanci, aby nedošlo k zatČžování panelu. PĜi dodržení této podmínky mĤžeme zanedbat odpor umístČný mezi vrstvami a namČĜené napČtí odpovídá jedné ze souĜadnic stisku. Pro získání druhé souĜadnice musíme pĜipojit napČtí na druhou sadu kontaktĤ a mČĜení tedy opakovat. Popis signálĤ pĜi mČĜení souĜadnic je v tabulce: Tabulka 4 Nastavení pinĤ procesoru pro mČĜení souĜadnic

Xl

Xr

Yu

Yd

Ai_Tp_X

AI_TP_Y

SouĜadnice X Analog input

Input

I/O - Hi/Lo

I/O - Lo/Hi

Analog input

I/O

SouĜadnice Y I/O - Hi/Lo

I/O - Lo/Hi

Analog input

Input

I/O

Analog input

Tabulka 4 Nastavení pinĤ procesoru pro mČĜení souĜadnic

- 16 -


Jan Petras

Obr. 4 Schématické uspoĜádání panelu pro mČĜení souĜadnic stisku [6]

3.2.4. MČĜení síly stisku MČĜení síly stisku spoþívá v mČĜení odporu mezi jednotlivými deskami panelu. Ten se zmenšuje s vČtší silou stisku. Dochází k tomu proto, že pĜi vČtší síle stisku se desky dotýkají vČtší plochou. Pro zjištČní síly potĜebujeme znát hodnotu odporu jedné z desek a provést dvČ mČĜení. V prvním mČĜení si zjistíme napČtí na odporovém dČliþi, jak je znázornČn na obr: Obr. 4, (Ry- + Rouch) a Rx-. V druhém mČĜení pak potĜebujeme zjistit napČtí na Ry- a zmČĜíme tedy dČliþ Ry- a (Rouch + Rx-). Nyní již máme napČtí na odporu a ze znalosti odporu jedné vrstvy dokážeme dopoþítat proud tekoucí odporem a tedy i jeho hodnotu. V následující tabulce: Tabulka 5 Posloupnost signálĤ pro mČĜení síly stisku jsou opČt znázornČny napČĢové úrovnČ na pinech procesoru.

- 17 -


Jan Petras

Xl

Xr

Yu

Yd

Ai_Tp_X

AI_TP_Y

Uz1

I/O - Lo/Hi

Input

Input

I/O - Hi/Lo

Analog input

I/O

Uz2

I/O - Lo/Hi

Input

Input

I/O - Hi/Lo

I/O

Analog input

Tabulka 5 Posloupnost signálĤ pro mČĜení síly stisku

Výsledek dostaneme z rovnic jak je uvedeno v [6]:

Rtouch =

Uz 2 − Uz1 I

Kde po úpravách dostaneme: Rtouch = R Xplate

ADc 2

A / Dresolution

§ Uz 2 · − 1¸ ¨ © Uz1 ¹

Kde ADc je napájecí napČtí na deskách panelu, v našem pĜípadČ je to napČtí na výstupu I/O pinĤ procesoru, tedy 2,9V. Takto mĤžeme zmČĜit sílu stisku v nČkolika málo bodech. A vyhodnotit sílu stisku napĜíklad jako velkou þi malou. RozhodnČ ale nemĤžeme oþekávat rozumné výsledky pro mČĜení ve velkém rozsahu síly.

4. Schéma zapojení desky plošných spojĤ 4.1.

Schéma zapojení

ěídící elektronika musela být navržena tak, aby se k ní dal pĜipojit jak displej ATM12864, tak i LCD NL2432HC22-41K. I když ve finálním výrobku bude vždy pĜipojen pouze jeden z nich, destiþka musí umožnit souþasné pĜipojení obou displejĤ pro fázi návrhu a ladČní softwaru. LCD má napájecí napČtí 3V a je vyroben v technologii CMOS. Displej ATM je též vyroben v technologii CMOS, ale jeho komunikaþní brána je upravena na TTL. Dochází zde tedy k problému, jak pĜipojit oba displeje bez jejich zniþení. Z tohoto dĤvodu jsou komunikaþní brány pĜipojeny pĜes odporové sítČ. NČkteré z nich se uplatní pouze

- 18 -


Jan Petras

laboratorních vzorcích a nikoli ve finálním produktu. PodrobnČ rozebraná problematika je v kapitole 4.3 Napájení obvodĤ. Destiþka obsahuje konektory k displejĤm, napájecí zdroje pro jejich chod, obvod pro regulaci kontrastu displejĤ, obvod pro mČĜení a regulací jasu podsvČtlení displejĤ. Dále zde najdeme konektor pro pĜipojení externích tlaþítek, vstupy pro mČĜení analogových veliþin a konektor pro programavání a ladČní programu procesoru. Komunikace se zaĜízením je možná pomocí sbČrnice CAN, ta je pĜipojena pĜes budiþ sbČrnice. V procesoru je naimplementován komunikaþní protokol CANaerospace. Dále je zde vyvedena komunikaþní brána UART. Ta zde byla zapojena pouze pro úplnost a nemá zde žádný vČtší význam. Není tedy pĜipojena pĜes pĜevodník úrovní a nedá se pĜipojit pĜímo na RS232. K destiþce je možné pĜipojit až 5 tlaþítek, osazených na externí desce. Schéma zapojení je vidČt na obrázku: Obr. 1Obr. 5. Schéma je možné také nalézt v pĜíloze na CD v archivu projektu.

- 19 -


Obr. 5 schéma zapojení Ĝídící elektroniky

- 20 -

Jan Petras


4.2.

Jan Petras

Zapojení Ĝídícího procesoru

Pro Ĝízení celé elektroniky byl vybrán procesor od spoleþnosti Freescale s jádrem HCS12. Jedná se o 16 bitový mikropoþítaþ s 256KByty interní Flash pamČti, integrovaný Ĝadiþ sbČrnice CAN a SPI, 12b analogovČ digitálním pĜevodníkem, PWM. Procesor je zajímavý i tím, že je vybaven druhým jádrem XGATE schopným operovat na vyšší frekvenci než standardní jádro a je urþen pĜedevším pro þasové nároþné výpoþty. Zde by se mohl uplatnit u ovládání LCD. DĤležitá je i velikost vnitĜní pamČtí, jelikož pĜístroj bude ovládat displeje bez jakékoliv znakové sady. Program procesoru bude tedy obsahovat velké množství konstant. KonkrétnČ bude osazen procesor MC9S12XET256MAA. Tento typ je v pouzdĜe 80QFP a má k dispozici 59 I/O portĤ. Zapojení jednotlivých pinĤ je v tabulce: Tabulka 6 Zapojení pinĤ Ĝídícího procesoru. Procesor má vyvedeno velké množství pinĤ urþených k napájení jeho þástí. Veškeré zemnící piny jsou internČ propojené. V této aplikaci je procesor pĜipojen na 5V, což umožĖuje chod interních regulátorĤ napČtí nezbytných pro chod procesoru. Pouze I/O piny jsou pĜipojeny na 3,3V pro ovládání LCD. Mezi I/O piny se poþítají i RESET a BKGD. Vzhledem k tomu, že programátor je 3V, nemusím tedy Ĝešit komplikace s pĜipojením. Problém nastane s výstupem Rx budiþe sbČrnice CAN. To je Ĝešeno za pomocí odporového dČliþe, který snižuje 5V na výstupu na 3,3V. V aplikaci s displejem ATM se dČliþ neosadí.

- 21 -


P. no 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

P. name PĜipojeno Pp3 LCD_D03 Pp2 LCD_D02 Pp1 LCD_D01 Pp0 LCD_D00 PT0 LCD_/Reset PT1 LCD_HSync PT2 LCD_VSync PT3 LCD_CLK VDDF Nap. VSS1 GND PT4 LCD_XL PT5 LCD_YD PT6 LCD_XR PT7 LCD_YU BKGD BKGD PB0 D_D/I PB1 D_R/W PB2 D_E PB3 D_CS1 PB4

D_CS2

P. no 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

P. name PB5 PB6 PB7 PE7 PE6 PE5 PE4 VSSX2 VDDX2 /Reset VDDR VSS3 VSSPLL Extal Xtal VDDPLL PE3 PE2 PE1

PĜipojeno LCD_SCL LCD_SI LCD_/CS LCD_D15 LCD_D14 LCD_D13 LCD_D12 GND Nap I/O Reset Nap int Reg. GND GND Xtal Xtal Nap. Osc. LCD_D11 LCD_D10 DI1

P. no P. name 41 PA0 42 PA1 43 PA2 44 PA3 45 PA4 46 PA5 47 PA6 48 PA7 49 VDD 50 VSS2 51 PAD00 52 PAD01 53 PAD02 54 PAD03 55 PAD04 56 PAD05 57 PAD06 58 PAD07 59 VDDA1

PĜipojeno D_D0 D_D1 D_D2 D_D3 D_D4 D_D5 D_D6 D_D7 Nap int. Log. GND AI_TP_X AI_TP_Y AI3_Foto AI0 AI1 AI2 DI4 DI3 Nap A/D Ref. A/D PE0 DI0 60 VRH pĜevod. Tabulka 6 Zapojení pinĤ Ĝídícího procesoru

Jan Petras

P. no P. name 61 VRL 62 VSSA1 63 PS0 64 PS1 65 PS2 66 PS3 67 Test 68 PJ7 69 PJ6 70 PM5 71 PM4 72 PM3 73 PM2 74 PM1 75 PM0 76 VSSX1 77 VDDX1 78 PP7 79 PP5

PĜipojeno GND GND UART_RX UART_TX DI5 DI6 GND CAN0_TX CAN0_RX LCD_D25 LCD_D24 LCD_D23 LCD_D22 LCD_D21 LCD_D20 GND Nap. I/O PWM_pod LCD_D05

80

LCD_D04

PP4

4.3.Napájení obvodĤ Napájecí þást elektroniky musí být schopná dodat do obvodu potĜebné napČĢové úrovnČ. Je zde potĜebná vČtev +5V, pro napájení displeje ATM12864 a budiþe sbČrnice CAN. VČtev +3V pro napájení displeje NL2432HC22-41K. Napájení procesoru mĤže být v rozmezí 3,14 – 5,5V. PĜi napČtí menší než 3,14V již nefungují interní napČĢové stabilizátory. Tyto stabilizátory vyrábČjí 2,8V a 1,8V nezbytných pro chod vnitĜní logiky procesoru. Další potĜebnou vČtví napájení je +20V pro podsvícení LCD. Dimenzování 5V vČtve nejvíce ovlivnuje podsvícení displeje ATM12864, jehož proudový odbČr je podle katalogových hodnot max 300mA. Já osobnČ jsem proud zmČĜil na 260mA. +5V je tedy Ĝešeno pomocí 5V stabilizátoru 7805 jehož maximální proud mĤže být 1A. Z 3V je napájen pouze displej NL2432HC22-41K. Tento displej je primárnČ urþen do zaĜízení typu PDA. Jeho nároky na napájení i s plnČ zapnutým podsvícením jsou pouhých 550mW. Z tohoto dĤvodu zde staþí stabilizátor 78L03. +3,3V Zde napájí vstupnČ/výstupní nožiþky procesoru pro komunikaci s LCD. OpČt je

Ĝešeno stabilizátorem 78L33.

- 22 -


Jan Petras

+20V je Ĝešeno DC/DC mČniþem typu step up. Jako Ĝídící obvod je zde použit jednoduchý a levný obvod LM2704. Tento mČniþ je schopný vyrobit z tĜí voltového napájení 20V na 20mA, což pĜesnČ potĜebuje podsvČtlení LCD. Vzhledem k tomu, že 5V stabilizátor se musí osadit vždy a jeho dimenzování je dostateþné, rozhodl jsem se pro pĜipojení vstupního napČtí mČniþe na 5V. Rozsah vstupního napČtí se tím zvýší a nemĤže dojít k zniþení podsvČtlení v pĜípadČ vČtšího vstupního napČtí než 20V. V pĜípadČ, že deska nebude sloužit jako univerzální elektronika pro oba displeje, nemusí se všechny souþástky osazovat. Pokud bude pĜipojen pouze displej ATM12864, nemusí se osazovat stabilizátor 3V, 3,3V. Místo nich se osadí odporové propojky R28 a R29. Tím dojde k vyzkratování výstupĤ obou napájecích vČtví na 5V. V pĜípadČ, že deska bude sloužit k ovládání obou displejĤ, je nutné osadit odporovou sít RN3 o hodnotČ 220. Displej ATM12864 generuje na svých výstupních pinech napČĢové úrovnČ TTL, které by procesor napájený z 3,3V zniþily. Logické úrovnČ napČtí pro jednotlivé displeje jsou v tabulce:Tabulka 7 Logické úrovnČ napČtí .

ATM12864

HC12

NL2432HC22-41K

Vcc

5V

5V

3,3V

3V

VIMAX

Vcc (5V)

5,5V

3,8V

3,4V

ViLMax

0,8V

1,75V

1,15V

0,6V

ViHMin

2,4V

3,25V

2,2V

2,4V

VoHmin

2,4V

4,5V

2,9V

-

VoLMax

0,4V

0,4V

0,4V

-

Tabulka 7 Logické úrovnČ napČtí

Z tabulky je patrné, že pokud procesor pobČží na 3,3V, LCD s tím rozhodnČ problém mít nebude. Displej ATM také ne. Problém nastane, pokud procesor pobČží na 3,3V a bude chtít komunikovat s displejem ATM. Ten bude generovat vČtší napČtí, než je procesor schopen unést. Proto je do cesty datové sbČrnice pĜipojena odporová síĢ o hodnotČ 220. Pokud ale procesor pobČží na 5V, doporuþuji hodnoty 0 nebo 22 .

- 23 -


4.4.

Jan Petras

PodsvČtlení displejĤ

PodsvČtlení displeje ATM12864 je již Ĝešeno v modulu displeje. Staþí tedy pouze pĜipojit napájecí napČtí bez jakéhokoliv omezení. Toto platí i pro LCD. K Ĝízení jasu podsvČtlení je na desce pĜipraven jeden analogový vstup, ke kterému je možné pĜipojit foto citlivý odpor k mČĜení vnČjšího osvČtlení. Samotné Ĝízení je realizováno pomocí bipolárního tranzistoru T1. Maximální proud tranzistorem, a tedy i svítícími diodami, lze nastavit odporem R19. Pro pĜípad, že jas displeje bude kolísat,je zde možnost pĜipojit kondenzátor C15 a vytvoĜit tak RC

þlánek na vstupu tranzistoru. Signál vstupující do tranzistoru je generován z PWM výstupu procesoru. Tranzistor je dimenzován tak, aby zvládl proud do podsvČtlení displeje ATM s minimálním oteplením. Tranzistor je v pouzdĜe TO126 a v návrhu desky jsem ho položil na rozlitou mČć. Ta by mČla veškeré teplo odvést aniž by ovlivnila funkci okolních souþástek.

4.5.

Externí periferie

K desce je možné pĜipojit celkem 5 tlaþítek umístČných na druhé destiþce. Tlaþítka jsou zapojena proti zemi a v klidu je na nich napájecí napČtí. Napájení tlaþítek je pĜipojeno na stejné napČtí jako vstupnČ/výstupní piny. Ke každému tlaþítku je také paralelnČ pĜipojena svítívá dioda. V pĜípadČ neosazení tlaþítka lze tyto diody používat jako signálky. Lze osadit jak tlaþítko tak i diodu. Pro ochranu výstupních pinĤ jsou zde odpory. Takže nemĤže dojít ke zkratování Logické úrovnČ H na zem napájení. K desce je také možno pĜipojit 4 analogové vstupy. První vstup je rezervován pro foto citlivý odpor o hodnotČ 1OOK . Na další vstupy lze pĜipojit napČtí v rozsahu 0 – 5V. Napájení interního pĜevodníku je vyvedeno zvlášĢ.

5. Deska plošných spojĤ RozmČry desky plošných spojĤ byly navrženy tak, aby byly stejné jako u displeje ATM12864. Deska má tedy stejné rozmČry, rozmístČní montážních otvorĤ i pĜipojovací konektor. Displej se k desce pĜipojuje pomocí pinové lišty s rozteþí pinĤ 2,54mm. Deska se skládá ze dvou samostatných dílĤ. Hlavního motivu a pomocné desky k pĜipojení tlaþítek.

- 24 -


Jan Petras

Hlavní deska je navržena ve tĜídČ pĜesnosti 6. PĤvodnČ jsme se snažil navrhovat v tĜídČ pĜesnosti 5, vČtšina desky tak skuteþnČ navržená je. TĜídu 6 jsem musel zvolit hlavnČ kvĤli konektoru LCD. Zde nebylo dostatek prostoru. I pĜes tuto skuteþnost je deska navržená tak aby odpovídala podmínkám POOL servisu spoleþnosti Pragoboard. Spoj/mezera není slabší než 150µm (6mil), vrtání není menší než 0,3mm (12mil). Druhá destiþka sloužící k pĜipojení tlaþítek je jednostranná a navržená tak aby šla vyrobit i doma na kolenČ. Dá se pĜišroubovat k displeji pomocí jeho pĜedních montážních otvorĤ, aniž by nČjak bránila konektoru displeje. Veškeré vrtané otvory pro souþástky montáže THT jsou prokovené.

5.1.

Popis rozmístČní souþástek

Srdcem celého zaĜízení je mikroprocesor HCS12. Ten je umístČn v pravé dolní þásti desky. Ke každému napájecímu pinu je pĜipojen blokovací kondenzátor, umístČný z druhé strany desky tak, aby cestiþky k pinĤm byly co možná nejkratší. V levé horní þásti je umístČn stabilizátor napČtí v pouzdĜe TO220. V pĜípadČ pĜipojení displeje ATM12864 k desce a souþasné komunikace po sbČrnici CAN, bude mít deska odbČr zhruba 0,5A. Pouzdro je kvĤli odvodu tepla položeno na rozlitou mČć. Hned pod stabilizátorem je tranzistor Ĝídící podsvČtlení. Ze stejného dĤvodu též položen na rozlitou mČć. V okolí nejsou žádné souþástky, které by mohly být ovlivnČni tímto teplem. Konektor FH23 pro pĜipojení LCD je umístČn v levé þásti, uzamykáním nahoru. Nebude tedy docházet k pĜekrucování kabelu þi jiné deformaci. DC/DC mČniþ pro podsvČtlení LCD je umístČn v horní þásti desky, tak aby neovlivĖoval napájení procesoru. VČtšina cestiþek je vedena v horní vrstvČ. Ve spodní vrstvČ je rozlitá mČć, spojená se zemí.

- 25 -


5.2.

Deska plošných spojĤ

Na obrázku: Obr. 6 je vidČt rozmístČní souþástek na destiþce vrstvy TOP.

Obr. 6 Deska plošných spojĤ TOP

Na obrázku: Obr. 7 je vidČt rozmístČní souþástek na destiþce vrstvy TOP.

Obr. 7 Deska plošných spojĤ Bottom

- 26 -

Jan Petras


5.3.

Jan Petras

Výrobní data

Výrobní data jsou generována ve shodČ s požadavky spoleþností Pragoboard dle jejich specifikací a doporuþení. V následující tabulce: Tabulka 1 jsou požadované formáty pro výrobní data. Výrobní data pro jednotlivé vrstvy Výrobní data pro vrtaþku

Gerber RS274-X Excellon

Tabulka 8 Formát výrobních dat

Doporuþené názvy soborĤ: Vrstva Top Vrstva Bottom Vrstva Masky Top Vrstva Masky Bottom Potisk Top Potisk Bottom Obrysy Vrstva prokoveného vrtání Vrstva neprokoveného vrtání

top.gbr bot.gbr smt.gbr smb.gbr plt.gbr plb.gbr mil.gbr pth.exc npth.exc

Tabulka 9 Názvy souborĤ výrobních dat

Výrobní data jsou pĜiložena v archívu projektu na CD. V pĜípadČ nutnosti je možné zmČnit novým generováním dat z pĜiloženého projektu. Projekt byl vytvoĜen pomocí softwaru Eagle 5.1, pĜiloženého na CD.

5.4.

Seznam souþástek

V tabulce: Tabulka 10 jsou vypsány všechny souþástky potĜebné pro stavbu finálního zaĜízení. Najdete zde jejich oznaþení ze schématu, hodnotu dané souþástky, typ pouzdra a popis k þemu daná souþástka slouží. U zajímavých souþástek též uvádím objednací þíslo spoleþnosti Farrnel, u tČch ostatních, jako jsou napĜíklad odpory atd., neuvádím.

Objednací

Oznaþ.

Hodnota

Pouzdro

R1

120R

SMT 1206

GME

R2

33K

SMT 1206

GME

R3

47K

SMT 1206

GME

nábČhu resetovacího pulsu

R4

220

SMT 1206

GME

Nastavení proudu LED

þíslo

Popis funkce Odpor mezi CanH a CanL, doporuþeno datasheetem [5]

Reset procesoru, nastavuje strmost

- 27 -


Jan Petras

R5

470

SMT 1206

GME


R6

220

SMT 1206

GME


R7

1M

SMT 1206

GME

Souþást oscilátoru procesoru

R8

100k

SMT 1206

GME

R9

20k

SMT 1206

GME

R10

68k

SMT 1206

GME

R11

100k

TS53

1557945

R12

0R

SMT 1206

GME

R13

10k

TS53

1557945

R14

0

SMT 1206

GME

R15

0

SMT 1206

GME

Odporový dČliþ pro mČĜení foto citlivého odporu Horní ochrana dorazu trimru R11, pro nastavení kontrastu LCD Spodní ochrana dorazu trimru R11, pro nastavení kontrastu LCD Nastavení kontrastu LCD Volitelné – Zvýšení impedance vodivé desky touch panelu Nastavení kontrastu displeje ATM12864 Volitelné – Zvýšení impedance vodivé desky touch panelu Volitelné – Zvýšení impedance vodivé desky touch panelu Volitelné – Zvýšení impedance vodivé R16

0

SMT 1206

GME

R17

0

SMT 1206

GME

desky touch panelu Volitelné – Zvýšení vstupní impedance pro mČĜení souĜadnic touch panelu Volitelné – Zvýšení vstupní impedance

R18

0

SMT 1206

GME

R19

680

SMT 1206

GME

R20

10k

SMT 1206

GME

Omezení proudu stisknutým tlaþítkem

R21

10k

SMT 1206

GME


R22

10k

SMT 1206

GME


pro mČĜení souĜadnic touch panelu Nastavuje proud do báze tranzistoru pro

Ĝízení jasu podsvČtlení

Odporový dČliþ pro nastavení R23

510k

SMT 1206

GME

R24

33k

SMT 1206

GME

R25

10k

SMT 1206

GME

výstupního napČtí DC/DC mČniþe (20V) Odporový dČliþ pro nastavení

- 28 -

výstupního napČtí DC/DC mČniþe (20V) Omezení proudu stisknutým tlaþítkem


Jan Petras

R26

10k

SMT 1206

GME


R27

220

SMT 1206

GME

Ochrana LCD vstupní brány

R28

0

SMT 1206

GME

R29

0

SMT 1206

GME

R30

180R

SMT 1206

GME

R31

330R

SMT 1206

GME

procesoru pĜi 3,3V napájení

R32

220

SMT 1206

GME


R33

220

SMT 1206

GME


R34

220

SMT 1206

GME


R35

10K

SMT 1206

GME

R36

10K

SMT 1206

GME

Drátová propojka, Osazuje se pouze pĜi neosazených stabilizátorech 3V a 3,3V Drátová propojka, Osazuje se pouze pĜi neosazených stabilizátorech 3V a 3,3V Odporový dČliþ, 5V -> 3,3V ochrana procesoru pĜi 3,3V napájení Odporový dČliþ, 5V -> 3,3V ochrana

Ochrana procesoru proti pĜivedení log. ÚrovnČ H na zem Ochrana procesoru proti pĜivedení log. ÚrovnČ H na zem Ochrana procesoru proti pĜivedení log. R37

10K

SMT 1206

GME

R38

10K

SMT 1206

GME

ÚrovnČ H na zem Ochrana procesoru proti pĜivedení log. ÚrovnČ H na zem Ochrana procesoru proti pĜivedení log.

R39

10K

SMT 1206

RN1

220

SOIC16

RN2

220

SOIC16

RN3

220

SOIC16

RN4

PĜi UX35 = 3,3V 220 PĜi UX35 = 5V 0

SOIC16

C1

10µF

THT 4x5mm Rm=1,5m m

C2

100nF

SMT 1206

GME

ÚrovnČ H na zem

1704602 1704598 1704602

Odporová síĢ pro ochranu vstupĤ LCD

1704602


1704602 1704598

Odporová síĢ pro ochranu vstupĤ

GME

Nabíjecí kondenzátory napájecí vČtve

GME

Reset procesoru

- 29 -


procesoru pĜi 3,3V napájení


C3

10µF

C4

10µF

C5

10µF

C6

10µF

C7 C8 C9 C10

100nF 100nF 100nF 100nF

THT 4x5mm Rm=1,5m m THT 4x5mm Rm=1,5m m THT 4x5mm Rm=1,5m m THT 4x5mm Rm=1,5m m SMT 1206 SMT 1206 SMT 1206 SMT 1206

C11

22pF

C12

Jan Petras

GME


GME


GME


GME


SMT 1206

GME GME GME GME GME

Nabíjecí kondenzátory napájecí vČtve Nabíjecí kondenzátory napájecí vČtve Nabíjecí kondenzátory napájecí vČtve Nabíjecí kondenzátory napájecí vČtve Kondenzátor oscilátoru

22pF

SMT 1206

GME

Kondenzátor oscilátoru

C13

100nF

SMT 1206

GME

C14

100nF

SMT 1206

GME

C15

100nF

SMT 1206

GME

C16

4.7µF

C17

4.7µF

THT 4x5mm Rm=1,5m m THT 4x5mm Rm=1,5m m

Blokovací kondenzátor napájení procesuru Blokovací kondenzátor napájení procesuru RC þlánek pro tranzistor Ĝízení jasu podsvČtlení

GME

Nabíjecí kondenzátory DC/DC mČniþe

GME

Nabíjecí kondenzátory DC/DC mČniþe Blokovací kondenzátor napájení

C18

100nF

SMT 1206

GME

C19

100nF

SMT 1206

GME

C20

100nF

SMT 1206

GME

C21

100nF

SMT 1206

GME

C22

100nF

SMT 1206

GME

C23

10µF

THT 4x5mm Rm=1,5m

GME

procesuru Blokovací kondenzátor napájení

- 30 -

procesuru Blokovací kondenzátor napájení procesuru Blokovací kondenzátor napájení procesuru Blokování napájení budiþe sbČrnice CAN Nabíjecí kondenzátory napájecí vČtve

BakaláĜská práce: Realizace univerzálního leteckého pĜístroje m SMT 1206 SMT 1206 THT RM = 7,5mm

Jan Petras

GME GME

Nabíjecí kondenzátory napájecí vČtve Nabíjecí kondenzátory napájecí vČtve

GME

Axiální cívka do DC/DC mČniþe

TO-126

1015770

ěízení jasu podsvČtlení displejĤ

1N4148

MiniMelf

GME

UsmČrĖovací dioda DC/DC mČniþe

Q1

16MHZ

HC49U

GME

Oscilátor procesoru

IC1

MC9S12XET256

QFP80

GME

Procesor

IC2

78L33

TO–92

GME

Stabilizátor napČtí 3,3V

IC3

7805

TO220

GME

Stabilizátor napČtí 5V

IC4

78L33

TO-92

1467768

Stabilizátor napČtí 3V

IC5

MCP2551

SOIC 8

1467746

Budiþ sbČrnice CAN

IC6

LM2704

SOT23-5

8207461

ěídící obvod DC/DC mČniþe

LED1

Svítivá led

SMT 1206

GME

Signalizaþní LED

LED2

Svítivá led

SMT 1206

GME

Signalizaþní LED

LED3

Svítivá led

SMT 1206

GME

Signalizaþní LED

LED4

Svítivá led

SMT 1206

GME

Signalizaþní LED

LED5

Svítivá led

SMT 1206

GME

Signalizaþní LED

LED6

Svítivá led

SMT 1206

GME

Signalizaþní LED

TL0

Tlaþítko

GME

Tlaþítko

TL1

Tlaþítko

GME

Tlaþítko

TL2

Tlaþítko

GME

Tlaþítko

TL3

Tlaþítko

GME

Tlaþítko

TL4

Tlaþítko

GME

Tlaþítko

JP1

Konektor

GME

PĜipojení displeje ATM12864

JP2

Konektor

GME

Konektor tlaþítek na hlavní desce

JP3

Konektor

GME

Konektor tlaþítek na tlaþítkové desce

JP4

Konektor

GME

BKGD

C24 C25

100nF 100nF

L1

10µH

T1

BD139

D1

SMT 6x6mm SMT 6x6mm SMT 6x6mm SMT 6x6mm SMT 6x6mm Pin. Lišta 1x2O RM=2.54m m Pin. Lišta 2x4 RM=2.54m m Pin. Lišta 2x4 RM=2.54m m Pin. Lišta 2x3 RM=2.54m m

- 31 -

BakaláĜská práce: Realizace univerzálního leteckého pĜístroje Pin. Lišta 2x3 RM=2.54m m Pin. Lišta 1x2 RM=2.54m m Pin. Lišta 1x3 RM=2.54m m FH23-45s0.3SHW(0 5)

JP5

Konektor

JP6

Konektor

JP7

Konektor

Con1

Konektor

Con2

Svorkovnice

RM =5mm

Foto citlivý rezistor

THT RM=2,54 mm

ATM12864D NL2432HC22-41K

Jan Petras

GME

Konektor analogových vstupĤ

GME

Konektor UART

GME

SbČrnice CAN

GME

PĜipojení LCD Vstupní napČtí

GME PĜíslušenství 7482280

Rezistor pro mČĜení okolního jasu

GME

Displej

1626053

Displej

Tabulka 10 seznam souþástek

6. Software a ovládání pĜístroje Software musí umČt ovládat displej, Ĝídit jas podsvČtlení a nČjakým zpĤsobem komunikovat s okolím. KonkrétnČ zaĜízení komunikuje pĜes sbČrnici CAN se standardem CANaerospace a pomocí nČkolika tlaþítek. Naprogramovaný software zajišĢuje jak základní funkce pro ovládání displeje, tak i funkce pokroþilé pro výpis znakĤ a správu fontĤ. Mezi ty základní funkce patĜí funkce na zapnutí/vypnutí displeje, zápis a þtení dat a nastavování souĜadnic pro zápis. Do softwaru jsem naimplementoval nČkolik znakových sad o velikosti 8, 12, 20 a 30 bodĤ. 8 bodové písmo je nejmenší þitelné písmo, které se dá na displeji zobrazit. Naopak 30 bodové je velmi þitelné, ale je velmi nároþné na místo a tudíž se nedá vypsat mnoho znakĤ za sebou. Je urþeno pro zobrazování þíselných konstant, menší znakové sady pak budou sloužit jako doprovodné texty a jednotky zobrazované veliþiny. Výpis hodnot na displej zajišĢuje skupina dalších funkcí, schopná pĜevodu þísel z formátu float dle normy IEEE-754-1985 na skupinu znakĤ typu char a zpČt. Konverze je možná v nČkolika formátech.

- 32 -

BakaláĜská práce: Realizace univerzálního leteckého pĜístroje •

Poþet celkem zobrazených cifer

•

Poþet cifer za desetinou teþkou

•

UmístČní znaménka

Jan Petras

o U þísla o Na kraji displeje •

Zda se má þíslo doplnit nulami na místo prázdných znakĤ

Poslední možnost nastavení jsem implementoval hlavnČ z dĤvodu snížení rušivého dojmu pĜi oscilaci dvou þísel typu 9 a 10 nebo 99 a 100. Neustálé rozsvČcení þí zhasínání další cifry pĤsobí velmi rušivČ a neustále zbyteþnČ pĜitahuje pozornost. Následné vypsání a textu þi þísla na cílové souĜadnice zajišĢuje poslední Ĝada implementovaných funkcí. Program je napsán tak, že vypisovaný text si sám na sebe udČlá na displeji místo, a do nČj se vypíše. Nemusí se tedy Ĝešit pĜepisování celého displeje ale pouze jedné jeho þásti. NapĜíklad zobrazovaného þísla. V pĜístroji je naimplementovaná ukázka mČĜícího pĜístroje výškomČr. V daném programu je možné otevĜít menu a nastavit si pomocí tlaþítek hodnotu QNH. Tuto možnost jsem uvedl hlavnČ z dĤvodu ukázky mé pĜedstavy ovládání pĜístroje pomocí tlaþítek.

6.1.

Rozhraní CAN

Komunikace po sbČrnici CAN je naprogramována tak, aby odpovídala standardu CANaerospace. ZaĜízení samozĜejmČ dokáže komunikovat obČma smČry. Na obrázku: Obr. 8 Ukázka komunikaþního paketu je vidČt rozebraný komunikaþní paket tohoto standardu. Jedná se o paket pro bČžnou komunikaci. Ve speciálních pĜípadech (DUS a DDS) mĤže paket dosahovat délky až 1020 bajtĤ. V nulté paketu je uloženo ID cílového zaĜízení. V bytu tĜetím je uložen kód pro identifikaci typu posílané zprávy. Tyto dva pakety jsou pro komunikaci po sbČrnici rozhodující. Pokud cílové zaĜízení pĜijme zprávu z nadĜazeného systému nebo jiného zaĜízení pĜipojeného na sbČrnici, je oþekávána odpovČć. Obsah tČchto paketĤ je vČtšinou definovaný návrháĜem a v mém pĜípadČ odpovídám nulami.

- 33 -


Jan Petras

Obr. 8 Ukázka komunikaþního paketu [7]

6.2.

Tlaþítka

Tyto jednoduché pĜístroje, jako je mĤj zobrazovaþ, se dají obvykle nastavit pomocí nČkolika tlaþítek. VČtšinou se nastavují jen konstanty, které pak upravují zobrazovaná data. KaždopádnČ tlaþítka zde nenastavují formát zobrazovaných dat ani jiné nastavení pĜístroje. Nastavení tČchto pĜístrojĤ musí být rychlé a intuitivní. Dá se Ĝíci, þím ménČ tlaþítek tím lépe, a hlavnČ to nekomplikovat. MnČ osobnČ není pĜíliš pĜíjemné ovládání pomocí pouhých dvou tlaþítek. Jedním tlaþítkem se dostaneme do menu nastavení a zpČt, druhým navolíme požadovanou konstantu. Pokud se ale þlovČk splete nebo jen navolí þíslo vČtší, musí se vrátit nebo þíslo nastavovat znovu. Má pĜedstava ovládání takovýchto pĜístrojĤ je tĜítlaþítková klávesnice. Jedním se aktivuje menu a další dvČ složí jako plus a minus. V mém programu jsem se zkusil podívat na problematiku trochu z jiného úhlu. ZĤstal jsem u tĜítlaþítkového ovládání, ale trochu jsem pozmČnil jejich funkci. Jedním tlaþítkem se do menu dostanete a po nastavení výslednou hodnotu uložíte. Dalším tlaþítkem si volíte cifru a tĜetím mČníte hodnotu. Tento zpĤsob se mnČ osobnČ zdá nejpĜíjemnČjší. HlavnČ z dĤvodu potĜeby nastavení velkých hodnot, je volení jednotlivých cifer rychlejší. Jedná se zde ale o zaĜízení vyrábČné v malých nákladech a tak se jedno tlaþítko v celkových nákladech ztratí. Kdybych ale stál pĜed rozhodnutím, zda dát do komerþnČ vyrábČného pĜístroje tlaþítka dvČ þi tĜi, patrnČ bych se spokojil pouze se dvČma tlaþítky, už kvĤli celkovým nákladĤm na zaĜízení. MĤj pĜístroj kromČ ukázky nastavování musí umČt poslat informaci o stisku tlaþítka po sbČrnici ven. V mém návrhu je možné si poþet tlaþítek volit tím, zda je osadím þi nikoli. A tak jsme se rozhodl, že každé tlaþítko bude mít svĤj kód, podle kterého ho mĤžeme rozlišit. Po

- 34 -


Jan Petras

stisku a opČtovném puštČní tlaþítka se vyšle paket, kde poslední bajt bude obsahovat identifikátor stisknutého tlaþítka ve formátu unsigned char.

6.3.

UART

Komunikaci po UART je zde vyvedena jako doplnČk pro pĜípadné pozdČjší využití. Není tedy nijak implementována ani programovČ Ĝešena.

7. ZávČr V této práci jsem se zabýval jednou z možností zpĤsobĤ návrhu pĜístroje umožĖující zobrazování rĤzných dat. Najít nejlepší možnost ovládání pĜístroje. A vytvoĜit softwarovou knihovnu pro jednoduchou a rychlou implementaci konkrétních mČĜících zaĜízení. První z výsledkĤ mé práce je schéma Ĝídící elektroniky schopné ovládání þernobílého i barevného displeje. Navržená deska plošných spojĤ vþetnČ vygenerovaných výrobních dat. Oboje bylo z dĤvodu snadné pĜenositelnost navrženo v softwaru Eagle 5.10 Výrobní data jsem vygeneroval ve formátech akceptovaných spoleþností Pragoboard. PĜipravil jsme softwarovou knihovnu pro ovládání displeje ATM12864. V softwaru jsou naimplementovány znakové sady o velikostech 8, 12, 20, 30 bodĤ a funkce schopné je spravovat a zobrazovat na displeji. Navrhl jsem ovládání pĜístroje pomocí tlaþítek, dle mého názoru nepraktiþtČjší. A do software jsme vytvoĜil ukázku použití.

- 35 -


Jan Petras

8. PĜílohy na disku CD •

Archív s knihovnami softwaru

•

Archív s projektem desky plošných spojĤ a výrobních dat

•

Katalogový list k souþástce MC9S12XET256MAA

•

Katalogový list k souþástce ATM12864D

•

Katalogový list k souþástce NL2432HC22-41K

•

Katalogový list k souþástce LM2704

•

Katalogový list k souþástce mcp2551

•

BakaláĜská práce v digitální podobČ

9. Seznam použité literatury a jiných zdrojĤ [1] Katalogový list k souþástce MC9S12XET256MAA [2] Katalogový list k souþástce ATM12864D [3] Katalogový list k souþástce NL2432HC22-41K [4] Katalogový list k souþástce LM2704 [5] Katalogový list k souþástce mcp2551 [6] Application note: AVR 341 [7] WWW.a2tech.eu [8] www2.tl-electronic.cz [9] Albert Helfrick: Principles of Avionics. Third Edition, Avionics Comunication Inc.; 3rd edition (March 2004), ISBN-10: 1885544200 [10] Paþes, P.: Avionický modul. Praha 2009. [11] Paþes, P.: Zobrazení hodnot motorových veliþin UL. Diplomová práce ýVUT, Praha 2005

- 36 -

Bakalá ská práce: Realizace univerzálního leteckého p ístroje. eské Vysoké U ení Technické v Praze Fakulta Elektrotechnická BAKALÁ SKÁ PRÁCE

Recommend Documents