Blok zasilania

Płytka „The Beast” zasilana jest napięciem wejściowym o wartości 12 V przez dedykowane gniazdo. Zabezpieczenie stanowią dioda TVS (Transient-Voltage-Suppression), bezpiecznik oraz ferryt. Docelowe napięcie o wartości 3,3 V, które wymagane jest do zasilania komponentów na płytce, wytwarzane jest przez dwa układy zasilania. W pierwszej kolejności napięcie 12 V redukowane jest do ok. 4,5 V przez przetwornicę napięcia AOZ1280 firmy Alpha and Omega Semiconductor. Następnie napięcie wyjściowe z przetwornicy podawane jest na regulator LDO (Low-dropout) MIC5219 firmy Micrel, który generuje napięcie 3,3 V. Blok zasilania udostępnia dwie linie zasilania 3,3 V, jedną wyłącznie dla mikrokontrolera, drugą (aktywowaną przez klucz tranzystorowy) dla pozostałych elementów płytki. Dodatkowe źródło napięcia zasilania stanowi bateria pastylkowa CR2032. Pozwala ona na podtrzymanie pamięci wybranych rejestrów mikrokontrolera i działanie zegara RTC (Real Time Clock) w warunkach, gdy brak jest zasilania głównego. Schemat elektryczny bloku zasilania pokazano na rysunku 4.

Rys. 4. Schemat elektryczny bloku zasilania płytki „The Beast”

Interfejsy: USB i kart pamięci microSD

Linie komunikacyjne USB mikrokontrolera dołączone są do gniazda w celu łatwego podłączenia płytki do komputera i realizacji komunikacji USB. W celu zabezpieczenia się przed wpływem wyładowań elektrostatycznych (ESD – Electrostatic Discharge) zastosowany został dedykowany układ ochronny IP4234CZ6 firmy NXP Semiconductors. Podłączenie przewodu USB do płytki detekowane jest poprzez wykrycie zmiany stanu poziomu napięcia (z niskiego na wysoki) na linii VBUS_DET.

Komunikacja mikrokontrolera z kartą pamięci realizowana jest przez dedykowany do tego celu interfejs HSMCI (High Speed MultiMedia Card Interface). Składa się on z sześciu linii sygnałowych: danych (cztery linie), zegarowej (jedna linia) oraz komend (jedna linia). Schemat elektryczny bloku z interfejsem USB i do karty pamięci pokazano na rysunku 5.

Rys. 5. Schemat elektryczny bloku z interfejsem USB i do karty pamięci płytki „The Beast”

Komunikacja Ethernet

W mikrokontrolerze ATSAM4E16C zintegrowany jest kontroler Ethernet (warstwa MAC). Aby móc przesyłać dane w sieci, konieczne jest dołączenie zewnętrznego nadajnika-odbiornika (warstwa PHY). Autor posłużył się układem KSZ8051MNL firmy Micrel. Dodatkowo zastosowano gniazdo RJ45 z transformatorem. Schemat elektryczny interfejsu Ethernet przedstawiono na rysunku 6.

Rys. 6. Schemat elektryczny interfejsu Ethernet płytki „The Beast”

Blok audio

Blok audio składa się z dwóch modułów: wejściowego i wyjściowego. Sygnał bloku wejściowego wytwarzany jest przez umieszczony na płytce mikrofon. Następnie sygnał wzmacniany jest przez przeznaczony do tego celu układ MAX9812 firmy Maxim Integrated. Wzmocniony sygnał podawany jest na wejście przetwornika A/C mikrokontrolera.

Generatorem sygnału dla bloku wyjściowego jest przetwornik C/A mikrokontrolera. Sygnał wzmacniany jest następnie przez dedykowany układ SA58631 firmy NXP Semiconductors. Blok ten udostępnia na zewnątrz dwie linie sygnałowe: AUDIO_OUT z sygnałem dźwiękowym oraz AUDIO_ON. W zależności od poziomu napięcia na linii AUDIO_ON wzmacniacz jest włączony lub wyłączony. Schemat elektryczny bloku audio pokazano na rysunku 7.

Rys. 7. Schemat elektryczny bloku audio płytki „The Beast”

Sterowanie silnikami

Blok sterowania silnikami pozwala na sterowanie jednostek dwóch typów: silników prądu stałego oraz silników krokowych. Na potrzeby kontrolowania silnika prądu stałego użyty został układ A4973 firmy Allegro MicroSystems. Sterownik ten pozwala na wybór kierunku obrotu silnika (linia PHASE), umożliwia również regulowanie prędkości obrotu silnika poprzez podanie sygnału PWM (Pulse-Width Modulation) na linię nENABLE. Wartość pobieranego przez silnik prądu można monitorować poprzez pomiar napięcia na linii SENSE. Linia ta podłączona jest do wejścia przetwornika A/C mikrokontrolera.

Sterowanie silnikami krokowymi realizowane jest za pomocą dwóch układów DRV8805 firmy Texas Instruments. Schemat elektryczny bloku sterowania silnikami pokazano na rysunku 8.

Rys. 8. Schemat elektryczny bloku sterowania silnikami płytki „The Beast”