Mikrokontroler.pl – portal dla elektroników » LaunchPad dla mikrokontrolerów MSP430 z pamięcią FRAM

29.10.2014

LaunchPad dla mikrokontrolerów MSP430 z pamięcią FRAM

Pobór prądu przez zestawu LaunchPad (mikrokontrolera oraz płytki BoosterPack) możemy zmierzyć podłączając amperomierz w miejscu zworki J9 (measure current). Żeby wyeliminować wpływ linii UART na wynik pomiaru należy w złączu J13 zdemontować zworki RTS/ CTS/ TX/ RX.

Przed rozpoczęciem pracy przy zasilaniu z superkondensatora (tryb zasilania numer 4), wcześniej należy naładować superkondensator. W tym celu postępujemy zgodnie z poniższą procedurą:

1) konfigurujemy tryb zasilania 1, 2 lub 3

2) montujemy zworkę w złączu J11

3) czekamy na naładowanie superkondensatora (około 2-3 minuty)

4) usuwamy zworkę ze złącza J11

Gdy superkondensator jest naładowany to nic nie stoi na przeszkodzie, aby uruchomić zasilanie zestawu z superkondensatora (tryb zasilania numer 4).

BoosterPack – płytka ekspandera

Dołączona do zestawu LaunchPad płyta rozszerzeń BoosterPack to płytka o oznaczeniu 430BOOST-SHARP96. BoosterPack wyposażono w energooszczędny wyświetlacz graficzny produkowany przez Sharp Electronics (1.3 cala, 96×96 pikseli) . Dodatkowo na płycie zainstalowano wejścia pojemnościowe, które tworzą dwa paski nawigacji (slidery, każdy złożony z trzech wejść pojemnościowych) . Szczegółowy opis płyty podano na stronie producenta. Wygląd płyty rozszerzeń BoosterPack 430BOOST-SHARP96 ilustruje fotografia 4.

Fot. 4. Płytka rozszerzeń BoosterPack BOOSTXL-SENSHUB

LaunchPad to nazwa grupy płytek startowych produkowanych przez Texas Instruments. Wszystkie płytki produkowane są według ściśle określonego standardu. Każdy LaunchPad zawiera mikrokontroler, podstawowe elementy peryferyjne, oraz posiada zintegrowany programator/emulator.

Dotychczas wyprodukowano zestawy LaunchPad dla mikrokontrolerów Tiva C Series, MSP430, C2000, Herkules. Informacje na temat układów umieszczono na stronie. Dodatkowo produkowane są różnego rodzaju płyty rozszerzeń BoosterPack kompatybilne z układami LaunchPad. Informacje o płytach BoosterPack dla zestawów LaunchPad znajdziemy na stronie. W przypadku, gdy żadna z oferowanych płyt BoosterPack nie spełnia naszych oczekiwań, to możemy zaprojektować własną płytę rozszerzeń. Komplet materiałów pomocnych przy projektowaniu płyt rozszerzeń BoosterPack dla zestawów LauchPad znajdziemy na stronie.

Program startowy

Montujemy płytkę BoosterPack w zestawie LaunchPad i włączamy zasilanie. Mikrokontroler MSP430FR5969 zainstalowany w LaunchPadzie jest zaprogramowany aplikacją startową (kod źródłowy do pobrania u dołu strony w sekcji LaunchPad) po włączeniu zasilania aplikacja jest uruchamiana. Na ekranie LCD jest wyświetlane menu sterujące aplikacji. Pola z menu wybieramy przy pomocy wejść pojemnościowych/sliderów a dokonany wybór zatwierdzamy przyciskiem S2. Do wyboru mamy 5 programów. Ich działanie pokrótce opisano w tabeli 3.

Tab. 3. Aplikacja startowa. Opis dostępnych programów demonstracyjnych

1	Clock	Zegarek z prezentacją wyniku na ekranie LCD. Do odmierzania czasu wykorzystano wewnętrzny moduł RTC mikrokontrolera. Aplikacja korzysta z kwarcu zegarkowego 32768 Hz, oraz trybu uśpienia mikrokontrolera LPM3. Pobór prądu mikrokontrolera wynosi około 0,8 uA.
2	FRAM Speed	Zapis do pamięci FRAM. Aplikacja korzysta z DMA, zapisywane są bloki pamięci o wielkości 1 kB, prędkość CPU to 8MHz. W programie obliczane są czas zapisu do pamięci FRAM, ilość zapisanych danych, procent zużycia pamięci. Wynik obliczeń prezentowany jest na ekranie LCD. Uzyskana prędkość zapisu do pamięci FRAM wynosi ponad 7200 kB/s (w przypadku pamięci FLASH jest to zaledwie 13 kB/s). Ponieważ trwałość pamięci FRAM dla MSP430FR5969 wynosi 10^15 cykli kasowania (odczyt FRAM również kasuje pamięć) to w prezentowanej aplikacji zużycie zapisywanego bloku pamięci nastąpi po około 4000 lat.
3	Battery Free	Praca na zasilaniu z superkondensatora. Przed uruchomieniem programu ładujemy superkondensator. Następnie konfigurujemy czwarty tryb zasilania zestawu (zasilanie z superkondensatora). Aplikacja to zegarek. W programie mikrokontroler pracuje w trybie uśpienia LPM 3.5 korzystając z modułu zegara RTC oraz kwarcu zegarkowego 32768Hz. Pobór prądu mikrokontrolera to zaledwie 0,5 uA. Z uśpienia mikrokontroler budzony jest raz na minutę. Wówczas wykonywany jest pomiar napięcia na superkondensatorze a wynik zapisywany jest w pamięci FRAM. Gdy napięcie spadnie do wartości 2,2 V to działanie programu jest zatrzymywane, a użytkownik proszony jest o naładowanie superkondensatora.
4	Active Mode	Praca mikrokontrolera w trybie aktywny. Definiujemy prędkość CPU, oraz procent wykorzystania pamięci cache w kontrolerze pamięci FRAM. Po uruchomieniu programu możemy zmierzyć pobór prądu mikrokontrolera i empirycznie przekonać się o możliwościach MSP430 z pamięcią FRAM.
5	SliderBall Game	Gra zręcznościowa.

Poniżej zamieszczamy prezentację działania zestawu LaunchPad zaprogramowanego aplikacją startową.

W aplikacji startowej w programie numer 3 (Battery Free) przewidziano możliwość odczytania zapisanych w pamięci FRAM próbek (napięcie na superkondensatorze pomiary raz na minutę). Analiza próbek może być przydatna w wyznaczeniu charakterystyki rozładowywanie superkondensatora. Żeby odczytać dane podłączamy zestaw LaunchPad do portu USB komputera PC, uruchamiamy terminal (9600 b/s, 8N1), oraz uruchamiamy aplikację w trybie „Transfer Data”. Wówczas zapisane w pamięci FRAM dane wysyłane są do komputera PC (próbki zapisywane są na dwóch bajtach, wartość napięcia w Voltach obliczamy dzieląc binarną wartość próbki przez 1024). W przeprowadzonych przez nas testach aplikacja „Battery Free” działała przez czas 22 godzin i 19 minut (czas od startu aplikacji do spadku napięcia na superkondensatorze do wartości 2,2 V).

Podsumowanie

Mikrokontrolery z pamięcią FRAM, SUPERKONDENSATORY do niedawna technologie te były dostępne jedynie w ośrodkach badawczo-naukowych. Dzisiaj dzięki zestawowi startowemu LauchPad „trafiają pod strzechy”. Czytelników którzy projektują urządzenia energooszczędne do ich zastosowania nie musimy przekonywać. Możliwości są ogromne. A tworzenie urządzeń, które „nie pobierają prądu” i są coraz bardziej samowystarczalne, staje się coraz łatwiejsze.