Akai Kaba - LiveLights

Akai Kaba
あかいかば
mikroprocesorowa makieta dydaktyczna
Makieta Akai Kaba (czyt. akaj kaba) czyli Czerwony Hipopotam jest uniwersalnym
narzędziem zaprojektowanym w celu wspomagania zarówno procesu dydaktycznego w nauce
programowania róŜnych rodzin mikrokontrolerów i układów programowalnych jak i jako
platforma pomocna we wczesnej fazie opracowywania prostych jak i zaawansowanych
projektów opartych o wspomniane układy.
Makieta jest bogato wyposaŜona w rozmaite analogowe i cyfrowe peryferia tak aby
moŜliwie maksymalnie wykorzystać potencjał układu sterującego (mikrokontrolera lub
układu logicznego). Wszystkie układy integrują się w jedną całość z wymiennymi modułami
a przy tym mogą stanowić odrębną całość przez odłączenie ich od układu sterującego. Przez
zastosowanie dodatkowych połączeń przewodowych lub w postaci zworek istnieje moŜliwość
połączenia poszczególnych bloków a nawet wykorzystania ich z innymi urządzeniami.
Wymienne moduły sterujące pozwalają na dostosowanie projektu do potrzeb oraz na
podąŜanie za postępującą techniką (np. wymiana na nowo opracowany mikrokontroler) przy
zachowaniu minimalnych kosztów, gdyŜ większość platformy pozostaje bez zmian. Moduły
zostały zaprojektowane w taki sposób aby przy ich wymianie nie zachodziła potrzeba
jakichkolwiek zmian w płytce bazowej w postaci innej konfiguracji zworek itp. Wymiana
modułu niezaleŜnie czy na taki z mikrokontrolerem lub układem programowalnym z tej samej
lub zupełnie innej rodziny nie pociąga za sobą konieczności zmian jakichkolwiek ustawień
sprzętowych, a wszystkie peryferia są od razu połączone w sposób optymalny do układu
sterującego.
Złącza:
- Port X/X – 2x5pin. Wyprowadzenie 6 portów zgrupowanych po 8 bitów i dodatkowo
masy i zasilania 3V3.
- 1wire –3pin. Wyprowadzenie interfejsu 1-wire, masy i zasilania.
- I2C –4pin. Wyprowadzenie interfejsu I2C, masy i zasilania.
- SPI – 6pin. Wyprowadzenie interfejsu SPI, masy i zasilania. Pin SS nie jest połączony
z linią CS w złączu karty SD/MMC.
- Vout – 4pin. Wyprowadzenie napięcia 5V i 3V3 oraz masy.
- external power – pwr jack 2.5mm . Złącze zasilacza zewnętrznego 7-12V.
- LCD – 16pin. Gniazdo alfanumerycznego wyświetlacza LCD 2x16 znaków.
- USB – USB B. Złącze interfejsu USB w trybie device. Doprowadzenie zasilania z PC.
- RS232 – DB9. Złącze Ŝeńskie interfejsu RS232 z liniami RX, TX, RTS, CTS i GND.
- Card – SD/MMC. Złącze kart SD lub MMC z wyrzutnikiem.
- audio in – jack 3.5mm. Wejście liniowe audio. Wpięcie wtyku odłącza
przedwzmacniacz mikrofonowy.
- audio out – jack 3.5mm. Wyjście mocy audio do 1W. Wpięcie wtyku odłącza
głośniczek.
- Bat – CR2032. Koszyk na baterię litową 3V typu CR2032. Podtrzymuje RTC i moŜe
dostarczać napięcia odniesienia lub napięcia zasilania do wybranych modułów.
- md1 – 2x 2x20pin. Złącze modułu z mikroprocesorem lub innym układem sterującym.
Zworki:
- LCD_backlight – 2pin. WłoŜenie zworki włącza podświetlenie wyświetlacza LCD .
- DT1_ON – 2pin. WłoŜenie zworki włącza kropkę na wyświetlaczu LED Dis1.
- DT2_ON – 2pin. WłoŜenie zworki włącza kropkę na wyświetlaczu LED Dis2.
- DIS_ON – 2pin. WłoŜenie zworki włącza wyświetlacza LED.
- amp_DAC_max_gain – 2pin. WłoŜenie zworki zwiększa maksymalne wzmocnienie
wyjściowego wzmacniacza mocy audio z 1x do 20x.
-
DAC->amp – 2pin. WłoŜenie zworki dołącza wyjściowy wzmacniacz audio do
wyjścia DAC modułu.
- amp->ADC – 2pin. WłoŜenie zworki dołącza przedwzmacniacz wejściowy audio do
wejścia ADC0 modułu.
- LED_ON – 2pin. WłoŜenie zworki pozwala na uŜycie diod LED.
- SW_ON – 2x8pin. Zworki na poszczególnych parach pinów od 1-2 do 15-16
dołączają linie portu 6/F modułu do diod LED, wyświetlaczy LED i przycisków s1-12.
Złącze umoŜliwia takŜe połączenie kablowe wymienionych elementów do innego
portu w wypadku zarezerwowania portu 6/F do innych zadań (np. JTAG).
- IRED_ON – 2pin. WłoŜenie zworki dołącza odbiornik podczerwieni do modułu.
- RTC_int/RTC_Ckout – 3pin. ZaleŜnie od połoŜenia zworki (1-2 lub 2-3) do wejścia
przerwania modułu dołączania jest jedna ze specjalnych nóŜek układu RTC tj. wyjście
przerwania lub sygnału zegarowego.
- RTC_ON – 2x2pin. WłoŜenie zworek na piny 1-2 i 3-4 (jak na opisie graficznym)
dołącza RTC do magistrali I2C modułu.
- DS1820_ON – 2pin. WłoŜenie zworki dołącza cyfrowy czujnik temperatury do
magistrali 1wire modułu.
- LM35_ON – 2pin. WłoŜenie zworki dołącza analogowy czujnik temperatury do
wejścia ADC1 modułu.
- RST_ON – 2pin. WłoŜenie zworki powoduje zresetowanie modułu.
- RS9-V – 3pin. ZaleŜnie od połoŜenia zworki (1-2 lub 2-3) na pinie nr 9 złącza RS232
pojawi się napięcie 3V3 lub 5V. Funkcja jest przydatna przy dołączaniu urządzeń typu
moduł bluetooth itp. Z moŜliwością zasilania przez złącze DB9.
- RX-TX – 2x4pin. ZaleŜnie od połoŜenia zworek uzyskuje się róŜną konfigurację
podłączenia złącza RS232 i USB. Łącząc pary 1-2 i 5-6 dołączamy interfejs USB
poprzez konwerter do interfejsu UART modułu. Łącząc pary 3-4 i 7-8 dołączamy
interfejs RS232 poprzez konwerter napięć do interfejsu UART modułu. Łącząc pary
2-4 i 6-8 uzyskujemy mostek pomiędzy interfejsami USB i RS232. Zworki
konfigurują podstawowe linie tj. RX i TX.
- RTS-CTS – 2x4pin. Zworki konfigurowane są identycznie jak RX-TX z tą róŜnicą, Ŝe
dotyczą linii kontroli przepływu RTS i CTS.
Wszystkie zworki mogą słuŜyć takŜe jako punkty podłączenia kablowego do róŜnych
miejsc układu.
Inne elementy:
- s1-s12 – przycisk. Dwanaście przycisków współdzielących linie 0-3 portu 6/F z
wyświetlaczem Dis1 i diodami LED1-4. Przyciski dołączone są przez specjalną
matrycę logiczną dzięki czemu na 4 liniach portu pojawia się w postaci 4ro bitowej
numer naciśnietego przycisku od 1 do 12. JeŜeli uruchomione są wyświetlacze LED
numer przycisku od 0 do 9 pojawi się takŜe na wyświetlaczu Dis1 a wspomniana
liczba na diodach LED1-4 (o ile są one uruchomione). Ze względu na współdzielone
linie z układami wyjścia chcąc korzystać jednocześnie z przycisków i np. diod LED
naleŜy przełączać kierunek portu urządzenia sterującego (mikrokontrolera).
UWAGA !! Ze względów bezpieczeństwa aby nie przeciąŜyć układu sterującego zbyt
duŜym prądem nie naleŜy doprowadzać do sytuacji, w której port układu ustawiony
jest na wyjście i jest w stanie niskim w czasie gdy naciskamy przycisk. Sytuacja taka
mogłaby zajść np. w przypadku chęci zapalenia wybranych diod LED a zgaszenia
innych. W takim przypadku o wiele korzystniejszym jest sterowanie rejestrem zmiany
kierunku zamiast samym rejestrem wyjściowym portu. W momencie ustawienia pinu
na wyjście powinna pojawiać się na nim logiczna jedynka (VCC) tym samym
-
-
zapalając diodę LED. Kiedy pin zostanie przestawiony na wejście, rezystor pull-down
wymuszą stan niski i dioda pozostanie zgaszona a naciśnięcie przycisku spowoduje
przepływ jedynie niewielkiego prądu przez wspomniany rezystor. W tym momencie
moŜna takŜe odczytać stan przycisku. Przez szybkie przełączanie kierunku dzięki
bezwładności oka ludzkiego moŜna skorzystać zarówno z przycisków jak i diod LED
czy teŜ wyświetlaczy siedmiosegmentowych.
Dis1 – wyświetlacz LED. Wyświetlacz siedmiosegmentowy LED sterowany z linii
0-3 portu 6/F za pośrednictwem dekodera. Dzięki dekoderowi liczba 4ro bitowa
pojawiająca się na 4 liniach portu jest zamieniana na sygnały dla odpowiednich
segmentów wyświetlacza. Linie współdzielone są z przyciskami s1-12 i diodami 1-4.
Dis2 – wyświetlacz LED. Sterowany identycznie do Dis1 z tym, Ŝe z linii 4-7 portu.
Linie te są współdzielone z diodami LED4-8.
LED1-8 – dioda LED. Diody LED dołączone do linii 0-7 portu 6/F.
U4 – odbiornik podczerwieni. Odbiornik modulowanego 36kHz sygnału w paśmie
podczerwieni. MoŜe słuŜyć np. do odbierania sygnałów z pilota.
U5 – układ RTC. Zegar czasu rzeczywistego z dedykowanym kwarcem i
podtrzymywaniem bateryjnym komunikujący się z modułem po magistrali I2C.
U9 – LM35. Analogowy czujnik temperatury, na którego wyjściu napięcie zmienia się
o 10mV na kaŜdy 1ºC. W temperaturze 0ºC napięcie na jego wyjściu wynosi 0V.
U10 – DS1820. Cyfrowy czujnik temperatury komunikujący się z modułem po
magistrali 1wire.
LED11 i 12 – LED. Diody sygnalizujące transmisję po interfejsie USB (dla
określonego działania wymagane jest zaprogramowanie układu FT232).
LED9 i 10 – LED. Diody sygnalizujące transmisję po interfejsie UART.
LED13 – LED. Dioda sygnalizująca obecność napięcia zasilania.
mic – mikrofon. Mikrofon elektretowy dołączony do trójstopniowego
przedwzmacniacza.
Speaker – głośniczek. Głośnik mylarowy o mocy 0.5W dołączony do wyjścia
wzmacniacza mocy.
PR1 – potencjometr. Potencjometr regulacji kontrastu wyświetlacza LCD.
PR2 – potencjometr. Potencjometr regulujący wzmocnienie wyjściowego
wzmacniacza audio.
PR3 – potencjometr. Potencjometr regulujący wzmocnienie wejściowego
przedwzmacniacza audio.
reset – przycisk. Przycisk resetujący moduł.
Zasilanie
zewnêtrzne
LCD 2x16 znaków
12x przycisk
Audio I/O
Wyprowadzenie
napiêæ 3V3 i 5V
USB / zasilanie
RS232
8x LED
Wyœwietlacz
7mio segmentowy
Modu³ uC
8bit GPIO 1-4
SPI
G³oœniczek 0.5W
Mikrofon
Analogowy i cyfrowy
czujnik temperatury
8bit GPIO 6
SD/MMC
Odbiornik
podczerwieni
I2C
1wire
RTC
8bit GPIO 5
1
2
3
4
max gain amp_D
20x
1-2
D5
Vin
D4
STPS2L40U
1
2
U6
R28
DAC
LM386M-1
180k
GND3
DAC->amp 1-2 => amp connected to DAC
4
GND
GND
GND
5
7
1
8
BYP
GAIN
GAIN
GND
LM35_ON
+5V U9
LM35DZ
1
+VS VOUT
GND
C27
100n
6
VS
2
PR2
10k
Vbus
STPS2L40U
C18
10u
C17
100n
1
2
DAC->amp
----
audio out
C14
220u
R26
4
3
5
2
1
LS1
C13
47n
C12
33n
10k
Gain = 20x
Bass boost = 6dB
R27
10R
GND
2
LM35_ON 1-2 => temp sensor connected to ADC1
GND
Card
C38
C16
SCK
C25 100p
4k7
7
2
5
100k
GND
Gain = 20x
PR3 C24
10k
U7B
LM358D
R36
470n
GND
C23
R35
330R 100n
4k7
3
GND
C22
U8A
LM358D
2
220u
MMC
1
1
amp->ADC 1-2 => audio input connected to ADC0
R38
ADC0
DS1820_ON VCC
10R
D8
3V3
GND
1wire
GND
C
PACK
GND
amp->ADC
B
+5V
1
2
6
8
R32
4
3
5
2
1
100k Gain = 20x
4
C26
100n
GND
1
2
R34
510R
GND
MISO
CS
CMD
GND
VCC
CLK
GND
DAT
8
8
U7A
470n
LM358D
GND
+5V
C20
1
1
3
GND
VCC
R37
Gain = 20x
2
Akai Kaba
1
2
3
4
5
6
7
R33
4
mic
100n
C21 100p
470n +5V
CS
MOSI
VCC
10u
+5V
ADC1
8R
audio in
R31
100k
A
GND
B
R29
10k
C19 R30 4k7
2
AKAI KABA
GND
+5V
6
U8B
LM358D
7
1
2
A
~1x
3
amp_DAC_max_gain
5
GND
GND
DS1820_ON 1-2 => DS1820 connected to 1wire bus
GND
R42
4k7 U10
2
DQ
1
DS1820
VCC
GND
VCC
3
C
GND
VCC
VCC
Bat
3V
1
X1 32k
2 1
2
4
GND
PCF8563
Vdd
SCL
SDA
OSCI
OSCO
Vss
INT
CLKO
10k 10k 10k
RTC_ON
6
5
1
3
C28
RTC_int
3
7
1
2
3
GND
1Hz
D
2
4
SCL
SDA
100n
C29
10u
RTC_int
1Hz-INT
1-2
1Hz-CLKO
2-3
+5V
R40
10k
ired
100R
3
U5
8
C10
22p
R41
RTC_ON 1-2 & 3-4 => RTC I2C bus connected
GNDVs
C15
100n
OUT
1
2
R23 R24 R25
D7
Vbat 1N4148
C11
10u
IRED_ON
VCC
GND
2
D6
1N4148
U4
1
T1
2N7002
IRED_ON 1-2 => ired receiver connected to MCU
TSOP4836
GND
GND
Title
Size
D
Number
Revision
A4
Date:
File:
1
2
3
2010-03-03
Sheet of
E:\Elektronika\..\Akai Kaba peryferia v1.3 2009.10.03.SCHDOC
Drawn By:
4
1
2
3
4
A
A
VCC
C2
100n
Vbus
C5
100n
U2
1
3
4
5
K1
C8
19
10n
B
27
28
17
GND
+5V
GND
C6
RESET
OSCI
OSCO
3V3OUT
C3
100n
C4
100n
GND
J1
CTS11
14
RXD
10
7
RTS12
13
TXD9
8
1
6
2
7
3
8
4
9
5
C1
15
GND
V-
6
GND
100n
100n
RX-TX
RTS-CTS
GND
100n
RX-TX
MCU-RS232 3-4 7-8
MCU-USB
GND
RXD
TXD
GND
R21
1k
CTS
RTS
RTS-CTS
11
10
GND
VCC
DB9 Ŝeńskie
GND
PC (męskie)
1 DCD
2 RD
3 TD
4 DTR
5 GND
6 DSR
7 RTS
8 CTS
9 RI
B
+5V
3-4 7-8
1-2 5-6
1-2 5-6
Pin9
RS9-V
USB-RS232 2-4 6-8
2-4 6-8
RS9-V
+5V
1-2
+3V3
2-3
R22
1k
LED10
R19
LED11 LED12 1k
C
MAX3232CSE
16
VCC
2
V+
3
2
1
C9
10u
C7
USBDM
USBDP
TXD
RXD
RTS
CTS
DTR
DSR
DCD
RI
CBUS0
CBUS1
CBUS2
CBUS3
CBUS4
2
4
6
8
16
15
VCCIO
VCC
25
7
18
24
26
VBUS
DD+
GND
1
2
3
4
1
3
5
7
USB
1
5
3
11
2
9
10
6
23
22
13
14
12
2
4
6
8
4
20
FT232RL
1
3
5
7
U1
AGND
GND
GND
GND
TEST
+5V
C1+
C1C2+
C2-
VCC
LED9
R18
1k
C
VCC
Title
D
Size
D
Number
Revision
A4
Date:
File:
1
2
3
2010-03-03
Sheet of
E:\Elektronika\..\Akai Kaba USB_RS232 v1.3
Drawn
2009.10.03.SCHDOC
By:
4
1
2
GND
2 x 16 Liquid Crystal Display
LED3
4
5
6
GND
LCD_backlight
RS
RW
EN
2
1
LED2
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
A
5V
kntr
VL
VL
GND
R9
1k
10k
R2
R10
1k
10k
U3
R3
D4
D5
D6
D7
GND
LED4
1k
1k
11
12
13
14
15
16
17
18
R6
VCC
20
R4
LED5
VCC
1k
R5
s1
1
s1
s2
2
w5
4
w6
8
w6
w10
LED6
s2
s3
w3
s4
D9
BAT54C s2
s1
D12
BAT54C s3
D15
BAT54C s4
D17
BAT54C
LED7
s3
s5
w3
w10
w3
w9
w5
w7
w9
w11
LED8
w6
D13
BAT54C
D16
BAT54C
D18
BAT54C
GND
s4
s9
R13
10k
OE2
OE1
R14
10k
B
R15
1k
10k
LED_ON
R16
1k
R17
w7
w11
w12
GND
10k
GND
w7
w11
10k
VCC
w12
w11
D11
BAT54C
w12
D14
BAT54C
s5
s6
s7
s8
VCC
C
1
2
DIS_ON 1-2 => 7seg LED Displays enable
VCC
5
3
2
4
8
BI
LD
PH
HC4543
VDD
D19
1N4148
VCC
16
U15
VCC
Dis1 Red-CA
a
b
c
d
e
f
g
A
B
C
D
GND
GND
9 10
10 9
11 8
12 5
13 4
15 2
14 3
7
a
b
c
d
e
f
g
DP
A
A
1
6
s5
s6
s7
s8
DT1_ON
7
1
6
5
3
2
4
8
R43
510R
GND
BI
LD
PH
A
B
C
D
GND
HC4543
VDD
D20
1N4148
VCC
16
sw8
sw7
sw6
sw5
Dis2 Red-CA
a
b
c
d
e
f
g
9 10
10 9
11 8
12 5
13 4
15 2
14 3
7
a
b
c
d
e
f
g
DP
A
A
1
6
sw1
sw2
sw3
sw4
DT1(2)_ON 1-2 => Dot ON
Title
R44
510R
GND
SW_ON
Header 8X2
DT2_ON
1
2
s1
s2
s3
s4
7
1
6
SW_ON 1-2(...) => LED/Switch enable
VCC
1
2
U14
VCC
C
DIS_ON
2
4
6
8
10
12
14
16
GND
R45
10k
s4
s3
s2
s1
1
3
5
7
9
11
13
15
s12
D
10k
19
1
LCD_ON 1-2 => LEDs enable
w10
s11
R12
MC74HCT541DW
w9
s10
10k
s1
s2
s3
s4
s5
s6
s7
s8
R8
D10
BAT54C
w7
s8
VDD
9
8
7
6
5
4
3
2
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
1
2
s7
1k
Y8
Y7
Y6
Y5
Y4
Y3
Y2
Y1
A
R11
R7
w5
s6
GND
10
GND
LCD_backlight 1-2 => LCD backlight ON
B
R1
7
8
9
10
11
12
13
14
PR1
10k
4
LED1
LCD
+5V
2
3
15
16
1
RS
RW
EN
+5V
3
Size
GND
D
Number
Revision
A4
Date:
File:
1
2
3
2010-03-03
Sheet of
E:\Elektronika\..\Akai Kaba led_lcd_switch v1.3
Drawn
2009.10.03
By:
.SCHDOC
4
1
2
3
4
md1
A
I2C
VCC
4
3
2
1
SDA
SCL
GND
VCC
SPI
6
5
4
3
2
1
1wire
B
GND
CS
SCK
SS
CTS
TXD
ired
SDA
Vbat
GND
ADC1
GND
D7
D5
EN
RS
PF.0
PF.2
PF.4
PF.6
SS
SCK
MOSI
MISO
GND
VCC
3
2
1
VCC
reset
MOSI
MISO
RTS
RXD
1wire
SCL
1Hz
GND
ADC0
DAC
GND
D6
D4
RW
PF.1
PF.3
PF.5
PF.7
40b39b
38b37b
36b35b
34b33b
32b31b
30b29b
28b27b
26b25b
24b23b
22b21b
20b19b
18b17b
16b15b
14b13b
12b11b
10b 9b
8b 7b
6b 5b
4b 3b
2b 1b
1wire
PA.0
PA.2
PA.4
PA.6
PB.0
PB.2
PB.4
PB.6
PC.0
PC.2
PC.4
PC.6
PD.0
PD.2
PD.4
PD.6
PE.0
PE.2
PE.4
PE.6
PA.1
PA.3
PA.5
PA.7
PB.1
PB.3
PB.5
PB.7
PC.1
PC.3
PC.5
PC.7
PD.1
PD.3
PD.5
PD.7
PE.1
PE.3
PE.5
PE.7
40a 39a
38a 37a
36a 35a
34a 33a
32a 31a
30a 29a
28a 27a
26a 25a
24a 23a
22a 21a
20a 19a
18a 17a
16a 15a
14a 13a
12a 11a
10a 9a
8a 7a
6a 5a
4a 3a
2a 1a
PA
PA.0
PA.2
PA.4
PA.6
GND
PB.0
PB.2
PB.4
PB.6
GND
PC.0
PC.2
PC.4
PC.6
PD.0
PD.2
PD.4
PD.6
GND
RST
Vout Header 4
RST_ON 1-2 => MCU reset
RST_ON
1
reset
1
2
DS1818R
sw1
sw2
sw3
sw4
sw5
sw6
sw7
sw8
reset
GND
wk1 wk2 wk3
C
GND
VCC
1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
PB.1
PB.3
PB.5
PB.7
VCC
1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
PC.1
PC.3
PC.5
PC.7
VCC
B
PF.0
PF.1
PF.2
PF.3
PF.4
PF.5
PF.6
PF.7
+5V
PE.0
PE.2
PE.4
PE.6
VCC
GND
GND
R39
GND
2
4
6
8
10
VCC
1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
PE.1
PE.3
PE.5
PE.7
VCC
PF
LED13
M3 M3 M3
1
3
5
7
9
PD.1
PD.3
PD.5
PD.7
PE
1
2
3
4
3
GND
A
PD
GND
VCC
2
PA.1
PA.3
PA.5
PA.7
PC
GND
VCC
2
4
6
8
10
PB
Akai Kaba module
U13
1
3
5
7
9
PF.0
PF.2
PF.4
PF.6
VCC
1k
GND
1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
PF.1
PF.3
PF.5
PF.7
C
VCC
znacznik1 znacznik3 znacznik2
PWR2.5
1
3
2
RUEF090
F1
D21
BZW06-13V
Vin
U12
1
C35
100n
IN
C34
L7805ACD2T
3
OUT
GND
4
external power
220u
D1
STPS2L40U
D2
C36
10u
C37
100n
STPS2L40U
C33
100n
+5V
U11
1
C32
10u
IN
LF33ACDT
3
OUT
GND
4
Vbus
VCC
C30
10u
C31
100n
GND
D3
STPS2L40U
Title
D
D
GND
Size
Number
Revision
A4
Date:
File:
1
2
3
2010-03-03
Sheet of
E:\Elektronika\..\Akai Kaba zasilanie_złącza Drawn
v1.3 2009.10.03.SCHDOC
By:
4