Internetowy interfejs dla mikrokontrolera
P R O J E K T Y
Internetowy interfejs dla
mikrokontrolera, część 1
AVT-5055
JesteÅ› ciekaw jak za
pomocÄ… 8-bitowego
mikrokontrolera poszaleĘ
w Internecie? Chciałbyś
samodzielnie zbudowaĘ
serwer internetowy, odbieraĘ
i nadawaĘ e-maile? Chcesz
nadąłyĘ za modnymi
zakamarkami wspÛÅ‚czesnej
techniki mikroprocesorowej?
W artykule opisujemy
sposÛb wykorzystania ultra-
nowoczesnego układu
scalonego, ktÛry speÅ‚nia rolÍ
O mołliwości wykorzystania Takie rozwiązanie ma oczywiś-
sprzÍtowego stosu TCP/IP.
Internetu do przesyłania danych cie wiele zalet. Po poznaniu mo-
przez mikroprocesorowe sterowni- duÅ‚Ûw programowych systemu,
ki sÅ‚ychaĘ coraz czÍÅ›ciej i coraz moÅ‚na w miarÍ elastycznie dosto-
głośniej. Firmy produkujące mik- sowywaĘ go do własnych wyma-
rokontrolery oferujÄ… zestawy ewa- gaÒ. Jednak z drugiej strony, im-
luacyjne pozwalające na połącze- plementacja sieciowa zajmuje du-
nie siÍ z SieciÄ… - wiÍkszośĘ z nich Å‚o mocy obliczeniowej i pamiÍci
opisywaliśmy juł w EP. Na przy- mikrokontrolera. Nie bez znacze-
kład takimi spektakularnymi ap- nia jest teł fakt, łe trzeba sto-
likacjami mogą byĘ opisywane juł sowaĘ nowe mikrokontrolery, a to
opracowania Atmela, Ziloga, Mic- wiÄ…Å‚e siÍ zawsze z wprowadze-
rochipa czy firmy Ubicom (daw- niem nowych narzÍdzi (kompila-
niej Scenix). W tym ostatnim wy- torÛw, programatorÛw, emulato-
korzystano nowo opracowane mik- rÛw itp.), a wiÍc ze zwiÍkszeniem
rokontrolery z odpowiednio wy- kosztÛw.
dajnym rdzeniem oraz ìduÅ‚Ä…î CÛÅ‚ zatem zrobiĘ, aby nie
pamiÍciÄ… danych i programu. Przy naraziĘ siÍ na dodatkowe koszty
takiej koncepcji, obsługa wszyst- i nie popaśĘ w uzalełnienie od
kich protokoÅ‚Ûw sieciowych nie- konkretnego mikrokontrolera? Od
zbÍdnych do poÅ‚Ä…czenia z Interne- tych dylematÛw uwalnia nas ofer-
tem i przesyłania informacji reali- ta firmy Seiko - układ S7600A.
zowana jest programowo. Jest to specjalizowany układ
Elektronika Praktyczna 3/2002
14
Internetowy interfejs dla mikrokontrolera
Rys. 1. Schemat elektryczny interfejsu.
Elektronika Praktyczna 3/2002
15
Internetowy interfejs dla mikrokontrolera
Tab. 1. Sposób obsługi rejestrów
układu S7600A dla dwóch możliwych
konfiguracji interfejsu.
RS Motorola Intel Funkcja
R/WX READX WRITEX
1 1 0 1 Czytanie rejestru
1 0 1 0 Zapis rejestru
0 1 0 1 Czytanie rejestru
indeksowego
0 0 1 0 Zapis rejestru
indeksowego
procesorÛw Motoroli, a poziom
niski dla procesorÛw Intela.
W tab. 1 zawarto zestawienie sta-
nÛw logicznych na wejÅ›ciach ste-
rujÄ…cych zapisem i odczytem dla
obu rodzajÛw magistrali.
Poniewał w projekcie wyko-
rzystywana jest magistrala Intela,
to jÄ… postaram siÍ opisaĘ dokÅ‚ad-
niej. Zainteresowani sterowaniem
S7600A poprzez magistralÍ Moto-
roli mogÄ… znaleüĘ odpowiednie
dane w dokumentacji firmowej.
Rys. 2. Schemat blokowy układu S7600A.
Tryb magistrali Intela jest wpro-
umołliwiający szybkie i bezpro- bitowym odbiorczym buforem FI- wadzany, kiedy na wejściu C86
blemowe poÅ‚Ä…czenie z sieciÄ…, prak- FO, 10kB pamiÍci RAM oraz jest poziom niski ìLî, a na PSX
tycznie dowolnego, obecnie pro- rozbudowany szeregowo - rÛwno- poziom wysoki ìHî. Dane oraz
dukowanego mikrokontrolera. legły interfejs MPU do połączenia magistrala adresowa są multiplek-
PrzykÅ‚adem niech bÍdzie opisy- z mikrokontrolerem (rys. 2). Przez sowane. KaÅ‚dy cykl rozpoczyna
wany tutaj system, w ktÛrym dos- ten interfejs mikrokontroler za- siÍ od ustawienia na magistrali
konale wszystkim znany i niezbyt pisuje lub odczytuje informacje do/z adresu. Adres ten jest zatrzaskiwa-
wydajny mikrokontroler AT89C51 wewnÍtrznych rejestrÛw S7600A. ny w wewnÍtrznym rejestrze pod-
wraz z ukÅ‚adem S7600A pracuje UkÅ‚ad zasilany jest napiÍciem czas narastajÄ…cego zbocza WRI-
jako klient poczty elektronicznej. o wartości z zakresu 2,4V...3,6V TEX. Poziom niski na RS wska-
i pobiera minimalny prÄ…d w cza- zuje, Å‚e strobowanie WRITEX do-
Opis układu sie pracy: 0,9mA w trakcie trans- tyczy fazy adresu na magistrali.
Schemat interfejsu pokazano misji i tylko 150µA w stanie ocze- W nastÍpnej fazie dane mogÄ… byĘ
na rys. 1. NajwaÅ‚niejszym jego kiwania na transmisjÍ. Tak niski zapisywane lub odczytywane po-
elementem jest oczywiÅ›cie S7600A pobÛr mocy wskazuje na to, Å‚e przez wygenerowanie odpowied-
- ukÅ‚ad wielkiej skali integracji konstruktorzy przewidywali jego nich zboczy sygnaÅ‚Ûw WRITEX lub
(VLSI) zawierajÄ…cy w swojej struk- pracÍ przy zasilaniu bateryjnym.
turze kompletny, sprzÍtowy stos UkÅ‚ad jest taktowany zewnÍtrznym
List. 2. Procedura odczytu danych
TCP/IP wraz z zaimplementowa- sygnałem zegarowym. Producent z układu S7600A przez magistralę
równoległą.
nym protokoÅ‚em PPP, interfejs zaleca czÍstotliwośĘ 256KHz, ale
łącza szeregowego UART z 16- maksymalna jej wartośĘ mołe wy-
unsigned char odczyt_ichip
(unsigned char adres)
nosiĘ nawet 5MHz.
{
unsigned char dana;
Układ S-7600A zawiera dwa
unsigned char dana_p;
List. 1. Procedura zapisu danych
cs=1;
interfejsy MPU: rÛwnolegÅ‚y i sze-
do układu S7600A przez rs=0;
regowy. W trybie interfejsu rÛw- readx=1;
magistralę równoległą.
writex=0;
noległego mołna połączyĘ magis- P0=adres;
void zapis_ichip unsigned char adres, writex=1; //adres wpisany do
trale danych rodziny x80 firmy
unsigned char dana) cs=0;
{ rs=1;
Intel lub 68K firmy Motorola.
cs=1; cs=1;
rs=0; //adres na magistrali rs=0;
Poprzez te interfejsy nastÍpuje
readx=1; P0=0xff; //ustaw jako wejsciowy
writex=0; readx=0;
wymiana informacji pomiÍdzy
P0=adres; //adres na magistrale dana_p=P0; //odczytanie adresu
readx=1;
writex=1; mikrokontrolerem a układem. Jak
cs=0; rs=1;
widaĘ zadbano, aby maksymalnie
rs=1; //dane na magistrali cs=0;
readx=0; while(busyx==0);
uÅ‚atwiĘ pracÍ projektantom. Wy-
cs=1; //czekaj na nieaktywne busyx
readx=1; cs=1;
bÛr interfejsu rÛwnolegÅ‚ego nastÍ-
writex=0; readx=0;
P0=dana; //dana na magistrale dana=P0; //odczytanie danych
puje poprzez wymuszenie wyso-
writex=1; readx=1;
cs=0; while(busyx==0);
kiego poziomu na wejściu PSX.
readx=0; //czekaj na nieaktywne busyx
cs=0;
while(busyx==0); Poziom wysoki na wejściu C86
//czekaj na nieaktywne busyx return(dana);
określa tryb pracy interfejsu dla
} }
Elektronika Praktyczna 3/2002
16
Internetowy interfejs dla mikrokontrolera
Tab. 2. Przestrzeń adresowa Banku 0.
Adres Rozmiar Zawartość
0x0000-0x07ff 2k Kieszeń 0 bufora
odbioru
0x0800-0x0bff 1k Kieszeń 0 bufora
nadawczego
0xc000-0x0fff 1k Dane bazowe TCP
0x1000-0x13ff 1k Bufor IP
Tab. 3. Przestrzeń adresowa Banku 1.
Adres Rozmiar Zawartość
0x0000-0x07ff 2k Kieszeń 1 bufora
odbioru
0x0800-0x0bff 1k Kieszeń 1 bufora
nadawczego
Rys. 3. Przebiegi czasowe sygnałów podczas zapisu do interfejsu
0xc000-0x0fff 1k Bufor PPP
równoległego.
0x1000-0x13ff 1k Bufor PAP
fejsu szeregowego pokazano na
rys. 5 (cykl zapisu) i 6 (cykl
odczytu).
W strukturze układu S7600A
umieszczony jest kompletny port
szeregowy UART. Tor odbiorczy
zawiera 16-bajtowy bufor FIFO.
Dane przesyłane asynchronicznie
majÄ… nastÍpujÄ…cy format: 1 bit
startu, 8 bitÛw informacyjnych i 1
bit stopu, bez bitu parzystości.
Zasadniczym blokiem układu
jest jednak sprzÍtowy stos TCP/
IP. Zawiera on moduły TCP/UDP,
moduł IP, oraz moduł PPP. Z pro-
Rys. 4. Przebiegi czasowe sygnałów podczas odczytu do interfejsu
tokołami TCP/UDP/IP/ i PPP są
równoległego.
zwiÄ…zane 2 kieszenie umieszczone
READX. UkÅ‚ady logiczne interfejsu bierany przez wymuszenie na wej- w wewnÍtrznej pamiÍci RAM. CÛÅ‚
generujÄ… w tej fazie sygnaÅ‚ BUSYX Å›ciu PSX poziomu niskiego. Linia to takiego te kieszenie? OtÛÅ‚ sÄ…
po opadajÄ…cym zboczu sygnaÅ‚u SD6 magistrali danych jest wtedy to obszary pamiÍci RAM, w ktÛ-
WRITEX lub READX. SygnaÅ‚ ten wejÅ›ciem sygnaÅ‚u zegarowego. Li- rych umieszcza siÍ dane do prze-
staje siÍ nieaktywny, gdy S7600A nia SD5 to wejÅ›cie danych, na- syÅ‚ania za pomocÄ… protokoÅ‚u TCP/
zakoÒczy operacjÍ zapisu lub od- tomiast SD7 wyjÅ›cie danych (pa- IP. OprÛcz kieszeni, w pamiÍci
czytu. Mikrokontroler powinien trzÄ…c od strony S7600A). Kierun- RAM podzielonej na banki po 5kB
prÛbkowaĘ sygnaÅ‚ BUSYX. MoÅ‚e kiem przepÅ‚ywu danych steruje umieszczone sÄ… bufory pomocni-
on zainicjowaĘ kolejny cykl zapi- wejÅ›cie WRITEX. Poziom wysoki cze protokoÅ‚Ûw TCP, IP, oraz
su/odczytu dopiero wtedy, gdy na wejÅ›ciu WRITEX oznacza od- PPP. PodziaÅ‚ pamiÍci pokazano
BUSYX staje siÍ nieaktywny. czyt danych, a poziom niski zapis w tab. 2 i 3. MoÅ‚e siÍ zdarzyĘ,
Przebiegi czasowe dla zapisu danych. Przebiegi czasowe inter- Å‚e przy takim podziale pamiÍci
i odczytu przez magistrale rÛwno-
ległą pokazano na rys. 3 i 4.
W prezentowanym projekcie ob-
sługa magistrali jest realizowana
programowo. Procedury zapisu
i odczytu w jÍzyku C przedstawio-
ne sÄ… na list. 1 i list. 2.
Jak juÅ‚ wspomniaÅ‚em, oprÛcz
interfejsu rÛwnolegÅ‚ego moÅ‚na wy-
korzystaĘ teł interfejs szeregowy.
Pozwala to połączyĘ S7600A
z mikrokontrolerami za pomocÄ…
niewielkiej liczby linii, co ma
ogromne znaczenie na przykład
dla mikrokontrolerÛw podobnych
Rys. 5. Przebiegi czasowe sygnałów podczas odczytu dla interfejsu
do PIC16F84. Ten tryb jest wy-
szeregowego.
Elektronika Praktyczna 3/2002
17
Internetowy interfejs dla mikrokontrolera
Tab. 4. Rejestry układu S7600A.
WYKAZ ELEMENTÓW
Adres Rejestr Definicja bitu
Rezystory
0x00 Revision Numer wersji rdzenia S-7600A
R1: 2,7M&!
0x01 General Control - - - - - - - SW_RST
R2...R11: 3,3k&!
0x02 General Socket 0 0 0 0 0 0 S1 S0
Potencjometr 4,7k&!
Location
Kondensatory
0x04 Master Interrupt - - - - - PT_ Link_ Sock_
C1...C5, C12, C13: 100nF
INT INT IN
0x08 Serial Port Config S_DAV DCD Dsr CTS RI DTR RTS SCTL C6, C7: 33pF
Hwfc
C8: 2,2µF/16V
0x09 Serial Port Int PT_Int - - - - - - -
C9, C10: 33pF
0x0a Serial Port Int Mask PINT_ DSINT - - - - - -
C11: 1000µF/16V
EN _EN
C14, C15: 10µF/16V
0x0b Serial Port Data Rejestr danych portu szeregowego
Półprzewodniki
0x0c Baud Rate Div Rejestry określające prędkość transmisji
0x0d M1: 1A/100V
0x10- Our IP Address Adres IP serwera dostępowego
U1: S7600A
0x13
U2: 89C51 - zaprogramowany
0x1c Clock Div Low Rejestr Clock Divider
U3: MAX3241
0x1d Clock Div High
U4: CD4001
0x20 Index Rejestr indeksowy kieszeni
U5: CD4027
0x21 TOS Pole TOS
U6: MAX604
0x22 Socked Config T0 Buff Buff D_A - Protocol Type
U7: 7805
status Low Emty Full /RST
Różne
0x23 Socked Status Mid URG RST Term Conu Stan TCP
0x24 Socked Activate - - - - - - S1 S0 X1: rezonator kwarcowy 12MHz
0x26 Socked Interrupt - - - - - - I1 I0 X2: rezonator kwarcowy 1MHz
0x28 Socked Data Avail - - - - - - Dav1 Dav0
Wyświetlacz alfanumeryczny
0x2a Socked Interrupt T0 En Buff_E Buff_ DataA - - - - 2x20 znaków
Mask Low En Full En
Z1 ZÅ‚Ä…cze szufladowe 9-pinowe
0x2b Socked Interrupt Urg_En RST- Term_ ConU_ - - - -
Podstawka 40 DIL
Mask High En En En
SW1 przycisk typu switch
0x2c Socked Interrupt T0 Buff_ Buff_ Data - - - -
PÅ‚ytka drukowana
Low Empty Full Avail
0x2d Socked Interrupt URG RST Term Conu - - - -
High
i bezpośrednie rejestry zajmują
0x2e Socked Data 8-bitowe dane kieszeni
przestrzeÒ od adresu 0x20 do 0x3f.
0x30 TCP data Send Wpisanie dowolnej wartości rozpoczyna wysyłanie danych
UÅ‚ycie rejestrÛw indeksowych wy-
0x30- Buffer Out Lenght Wielkość bufora wyjściowego (dla czytania tych rejestrów)
0x31 maga wcześniejszego zdefiniowa-
0x32- Bufer In Wielkość bufora wejściowego (dla czytania tych rejestrów) nia indeksu kieszeni. Zalełnie od
0x33
tej definicji, dane w rejestrach in-
0x34- Urgent Data Pointer Wskażnik ważnych danych w buforze wejściowym/
deksowych dotyczÄ… kieszeni 1 lub
0x35 wielkość datagramu UDP
2. W tab. 4 pokazano zestawienie
0x36- Their port Numer portu docelowego
wszystkich rejestrÛw S7600A.
0x37
Układ S7600A jest przystoso-
0x38- Our port Numer portu żródłowego
wany do fizycznego połączenia
0x39
z Internetem za pośrednictwem
0x3a Socket Status - - - - - - - Snd-
High bsy
modemu. Interfejs warstwy fizycz-
0x3c- Their IP address Adres IP docelowy
nej wyposałony jest w związku
0x3f
z tym we wszystkie sygnały ste-
0x60 PPP Control Status PPP_ Con_ Use_ T0_ PPP Kick PPP_ PPP
rujÄ…ce Å‚Ä…cza RS232, potrzebne do
Int Val PAP Dis Int En En Up SRset
prawidÅ‚owej wspÛÅ‚pracy z mode-
0x61 PPP Interrupt Code Kod błędu PPP
mem. Sygnały te mają poziomy
0x62 PPP Max Retry - Maks. liczba powtórzeń
napiÍĘ standardu TTL, a jak wia-
config request
domo modemy wymagajÄ… pozio-
0x64 PPP String Nazwa użytkownika i hasło
mÛw zgodnych ze standardem
mogÄ… wystÍpowaĘ konflikty przy UkÅ‚ad S-7600A zawiera dwa 5- RS232. Odpowiedni konwerter
dostÍpie, tzn. 2 lub wiÍcej modu- kilobajtowe banki pamiÍci (0 i 1), zbudowany jest w oparciu o ukÅ‚ad
Å‚Ûw moÅ‚e chcieĘ w tym samym jak to pokazano w tab. 2 i 3. U3 MAX3241. Zasilanie ukÅ‚adu
momencie odwoÅ‚ywaĘ siÍ do jed- Rejestry wewnÍtrzne S-7600A S7600A napiÍciem +3,3V wymu-
nego wspÛlnego obszaru. Zada- sÄ… podzielone na 3 grupy: global- siÅ‚o zastosowanie konwertera rÛw-
niem arbitra dostÍpu do pamiÍci ne, bezpoÅ›rednie i indeksowe. Re- nieÅ‚ zasilanego tym napiÍciem.
(rys. 7) jest wÅ‚aÅ›nie bezkonflikto- jestry globalne zajmujÄ… przestrzeÒ ZÅ‚Ä…cze Z2 jest 9-pinowym mÍskim
we przydzielanie jej zasobÛw do adresowÄ… od adresu 0x00 do 0x1d, zÅ‚Ä…czem szufladowym. SygnaÅ‚y na
poszczegÛlnych moduÅ‚Ûw stosu. oraz od 0x60 do 0x6f. PoÅ›rednie Z2 doÅ‚Ä…czone sÄ… do jego pinÛw
Elektronika Praktyczna 3/2002
18
Internetowy interfejs dla mikrokontrolera
zaprojektowano do montału auto-
matycznego, gdzie jest mołliwe
zachowanie wysokiej precyzji po-
zycjonowania i jakości lutowania.
Po zakoÒczeniu lutowania trze-
ba dokÅ‚adnie sprawdziĘ, czy nÛÅ‚-
ki S7600A sÄ… dobrze przylutowa-
ne. Z doświadczenia wiem, łe
niektÛre luty trzeba poprawiaĘ
kilka razy. Poprawki trzeba robiĘ
bardzo delikatnie, bo Å‚atwo uszko-
dziĘ cienkie ściełki lub wygiąĘ
bardzo delikatne nÛÅ‚ki ukÅ‚adu.
UkÅ‚ad U3 jest produkowany rÛw-
nieł tylko w obudowie przystoso-
wanej do montału powierzchnio-
Rys. 6. Przebiegi czasowe sygnałów podczas zapisu dla interfejsu
wego, ale jego montaÅ‚ nie nastrÍ-
szeregowego.
cza takich problemÛw jak to jest
zgodnie ze standardem stosowa- dla ukÅ‚adu. Stabilizator U6 7805 w przypadku S7600A. Rozstaw nÛ-
nym w komputerach PC. MoÅ‚na dostarcza napiÍcia +5V, a ukÅ‚ad Å‚ek i ich grubośĘ sÄ… zdecydowa-
bez problemu podÅ‚Ä…czyĘ do ukÅ‚a- U5 MAX604 napiÍcia +3,3V. nie wiÍksze. UkÅ‚ad U3 rÛwnieÅ‚
du dowolny modem zewnÍtrzny najlepiej jest wstÍpnie przykleiĘ
za pomocÄ… standardowego kabla MontaÅ‚ ukÅ‚adu do pÅ‚ytki, zwracajÄ…c uwagÍ na
uÅ‚ywanego do poÅ‚Ä…czenia mode- PÅ‚ytka drukowana interfejsu po- ustawienie nÛÅ‚ek na polach lu-
mu z komputerem. kazana jest na rys. 8. Układ towniczych. Płytka jest tak zapro-
SygnaÅ‚ o czÍstotliwoÅ›ci 1MHz, S7600A jest umieszczony w 48- jektowana, Å‚e U3 trzeba przylu-
wytwarzany w generatorze zbudo- pinowej obudowie typu QFP przy- towaĘ na umownej stronie luto-
wanym ze zlinearyzowanej bramki stosowanej do montału powierz- wania (pod spodem płytki). Mon-
U4A i rezonatora X2, jest nastÍp- chniowego. Niestety przylutowa- taÅ‚ pozostaÅ‚ych elementÛw nie
nie dzielony przez 4 w dwu prze- nie ukÅ‚adu jest dośĘ trudne. Od- powinien sprawiaĘ kÅ‚opotÛw.
rzutnikach U5A i U5B. UkÅ‚ady U4 legÅ‚ośĘ miÍdzy nÛÅ‚kami obudowy Tomasz JabÅ‚oÅ„ski, AVT
i U5 sÄ… rÛwnieÅ‚ zasilane napiÍ- wynosi tylko 0,5mm! Przed luto- [e-mail]
ciem +3,3V. Prostokątny przebieg waniem układ naleły przykleiĘ do
o czÍstotliwoÅ›ci 250kHz i ampli- pÅ‚ytki drukowanej, najlepiej kle- Wzory pÅ‚ytek drukowanych w for-
tudzie zbliÅ‚onej do napiÍcia za- jem typu Poxipol i dokÅ‚adnie usta- macie PDF sÄ… dostÍpne w Internecie
silania podawany jest na wypro- wiĘ nÛÅ‚ki ukÅ‚adu na polach lu- pod adresem: http://www.ep.com.pl/
wadzenie 3 U1. towniczych, nie zapominając ?pdf/marzec02.htm oraz na płycie
Mikrokontroler U2 teł jest za- o prawidłowej ich kolejności. Po CD-EP03/2002B w katalogu PCB.
silany napiÍciem +3,3V. Do portu zwiÄ…zaniu kleju
P2 dołączony jest wyświetlacz mołna przystąpiĘ
alfanumeryczny 2x20 znakÛw. do lutowania. Trze-
DośĘ trudno jest znaleüĘ taki ba siÍ wyposaÅ‚yĘ
wyÅ›wietlacz zasilany obniÅ‚onym w lutownicÍ z od-
napiÍciem, dlatego zastosowano powiednio cienkim
popularny wyświetlacz zasilany grotem i dobrą lu-
napiÍciem +5V. Linie portÛw mik- pÍ, najlepiej na sta-
rokontrolera zasilanego napiÍciem tywie. MontaÅ‚ nie
niłszym nił +5V mogą byĘ jest łatwy, ponie-
ìpodciÄ…ganeî do +5V bez szkody waÅ‚ obudowy QFP
Rys. 8. Rozmieszczenie elementów na płytce
Rys. 7. Ilustracja kontrolowanego dostępu do pamięci. drukowanej.
Elektronika Praktyczna 3/2002
19