EKSPERIMENTALNA PLOČA ZA PIC-MIKROKONTROLERE

Autor: Smjesko

   Promatrajuči tvorničke razvojne ploče za Microchipove mikrokontrolere, te proučavajuci razne materijale s Interneta na istu temu, odlučio sam projektirati jednu univerzalnu i modularnu razvojnu ploću, koju sam nazvao „eksperimentalna ploća“, jer se osobno ne kanim baviti „razvojem“ tj. pisanjem programa za mikrokontrolere, već samo ispitivanjem vec gotovih projekata. Kao i svaka ploća, tako i ova moja ima nedostataka, ali sada ću nabrojati samo neke prednosti koje su meni osobno bile važne.

   Prva, ali ne i jedina od njih, je početna cijena. Tvorničke ploče imaju brdo opcija koje zatrebaju samo profesionalcima i prilično su skupe za platežnu moć „raje“ s ovih prostora, koja mahom ne radi ili ide u školu – malu ili veliku.

   Druga je jednostavnost snalaženja. Nije potrebno čitati priručnike od tvorničke ploče koji su mahom prilično „šareni“ i zbrkani (i uglavnom pisani na Engleskom jeziku što predstavlja dodatni problem za veliki dio već spomenute „raje“) i učiti ga „na pamet“, već je dovoljno pogledati shemu ploče (praktično je shemu isprintati na A3 format papira, kako bi se istovremeno mogla pratiti dok se čita ovaj tekst !), shemu uređaja koji se želi simulirati i slike sa rasporedom priključaka za mikrokontroler s kojim se trenutno želi raditi (a znamo da jedna kineska poslovica kaže „jedna slika govori više od tisuću riječi“). Priključnice za portove su raspoređene logički kao i na slikama iz priručnika (datasheet) koje prikazuju raspored nožica na mikrokontroleru. Moram napomenuti da sam ploču projektirao za mikrokontroler PIC16F877, jer sam švrljajući Internetom uglavnom nailazio na projekte rađene s ovim mikrokontrolerom, kao i nekim starijima i slabijima (PIC16F84, PIC16F628 itd.). Predvidio sam adapter za svaki od PIC-eva za koje sam nalazio projekte, jer mi se nije svidjelo što sam vidio na jednoj tvorničkoj razvojnoj ploči, a to su obična podnožja za PIC-eve u/iz kojih treba stavljati/vaditi PIC svaki put kad se želi isprobavati neki sklop koji ima drukčiji PIC, a tada „trpe“ nožice PIC-a koje su jako nježne i osjetljive. Svaki PIC ima svoj adapter u kojem stalno stoji, a kad s njim trebamo nešto isprobavati, jednostavno na ploču „uštekamo“ adapter, a na adapter postavimo pločicu s odgovarajućim oscilatorom. DIP-prekidačima i kratkospojnicima (jumperima) uključimo ili isključimo „Pull-Up“ ili „Pull-Down“ otpornike na portovima – kako se traži na shemi – uključimo napajanje i ispitujemo kako projekt radi. Za one koji ne budu u mogućnosti nabaviti DIP-prekidače, predvidio sam mogućnost montaže kratkospojnika (jumpera) na ploču. Usput da napomenem, kako sam tijekom godina bavljenja servisiranjem računala i prikupljanjem stare krame prikupio priličan broj kratkospojnika koji su se koristili na starijim matičnim pločama.

   Treća prednost je što sam predvidio da se ploča napaja iz samog računala, jer je to logično, budući da se na računalu piše program za PIC, a pomoću tog istog računala se PIC i programira. Potrebno je izvesti priključnicu za 12V izvan računala, a najpraktičnije je smjestiti je u blizinu portova (serijskog, paralelnog i USB) jer se na neki od tih portova spaja programator za programiranje PIC-a (upisivanje programa u PIC). Naravno, ploču je također moguće napajati iz posebnog izvora. Napajanje se uključuje i isključuje prekidačem na samoj ploči, a za indikaciju služi obična svijetleća dioda (LED 1).

   Napajanje samog mikrokontrolera, kao i linije za programiranje su potpuno odvojene od „ostatka svijeta“ priključkom „CN 6“ koji ujedno služi za programiranje PIC-a, a ima raspored kontakata po Microchipovom standardu (na Internetu ima hrpa načina spajanja). Za indikaciju napajanja (Vdd) samog PIC-a služi svijetleća dioda „LED 2“ koja je „Low-current“ (troši 2mA struje), a odabrana je radi toga da se previše ne opterećuje programator prilikom programiranja PIC-a. Kad se PIC programira, na priključnicu se priključi programator (na lijevi niz kontakata !) koji ima 6-polnu jednorednu priključnicu ili priključnicu koja potpuno „sjeda“ na oba reda kontakata, a spojen joj je samo lijevi niz kontakata. Prethodno se mora skinuti „višestruki kratkospojnik“ koji je načinjen od14-polne dvoredne (2 x 7 polova) ženske priključnice koja se montira na trakasti kabel kakav se koristi u računalima za spajanje tvrdog diska, disketnog pogona i optičkih pogona na matičnu ploču. Izrada tog „kratkospojnika“ će biti objašnjena i opisana u posebnom foto-stripu. Kad se programiranje završi, odvoji se programator i postavi „višestruki kratkospojnik“ koji sad povezuje linije za napajanje i programiranje PIC-a s ostatkom sklopovlja.

   Važno je napomenuti da prethodno treba isključiti napajanje ploče svaki put kad se PIC vadi sa ploče ili stavlja na nju, odnosno kad se programira ili briše! Budući da nije uvijek moguće nabaviti keramičke rezonatore koji imaju integrirane kondenzatore, a osobno nisam vidio rezonator za frekvenciju višu od 8MHz, te zbog toga što se uz kvarcne kristale različitih frekvencija koriste kondenzatori različitih kapaciteta (10pF do 33pF), predvidio sam montažu kvarcnog kristala i pripadajućih kondenzatora na posebnu pločicu koja se s glavnom pločom spaja 3-polnim „strip-konektorom“, a u nekim slučajevima se spaja na samu adaptersku pločicu – uz PIC. Ovaj pristup je bio jednostavniji za samu izradu adapterskih pločica, jer je skoro nemoguće u amaterskim uvjetima na jednoslojnoj pločici pokriti
sve moguće kombinacije rasporeda priključaka za oscilator na svim mogućim PIC-evima.

   Na ploči se još nalazi i RESET tipka s pripadajućim „Pull-Up“ otpornikom i „debouncing“ kondenzatorom. Ovaj kondenzator blokira naponske pojave koje se stvaraju zbog istitravanja kontakata tipkala i generiraju višestruki impuls.Strip-utičnice „PICS 1“ i „PICS 2“ sam odabrao dvostruke, zbog toga što su šire od jednostrukih i zato stoje stabilnije na ploči. Osim toga, s vremenom upotrebe se može dogoditi da neki kontakt oslabi, pa se tada može koristiti drugi niz kontakata. Predvidio sam da se pločica s PIC-em priključuje na oba lijeva ili oba desna niza kontakata u spomenutim utičnicama. Svi elektrolitski kondenzatori su polegnuti i zalijepljeni na ploču obostrano ljepljivom vrpcom ili brzo-vezujućim ljepilom, a poželjno je da su što manji, kako ne bi stršali i smetali pločicama s PIC-evima.Odabrani su radijalni, radi niže cijene. Kapacitet kondenzatora „C7“ je potrebno povećati samo u slučaju kad se ploča napaja iz izvora koji ima samo Graetzov most, a tada bi trebao biti kapaciteta 2200uF/25V. Dioda D1 štiti regulator na ploči od pogrešnog polariteta, a odabrao sam malo jaču kako se ne bi zagrijavala ako se regulator optereti do maksimuma. Ako se očekuje opterećenje regulatora napona do maksimuma, tada napon na njegovom ulazu ne bi smio biti viši od 9V pod punim opterećenjem, radi smanjenja disipirane snage. Budući da je hladilo na ploči prilično malo, o navedenom treba povesti računa. Dioda nije nužna ako se na oba kraja priključnog kabela koriste priključnice kod kojih ne postoji mogućnost nehotične zamjene polariteta. S druge strane, spajanjem nekoliko dioda u niz, može se postići pad napona, čime se rasterećuje regulator. Sa 5 komada u nizu, pad napona je oko 4 V, što uz napajanje iz računala (12 V) daje oko poželjnih 9V na ulazu regulatora. Druga mogućnost je da se koristi stabilizator 78S05 koji može podnijeti veće opterećenje (2A). Ima još jedno praktično rješenje, ali nije baš uobičajeno, a to je dovođenje izravno napona od 5V iz računala. U tom slučaju se izostavi regulator napona, a njegov ulaz i izlaz na ploči se spoje komadićem žice. Preporučljivo je digitalnim voltmetrom neko vrijeme pratiti vrijednost napona 5V iz računala. Ako je oko 5V uz vrlo mala odstupanja (ne smije biti viši od 5,5V !!!), onda se ova opisana mogućnost može koristiti.

   Uz „glavnu ploču“ potrebno je imati i nekoliko pomoćnih. U njih spadaju adapterske pločice za mikrokontrolere, pločice s kvarcnim kristalima (oscilatorima), pločica s tipkalima, pločica sa svijetlećim diodama, pločica sa pokazivačem sa svijetlećim diodama (s 4 znamenke i multiplekserom), pokazivač sa tekućim kristalom 16 x 2 (sa po 16 alfanumeričkih znakova u 2 reda), zvučnik (obični ili „piezo“) itd. Ove pločice nije nužno izraditi odmah, već tada kad zatrebaju.

   Trebaju nam još i žice za povezivanje glavne ploče s pomoćnim pločicama. U ovom slučaju će nam savršeno poslužiti žice iz starih računala koje povezuju zvučnik, reset-tipku, tipku za uključivanje i svijetleće diode s matičnom pločom. Dovoljna je duljina od 20-ak cm za svaku žicu. Potrebno je bar dvadesetak žica za početak. Na oba kraja trebaju imati utičnicu koja se natakne na iglicu „strip-konektora“, a preko te male utičnice je dobro navući termo-bužir radi
izolacije. Uzmemo dvije žice za povezivanje npr. zvučnika s matičnom pločom i odrežemo ih tako da im ukupna dužina bude oko 20cm, a zatim ih zalemimo i preko spoja navučemo termo-bužir. Može se uzeti i 20-polna priključnica za trakasti kabel, a onda se na drugom kraju kabela zaleme već spomenute žice. Sve ovo se može vidjeti na priloženim fotografijama.

   Ispitivanje neke sheme uz pomoć ove eksperimentalne ploče svodi se na sljedeće: Za početak, treba isprintati shemu eksperimentalne ploče na papir (najbolje A3 formata – kako bi se bolje vidjela – ako je već niste isprintali), kao i samu shemu uređaja koji želimo ispitati (ovisno o njenoj veličini i jasnoći, odabrati veličinu papira za ispis), proučiti opis uređaja kao i njegovu shemu. Zatim treba pripremiti sve što je potrebno za ispitivanje (PIC, hex-program, kvarc, tipkala, svijetleće diode ili pokazivač sa svijetlećim diodama, pokazivač s tekućim kristalom, programator itd.). Provjeriti je li isključeno napajanje ploče ! Postaviti PIC u pripadajući adapter pazeći na polaritet (ako to već nije učinjeno ranije) i adapter utaknuti u priključnice na ploči također pazeći na polaritet (priključak „1 – MCLR“ – je na lijevoj priključnici gore !). Ukloniti višestruki kratkospojnik sa priključnice „CN6“ na ploči i priključiti programator (paziti na polaritet !). Uprogramirati program (firmware) iz .hex-datoteke. Nakon uspješnog programiranja odvojiti programator. Uz pomoć sheme postaviti „Pull-Up“ i/ili „Pull-Down“ otpornike tako da prvo pripadajućim kratkospojnikom na portu odredimo hoće li otpornici biti „Pull-Up“ ili „Pull-Down“ a zatim 8-strukim DIP-prekidačem uključimo (čačkalicom gurnemo klizač prema natpisu „ON“) otpornike na portovima na kojima postoje. Nakon provjere ovog posla za svaki port i njegov pojedini priključak, povežemo glavnu ploču sa pomoćnim – žicama koje su opisane ranije. Dobro je provjeriti cijeli posao, jer to kasnije štedi živce! Nakon povezivanja i provjere, možemo priključiti napajanje na ploču i uključiti glavni prekidač. Pri tome se pale „LED 1“ i „LED 2“ na samoj ploči, a uređaj koji smo simulirali na ploči počinje raditi, pri čemu naš osmijeh zadovoljstva postaje sve veći i veći – sve dok se uha ne spoje na zadnjoj strani lubanje .