Handbuch für das TFT-Modul D083 V2. mit Atmel Mikrocontroller: ATMega2560. Version 1.51 Stand: 17. August by Peter Küsters

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1 Handbuch für das TFT-Modul D083 V2 mit Atmel Mikrocontroller: ATMega2560 Version 1.51 Stand: 17. August by Peter Küsters Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt. Es ist nicht gestattet, dieses Dokument zur verändern und komplett oder Teile daraus ohne schriftliche Genehmigung von uns weiterzugeben, es zu veröffentlichen; es als Download zur Verfügung zu stellen oder den Inhalt anderweitig anderen Personen zur Verfügung zu stellen. Zuwiderhandlungen werden verfolgt.

2 Inhaltsverzeichnis ANMERKUNGEN FÜR BESITZER DES VORGÄNGERMODULS D083 V1:... 5 DER MIKROCONTROLLER ATMEGA LIEFERUMFANG... 7 HINWEISE ZU DIESEM MANUAL:... 9 SPANNUNGSVERSORGUNG BETRIEB MIT ZUSÄTZLICHEM 5 VOLT SPANNUNGSREGLER PROGRAMMIERSCHNITTSTELLE INNERE ERWEITERUNGSSTECKER MONTAGE / DEMONTAGE DES DISPLAYS SONDEROPTIONEN SYSTEMTAKT HINZUFÜGUNG EINES UHRENQUARZES FÜR DIE INTERNE RTC VERZICHT AUF DEN SEPARATEN UHRENQUARZ BEI NUTZUNG DER OPTIONALEN ECHTZEITUHR ECHTZEITUHR (RTC REAL TIME CLOCK) MIKRO-SD KARTENMODUL POWER MOSFET FÜR SCHALTAUFGABEN AUSWAHL EINES MOSFETS I²C PEGELWANDLER FÜR 3,3V SYSTEME SCHALTEN DER DISPLAY-BELEUCHTUNG ABSCHALTEN DES 3V SPANNUNGSREGLERS ANALOGEINGÄNGE I²C / TWI ZWEIDRAHT-INTERFACE NACHRÜSTEN RS AUTOMATISCHER SHUTDOWN NACHRÜSTEN RS NACHRÜSTEN USB ZUWEISUNG DER UARTS ZU DEN SCHNITTSTELLENBAUSTEINEN TIPPS ZUR AUSWAHL EINES QUARZES / SYSTEMTAKT: LÖTBRÜCKEN / JUMPER DIE ZUSÄTZLICH VERFÜGBARE HARDWARE ZUBEHÖR: ERWEITERUNGSPLATINE (P008) ZUBEHÖR: ISP PROGRAMMIERADAPTER VERSORGUNGSSPANNUNG / STROMVERBRAUCH VERBRAUCH GESAMTMODUL STROMSPARMAßNAMEN VERBRAUCH EINZELNER OPTIONEN EINGANGSSPANNUNG VS. TEMPERATUR WÄRMEBILDER TECHNISCHE DATEN CONTROLLERMODUL MIT DISPLAY: Seite 2 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

3 ÜBERSICHT PORTNUTZUNG SCHALTPLANAUSSCHNITTE BESCHALTUNG CONNECTOREN: BESCHALTUNGEN SCHNITTSTELLENBAUSTEINE: DIE PROGRAMMIERBEFEHLE IHRE NEUEN BEFEHLE FÜR DAS DISPLAY (BASCOM BASIC) IHRE NEUEN BEFEHLE FÜR DAS DISPLAY (GCC / ATMEL STUDIO) MAßZEICHNUNG UND PADS CONTROLLERBOARD TECHNISCHE DATEN DISPLAY X HAFTUNG, EMV-KONFORMITÄT ANHANG EINLÖTEN DER PINS / WANNENSTECKER FÜR DEN ISP PROGRAMMIERADAPTER EXKURS: PWM (PULSWEITENMODULATION) & DIMMEN DER DISPLAYBELEUCHTUNG EXKURS: DIE RS232-SCHNITTSTELLE EXKURS: DIE RS485-SCHNITTSTELLE EXKURS: DER CAN BUS Seite 3 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

4 Herzlichen Glückwunsch zum Erwerb des Moduls D083 V2. Dieses Modul beinhaltet neben einem Atmel Controller ATMega2560 je nach bestellter Variante noch folgende Bausteine: 3,25 TFT Farbdisplay Micro SD Karten-Modul USB Modul RS232 Transceiver RS485 Transceiver 5,0 Volt Spannungsregler 3,0 Volt Spannungsregler Touchscreen Controller Separate Echtzeituhr Lithium Batterie zur Pufferung der Echtzeituhr (bis zu 2 bzw. 10 Jahre) P008 Erweiterungsplatine für CAN etc. Diese Grundplatine führt eine Reihe an Mikrocontroller-Ports nach außen an praktische Kontaktierungsgruppen. Im Einzelnen sind dies die Ports B, D, E, F, H, J, K. Sie können an diese Ports z.b. Wannenstecker einlöten und haben dann einen STK500 / STK600 kompatiblen Anschluss (d.h. an Pin 1 des Steckers liegt immer der Port 0; an Pin 10 liegt 5 Volt und an Pin 9 Masse (Ausnahme Port B, dort liegen 3V statt 5V an). Weitere Ports liegen auf den beiden inneren Steckern diese sind für unsere Erweiterungsplatine P008 vorgesehen, können aber von Ihnen natürlich auch für eigene Platinen genutzt werden. Unsere Platine P008 erweitert das Modul D083 um folgende Funktionalitäten: 512 KByte RAM Ethernet Modul zum Anschluss an ein Netzwerk CAN Controller mit CAN Transceiver RS232 DSub-Buchse JTAG Stecker Weitere Details der Erweiterungsplatine erfahren Sie im Handbuch der Platine P008. Alle bestellten Zusatzoptionen werden eingelötet geliefert. Ausnahmen sind jedoch alle bedrahteten Buchsen und Stecker (z.b. SubD, Wannenstecker, P008 Buchsen etc.). Diese werden, wenn bestellt, lose mitgeliefert und müssen von Ihnen noch eingelötet werden. Hinweis: Etliche Bauteile für optionale Optionen befinden sich unterhalb des Display- Folienkabels, sind also nicht auf Anhieb sichtbar. Lassen Sie sich also nicht verwirren, wenn Sie zuerst keine entsprechenden Bauteile auf der Platine finden können. In den einzelnen Kapiteln sind die Positionen entsprechend gezeigt und beschrieben. Vorab-Tipp: Sollten Sie noch einen älteren Programmieradapter (seriell / USB) besitzen, der nicht mk2 (MKII)-kompatibel ist, macht es Sinn, jetzt über ein Upgrade nachzudenken. Der Original Atmel MKII oder der kompatible Diamex ALLAVR (bei uns im Shop für rund 25 Euro erhältlich und nicht mit dem viel langsameren Diamex ISP Seite 4 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

5 USB zu verwechseln), programmiert 256KByte in 12 Sekunden in den Mikrocontroller (dazu die ISP Programmierfrequenz im Menü auf 2 Mhz hochsetzen). Billige Programmieradapter brauchen dafür 90 Sekunden, manche sogar über 10 Minuten! Sie können sich vorstellen, wie nervend die Wartezeit sein kann vor allem vor dem Hintergrund, dass Sie während der Entwicklungs-/Testphase eines Programms dieses zig Mal in den µc einbrennen müssen. Da summieren sich Minuten schnell in mehrere Stunden Wartezeit. Anmerkungen für Besitzer des Vorgängermoduls D083 V1: Das wichtigste zuerst: die Software für das ältere Modul läuft 1:1 auf diesem Modul. Wir haben keine Portzuordnungen geändert. Zwei wichtige Änderungen gibt es für den Fall, dass Sie eine eigene Aufsteckplatine entwickelt haben: Die Padzuordnung von Port K wurde um 180 gedreht (Grund: wir wollten, dass nun sämtliche Stecker in der gleichen Richtung d.h. alle Nasen nach außen aufgesteckt werden können). Der Anschluss für Vcc wurde verschoben (Grund: notwendig um Platz für den Mikro SD Kartenhalter zu schaffen) Änderungen D083 V2 gegenüber V1 (teilweise Zusatzoptionen): Ein Mikro-SD Kartenmodul befindet sich bereits mit auf der Hauptplatine (das SD Kartenmodul auf P008 Zusatzplatine ist weiterhin (auch parallel) nutzbar allerdings darf nicht gleichzeitig eine Mikro SD Karte auf dem Board und eine Karte auf der P008 Zusatzplatine eingesetzt sein) Eine flexiblere Zuordnung der seriellen Schnittstellen erlaubt eine einfacherer Anpassung an Ihre individuellen Anforderungen USB Option durch Vorbereitung auf ein UART<>USB-Standardmodul Energiesparendere Schnittstellenbausteine mit Auto-Standby (RS232, RS485) Abschaltoption des 3V-Bereichs zum Energiesparen MOSFET-Option zum Schalten höherer Lasten I²C Pegelwandler zur Verbindung mit z.b. 3,3V-Systemen Noch bessere EMV-Eigenschaften (aber auch der Vorgänger war bereits CE konform) Eigene Lötpads zur Zuführung einer vorhandenen 5V Spannung Geändert: Anschlusspads für Vcc/GND verschoben Geändert: Kontakte für Port K um 180 gedreht Geändert: UART3 ist nun standardmäßig an die USB-Option kontaktiert (kann aber durch Lötbrücke wieder auf RS232 umgelegt werden) 1:1 Software-Kompatibel Mechanisch (Bohrungen, Lötaugen, Displayposition) 1:1 identisch zu V1 (Ausnahmen siehe oben). Seite 5 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

6 Der Mikrocontroller ATMega2560 Der verwendete Mikrocontroller ATMega2560 ist ein Risc-Prozessor, d.h. er arbeitet eine Instruktion fast immer mit einem Taktzyklus ab. Trotz einer nominell niedrigeren Taktgeschwindigkeit als konkurrierende Mikrocontroller, arbeitet er seine Programme daher häufig schneller und effizienter ab. Der ATMega2560 leistet bei 16 Mhz 16 MIPS. Um das eigentliche Rechenwerk gruppieren sich diverse Peripheriebausteine, die Ihre Aufgaben häufig autark durchführen und nur wenige Ressourcen vom eigentlichen Rechenkern abzweigen. Übersicht über den ATMega2560: 256 KByte Flash Memory (für Ihr Programm) 4 KByte Eeprom (stromunabhängiger Speicher) 8 KByte interner SRAM Datensicherheit: 20 Jahre bei 85 C; 100 Jahre bei 25 C JTAG Interface Sechs Sleep-Modi zur Stromreduzierung Watchdog zur Eigenüberwachung (eigenständiger Reset bei einem Programmhänger /-absturz) Vielfältige Peripherie eingebaut: o 2 Stück 8 BIT Timer/Counter mit eigenen Prescaler und Compare Mode o 4 Stück 16 BIT Timer/Counter mit eigenen Prescaler, Compare und Capture Mode o Echtzeit-Timer mit separatem Oszillatoreingang o 4 Stück 8-Bit PWM Kanäle o 12 Stück PWM Kanäle mit programmierbarer Auflösung (2 bis 16 Bit) o Output Compare Modulator o 16 Kanal Analog Digital Wandler mit 10 Bit Auflösung o 4 Stück serielle Schnittstellen (UART 0 bis 3); alle per TTL Pegel nutzbar, 2 Stück (UART 1 und 3) als High-Pegel (RS232) o Master / Slave SPI Interface o Byte-Orientiertes serielles Interface (zum Anschluss an einen I²C Bus, bzw. für I²C Komponenten) o Programmierbarer Watchdog-Timer mit separatem on-chip Oszillator o On-Chip Analog comparator o Interrupts Genaue Details des Mikrocontrollers entnehmen Sie bitte dem ausführlichen (ca. 450 Seiten) Datenblatt des ATMega2560 (z.b. auf unserer CD oder Abruf von den Atmel-Internetseite). Sie müssen diesen Bausatz noch vervollständigen, indem Sie das Display aufstecken sowie die für Sie notwendigen Kabel und Steckverbinder anlöten. Tipp: Wir liefern nur getestete Neuware das gilt auch für das Display. Belassen Sie die Schutzfolie möglichst lange auf dem Display es schützt vor Kratzern während der Anschluss-, Test- und Einbauphase. Seite 6 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

7 Diese Anleitung zeigt Ihnen lediglich die Anschlussbelegung des Boards und gibt ein paar Tipps zu diesem Board. Zur eigentlichen Ansteuerung des Farbdisplays verweisen wir auf das separate Programmierhandbuch auf der CD. Bitte haben Sie Verständnis, wenn wir keine Anlaufstation für Fragen zur generellen Programmierung dieses ATMega2560 Mikrocontrollers sein können. Wir verweisen hier auf das umfangreiche Datenblatt des Prozessors auf der CD (in Englisch) sowie die diversen Foren im Internet. Aber gerne geben wir Ihnen einen Tipp, wenn wir können. Ein Tipp, wenn Sie im Internet nach Code für den Mikrocontroller suchen: Grundsätzlich ist dieser Mikrocontroller kompatibel zum ATMega2561 und dieser wiederum zum ATMega128. Warum haben wir den ATMega2560 ausgewählt? Der ATMega2560 bietet mit 78 freien Ports wesentlich mehr als ein ATMega2561/ATMega128 mit nur 50 Ports. Da die Ansteuerung des Displays sowie der optional verfügbaren Erweiterungen benötigt relativ viele freie Ports und es würden weniger freie Ports für Ihre eigenen Sensoren und Schaltaufgaben verbleiben. Der ATMega2560 bietet hier genügend Reserven. Lieferumfang Sie bekommen geliefert: 1 x Modulplatine; alle bestellten SMD Bauteile sind bereits aufgelötet 1 x 3.25 TFT Farbdisplay mit Touchscreen Pfostenstecker zum Einlöten CD mit Beispielsoftware, Utility-Software und umfangreicher Dokumentation Das Modul ist komplett gelötet. Lediglich um die Anschlussleisten oder Wannenstecker müssen Sie sich selbst kümmern, denn jeder Anwender hat hier seine eigenen Wünsche. Die Ports sowie die Richtung evtl. Wannenstecker wurde auf die Platine aufgedruckt. Das Modul wird über die ISP Schnittstelle programmiert. Sie benötigen hierfür einen ISP Programmieradapter. Dieses Board unterstützt lediglich den 6-poligen ISP Standard. Falls Sie nur einen 10-poligen Programmieradapter besitzen, so benötigen Sie noch unsere kostengünstige Adapterplatine P016 für die Nutzung von 10-poligen Programmieradaptern an 6- poligen ISP Steckern oder auch umgekehrt. Wir liefern die Boards normalerweise mit aktivierter JTAG-Schnittstelle aus, d.h. Port F4-F7 sind nicht direkt nutzbar. Sofern die Ports F4 bis F7 genutzt werden müssen (notwendig u.a. für die Optionen SD- Karte, Ethernet, CAN Controller), können Sie die JTAG-Schnittstelle entweder per Fuse dauerhaft abschalten, oder die JTAG-Schnittstelle per Software temporär während des Programmlaufs aus- /einschalten. Details hierzu finden Sie im Datenblatt des ATMega2560 Mikrocontrollers (2x hintereinander das JTD Bit im MCUCR Register setzen). In unserer mitgelieferten Demosoftware wird die JTAG-Schnittstelle ebenfalls temporär abgeschaltet. Seite 7 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

8 Test-/Demoprogramm vorinstalliert Das Board ist bereits von uns mit einem Demoprogramm vorprogrammiert und getestet worden, auch die Fuses wurden von uns bereits korrekt eingestellt. Durch Anlegen einer Spannung (siehe folgende Seiten) erwecken Sie Ihr neues Controllerboard sofort zum Leben. Dieses Demoprogramm ist ein Bascom-Programm und wird als Quelltext mitgeliefert. Das Demoprogramm nutzt/testet alle möglichen Optionen (soweit möglich) und zeigt das Resultat auf dem Start-Bildschirm an. Nicht funktionierende Optionen (SD Karte, XRAM) werden entsprechend markiert. Danach wird der Touchscreen getestet, die Echtzeituhr angezeigt sowie der Webserver für das optionale Ethernetmodul gestartet. Vorher gibt das Modul noch auf UART1 und UART3 jeweils 100x einen Teststring mit 9600 Baud (8N1) aus (nur lesbar, wenn ein 16 Mhz Quarz verbaut ist). Wenn Sie eine SD-Karte testen möchten, so kopieren Sie bitte die beiden Dateien Grafik1.bin und Grafik2.bin in das Hauptverzeichnis (Root) der SD- Karte. Nach der UART- Ausgabe, werden dann die beiden Grafiken (erst der Astronaut, dann der Button Hello ) von der SD Karte gelesen und eingeblendet. Zudem wird eine Datei Readme1.txt mit einem kleinen Textstring und dem aktuellen Datum der Echtzeituhr als Dateidatum (sofern vorhanden) angelegt. Übrigens: auf dem Display befindet sich eine Schutzfolie. Wir erwähnen es nur, da es schon zwei Kunden gab, die sich über die Bildqualität beschwerten Schuld ist nur die Folie! Nach dem Abziehen derselben ist alles bestens. Damit sie ihre Aufgabe erfüllt, empfehlen wir trotzdem, die Schutzfolie während der ersten Entwicklungszeit auf dem Display zu belassen. Seite 8 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

9 Hinweise zu diesem Manual: Wir bemühen uns immer, die Manuals so zu erstellen, damit wirklich jeder mit dem Produkt zurechtkommt. Naturgemäß sind für Kundige manche Bereiche evtl. etwas zu detailliert beschrieben. Aber Sie stimmen sicher zu: lieber etwas zu viel Information als zu wenig. Eine Anmerkung zu den Fotos dieses Manuals: Manche gezeigten Fotos stammen von einem handgelöteten Prototyp, die Lötstellen etc. sind also nicht immer unbedingt perfekt und evtl. weicht die finale, Ihnen vorliegende Platine in kleinen Details von dem einen oder anderen Foto ab. Lassen Sie sich davon nicht irritieren: die Detailaufnahmen sind jedoch immer identisch mit der Ihnen vorliegenden finalen Platine (natürlich mit Ausnahme evtl. unterschiedlich bestellten Optionen). Und noch eine Bitte: In diesem Handbuch steckt genauso wie in unseren Produkten sehr viel Arbeit. Anhand der Versionsnummer erkennen Sie: das Handbuch lebt, d.h. es entwickelt sich weiter. In der Regel sind Anmerkungen oder Nachfragen von den Kunden Anlass dafür. Sollten Sie also einen Fehler im Handbuch finden oder der Meinung sein, dass wir etwas missverständlich ausgedrückt / abgebildet haben, dann informieren Sie uns bitte. Auch wenn Sie irgendwo mit Fragen hängebleiben, informieren Sie uns bitte über diese Sektion im Handbuch, damit wir diese bei Bedarf überarbeiten. Das gleiche gilt auch für die Hardware. Sind Sie der Meinung, dass wir etwas hätten besser lösen können, geben Sie uns bitte Bescheid. Nur durch Berücksichtigung Ihrer Rückmeldungen können wir die Produkte anbieten, die Sie benötigen. Danke! Seite 9 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

10 Spannungsversorgung Die vorliegende Platine erwartet standardmäßig einen Anschluss von 5,0 Volt. Sofern Sie nur eine höhere Spannung zum Anschluss zur Verfügung haben, benötigen Sie noch einen SMD 5V Spannungsregler im TO252 Gehäuse und sollten diesen direkt mitbestellen er wird dann von uns auf der Platine eingelötet (siehe auch nächstes Kapitel). Betrieb ohne zusätzlichen 5 Volt Spannungsregler (Anschluss max. 5V) Der optionale Spannungsregler ist hier im obigen Bild eingelötet (links neben dem gelben Rechteck). Wenn Sie ihn nicht mitbestellt haben, fehlt dieser Spannungsregler und Ihnen ein Board ohne 5V Regler vor; d.h. Sie dürfen max. 5 Volt einspeisen. Die Spannungsversorgung geschieht dann über den gelb markierten Anschlussbereich Anmerkung: Alternativ können Sie die Spannung zwar auch über die Port-Stecker zuführen, denn an allen Port-Steckern liegt die 5V/GND Versorgung an (Ausnahme Port B, dort sind es 3,0 Volt). Aus EMV-technischen Gründen möchten wir jedoch davon abraten (Eine Ausnahme wäre höchsten noch der Anschluss an Portstecker K). Seite 10 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

11 Betrieb mit zusätzlichem 5 Volt Spannungsregler Wenn Ihre Eingangsspannung mehr als 5,0 Volt beträgt, dann muss das Board D083 mit einem entsprechenden Spannungsregler (blauer Kasten) im TO 252 Gehäuse ausgestattet werden. Gleichzeitig benötigt der Spannungsregler noch einen Kondensator (z.b. 10µF Tantal) um ein Schwingen zu vermeiden. Mit montiertem Spannungsregler können Sie am Versorgungseingang Vcc GND (gelber Kasten) eine Gleichspannung von ca. 4 Volt (besser ab 6 Volt) bis 30 Volt anlegen. Sofern Sie weitere Hardware über diese 5V versorgen möchten, sollten Sie beachten, dass der 5-Volt Spannungsregler max. 400mA liefern kann und bereits mit ca. 100mA belastet wird. Wichtige Hinweise zu Spannungsregler / Eingangsspannung / Temperatur: Je höher die Eingangsspannung ist und je höher der abgenommene Strom ist, desto höher ist die Leistung, die dieser Linearregler in Wärme umsetzen muss. Schließen Sie daher eine möglich geringe, sinnvolle Spannung an um den Verlust (=Wärme) gering zu halten. Beispiel: Arbeiten Sie mit einer Eingangsspannung von 8 Volt, dann werden (8V-5V x 120mA) = 360mW in Wärme umgewandelt. Bei einer Eingangsspannung von 14 Volt sind es dann bereits über 1 Watt mehr kann der Spannungsregler abhängig von der Umgebungstemperatur und der baulichen Situation (Gehäuse) u.u. jedoch nicht mehr kontinuierlich abführen dann wäre ein externer Regler mit Kühlkörper notwendig. Beispiel 18V/300mA: Ein Anschluss von 18V und eine Stromabnahme (inkl. extern angeschlossener Schaltungsbereiche) von 300mA würde zu einer Wärmeabgabe von (18V- 5V x 0,3A)= 3,9 Watt führen das ist ohne externen Spannungsregler und Kühlkörper nicht mehr zu leisten (Verbrauch des Spannungsreglers wurde hier vernachlässigt). Tipp: Der Spannungsregler besitzt eine integrierte Temperatursicherung. Wenn er zu heiß wird, schaltet er sich für eine kurze Zeit ab und nach Abkühlung wieder ein. Ständige Neustarts sind somit u.u. ein Hinweis für eine übermäßige Erwärmung des Spannungsreglers. Speisen Sie testweise einmal 5,0V direkt ein, um dem auf den Grund zu gehen. Seite 11 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

12 Inbetriebnahme 1. Schließen Sie eine Versorgungsspannung an (entweder ganz links unten bei Vorhandensein eines 5V Spannungsreglers oder ansonsten an den beiden Pads 5V/GND). 2. Jedes Modul und jedes Display wurde vor der Auslieferung getestet. Auf dem Modul befindet sich noch das Demo-/Testprogramm, welches nun startet. 3. Lesen Sie dieses Manual durch und entscheiden, welche Anschlüsse Sie benötigen. 4. Entfernen Sie das Display wie weiter unten beschrieben. 5. Löten Sie für die ISP-Programmierschnittstelle eine 2x3er Pinreihe ein (ein 6er- Wannenstecker passt zwar dort ebenfalls, dann kann aber später keine P008- Erweiterungsplatine mehr aufgesetzt werden). Anmerkung zum Einlöten der ISP Pins oder eines 6er Wannenstecker für ISP lesen Sie bitte unbedingt vorher das entsprechende Kapitel im Anhang auf Seite Löten Sie die notwendigen Pins oder Wannenstecker für die zu nutzenden Ports ein (i.d.r. von der Platinenunterseite, also der Bauteilseite aus ein siehe Foto). 7. Konfigurieren Sie die Jumper / Brücken je nach Notwendigkeit (siehe auch Seite 39 ). 8. Befestigen Sie das Display wieder und stecken die Folienkabel in die entsprechenden Buchsen ein. Seite 12 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

13 Programmierschnittstelle Um das Board zu programmieren, brauchen Sie einen sog. ISP-Programmieradapter, der nicht Bestandteil des Lieferumfanges ist, aber preiswert über uns erworben werden kann. Dieser ISP-Programmer verbindet Ihren PC mit unserem D083 Board und erlaubt das Überspielen Ihres am PC erstellten Programms. Wir nutzen den 6-poligen ISP Standard. Sollten Sie noch einen älteren Programmieradapter mit 10-poliger Buchse besitzen, so informieren Sie uns bitte und wir legen dem Board kostenlos eine 6 10 polige Adapterplatine bei. Die entsprechenden Pins 2x3 für die Programmierschnittstelle müssen Sie zuerst noch an die im folgenden Foto gelb markierte Stelle einlöten. Tipp: Wenn Sie vorhaben, die Erweiterungsplatine P008 zu nutzen, dann löten Sie dort bitte nur 2x3 Pins wie auf dem Foto und keinen 2x3 Wannenstecker ein, ansonsten reicht der Platz für die P008-Platine nicht aus. Der Stecker des ISP Programmieradapters wird dann später so eingesteckt, dass die Nase des Steckers nach rechts zeigt. Auf der Platine ist hierzu auch nochmals ein Pfeil abgedruckt. Seite 13 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

14 Die Kontaktierung / Belegung der Portstecker Diese Grundplatine führt eine Reihe an Mikrocontroller-Ports nach außen an Kontaktierungsgruppen. Im Einzelnen sind dies die Ports B, D, E, F, H, J, K. Sie können an diese Ports z.b. Wannenstecker einlöten und haben dann einen STK500 / STK600 kompatiblen Anschluss (d.h. an Pin 1 des Steckers liegt immer der Port 0; an Pin 9 liegt an Masse und an Pin 10 liegt 5 Volt). Der Pin 1 eines Felds (also PortX.0) ist zur einfacheren Wiedererkennung immer mit einem Kreis gekennzeichnet. Die obige Abbildung erläutert dies am Beispiel von Port J: Pin 1=J0; Pin 2=J2 Pin 8= J7; Pin 9 = GND, Pin 10 = 5V Ausnahmen: An Pin 10 für Port B liegen nur 3 Volt an. Außerdem ist der Multifunktionsstecker (siehe nächstes Bild) abweichend belegt. Sie können überall auch gewinkelte Wannenstecker (die dann nach außen zeigen) einsetzen. Der Multifunktionsstecker Schaltplan der Belegung siehe Seite 5252): Der oben gezeigte Stecker am Multifunktionsfeld führt folgende Anschlüsse: Pin Belegung Pin Belegung (untere Reihe) (obere Reihe) 1 RX1 (RS232) 2 TX1 (RS232) 3 RX3 (RS232) 4 TX3 (RS232) 4 B (RS485) 6 A (RS485) 7 GND 8 ARef 9 Analog GND 10 AVCC Anmerkung: Für RS232 und RS485 müssen u.u. noch die Verbindungen angepasst werden (siehe auch Seite 35 ff). Seite 14 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

15 Innere Erweiterungsstecker Weitere Ports liegen auf den beiden inneren Steckern (RM 2,00 mm) diese sind für unsere Erweiterungsplatine P008 vorgesehen, können aber von Ihnen natürlich auch für eigene Platinen genutzt werden (bei Bedarf senden wir Ihnen gerne eine Eagle-Datei zu). Wenn Sie die Platine P008 mitbestellt haben, so erhalten Sie die Buchsen und Stecker zusammen mit der P008-Platine. Sie müssen diese beiden Buchsen dann noch auf das Controllerboard löten. Die Belegung dieser Stecker ist wie folgt (Schaltplan Seite 52): Connector 1 Connector 2 Contact # Port Contact # Port Contact # Port Contact # Port 1 G0 11 A0 1 D0 11 F2 2 G1 12 A1 2 D1 12 F3 3 C0 13 A2 3 B2 13 F4 4 C1 14 A3 4 B1 14 F5 5 C2 15 A4 5 J2 15 F6 6 C3 16 A5 6 B3 16 F7 7 C4 17 A6 7 Reset 17 Vcc 5 8 C5 18 A7 8 J3 18 Vcc3 9 C6 19 G2 9 F0 19 Rx1 (RS232) 10 C7 20 GND 10 F1 20 Tx1 (RS232) Seite 15 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

16 Montage / Demontage des Displays Das Display wird wie folgt montiert (Lieferzustand ist i.d.r. montiert): Das Displaymodul erhalten Sie i.d.r. bereits montiert. Es ist mit Klettband befestigt, Sie können es einfach von der Platine abziehen. Vorsicht mit dem Folienkabel dieses reißt leicht ein. Lösen Sie es bitte vorher. Arbeiten Sie nicht am Modul mit gelöstem Display aber noch befestigten Folienkabeln: die Gefahr ist groß, dass das Kabel einreißt und Sie dann ein neues Display erwerben müssen. Wenn sie das Board und das Display separat erhalten: Kleben Sie die beiden mitgelieferten Flauschpads wie rechts gezeigt auf die Unterseite der Platine. Legen Sie nun die beiden Gegenstücke auf, so dass deren Klebeseite nach oben zeigt und entfernen deren Folie. Nun legen Sie das Display so auf, dass es mit dem linken Rand fluchtet und nach oben und unten hin mittig zentriert platziert ist. Das Display ist nun am Controllerboard fixiert und Sie können es Dank der Klettverschlüsse jederzeit entfernen und wieder aufsetzen. Sie können nun die beiden Folienkabel des Displays befestigen. Die nächste Seite zeigt dies im Detail. Anmerkung: Das oben abgebildete kleinere, 4-polige Folienkabel ist das Kabel des Touch- Screens. Wenn Sie das Modul ohne Touchscreen bestellt haben, fehlt dieses. Seite 16 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

17 Öffnen der Buchse Als erstes öffnen Sie die Buchse, in dem Sie am oberen und unteren Ende die (auf dem Foto gelb markierten) Verschlüsse für ca. 1-2 mm vorsichtig herausziehen (auf dem Bild links bereits geschehen). Ziehen Sie nicht zu fest, sonst bricht der Kunststoffverschluss ab! (Es wäre nicht tragisch, da Sie den Klemmverschluss trotzdem noch schließen können) Folienkabel einführen Nun führen Sie das Displaykabel bis zum Anschlag ein. Achten Sie darauf, dass das Folienkabel dabei nicht auf einer Seite wieder teilweise herausrutscht und damit schräg in der Buchse sitzt. Die eigentlichen Kontakte (vergoldet) des Kabels sollten komplett innerhalb des Steckers verbleiben (so wie auf dem Foto links). Buchse schließen Wenn das Folienkabel komplett und gerade eingeführt wurde, drücken Sie den Verschluss rechts und links gleichzeitig mit den Fingernägeln oder Schraubenziehern o.ä. mit sanfter Kraft in die Buchse hinein. Auf dem mittleren Bild sind die Verschlüsse noch offen zu sehen, auf dem unteren Bild (also hier links) sind sie dann geschlossen. Seite 17 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

18 Touchscreen-Kabel Sofern Sie ein Board mit Touchscreen bestellt haben, wird dieser mit einem weiteren 4-poligen Kabel mit dem Board verbunden. Die erste Serie D083V2 wird noch mit einer 4- poligen Buchse geliefert, bei späteren Boards ist das Kabel des Touchscreens verlötet. Auch bei der Touchscreen- Buchse wird der Stecker durch Herausziehen des Verschlusses geöffnet (Bild links) und das Kabel dann eingesteckt und der Verschluss wieder geschlossen (Bild oben). Tipp: Das Kabel des Touchscreens lässt sich leichter einstecken, wenn das Display bereits auf der Rückseite des Controllermoduls mit seinen Klettverschlüssen befestigt ist. Demontage: Wenn Sie das Display wieder abnehmen möchten, führen Sie die obige Anleitung in umgekehrter Reihenfolge durch: 1. Buchsen der Folienkabel öffnen 2. Folienkabel herausziehen 3. Display von der Platine abziehen Seite 18 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

19 Achten Sie bitte darauf, dass evtl. von Ihnen eingelötete Buchsen / Pins nicht die Displayrückseite berühren, es könnte Kurzschlüsse geben. Wenn Sie die mitgelieferten Klettpunkte verwenden, sollte der Abstand zwischen Lötpins und Display groß genug sein. Trotzdem sollten Sie nach Aufbringen des Displays sicherheitshalber einen Blick zwischen Display und Platine werfen und evtl. zu weit herausstehende Pins abknipsen. Sonderoptionen Das Modul D083 V2 bietet einige Sonderoptionen, die in den nachfolgenden Kapiteln ebenfalls beschrieben werden. Wenn Sie diese Optionen nicht mitbestellt haben, müssen Sie sie später bei Bedarf selber nachrüsten. Optionen die Sie mitbestellen werden von uns aufgelötet. Die nachfolgenden Kapitel erläutern die Optionen und deren Anschlüsse. 1. Systemgeschwindigkeit (Clock-Takt) 2. Zufügen eines Uhrenquarzes für den internen RTC (Real Time Counter) 3. Zufügen einer Echtzeituhr mit eigenem Uhrenquarz 4. Lithium Batterie für die Pufferung der Echtzeituhr. 5. Mikro-SD-Kartenmodul 6. RS232 Interface 7. RS485 Interface 8. USB Interface Weitere Optionen (CAN, 512 KByte RAM, Ethernet) sind per aufsteckbarer Erweiterungsplatine P008 möglich. Seite 19 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

20 Systemtakt Das Modul D083 wird bereits mit einem 16 MHz Quarz geliefert. Dieser kann auf Wunsch gegen einen 14,7456 MHz Quarz getauscht werden. Hinzufügung eines Uhrenquarzes für die interne RTC Wir haben die Platine für den Einsatz eines üblichen KHz Uhrenquarzes vorbereitet. Dieser ist in der Lage, den internen RTC (Achtung: die Abkürzung RTC steht hier für Real- Time-Counter, nicht für Real-Time-Clock!!) mit einem separaten Takt zu versorgen. Es ist sinnvoll, das Board direkt mit einem Uhrenquarz zu bestellen, wenn Sie nicht die optionale Echtzeituhr mitbestellt haben. Sofern Sie die Echtzeituhr mitbestellt haben, können Sie auf den Uhrenquarz am ATMega verzichten (mehr hierzu im nächsten Kapitel). Sie sollten einen solchen Uhrenquarz einlöten, wenn Sie einen exakten Timer (ideal für die Realisierung einer Uhr) benötigen, oder den ATMega nur zu gewissen Zeiten aufwecken möchten. Dies ist z.b. sehr praktisch, wenn Sie eine Batterie-Anwendung betreiben: Sie wecken ihn 1-2 x pro Sekunden zur Prüfung von Input, Daten etc. und den Rest der Zeit wird der Controller in den Idle-Mode geschickt, d.h. 99,99% der Zeit schläft er, benötigt kaum Energie und erfüllt trotzdem seine Aufgabe. Das Feld für diesen Uhrenquarz ist auf der Platine mit Q beschriftet. Der bedrahtete Quarz wird in die beiden markierten Lötpads gelötet. Tipp: Biegen Sie die beiden Anschlussdrähte des Quarzes vor dem Einlöten so, dass er auf dem Platinenbereich neben dem Controller zum Liegen kommt. Dort ist er nicht im Weg. Achten Sie darauf, dass der Quarz die Pins des Controllers nicht berührt Weiterhin müssen die beiden mit C gekennzeichneten Felder über den Lötpads des Quarz mit je einem pf Kondensator in der Bauform 603 bestückt werden. Seite 20 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

21 Verzicht auf den separaten Uhrenquarz bei Nutzung der optionalen Echtzeituhr Wenn Sie die optionale Echtzeituhr bestellt haben, so brauchen Sie keinen separaten Uhrenquarz am Mikrocontroller mehr, denn die Echtzeituhr kann einen programmierbaren Takt (z.b. 1 Hz oder auch 32,768 Khz) an den ATMega liefern. Hierzu müssen Sie die Brücke J3 mit einem Tropfen Lötzinn schließen. In der Regel erledigen wir dies bereits, wenn Sie eine Echtzeituhr mitbestellt haben. Wir sind aber auch nur Menschen und können es übersehen/vergessen haben kontrollieren Sie die Lötbrücke J3 bitte daraufhin. Gleichzeitig muss von Ihnen jedoch auch die Clocktakt-Ausgabe an der Echtzeituhr eingeschaltet werden (was unser standardmäßig installierte Test- und Demoprogramm bereits erledigt hat, d.h. Sie sollten an Jumper J3 ein 32Khz Signal feststellen können). Seite 21 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

22 Echtzeituhr (RTC Real time Clock) Das D083 Modul kann mit einer optionalen Echtzeituhr ausgestattet werden, die mit einer Lithiumzelle gepuffert werden kann (d.h. die Uhr läuft auch bei Stromausfall weiter und stellt immer die korrekte Uhrzeit und das korrekte Datum bereit). Inkl. RAM: wir verbauen ein Modell, das zudem 56 Byte RAM zur freien Nutzung anbietet. Der Inhalt dieser Zellen wird bei Stromausfall im Gerät gespeichert und durch die Batterie gepuffert. Dieses RAM können Sie nutzen, um z.b. Variablen mit häufig ändernden Inhalten abzulegen, die bei temporärem Stromausfall erhalten bleiben sollen. Das Eeprom innerhalb des Mikrocontrollers dagegen eignet sich nur für selten zu aktualisierende Daten (z.b. Konfigurationseinstellungen), da das Eeprom nur ca Schreibvorgänge pro Speicherzelle erlaubt. Das RAM in der Echtzeituhr dagegen verbraucht sich nicht, Sie können es so oft beschreiben wie Sie möchten. Wenn Sie die Echtzeituhr bereits mitbestellt haben, so erhalten Sie sie bereits aufgelötet auf der Platine. Die optionale Batteriezelle muss u.u. von Ihnen selber eingelötet werden sie liegt dann lose bei. Die Position der Batterie wird durch einen entsprechenden Kreis auf der Platine visualisiert. Die Batterie hat zwei Lötfahnen, wobei die äußere Fahne am Rand bei + und die andere, in der Mitte liegende Fahne bei - eingesteckt wird. Wenn Sie keine Uhr mitbestellt haben und diese selber nachrüsten möchten: Die Platine wurde für eine Uhr vom Typ DS1338 vorbereitet, welche über I²C angesteuert wird. Für die Echtzeituhr benötigen Sie die gelb markierten Bauteile: 1 x DS1338 Echtzeituhr 1 x 32,678 KHz Uhrenquarz (SMD) 1 x 100nF Kondensator, BF603 1x Lithium Batterie 3V, max. Höhe 4 mm; Durchmesser mm (pitch 10mm) hier noch nicht eingelötet. Achtung: Wenn Sie die Batterie selber dort einlöten, achten Sie bitte auf einen schnellen Lötvorgang von max. 5 Sekunden pro Lötpunkt. Gut zu wissen: Die kleine mitgelieferte Lithiumzelle wird nur dann von der Echtzeituhr belastet, wenn das Controllerboard ohne Stromversorgung ist. Die Batterie ist als Backup-/ Pufferbatterie ausgelegt und erfüllt diese Aufgabe für mind. 10 Jahre, sofern das Controllerboard in der Regel unter Spannung ist. Liegt keine Spannung mehr am Mikrocontrollerboard an, kann die Uhr durch die Batterie insg. ca. 2 Jahre lang versorgt werden. Seite 22 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

23 Sofern eine regelmäßige Spannungsversorgung des Controllerboards nicht sichergestellt ist, macht evtl. der Einbau einer größeren, externen Batterie Sinn. Die externe Batterie darf eine Spannung zwischen 1,3 Volt und 3,7 Volt bereitstellen (Minimal-/ bzw. Maximalwert). Löten Sie vor einem Anschluss einer externen Batterie auf jeden Fall die bereits eingelötete Lithium-Batterie aus! Wenn Sie alternativ eine solche externe Batterie anschließen möchten, so gibt es zwei Alternativen: a) Einlöten mit separaten Leitungen an die beiden, für die Batteriezelle vorgesehenen Kontakte b) Nach Umkonfiguration zweier Jumper (J1 und J2 siehe Seite 39) durch Anschluss der externen Batterie an die 5V und GND Pads am Stecker von Port K. Dafür schließen Sie Jumper J1 und konfigurieren Jumper J2 um (Verbindung zwischen dem linken Feld und dem mittleren Feld mit einem Skalpell öffnen und mittels eines Tropfen Lötzinns eine Verbindung zwischen dem mittleren und dem rechten Feld herstellen). Schließen Sie niemals eine externe Batterie am Feld des Port K an, ohne vorher Jumper J2 wie oben beschrieben zu konfigurieren. Sie würden ansonsten die Batterie direkt an die mit 5V Versorgungsspannung anschließen diese würde zerstört und könnte sogar im schlimmsten Falle Feuer fangen. Seite 23 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

24 Mikro-SD Kartenmodul Das Mikro-SD-Kartenmodul befindet sich an der unteren linken Seite des Controllermoduls. Die SD Karte liegt wie auch der Touchscreen-Controller und der optionale CAN Controller am SPI Bus. Damit die SD-Karte den Bus nicht versehentlich belegt, wurden die SPI-Signale über einen abschaltbaren (Tri-State) bidirektionalen 4-Kanal Pegelwandler geführt. Der Pegelwandler ist notwendig. um die SD Karte ungefährdet betreiben zu können (5V Pegel sind zu hoch). Da auch die Activate-Leitung der SD Karte nur einen 3V Level erlaubt, muss für dieses Signal ein weiterer Pegelwandler eingesetzt werden. Die Micro-SD Karte wir von der unteren Platinenkante eingeschoben und steht dann 3,1mm über. Sollte eine Karte nicht funktionieren, haben Sie sie u.u. nicht weit genug eingeschoben. Die ersten Male muss man evtl. ein wenig fester drücken. Nehmen Sie das obige Bild am besten als Referenz. Durch das Überstehen der SD-Karte am Platinenrand können Sie die Karte somit (bei entsprechender Platzierung des Moduls am Gehäuserand) durch eine Gehäuseöffnung (Schlitz) jederzeit von außen entnehmen. Portbelegung: Neben dem SPI Bus des ATMega2560 (Port B1, B2, B3) benötigt die Ansteuerung des SD Kartenmoduls noch die Ports: F6: CS (Chip Select des SPI Bus für die SD Karte) F7: Aktivierung / Deaktivierung des Pegelwandlers (Tri-State on/off) um die Karte komplett vom SPI-Bus zu nehmen. F6 und F7 stehen nur bei deaktivierter JTAG-Schnittstelle zur Verfügung. Alternativ zur Änderung der entsprechenden Fuse bietet sich die temporäre softwaremäßige Deaktivierung der JTAG-Fuse an (2x hintereinander das JTD Bit im MCUCR Register setzen). Seite 24 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

25 Power MOSFET für Schaltaufgaben Häufig wird ein Mikrocontroller dafür genutzt, eine externe Last zu schalten. Wir haben unser Board mit einer MOSFET-Option ausgerüstet. MOSFETs haben einen sehr geringen Innenwiderstand und können mehrere Ampere schalten ohne sich merklich zu erwärmen. Sie können auf unser Board einen MOSFET in der Gehäuseform SOT23 einlöten. Dieser vorbereitete Bereich befindet sich in der oberen rechten Ecke des Controllermoduls. Die drei Leitungen Gate, Drain und Source sind an Pads herausgeführt. Als Gatewiderstand haben wir 47 Ohm vorgesehen, (bereits eingelötet). Sie müssen somit noch eine Verbindung zu einem Port herstellen sowie Ihre Last anschließen (Beispiel siehe unten). Auswahl eines MOSFETs Die erlaubte max. Spannung und der max. Strom sind selbstverständlich abhängig von dem von Ihnen gewählten MOSFET. Achten Sie bei der Auswahl des MOSFETs darauf, dass die Gatespannung hier nur der Vcc des Controllers (also max. 5V) beträgt, d.h. der MOSFET muss mit einer Gatespannung von 5V voll durchschalten können (das erfüllen 90% der erhältlichen MOSFETs nicht). Mit einem entsprechenden MOSFET können Sie dann z.b. 12V mit 4A Last schalten. Nebenstehend sehen Sie ein Beispiel eines Anschlusses: (Achten Sie beim Anschluss auch auf eine gemeinsame Masse mit der Last.) Seite 25 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

26 I²C Pegelwandler für 3,3V Systeme Sofern Sie dieses Board mit 5V betreiben und eine I²C Verbindung mit einem System herstellen möchten, welches mit einer geringeren Spannung betrieben wird (z.b. 3,0 oder 3,3 Volt), so dürfen Sie hier nicht einfach eine Verbindung herstellen. Sie brauchen einen Pegelwandler, der den Pegelunterschied in beide Richtungen umsetzt. Unser D083 V2 wurde dafür vorbereitet. Oben links befindet sich ein Bereich, der einen solchen Pegelwandler aufnehmen kann (siehe Bild rechts). Dieser Bereich ist standardmäßig unbestückt, da die Bauteilwerte von Ihnen je nach angeschlossenem Gegensystem festgelegt werden müssen (s.u.). Am Anschlussfeld zum externen System sind folgende Verbindungen notwendig: G Ground (gemeinsame Masse) + Vcc Ext. (z.b. 3 Volt) C I²C Clock Signal D I²C Data Signal Der Bereich auf unserer Platine ist für einen PCA9306-DC1 Pegelwandler (DC1, nicht DC!) vorgesehen. Die Konfiguration der Widerstände ist jedoch nicht universell (siehe auch Datenblatt des PCA9306) und muss an das jeweilige System angepasst werden. Daher können wir diese nicht vorbestücken. Sie müssen dies mit Ihrem Gegensystem ermitteln und dann entsprechend bestücken. Lediglich der 100nF Kondensator wurde bereits bestückt. Die beiden auf dem Foto unterhalb des Chips angeordneten Widerstände sind R90 und R91. Die beiden oberhalb des Chips angeordneten Widerstände sind R92 und R93, also an die interne I²C Leitungen angeschlossenen Pullup-Widerstände. Denken Sie bei der Bemessung der Widerstandswerte auch daran, dass sich auf dem D083 Board bereits zwei 10 KOhm I²C-Pullup-Widerstände befinden (siehe Seite 31), diese also parallel zu R92 und R93 liegen. Gleiches gilt für ein anzuschließendes externes System auch hier gilt es evtl. bereits vorhandene I²C-Pullup-Widerstände in die Berechnung mit einzubeziehen. Tipp: Sie könnten bei den Widerständen R90 bis R93 testweise mit 1,0 oder 1,1 KOhm Werten starten. Dies war bei unserem Test bei einem Anschluss an ein Raspberry Pi erfolgreich (arbeitet mit 3,3 Volt). Seite 26 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

27 Schalten der Display-Beleuchtung Gerade bei batteriebetriebenen Geräten macht sich der Stromverbrauch der Hintergrundbeleuchtung des Displays unangenehm bemerkbar. Hier wäre die Möglichkeit der Abschaltung oder der Reduzierung der Leuchtstärke sehr praktisch. Da die LEDs im Display auch eine begrenzte Lebensdauer von ca Stunden haben, macht dies u.u. ebenfalls Sinn für Projekte, die lange Zeit ohne weitere Beachtung vor sich hin arbeiten sollen. Im Lieferzustand besteht eine direkte Leitung zwischen dem Power Booster und dem Mikrocontroller, d.h. die Beleuchtung wird standardmäßig über Port L5 gesteuert. Beim Anschluss an die Stromversorgung sollte Ihr Display nun solange dunkel bleiben, bis Sie in Ihrer Software Port L.5 als Ausgang definieren und auf High schalten. Der Port L.5 ist nun natürlich nicht mehr anderweitig von Ihnen zu nutzen. Wenn Sie die Beleuchtung nicht vom Mikrocontroller aus steuern möchten und Dauerbeleuchtung bevorzugen, können Sie den Löt-Jumper J4 umkonfigurieren: Trennen Sie mit einem kleinen, scharfen Messer oder Skalpell die bestehende Verbindung zwischen dem mittleren und unteren Feld auf (Rot) und Verbinden Sie dann das mittlere mit dem oberen Feld (blau) durch einen Tropfen Lötzinn. Achten Sie beim Auftrennen darauf, dass Sie keine anderen Leiterbahnen verletzen. Die Displaybeleuchtung ist nun immer eingeschaltet. Eine weitere interessante Alternative zur Steuerung der Displaybeleuchtung ist die Ansteuerung mittels gepulster Signale (PWM) über Port L5. Damit lässt sich die Beleuchtung auch dimmen, d.h. in der Helligkeit anpassen. Mehr dazu im Anhang, Kapitel PWM auf Seite 65. Seite 27 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

28 Abschalten des 3V Spannungsreglers Der 3V Spannungsregler versorgt das Display sowie das SD Kartenmodul mit der benötigten 3,0 Volt Spannung. Da diese beiden Baugruppen relativ viel Strom verbrauchen, macht es bei batteriebetriebenen Geräten u.u. Sinn, beide per Software bei Bedarf ein- und später wieder abzuschalten. Der 3V Spannungsregler bietet hierfür eine Enable-Leitung. Standardmäßig haben wir den Regler mit immer ein beschaltet, jedoch können Sie dies leicht ändern: Durchtrennen Sie die bestehende Verbindung im Jumper J5 und verbinden einen beliebigen (freien) Port mit dem mit En gekennzeichneten Lötpad neben dem Spannungsregler. Ein Low schaltet den Spannungsregler ein; ein High schaltet ihn ab. Wichtig! Display: Wenn Sie das Display abgeschaltet haben, muss es nach dem Einschalten erst wieder neu initialisiert werden (LCD_Init), bevor Sie Daten auf das Display schreiben können. SD Karte: Da Sie die SD Karte hiermit stromlos schalten, müssen alle offenen Dateien vor dem Abschalten zuerst geschlossen werden. Ansonsten ist das Dateisystem der SD Karte nach dem Einschalten nicht mehr lesbar und die Karte muss neu formatiert werden (mit entsprechendem Datenverlust). Seite 28 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

29 Analogeingänge Einige (sechzehn) Eingänge des Controllers (Port F und Port K wobei wir Port F für diverse Optionen bereits nutzen) können mittels eines integrierten Analog-Digitalwandlers analoge Werte auswerten. Wer sehr exakte Werte braucht, der findet am ATMega2560 einen spezielle Port für eine Referenzspannung: ARef. Oft wird eine externe Zuführung von ARef nicht benötigt; dann wird eine interne Referenzspannung genutzt (per Software einstellbar: 1,1 Volt, 2,56 Volt oder Vcc) siehe Datenblatt des Mikrocontrollers. Auch die Anschlüsse für AVcc und AGND können für genauere Analog-Digitalwandlungen separat beschaltet werden. Der Multifunktionsstecker unten links beinhaltet u.a. die Anschlüsse für AGND (AG), AVcc (AV) und Aref (AR). Alle am Stecker liegenden Leitungen (also AGND, ARef, AVCC) sind, außer mit dem Mikrocontroller und mit jeweils einem 100nF Kondensator, noch nicht anderweitig verbunden. Dies bedeutet: Wenn Sie die Analog-Digitalwandler nutzen möchten, so müssen Sie hier noch aktiv werden. Die einfachste Variante für eine normale Genauigkeit ist die folgende: 1. AGND (Aufdruck AG ) mit dem daneben liegenden GND-Kontakt (Aufdruck G ) verbinden (z.b. einfach nur durch eine kurze Brücke) siehe Foto oben. 2. Die Spannungsversorgung des Analog-Digitalwandlers (AVcc) muss erst noch an 5V angebunden werden. Dazu verbinden Sie entweder AVcc mit 5V oder löten auf der Platinenoberseite (Displayseite) auf das vorhandene Feld (siehe Foto unten) eine Induktivität zur Rauschminderung der Spannungsversorgung ein (damit wird dann AVcc über die Induktivität an 5V angeschlossen. 3. Wenn notwendig: ARef (Aufdruck AR ) mit AVCC (Aufdruck AV ) verbinden (z.b. einfach nur durch eine kurze Brücke); ansonsten Festlegung der internen Referenzspannung per Software. Seite 29 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

30 Sonstiges: Die Leitungen von AVcc und ARef sind standardmäßig jeweils mit einem 100nF Kondensator direkt am Mikrocontroller gegen die Leitung von AGND verschaltet. Dies säubert die Analogspannung noch zusätzlich. Wichtig: Bitte schalten Sie nicht die interne Referenzspannung (wird per Software konfiguriert) des Controllers ein, solange Sie ARef mit VCC5 oder AVCC verbunden haben. Seite 30 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

31 I²C / TWI Zweidraht-Interface Der ATMega bietet u.a. auch TWI, was Two-Wire-Interface bedeutet. Ein bekannter Vertreter ist z.b. I²C (ausgesprochen: I square C ). TWI ist also 1:1 kompatibel mit I²C. Dieses Interface wird manchmal auch 2-Draht-Bus genannt, da der Bus tatsächlich nur mit 2 bidirektionalen Leitungen auskommt (Masse und Versorgungsspannung nicht mitgerechnet). Es ist ein serieller synchroner Zweidraht-Bus, eine Leitung enthält das Clock-Signal, die andere Leitung das Datensignal. Wofür braucht man dieses? In vielen modernen elektronischen Systemen wird häufig eine Kommunikation der einzelnen Bausteine untereinander benötigt. Man will aber auch nicht viele Meter Leitungen ein System legen ein Bus erlaubt es, dass mehrere Bausteine am gleichen Kabelstrang hängen und entweder miteinander oder mit einer Master-Einheit kommunizieren. Ein großer Vorteil des I²C-Bus ist auch die einfache Ansteuerung. Da keine festen Taktzeiten eingehalten werden müssen, können sowohl langsame als auch sehr schnelle Busteilnehmer, Chips und Programmiersprachen eingesetzt werden. Soviel zur Einführung weitere Informationen hält das Internet in Hülle und Fülle bereit. Unser Board D083 bietet an den Ports D0 und D1 den direkten Anschluss an einen I²C-Bus. Wenn Sie die optionale Echtzeituhr mitbestellt haben, so wird diese ebenfalls über den I²C Bus angesprochen. Ein I²C Bus muss immer mittels Pullup-Widerständen auf ein definiertes Spannungsniveau angehoben werden. Wenn das Board D083 als Masterboard fungieren soll und es im System noch keine weiteren I²C Bus-Teilnehmer mit Pullup-Widerständen gibt, so können diese direkt im D083-Board eingelötet werden. Das folgende Foto zeigt die beiden, im Lieferumfang bereits eingelöteten Widerstände (je 10 KOhm). Port D0 und D1 sollten somit nicht für weitere Aktivitäten (außer I²C) genutzt werden. Seite 31 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

32 Nachrüsten RS232 Das D083-Board wird standardmäßig ohne RS232-Transceiverchip geliefert. Sie müssen diesen bei Bedarf nachrüsten oder mitbestellen. Wenn Sie den RS232 Transceiver nachrüsten möchten, so löten Sie an die nebenstehend gezeigte Position einen Max3223 Chip im SMD-Gehäuse (TSSOP16) sowie vier Stück 1µF Kondensatoren (BF 603), 1 Stück 100nF Kondensator (BF 603) sowie 2 x 100 KOhm Widerstände (BF 603) ein (gelbe Markierung im nachfolgenden Bild). Der RS232-Transceiver besitzt zwei serielle Schnittstellen die gleichzeitig genutzt werden können, d.h. eine Verbindung zu zwei verschiedenen Systemen per RS232 ist möglich. Über das Patchfeld (siehe Zuweisung der RS232 Schnittstelle zu den UARTs des Mikrocontrollers ab Seite 35 beschrieben) sind die beiden UARTs 1 und 3 für RS232 vorgesehen per Kabelverbindung können Sie jedoch auch die anderen beiden Schnittstellen UART 0 und 2 nutzen. Anmerkung: Die Position des RS232-Transceivers befindet sich unterhalb des Displaykabels, d.h. Sie müssen als erstes den Displaystecker öffnen und das Kabel herausziehen um diesen Platinenbereich freizulegen. Automatischer Shutdown Wichtig: Der RS232 Transceiver geht automatisch in den Shutdown-Mode, wenn keine Gegenstelle angeschlossen wurde oder wenn eine Gegenstelle angeschlossen ist (z.b. ein weiteres D083 Board), die ebenfalls einen Transceiver mit Shutdown-Modus nutzt (das kann z.b. auch ein USB-RS232 Umsetzer sein). Sie werden an den beiden TX-Ausgängen des D083 keinerlei Signal messen, solange nicht an den RX-Eingängen ein Pegel anliegt. Wenn Sie die Sendefunktion ohne vorhandene Gegenstelle nutzen/testen möchten oder eine Gegenstelle ebenfalls einen automatischen Shutdown Modus nutzt, so ziehen Sie einfach eine RX-Leitung des D083 auf High, in den Sie wie nebenstehend gezeigt einen 4,7 Kiloohm Widerstand (10 Kiloohm wäre schon zu hoch) von Rx zu 5V legen, das ist ausreichend, um den Shutdown-Mode zu beenden. Generelle Informationen über RS232 erfahren Sie im Anhang ab Seite 70. Schaltplan siehe Seite 53. Seite 32 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

33 Nachrüsten RS485 Das D083-Board wird standardmäßig ohne RS485-Transceiverchip geliefert. Sofern Sie RS485 als Option mitbestellen, erhalten Sie das Board bereits mit aufgelöteten Bausteinen, ansonsten müssen Sie die Bauteile bei Bedarf selber nachrüsten. Zur Nachrüstung des RS485 Transceiver löten Sie an die links im blauen Bereich gezeigte Position einen Max3471 Chip im µso8 SMD-Gehäuse (z.b. Farnell Artikel Nr ) sowie einen 100nF Kondensator (BF 603) ein. Die Position befindet sich unterhalb des Displaykabels, d.h. Sie müssen als erstes den Displaystecker öffnen und das Displaykabel herausziehen. Hinweis: Wenn Sie das Board mit weniger als 5V betreiben möchten, achten Sie bei der Auswahl des RS485 Chips auf die richtige Spannungswahl. Wir liefern den Chip mit einer Betriebsspannung ab 2,5 Volt die meisten erhältlichen Varianten können allerdings erst ab 5V arbeiten. Der 2,5-5V Chip ist leider teurer (rund 5 Euro). Die Zuweisung der RS485 Schnittstelle zu den UARTs des Mikrocontrollers wird im Anschluss auf Seite 35 beschrieben. Der Max485 ist ein Halbduplex-Chip. Um beim Halbduplexbetrieb die korrekte Umschaltung zwischen Senden und Empfangen durchzuführen, können Sie an diesem Chip die Sende- und Empfangseinheit getrennt ein- und ausschalten: RE (Receive enable) des Max485 ist mit Port J4 des ATMega2560 verbunden; DE (transfer enable) des Max485 ist mit Port J5 des ATMega2560 verbunden. Generelle Informationen über RS485 erfahren Sie im Anhang ab Seite 74. Schaltplan siehe Seite 53. Seite 33 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

34 Nachrüsten USB Das D083 Board wird standardmäßig ohne USB Modul geliefert. Wenn Sie dieses mitbestellt haben, wird es an die nachfolgend gezeigte Position eingelötet. Wenn Sie es nachträglich bestellen möchten, so finden Sie dieses in unserem Shop ( unter der Artikelnummer D-PUSB01 ). Sie können das USB Modul z.b. mit einem Flachbandkabel verbinden (4-polig) oder auch direkt über eine Pin-Reihe fest einlöten. Tipp: Da das USB-Modul nach dem direkten Einlöten die Patch-/Konfigurierungsfelder (siehe nächstes Kapitel) überdeckt, empfehlen wir hier zumindest während der Entwicklungsphase eine Stecker/Buchse-Verbindung, damit Sie das USB Modul wieder entfernen können, wenn Sie eine Umkonfigurierung der Schnittstellen vornehmen müssen. Seite 34 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

35 Zuweisung der UARTS zu den Schnittstellenbausteinen Der ATMega2560 besitzt insg. vier UARTs (UART0 bis UART3). Zwei davon (UART 1 und UART 3) haben wir zu einem Patchfeld verbunden, mit dem Sie leicht die Zuordnung der verschiedenen Schnittstellen-Transceiver zu UART1 und UART3 bewerkstelligen / ändern können. Schaltplan siehe Seite 53. Das Patchfeld finden Sie oberhalb der Schnittstellenbausteine. Diese optionalen Bausteine bieten zwei serielle RS232 Schnittstellen, eine halbduplex RS485 Schnittstelle sowie eine USB Schnittstelle. Sie können im Patchfeld festlegen, ob Sie UART1 (µc Ports D2/D3) mit RS232 (#1) oder mit RS485 verbinden möchten. UART3 (µc Ports J0/J1) können Sie hier entweder mit USB oder mit RS232 (#2) verbinden. Erläuterung des Patchfelds: Das Feld besteht aus 4 Quadranten. Die linke Spalte ist für das TX Signal (Senden) und die rechte Spalte für das RX Signal (Empfangen) vorgesehen. Die obere Reihe repräsentiert die Schnittstelle UART3 (J0/J1) und die untere Reihe UART1 (D2/D3) des Mikrocontrollers. Innerhalb eines dieser vier Quadrate sind jeweils 3 Lötaugen vorhanden. Das obere Lötauge ist immer mit dem Mikrocontroller verbunden, die beiden darunterliegenden Lötaugen sind bereits mit dem der Beschriftung korrespondierenden Transceiver verbunden. Sie müssen hier also keine Leitungen von den Lötaugen aus legen, sie dienen nur zu Ihrer Erleichterung, wenn Sie denn einmal Leitungen dort einlöten möchten. Per default sind die Schnittstellen wie folgt verbunden (siehe die bestehende Leiterbahnverbindung oberhalb der gelben Kreise). UART3 zu USB UART1 zu RS232 (#1) Seite 35 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

36 Standardmäßig sind, wie auf dem Foto links zu sehen, die jeweils linken Lötpads mit dem oberen Pad verbunden. Um dies zu ändern, muss die bestehende Verbindung dazwischen mit einem Skalpell aufgetrennt und dann eine Verbindung vom oberen zum rechten unteren Pad herstellt werden. Dies kann eine kurze Drahtbrücke oder auch ein Tropfen Lötzinn über die rechteckigen Lötpads an den Lötaugen sein. Im nächsten Bild erkennen Sie anhand eines Beispiel für UART1 RS485, wie eine solche Verbindung in Echt aussieht. Dass beim Schließen der Verbindungen mit Lötzinn etwas Lot in die durchkontaktierten Lötpads fließt, wird sich kaum verhindern lassen, ist aber auch nicht weiter schlimm. Sie können also den jeweiligen Port des µc bei Bedarf wie mittels eines Umschalters mit einem anderen Transceiver verbinden. Apropos Umschalter: natürlich können Sie hier auch einen Umschalter anlöten und den Schalter je nach Bedarf umlegen. Auch das Anlöten von Jumpern wäre eine Möglichkeit (2,00 mm Abstand zwischen den oberen und unteren Lötaugen). So wie oben im dem Bild gezeigt, würde nun UART3 (J0/J1) des Mikrocontroller nun mit RS232 (#2) statt mit USB verbunden werden. Unten rechts sehen Sie ein Beispiel für UART1 RS485. Tipp: Sie können auch die beiden weiteren UARTs des Mikrocontrollers (also UART0 und UART2) zu einer der vorhandenen Schnittstellen (RS232 / RS485 / USB) verbinden, können dies dann aber nur mit einer Kabelverbindung über die Lötpads zu E0/E1 (RX0/TX0) bzw. zu H0/H1 (RX2/TX2) bewerkstelligen. Beispiele: 1) UART3 soll nicht mit USB verbunden sein, sondern mit RS232 (#2): Auftrennen der beiden (Rx und Tx) Verbindungen zwischen dem oberen und dem unteren linken Feld. Brücke zwischen dem oberen und dem unteren rechten Feld herstellen. 2) UART3 soll wie im Lieferzustand mit USB verbunden sein; UART1 soll wie im Lieferzustand mit RS232 (#1) verbunden sein. Zusätzlich soll nun UART2 mit RS232 (#2) verbunden werden: Seite 36 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

37 Es müssen keine Felder aufgetrennt werden. Zusätzlich muss nun eine Kabelverbindung zwischen den Lötaugen der bislang nicht verbundenen RS232 Feldern aus der Spalte UART3 mit H0 / H1 (UART2) hergestellt werden (Rx H0; Tx H1). 3) Wenn Sie zusätzlich RS485 nutzen möchten, so legen Sie Leitungen von den mit RS485 beschrifteten Lötpads aus der Reihe UART1 zu Port E (Rx E0; Tx E1) 4) Sie möchten die RS232 Schnittstelle statt mit UART1 oder UART3 nun mit UART2 verbinden: Trennen Sie hierzu im Jumperfeld UART3 die beiden (Rx und Tx) bestehenden Verbindungen zwischen dem oberen und dem unteren linken Feld auf. Nun können Sie manuell mit zwei Leitungen von den beiden unteren linken Lötaugen eine Verbindung zur UART2 (H0/H1) herstellen. Somit können Sie alle 4 Schnittstellenoptionen (2x RS232 & RS485 & USB) gleichzeitig nutzen. Achten Sie nur immer darauf, dass Sie durch evtl. geschlossene Lötjumper keine doppelte Verbindungen herstellen. Anmerkungen: Die High-Pegel der RS232/RS485 Schnittstellen liegen dann am Multifunktionsfeld (siehe rechts) an. Dort können Sie RX1 / TX1; RX3 / TX3; RS485-A / B sowie GND abgreifen. Die drei weiteren Felder AR / AV / AG sind für die Analog/Digitalwandler reserviert (siehe Kapitel Analogeingänge). Anmerkung: Die Felder Tx/Rx sind hier an diesem Stecker mit 1 und 3 gekennzeichnet, so wie der Transceiver (Pegelwandlers) per default verbunden ist. Da dies die Eingänge/Ausgänge des RS232-Pegelwandlers sind, ändert stimmt die Bedruckung natürlich nicht mehr, wenn Sie (wie z.b. im Beispiel 4 auf der vorherigen Seite) die Zuordnung von UART3 auf UART2 ändern. Sie bekommen dann an diesen beiden Feldern Tx3 und Rx3 natürlich den RS232-Output der UART2. Zu beachten: Der automatische Shutdown des RS232 Transceivers sorgt dafür, dass Sie ohne Anschluss eines Gegengerätes kein Ausgangssignal an Tx messen können das Signal beträgt dann 0 Volt. Wenn sie trotzdem (also ohne Anschluss einer Gegenstelle) das Ausgangssignal von Tx1 oder Tx3 sehen/messen möchten, so legen Sie an Rx1 bzw. Rx3 einfach 5V an. Erst dann erwacht der RS232 Transceiver aus seinem Auto-Shutdown zum Leben. Wichtig: Achten Sie darauf, dass an diesen Leitungen Signale mit negativen Spannungen oder auch Spannungen von 12V und mehr anliegen können. Ein unvorsichtiger Umgang (z.b. eine Verbindung von diesen Lötpads zu einem Port des Controllers) kann das gesamte Board beschädigen oder zerstören. Diese Leitungen dürfen nur zu seriellen High-Pegel-Leitungen anderer Systemen geführt werden. Seite 37 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

38 Tipps zur Auswahl eines Quarzes / Systemtakt: Da der interne 8 MHz Taktgeber des Mikrocontrollers nicht sehr akkurat ist (lediglich eine RC-Kombination), sollten Sie immer einen externen Quarz nutzen, wenn Sie serielle Schnittstelle (RS-232, RS485 etc.) einsetzen möchten oder wenn Sie z.b. eine Uhr mitlaufen lassen möchten. Ansonsten ist die Wahl des Quarzes lediglich davon abhängig, welche Geschwindigkeit Sie benötigen und ob bei gewünschter RS232-Anbindung die Abweichung vom Ideal noch akzeptabel ist. RS232 / RS485 / CAN-Bus: Ein MHz führt zu 0,00% Fehlerabweichung bei der Nutzung eines seriellen Interfaces und wäre die ideale Wahl für RS-232 oder RS-485. Leider sind dann Zeitmessungen aufgrund der krummen Frequenz nicht 100% genau und außerdem läuft nun der Controller ca. 10% langsamer. Wir empfehlen in der Regel den Einsatz eines 16 Mhz Quarzes denn die Fehlerabweichung bei RS232/RS485 ist bei den üblichen Übertragungsraten gering (siehe Tabelle auf der vorherigen Seite) und führt i.d.r. nicht zu Übertragungsfehlern. Bei Nutzung des CAN Bus sind 16 Mhz Pflicht, denn hier ist ein exaktes Timing notwendig. Standardmäßig liefern wir als besten Kompromiss das Board mit 16 Mhz Systemtakt aus. Stromverbrauch: Ein weitere Aspekt soll noch erwähnt werden, denn er ist für batteriebetriebene Geräte u.u. relevant: Je höher die Taktfrequenz des Mikrocontrollers, desto höher ist auch sein Stromverbrauch (siehe auch Seite 43). Seite 38 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

39 Lötbrücken / Jumper Diverse Lötbrücken bzw. Lötjumper auf der Platine vereinfachen die Umkonfiguration für besondere Einsatzzwecke. Jede dieser Brücken / Jumper ist mit einer entsprechenden Nummer gekennzeichnet und wird nachfolgend beschrieben. Sämtliche Brücken / Jumper befinden sich auf der Rückseite (Bauteilseite). Für die Modifikation einiger davon ist es notwendig, das Folienkabel des Displays vom Stecker abzuziehen. Verwendungszweck Verbindung interne Batterie Echtzeituhr Anschluss externe Batterie an Echtzeituhr Anbindung Clocktakt der Echtzeituhr an Controller Steuerung Hintergrundbeleuchtung Display Enable/Disable Leitung vom 3V Spannungsregler Brücken / Jumper Nummer J1 (Default: offen) J2 (Default: Mitte+Links = 5V am Stecker Port K) J3 (Default: offen) J4 (Default: mit L5 verbunden) J5 (Default: geschlossen = 3V Regler immer ein) Sicherheits-Lötbrücke Echtzeituhr Batterie (J1): Wenn Sie die Echtzeituhr mitbestellt haben, ist auf der Platine standardmäßig eine kleine Lithiumzelle verbaut, die die Echtzeituhr weiterarbeiten lässt, wenn die Stromversorgung Seite 39 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

40 ansonsten fehlt. Wenn Sie eine externe Batterie anschließen möchten, so müssen Sie dazu den Jumper Nr. 2 ändern (siehe unten). Damit nicht versehentlich 5V an die Lithium-Batterie gelangen (Explosionsgefahr), müssen Sie danach auch den Sicherheits-Jumper Nr.1 schließen. Es ist wichtig, dass Sie Jumper 1 erst dann schließen, wenn Sie sicher sind (nachmessen!), dass am linken Feld keine Spannung größer als 3,7 Volt anliegt. Jumper Pufferung Echtzeituhr (J2): Wenn Sie keine Batterie auf die Platine aufbringen möchten, sondern die Echtzeituhr über eine externe Batterie puffern möchten, dann können Sie für den Anschluss der externen Batterie den Anschluss mit der Kennzeichnung 5V von Port K hierfür nutzen. Dazu ist es aber vorher notwendig, dieses Pad über Jumper J2 umzukonfigurieren. Das mittlere Feld von J2 ist mit dem Pin 10 von Port K verbunden. Trennen Sie die standardmäßige Verbindung zwischen dem mittleren und dem linken Feld des Jumper J2 auf. Pin 10 (Beschriftung 5V ) von Port K ist nun nicht mehr mit 5 Volt verbunden. Nun schließen Sie den Jumper J2 mit einem Tropfen Lötzinn zwischen dem mittleren und dem rechten Feld. Pin 10 von PortK ist nun mit dem Jumper 1 verbunden. Messen Sie nun nach, ob das Feld 5V am Portstecker K spannungslos ist. Nun können Sie gefahrlos eine externe Batterie anschließen und den Sicherheits-Jumper Nr. 1 (siehe oben) schließen. Es ist wichtig, dass Sie eine externe Lithiumzelle erst dann anschließen, wenn Sie den Jumper J2 umkonfiguriert haben (also mittleres und linkes Feld Öffnen, dann mittleres und rechtes Feld Schließen) ansonsten kann die Zelle explodieren. Löten Sie immer die (sofern vorhanden) interne Lithium-Batterie aus. Lötbrücke RTC-Takt (J3): Sie können der eingelöteten (optionalen) Echtzeituhr einen Clocktakt entnehmen und diesen direkt dem Mikrocontroller zuführen. Dies erspart dem Mikrocontroller einen eigenen Uhrenquarz. Um den Takt mit dem Controller zu verbinden, schließen Sie bitte die Lötbrücke J3. Der Echtzeituhr muss noch mitgeteilt werden, welche Frequenz er zur Verfügung stellen soll (z.b. 1 Hz oder 32 Khz). Konsultieren Sie hierzu das Datenblatt der RTC. Zudem muss im Mikrocontroller das Bit EXCLK im ASSR Register auf 1 gesetzt sein (siehe Datenblatt des Mikrocontrollers). Jumper Displaybeleuchtung (J4): Im Lieferzustand wird die Beleuchtung durch den Port L.5 des Mikrocontrollers gesteuert (Schalten/Dimmen). Mehr hierzu auf Seite 65) Solange der Port L.5 nicht auf 1 gesetzt wird, bleibt die Beleuchtung aus. Durch Umkonfigurieren dieses Jumpers können Sie die Beleuchtung auf Dauerlicht schalten. Seite 40 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

41 Die zusätzlich verfügbare Hardware Zubehör: Erweiterungsplatine (P008) Ideal für: Erweiterung um eine SD Karte (nicht Mikro-SD wie auf dem Hauptboard). Es gibt 2 mögliche SD Karten Positionen: eine interne und eine externe für den Zugriff auf die Karte von außerhalb (durch einen Gehäuseschlitz) das Foto unten zeigt die interne Position. Diese SD Karte kann nicht gleichzeitig mit einer Mikro SD-Karte auf dem D83 Board genutzt werden. 512 KByte RAM (aufgeteilt in 8 Bänke à 64 KByte) Ethernet Modul (Anschluss des Systems an ein 10/100 MBit Netzwerk oder Nutzung des Systems als Webserver CAN-Controller (MCP2515) mit High Speed Transceiver JTAG Stecker RS232 Stecker Für die Kontaktierung der Platine P008 werden die beiden inneren 2x10 Stecker im Rastermaß 2,00 mm genutzt. Diese werden mit der Platine P008 mitgeliefert und müssen von Ihnen vor der Displaymontage noch eingelötet werden (sofern Sie diese Option nicht mitbestellt haben). Die Platine P008 wurde auf das Controller-Board hin maßgeschneidert. Mehr hierzu erfahren Sie im separaten Manual zur P008. Seite 41 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

42 Zubehör: ISP Programmieradapter Ein ISP Programmieradapter ist zwingend notwendig, um das am PC kompilierte Programm in das Controllermodul zu übertragen. Wir empfehlen dringend einen Atmel MKII-kompatiblen Programmieradapter. Nur dort können Sie die Programmierfrequenz bis auf 2 MHz erhöhen, was den Programmiervorgang (also die Übertragung vom PC in den Mikrocontroller) einer größeren Programms von über 1 Minute auf wenige Sekunden reduziert. Empfehlen können wir den originalen Atmel MKII Programmieradapter (oben rechts, leider läuft er aktuell aus und ist nur noch schwer erhältlich) oder den zum MKII kompatiblen Diamex ALLAVR Programmieradapter (links im Bild), welchen wir hier für ca. den halben Preis des Original Atmel- Adapters in unserem Shop anbieten. Speed: Beide bieten den Vorteil, dass sie auch den PDI Programmiermodus unterstützen (notwendig für die neueren XMega-Controller) und dass sie die Programmiergeschwindigkeit erhöhen können. Versorgungsspannung: Der ALLAVR liefert auf Wunsch zudem über die Programmierschnittstelle die Versorgungsspannung an das Board, so dass während der Entwicklungsphase keine separate Spannungsversorgung notwendig ist. Oben: AllAVR Programmieradapter: Lieferung inkl. USB Kabel sowie 6er und 10er ISP Kabel. Seite 42 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

43 Versorgungsspannung / Stromverbrauch Der Stromverbrauch des Gesamtmoduls ist abhängig von verschiedenen Faktoren. Die beiden wichtigsten sind: Geschwindigkeit des ATMega Controllers (je schneller, desto höher der Stromverbrauch des Moduls). Es macht daher u.u. Sinn, per Software temporär den Systemtakt zu verringern (siehe Datenblatt des Mikrocontrollers: Clock Prescale Register CLKPR) oder die Power Management bzw. Sleep Modi zu nutzen, wenn in Ruhezeiten bzw. bei Nichtbedienung nicht die volle Geschwindigkeit notwendig ist. Displaybeleuchtung: Die Displaybeleuchtung benötigt selbstverständlich auch Energie um adäquat leuchten zu können. Die Displaybeleuchtung wird mit knapp 16 Volt Leerlaufspannung betrieben. Für die Erzeugung dieser Spannung ist ein effizienter Booster zuständig. Aber: die notwendige Leistung muss irgendwoher kommen, und daher benötigt eine auf 100% laufende Hintergrundbeleuchtung ca. 70 ma aus der 5V Eingangsspannungsversorgung. Mit sinkender Beleuchtungsstärke sinkt auch der Stromverbrauch des Moduls, bei abgeschalteter Hintergrundbeleuchtung benötigt der Booster nur noch wenige µa. Die folgende Tabelle gibt Aufschluss über einige veränderbare Parameter und deren Einfluss auf den Stromverbrauch. Das Display selbst braucht übrigens je nach Nutzung und dargestelltem Inhalt ca. 16mA, kurzzeitig max. 31mA (zzgl. der Beleuchtung). Hier lohnt es sich also bei einer batteriebetriebenen Lösung, den 3V Bereich (und somit das Display) bei Nichtgebrauch abzuschalten (siehe Seite 28). Verbrauch Gesamtmodul (Mikrocontroller 100% aktiv) Display und Touchscreen eingeschaltet und aktiv, Eingangsspannung 5 Volt (kein 5V Spannungsregler): Controller- Displaybeleuchtung Displaybeleuchtung Displaybeleuchtung Takt 0% (aus) 50% 100% 16 Mhz ca. 54 ma ca. 88mA ca. 122mA Stromsparmaßnamen Die Tabelle auf der folgenden Seite führt den Verbrauch einiger Einzelkomponenten auf. Die soll Ihnen erleichtern abzuwägen, bei welchen Optionen Stromsparmaßnahmen Sinn machen und wo eher nicht. Wichtig zu wissen: der Verbrauch des Mikrocontroller im Sleep/Standby Modus ist auch abhängig von den Einstellungen der jeweiligen Portkonfigurationen und internet Register. Einige Beispiele: Alle Ports sollten nach Möglichkeit als Input mit abgeschalteten Pullup-Widerständen konfiguriert werden. Der interne Analog-Digitalwandler sollte abgeschaltet werden, denn dieser verbraucht sonst unnötig Strom. Als Clocktakt im Sleep-Mode evtl. den 32 Khz Takt der optionalen Echtzeituhr abnehmen (J3 schließen). Abschalten des 3V Reglers: so werden gleichzeitig Display und SD Karte abgeschaltet Natürlich darf nicht vergessen werden, nach dem Aufwachen die entsprechenden Änderungen (z.b. Portkonfigurationen) wieder zu korrigieren. Seite 43 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

44 Verbrauch einzelner Optionen Im Betrieb div. Power Save Mikrocontroller ma bei VCC 5V Bis <1µA ATMega2561 bei 16 Mhz je nach Modus Display / Displayelektronik 16 ma (typ) tbd (ohne Beleuchtung) max. 31 ma (geschätzt ca. 1mA) Displaybeleuchtung VCC=5V VCC=3,7V Displaybeleuchtung 100% ca. 70 ma ca. 98 ma Displaybeleuchtung 50% ca. 35 ma ca. 49 ma Displaybeleuchtung 25% ca. 18 ma ca. 25 ma Displaybeleuchtung 0% (aus) 0,1µA 0,1µA 0,1µA Diverse Optionen des Während der Ruhestrom / D083V2 SD Karte Nutzung 200µA bis 1mA bzw. bis 100mA Peak während des Schreibens Standby 200µA bis 1mA (Kartenabhängig) Echtzeituhr 325µA 200µA RS485 Transceiver ca. 3-85µA (zzgl. Last der RS485 Leitung) 1µA RS232 Transceiver ab 300µA (zzgl. Last der RS232 Leitung) 1µA 3V Spgs.regler (Eigenverbrauch) 100µA - 8mA lastabhängig (Display, SD ) 100µA Touchscreen Controller 300 µa 3µA Zur Info: Verbaute Pullup-Widerstände: Port L6 und L7 (Pegelwandler): je 10K (kann auf 100K erhöht werden) Reset-Leitung: 10K Port E0 und E1 (I²C): je 10K Port E7 (Touch IRQ): 100K Clocksignal der Echtzeituhr (über Jumper J3): 10K (kann auf 100K erhöht werden) Verbaute Pulldown-Widerstände T1 In und T2 In des RS232 Transceivers (bei Standardbeschaltung D3 und J1): je 100K Port L5 (Steuersignal Booster Displaybeleuchtung): 10K Eine Anmerkung zur Versorgungsspannung: Der optionale Spannungsregler ist ein typischer Längsregler der die überflüssige Spannung in Wärme umsetzen muss. Der Spannungsregler verträgt zwar bis zu 30 Volt Eingangsspannung, kann dies aber nicht auf Dauer leisten (siehe Wärmebilder auf der nächsten Seite): Bei einem angenommen Verbrauch des Moduls von 120mA müssten bei 30 Volt Eingang 25 Volt * 120 ma = 3 Watt an Wärme abgeführt werden. Das schafft der kleine Spannungsregler nicht lange und die integrierte Temperatursicherung schaltet ihn dann aus Sicherheitsgründen kurzzeitig ab. Sollten Sie nur eine höhere Eingangsspannung zur Verfügung haben empfehlen wir folgendes: a) Reduzierung des Stromverbrauchs durch Dimmen / Abschalten der Displaybeleuchtung (siehe auch Seite 43). b) Und/oder: Nutzung eines externen Spannungsreglers mit Kühlkörper. Noch besser wäre ein externer DCDC Schaltregler, der Energie spart, da er nicht einfach nur die überflüssige Spannung in Hitze umwandelt. Seite 44 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

45 Eingangsspannung vs. Temperatur Wärmebilder Wir haben das Board mittels einer Flir E60 Wärmebildkamera vermessen. Die folgenden Bilder zeigen das Board bei verschiedenen Eingangsspannungen und regulärem Stromverbrauch. Sie wurden jeweils nach ca. 15 Minuten gemacht, damit das System sich einpendeln konnte. Dabei ist zu erwähnen, dass das Board offen auf dem Labortisch lag, und somit eine gute Wärmeabfuhr gewährleistet war. Im verbauten Zustand ist dies i.d.r. nicht gegeben. 9 Volt Eingangsspannung Spannungsregler: 47,5 C Gehäuse SD-Karte: 37,7 C Diese niedrige Temperatur ist noch kein Problem in einem geschlossenen Gehäuse bis ca. 12 Volt wären in einem geschlossenen Gehäuse tolerierbar. Anmerkung: Man erkennt auf den Bildern das Displaykabel welches die Platine etwas abschattet. 18 Volt Eingangsspannung Spannungsregler: 88,8 C Gehäuse SD-Karte: 59,2 C Hier muss man sich schon über eine passive Belüftung (d.h. sinnvoll angebrachte Öffnungen im Gehäuse) Gedanken machen, denn in einem geschlossenen, unbelüfteten Gehäuse werden sonst nach einiger Zeit unzulässig hohe Temperaturen erreicht. 24 Volt Eingangsspannung Spannungsregler: 117,2 C Gehäuse SD-Karte: 77,4 C Kurzfristig tolerabel aber für eine Dauerlösung wird hier zu viel Energie in Wärme verwandelt. Anmerkung: Das SD Kartengehäuse ist thermisch mit dem Regler gekoppelt und fungiert als kleiner Kühlkörper. Temp. über 70 sind für eine SD Karte nicht zulässig! Seite 45 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

46 Technische Daten Controllermodul mit Display: Artikelnummer D083 V2: Maße (Breite x Länge inkl. Display): Maße und Gewicht können je nach bestellter Ausstattung variieren Gesamtgröße inkl. Display (L X B): ca. 90 x 77 mm Aktiver Displaybereich: 65,9 x 49,6mm Displaygröße diagonal: 3,25 (82,48 mm) Höhe (nur Board mit Display, keine Stecker): ca. 10 mm inkl. Display Gewicht: ca. 70 Gramm Versorgungsspannung mit optionalem 5V Spannungsregler: Versorgungsspannung ohne Spannungsregler: Strombedarf: 3,7 bis 18/24* Volt DC (* max. siehe Seite 43) 3,5 bis 5,0 Volt Gleichspannung variiert je nach Ausbaustufe und Displayhelligkeit siehe Tabelle auf Seite 43. Controller: Programmspeicher RAM Eeprom Takt ATMega KByte 8 Kyte 4 KByte Max. 16 Mhz Die Mikrocontroller werden von uns gegenüber der Standardauslieferung des Herstellers ATMEL wie folgt umprogrammiert: Low Fuse: 0xFF High Fuse: 0x91 Extended Fuse: 0xFD Im Klartext: Änderungen der Fuses des ATmega2560 (gegenüber Standard): Brown-Out wird auf 2,7 Volt gesetzt Die Fuses für die Taktquelle sind auf Quarz extern >8Mhz eingestellt. Eeprom Inhalt bei Reset nicht löschen ist eingeschaltet Fuse Clockdiv8 wird abgeschaltet Fusebit F ist ein, JTAG ist also eingeschaltet. Sollten Sie den JTAG-Zugriff nicht benötigen, so können Sie Fusebit F: auf JTAG disabled setzen (oder JTAG bei Bedarf alternativ per Software abschalten). Erst dann stehen Ihnen die Ports F4 bis F7 zur Verfügung Der Programmspeicher wurde zu Testzwecken bereits mit einem Demoprogramm vorprogrammiert. Das Eeprom beinhaltet in den ersten Bytes bereits Kalibrierungswerte für den Touchscreen. Das Löschen des Eeproms startet bei unserem Demo/Beispielprogramm automatisch die Routine für die Touchscreen-Kalibrierung. Seite 46 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

47 Internes Eeprom und Brown-Out Fusebits: Uns ist aufgefallen, dass der Mikrocontroller in bestimmten Grenzbereichen Zellen des internen Eeproms überschreibt. Dies tritt auf, wenn die Versorgungsspannung des Controllers langsam zusammenbricht (z.b. weil Sie ein Netzteil abschalten dann fällt die Spannung langsam von Vcc auf 0 Volt ab). Dieses Phänomen kann auftreten, sobald die Spannung unter einen Wert von ca. 2,0 bis 2,5 Volt fällt. Eine Abhilfe bietet hier der integrierte Brown-Out Detector des Displays. Sobald die Versorgungsspannung des Controllers unter einen bestimmten Wert fällt, wird die Reset-Leitung aktiviert und der Controller stellt die weitere Arbeit ein. Daher ist es sinnvoll, beim Mikrocontroller einen Brown-Out-Wert von 2,7 Volt einzustellen und Brown-Out zu aktivieren. Seite 47 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

48 Übersicht Portnutzung (Legende der Symbole/Farben: siehe am Ende der Tabelle) Port und Verfügbarkeit (bzw. Verwendung) Port A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 Nutzung Display-Daten, auch Daten für RAM auf P008 Display-Daten, auch Daten für RAM auf P008 Display-Daten, auch Daten für RAM auf P008 Display-Daten, auch Daten für RAM auf P008 Display-Daten, auch Daten für RAM auf P008 Display-Daten, auch Daten für RAM auf P008 Display-Daten, auch Daten für RAM auf P008 Display-Daten, auch Daten für RAM auf P008 Verfügbar an Außensteckern -- innerer Stecker -- innerer Stecker -- innerer Stecker -- innerer Stecker -- innerer Stecker -- innerer Stecker -- innerer Stecker -- innerer Stecker Verfügbar an P008 Connector (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) Mögl. Nutzung auf P008 RAM RAM RAM RAM RAM RAM RAM RAM B0 Muss Output+High sein für SPI SPI Bus Clock, benutzt von B1 Touchscreen Controller, SD (*) (*) SPI Card, Ethernet SPI Bus MOSI, benutzt von B2 Touchscreen Controller, SD (*) (*) SPI Card, Ethernet SPI Bus MISO, benutzt von B3 Touchscreen Controller, SD (*) (*) SPI Card, Ethernet B4 verfügbar B5 verfügbar B6 verfügbar B7 verfügbar C0 Address Daten für RAM auf -- P008 innerer Stecker (*) RAM C1 Address Daten für RAM auf -- P008 innerer Stecker (*) RAM C2 Address Daten für RAM auf -- P008 innerer Stecker (*) RAM C3 Address Daten für RAM auf -- P008 innerer Stecker (*) RAM C4 Address Daten für RAM auf -- P008 innerer Stecker (*) RAM C5 Address Daten für RAM auf -- P008 innerer Stecker (*) RAM C6 Address Daten für RAM auf -- (*) RAM C7 P008 Address Daten für RAM auf P008 innerer Stecker -- innerer Stecker (*) RAM Sonstiges Besser nicht nutzen um Konflikte mit Touch und SD zu vermeiden Seite 48 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

49 Port und Verfügbarkeit (bzw. Verwendung) D0 D1 verfügbar (I²C, benutzt von Echtzeituhr und anderen I²C Geräten verfügbar (I²C, benutzt von Echtzeituhr und anderen I²C Geräten Verfügbar an Außensteckern Verfügbar an P008 Connector Mögl. Nutzung auf P008 (*) (*) verfügbar (*) (*) verfügbar Sonstiges Lieferzustand: mit 10 KOhm Pullup gegen 5 Volt Lieferzustand: mit 10 KOhm Pullup gegen 5 Volt D2 verfügbar (auch: Rx1) (*) auch RX UART1 D3 verfügbar (auch: Tx3) (*) auch TX UART1 D4 verfügbar D5 verfügbar D6 verfügbar D7 verfügbar E0 verfügbar auch RX UART0 E1 verfügbar auch TX UART0 E2 verfügbar E3 verfügbar E4 verfügbar E5 verfügbar E6 verfügbar E7 PENIRQ Touchscreen- Controller F0 verfügbar, (mit RAM auf P008: A16) (*) (*) RAM F1 verfügbar, (mit RAM auf P008: A17) (*) (*) RAM F2 Verfügbar, (*) (*) RAM F3 F4 (mit RAM auf P008: A18) Verfügbar (mit RAM auf P008: \CS) Verfügbar (auf P008: JTAG / Ethernet / CAN) (*) (*) (*) (*) RAM CS Ethernet / CS CAN F5 Verfügbar (auf P008: JTAG / Ethernet) (*) (*) Ethernet Reset F6 Verfügbar (auf P008: JTAG) (*) (*) CS SD Karte F7 Verfügbar (auf P008: JTAG ) (*) (*) SD Enable G0 RAM auf P008 (\WE) -- Innerer Stecker (*) RAM G1 RAM auf P008 (\OE) -- Innerer Stecker (*) RAM G2 RAM auf P008 (latch) -- Innerer Stecker (*) RAM G3 (Uhrenquarz TOSC2) G4 (Uhrenquarz TOSC3) G5 Touchscreen Controller, CS auch JTAG(*), es kann nur CAN oder Ethernet genutzt werden, nicht beides auch JTAG(*) auch JTAG(*) auch JTAG(*) Seite 49 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

50 Port und Verfügbarkeit (bzw. Verwendung) Verfügbar an Außensteckern Verfügbar an P008 Connector Mögl. Nutzung auf P008 Sonstiges H0 verfügbar auch RX UART2 H1 verfügbar auch TX UART2 H2 verfügbar H3 verfügbar H4 verfügbar H5 verfügbar H6 verfügbar H7 verfügbar J0 verfügbar (Rx3 für USB oder RS232) (*) auch RX UART3 J1 verfügbar (*) auch TX UART3 (Tx3 für USB oder RS232) J2 verfügbar (Ethernet auf P008) (*) (*) J3 verfügbar (Ethernet auf P008) (*) (*) J4 verfügbar (RS485: RE) (*) J5 verfügbar (RS485: DE) (*) J6 verfügbar J7 verfügbar K0 verfügbar K1 verfügbar K2 verfügbar K3 verfügbar K4 verfügbar K5 verfügbar K6 verfügbar K7 verfügbar L0 Display: Write Clock L1 Display: Read Clock L2 Display: DC L3 Display: Reset L4 Display: CS L5 Displaybeleuchtung L6 Display: Level shifter: on/off L7 Display: Level shifter Read / Write Ethernet Interrupt CAN Interrupt Seite 50 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

51 Port und Verfügbarkeit (bzw. Verwendung) Verfügbar an Außensteckern Verfügbar an P008 Connector Mögl. Nutzung auf P008 GND verfügbar an Pin 9 aller 2x5 Portstecker GND 5V verfügbar an Pin 10 aller 2x5 Portstecker (nicht Port B) 5V 3V Pin 10 an Stecker Port B 3V Reset -- Rx1 Tx1 Rx3 Tx3 RS485 -A RS485 -B High level RS232 kommt vom seriellen Transceiver (dann an D2) High level RS232 kommt vom seriellen Transceiver (dann an D3) High level RS232 kommt vom seriellen Transceiver (dann an J0) High level RS232 kommt vom seriellen Transceiver (dann an J1) RS485 kommt vom seriellen Transceiver RS485 kommt vom seriellen Transceiver RS232 connector RS232 connector Aref AGND Platinenoberseite (Displayseite): Avcc optionale Induktivität kann eingelötet werden Sonstiges Main board: Reset Taster Grün: kann ohne Einschränkung genutzt werden (keinerlei Zweitnutzung auf Board oder P008 Platine) (*) Blau: Wird evtl. von anderen Bauelementen auf dem Hauptboard oder auf der Erweiterungsplatine P008 genutzt. Gleichen Sie die Portnutzung evtl. bestellter Optionen gegen evtl. Doppelnutzung ab -- Grau: steht nicht an Steckern zur Verfügung, keine externe Nutzungsmöglichkeit durch den Anwender JTAG: Solange JTAG in den Fuses eingeschaltet ist, können die Optionen SD Karte, Ethernet, CAN auf der Erweiterungsplatine P008 nicht angesprochen werden, da die hierfür genutzten Ports F4-F7 dann von JTAG belegt sind. Kompromiss 1: Sie schalten die JTAG Fuse nur zum Debuggen ein und lassen Sie sonst abgeschaltet (dann ist jedoch immer auch ein ISP Programmieradapter notwendig, denn der JTAG Adapter hätte nach Umstellen der entsprechenden Fusebits keinen Kontakt mehr). Kompromiss 2: JTAG kann auch per Software (bis zum nächsten Reset) ein- oder abgeschaltet werden (siehe unser mitgeliefertes Beispielprogramm). Es ist somit auch möglich, dass Sie JTAG z.b. vor Zugriff auf eine SD Karte abschalten und danach wieder einschalten. Seite 51 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

52 Schaltplanausschnitte Das komplette Schaltbild (5-seitige PDF Datei) in besserer Qualität finden Sie im 5-seitigen Schaltplan des Boards auf der CD. Die wichtigsten Bereiche führen wir nachfolgend isoliert auf: Beschaltung Connectoren: Beschaltungen Schnittstellenbausteine: Seite 52 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

53 RS232, RS485, USB: Seite 53 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

54 Die Programmierbefehle Die folgenden Seiten sind lediglich eine Übersicht über die bereitgestellten Kommandos für Bascom bzw. C (AVR Studio). Details finden Sie im separaten Programmierhandbuch und in den Demoprogrammen, welche Sie mit dem Board erhalten. Ihre neuen Befehle für das Display (Bascom Basic) Folgende Befehle stehen Ihnen nun zur Verfügung: Orientation = Portrait Portrait180 Landscape Landscape180 Hiermit legen Sie fest, ob die folgenden Kommandos das Display im Hochformat oder Querformat beschreiben sollen; bzw. jeweils um 180 gedreht. LCD_CLS Löscht den Bildschirminhalt (faktisch wird hier lediglich eine weiße Box in Bildschirmgröße gezeichnet) LCD_Print (String, x, y, Font, ScaleX, ScaleY, VFarbe, HFarbe) Druckt einen Textstring auf Position x, y mit der angegebenen Schriftart. Dann folgt die Skalierung die beliebig gewählt werden kann (also z.b. 3,2, : dreifach breit und doppelt hoch) sowie die gewünschten Vordergrund- und Hintergrundfarben Beispiel: Call Lcd_print( "Hello World", 1, 10, 2, 1, 2, Dark_red, Yellow) schreibt Hello World an x-y-position 1,10 in der Schriftart 2, normal breit und doppelt hoch in dunkelrot auf gelbem Hintergrund. Tipp: Nutzung von Trans_color als Farbe erlaubt einen transparenten Vordergrund oder Hintergrund. Probieren Sie es aus. Numerische Variablen bedürfen einer kleinen Vorbehandlung um mit LCD_Print ausgegeben werden zu können. Hierzu erfahren Sie mehr auf Seite Fehler! Textmarke nicht definiert.. LCD_Plot (x, y, Dicke, Farbe) Druckt ein einziges Pixel an die gewünschte x-y Position. Mit der Dicke teilen Sie die Dicke des Pixels mit. Dicke = 1 bedeutet 1 Pixel groß; Dicke = 2 bedeutet 2x2 Pixel groß etc. LCD_Draw (x1, y1, x2, y2, Dicke, Farbe) Zeichnet eine Linie von der Koordinate x1,y1 zur Koordinate x2,y2. Die Richtung ist egal. Dieser Algorithmus arbeitet nur mit Integerzahlen und ist sehr schnell. Wg. Dicke: siehe LCD_Plot LCD_Box (x1, y1, x2, y2, Dicke, Farbe) Zeichnet eine farbige Box. Wichtig: x1,y1 ist immer die obere linke Ecke, x2 und y2 die untere rechte Ecke. Mit Dicke legen Sie fest, ob die Box ausgefüllt (Dicke=0) oder als Rahmen (nicht gefüllt) gezeichnet werden soll. Der Wert Dicke entspricht hier der Breite des Rahmens in Pixel. Seite 54 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

55 Graphics_mode = 65k_uncompressed 65k_compressed 256low_uncompressed 256low_compressed 256high_uncompressed 256high_compressed Legt vorab fest, ob eine darzustellende Bitmap im Farben-Modus, im 256-Farben aus Farben-Modus oder im 256-aus-4096 Farben-Modus sowie als in komprimierter oder unkomprimierter Datenstrom vorliegt. LCD_Bitmap (x1, y1, x2, y2) Öffnet ein Ausgabefenster und füllt es mit genauso viel Bitmapdaten, wie das Fenster Pixel hat. Die Bitmapdaten (z.b. Fotos, Icons etc.) müssen als Data-Zeilen (siehe Beispiele) vorliegen. Daher muss mittels des Befehls Restore vor Aufruf dieser Funktion der Pointer auf den Beginn der gewünschten Grafikdaten gesetzt werden. Natürlich kann diese Routine auch umgeschrieben werden um anderweitig vorliegende / übergebende Daten darzustellen. Bei allen Koordinateneingaben gilt: X1 muss kleiner als X2 sein, Y1 kleiner als Y2 (also immer zuerst die linke und obere Position angeben, dann die untere und rechte). Wichtig: Achten Sie darauf, dass mit Graphics_mode die entsprechend für diese Bitmap geltende Codeumsetzung aktiv ist. Noch ein Tipp da häufige Fehlerquelle: eine 10x15 Pixel- Grafik an x1/y1 Position 10,10 geht eben nicht bis Position x2/y2 20,25 sondern nur bis 19,24! LCD_TouchRead Ruft die aktuellen X- und Y-Werte aus dem Touchscreen-Controller ab. Diese Routine sollte nur aufgerufen werden, wenn die PenIRQ Leitung vom Touchscreen- Controller signalisiert, dass der Touchscreen berührt wurde. ReadTouch setzt nach dem Auslesen den Touchscreen-Controller automatisch zurück. LCD_TouchCoordinate Rechnet die vom Touchscreen zurückgemeldeten Werte in die X- und Y-Werte um, die den entsprechenden Pixelpositionen entsprechen. Sollte dies ungenau sein, ist der Aufruf der Kalibrierungsroutine notwendig (normalerweise nicht mehr notwendig). LCD_TouchCalibrate Ruft eine Kalibrierungsroutine für den Touchscreen auf. Da jeder Touchscreen als analoges System einer gewissen Toleranz unterliegt, ist dies zumindest bei der Erstinstallation notwendig. Um Abweichungen auch im späteren Betrieb (z.b. durch größere Temperaturschwankungen) korrigieren zu können, ist es sinnvoll, wenn die Anwender Ihrer Lösung Zugriff (z.b. Setup-Menü) auf eine Kalibrierungsroutine erhalten. LCD_storepixel(x1, y1, x2, y2) Speichert den gewählten Bereich im RAM des Mikrocontrollers zwischen. Dies ist sinnvoll für Bildbereich, die nur temporär beschrieben werden sollen und danach wieder den ursprünglichen Bildschirminhalt zeigen sollen (z.b. Dialogbox mit Nachfrage oder Mauszeiger etc.). Achten Sie darauf, dass Sie genug RAM hierfür zur Verfügung haben. Der interne RAM von vielen Mikrocontrollern ist leider nur sehr klein, so dass diese Funktion oft nur kleine Bereiche genutzt werden kann. Beispiel: ein Mauszeiger (siehe vorinstalliertes Demoprogramm) von 10x20 Pixel benötigt bereits 400 Byte RAM um den Bildbereich wieder zurückzuschreiben, nachdem er wegbewegt wurde). Lcd_restorepixel(x1, y1, x2, y2) Schreibt den mit LCD_storepixel gespeicherten Bereich wieder zurück (gleiche X und Y Werte benutzen!) Seite 55 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

56 Ihre neuen Befehle für das Display (GCC / Atmel Studio) Die folgenden Befehle stehen Ihnen im C-Code zur Verfügung: Orientation = Portrait Portrait180 Landscape Landscape180 Hiermit legen Sie fest, ob die folgenden Kommandos das Display im Hochformat oder Querformat beschreiben sollen; bzw. jeweils um 180 gedreht. LCD_CLS (Farbe) Löscht den gesamten Bildschirminhalt mit einer beliebigen Farbe. Anmerkung: Im Lieferzustand wird der Bildschirm immer weiß gelöscht, egal welche Farbe Sie übergeben. Durch Änderung der Routine LCD_Cls in der Datei Driver_Display3000_325.c kann dies entweder auf Schwarz geändert werden, oder auch für jede beliebige Farbe (siehe Kommentare dort); letzteres jedoch mit 50% Geschwindigkeitsverlust. Tipp: Alternativ zu der Bildschirmlöschung mit Farbangabe können Sie auch den Befehl LCD_Box nutzen (z.b. LCD_Box(0,0,239,319,0,yellow). Dies hat den gleichen Effekt und ist auch genauso schnell. LCD_Print (String, x, y, Stylename) Druckt einen Textstring auf Position x, y mit der in Stylename (s.u.) angegebenen Schriftart. TPrintInfo Stylename = { Schriftart, Vordergrundfarbe, Hintergrundfarbe, Scale X, Scale Y, Transparenz}; Legt die Variable Stylename an und definiert die Schriftart. Dies geht nur einmalig und wird sinnvollerweise am Anfang des Programms durchgeführt. Damit Sie im Programmablauf bei wechselnden Schriftattributen nicht immer alle Parameter ändern müssen, macht es Sinn, sich mehrere Styles vorzudefinieren. Änderung an Schriftart oder Farben etc. werden nun direkt an den einzelnen Bestandteilen des Containers Stylename durchgeführt. Diese sind: FontDescriptor, FGColor, BGColor, ScaleX, ScaleY, TextTransparencyMode TextTransparencyMode erwartet einen von drei Parametern: TransNO (= 0 = keine), TransBG (= 1 =Hintergrundfarbe ist transparent) oder TransFG (= 2 =Vordergrundfarbe ist transparent) LCD_Plot (x, y, Dicke, Farbe) Druckt ein einziges Pixel an die gewünschte x-y Position wenn als Dicke eine 0 übergeben wird bei einer 1 wird ein Punkt von der Größe 2x2 Pixel gesetzt (das zweite Pixel wird jeweils rechts und unten angesetzt dies gilt es evtl. bei der Angabe der Koordinaten zu berücksichtigen: Ein 2x2 Pixel dicker Punkt darf also nicht an die Position 239,319 ausgegeben werden, denn hier würden dann Punkte außerhalb des Fensters gesetzt werden. Die korrekte Position wäre hier 238, 318. LCD_Draw (x1, y1, x2, y2, Dicke, Farbe) Seite 56 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

57 Zeichnet eine Linie von der Koordinate x1,y1 zur Koordinate x2,y2. Die Richtung ist egal. Dieser Algorithmus arbeitet nur mit Integerzahlen und ist sehr schnell. Wenn als Dicke eine 1 übergeben wird, wird die Linie 2 Pixel breit gezeichnet (bei Dicke=0:1 Pixel) ansonsten siehe auch LCD_Plot LCD_Box (x1, y1, x2, y2, Rahmendicke, Farbe) Zeichnet ein farbiges Rechteck. Das Rechteck kann entweder als Rahmen oder als ausgefülltes Rechteck ausgegeben werden. Mit dem Parameter Rahmendicke wird die Dicke des zu zeichnenden Rahmens festgelegt. Hierbei gelten die gleichen Anforderungen an die x/y Position wie bei der Funktion LCD_Plot: der Rahmen wird ausschließlich nach unten und rechts vergrößert. Ein 3 Pixel breiter Rahmen darf also maximal die Positionen 0, 0, 237, 317 benutzen, da ja außen noch jeweils 2 weitere Reihen Pixel hinzugefügt werden. Ist die Rahmendicke 0, wird das Rechteck mit der angegebenen Farbe ausgefüllt. Wichtig: x1,y1 ist immer die obere linke Ecke, x2 und y2 die untere rechte Ecke im jeweiligen Modus. LCD_Circle(x1, y1, Radius, Füll, Dicke, Farbe) Bei Füll = 0 (oder NOFILL) wird lediglich ein Rand gezeichnet, mit Füll=1 (oder FILL) wird der Kreis gefüllt. Dicke legt wieder fest, ob ein Rand 1 Pixel oder 2 Pixel breit sein soll. LCD_Bitmap_65k(x1, y1, x2, y2, Bitmap, Compressed) Öffnet ein Ausgabefenster und füllt es mit genauso viel Bitmapdaten, wie das Fenster Pixel hat. Die Bitmapdaten (z.b. Fotos, Icons etc.) müssen als Array (siehe Beispiele) vorliegen. In diesem Fall als 2-Byte-Werte ( Farben). Der Marker Compressed zeigt an, ob die Daten komprimiert (1) oder unkomprimiert vorliegen. LCD_Bitmap_256low(x1, y1, x2, y2, Bitmap, Compressed) Öffnet ein Ausgabefenster und füllt es mit genauso viel Bitmapdaten, wie das Fenster Pixel hat. Die Bitmapdaten (z.b. Fotos, Icons etc.) müssen als Array (siehe Beispiele) vorliegen. In diesem Fall als 1-Byte-Wert (256 Farben nach RGB-332-Standard). Der Marker Compressed zeigt an, ob die Daten komprimiert (1) oder unkomprimiert vorliegen. LCD_Bitmap_256high(x1, y1, x2, y2, Bitmap, Farbtabelle, Compressed) Öffnet ein Ausgabefenster und füllt es mit genauso viel Bitmapdaten, wie das Fenster Pixel hat. Die Bitmapdaten (z.b. Fotos, Icons etc.) müssen als Array (siehe Beispiele) vorliegen. In diesem Fall als 1-Byte-Wert (256 Farben indiziert). Die für die Dekodierung der indizierten Farben notwendige Farbtabelle wird hier ebenfalls mitgeteilt. Der Marker Compressed zeigt an, ob die Daten komprimiert (1) oder unkomprimiert vorliegen. Bei allen Koordinateneingaben gilt: X1 muss kleiner als X2 sein, Y1 kleiner als Y2 (also immer zuerst die linke und obere Position angeben, dann die untere und rechte). Noch ein Tipp da häufige Fehlerquelle: eine 10x15 Pixel-Grafik an x1/y1 Position 10,10 geht eben nicht bis Position x2/y2 20,25 sondern nur bis 19,24! Touchscreen: Seite 57 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

58 PEN_DOWN Ist logisch High, wenn das Touchpanel berührt wird. Lcd_touch_read (x, y, tok) Ruft die aktuellen X- und Y-Werte aus dem Touchscreen-Controller ab und rechnet diese mittels der Kalibrierungswerte in die mit dem Bildschirm korrelierenden echten X/Y Werte um. Diese Routine sollte nur aufgerufen werden, wenn die PEN_DOWN high ist, der Touchscreen also berührt wurde. Die Variable tok muss den Wert 2 beinhalten um die Werte als gültig annehmen zu können, bei anderen Werten sollten die zurückgegebenen X/Y Werte nicht genutzt werden, da sie vermutlich nicht stimmen. Lcd_touchcalibrate Ruft eine Kalibrierungsroutine für den Touchscreen auf. Da jeder Touchscreen als analoges System einer gewissen Toleranz unterliegt, ist dies zumindest bei der Erstinstallation notwendig. Um Abweichungen auch im späteren Betrieb (z.b. durch größere Temperaturschwankungen) korrigieren zu können, ist es sinnvoll, wenn die Anwender Ihrer Lösung Zugriff (z.b. Setup-Menü) auf eine Kalibrierungsroutine erhalten. Seite 58 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

59 Maßzeichnung und Pads Controllerboard Auf der CD befindet sich eine separate PDF-Datei mit der Pad-Anordnung und den Maßen. Die Datei auf der CD liegt maßstabsgetreu im Maßstab 1:1 vor, die hier nachfolgende Grafik ist etwas verkleinert. Seite 59 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

60 Technische Daten Display X GENERAL LCD TFT Preferred direction 9:00 O Clock Glass (WxH) x 74.4 mm Viewing (WxH) 51.2 x 67.4 mm Active (WxH) 49.6 x 65.9 mm # of Dots 240 (x3 RGB) x 320 Pixel size (W x H) x mm Backlight 5 x LED Interface Parallel Power consumption mw max. Voltage 2.8 V 2. ELECTRICAL CHARACTERISTICS Symbol Min Typ Max Parameter Logic supply voltage VCC-GND 2.5 V 2.8 V 3.3 V Current usage Idd ma ma Input High/ level VIH 0.8VDD --- VDD Input ' L ' level VIL GND VDD Output ' H ' level VOH 0.9VDD --- VDD Output ' L ' level VOL VDD 3. ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Parameter Symbol Min Max Supply voltage for logic VDD -0.3 V 4.0 V Input voltage VIN -0.3 V 5.0 V Operating temperature TOP -20 C 70 C Storage temperature TST -30 C 80 C Humidity RH 90% RH (Max 60 C) 4. BACKLIGHT CHARACTERISTICS Item Min. Typ. Max. Unit Condition Forward voltage V Luminance cd/m 2 I= 15 ma # of LED 5 pcs - Connection mode Series - - Seite 60 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

61 OPTICAL CHARACTERISTICS Item Condition Min Typ Max Unit ms Response time ms θ=0 Contrast ratio =0 - Luminance Ta=25 C % Uniformity δ WHITE Surface Luminance cd/m 2 = deg = deg Viewing angle range θ = deg = deg RELIABILITY No. Test Item Test Condition 1 High Temperature Storage 80±2 C /200 hoursc 2 Low Temperature Storage -30±2 C /200 hours 3 High Temperature Operating 70±2 C /120 hours 4 Low Temperature Operating -20±2 C /120 hours -20±2 C ~25~70±2 C 10cycles 5 Temperature Cycle (30min.) (5min.) (30min.) 6 Damp Proof Test 50 C ±5 C 90%RH /120 hours Frequency:10Hz~55Hz~10Hz 7 Vibration Test 8 ESD test Amplitude:1.5mm, X,Y,Z direction for total 3hours (Packing condition) Voltage:±8KV, R: 330Ω, C: 150pF Air discharge, 10time Seite 61 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

62 5. Drawing Seite 62 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

63 Lieferant: Speed IT up Inhaber Peter Küsters Wekeln Willich Telefon: ( ) Telefax: ( ) Weitere Informationen und Updates: Autor dieses Manuals: Peter Küsters. aller Informationen: Peter Küsters Seite 63 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

64 Haftung, EMV-Konformität Wenn Sie diesen Bausatz fertig gestellt haben bzw, diese Baugruppe durch Erweiterung bzw. Gehäuseeinbau betriebsbereit gemacht haben, gelten Sie nach DIN VDE 0869 als Hersteller und sind verpflichtet, bei der Weitergabe des Gerätes alle Begleitpapiere mitzuliefern und auch Ihren Namen und Ihre Anschrift anzugeben. Geräte, die aus Bausätzen selbst zusammengestellt werden, sind sicherheitstechnisch wie ein industrielles Produkt zu betrachten. Derjenige, der den Bausatz zusammenbaut und in einem Gehäuse montiert, gilt als Hersteller und ist damit selbst für die Einhaltung der geltenden Sicherheits-, EMV- und Entsorgungsvorschriften verantwortlich. Für Schäden die durch fehlerhaften Aufbau entstanden sind, direkt oder indirekt, ist die Haftung generell ausgeschlossen. Bei der Lieferung von Fremdprodukten als auch Software gelten über diese Bedingungen hinaus die besonderen Lizenz- oder sonstigen Bedingungen des Herstellers. Seite 64 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

65 Anhang Einlöten der Pins / Wannenstecker für den ISP Programmieradapter Zum Einlöten des ISP Steckers müssen Sie nicht das Display komplett abnehmen. Es ist wie erwähnt nur mit Klettband auf der Platine befestigt, d.h. Sie können es einfach von der Platine abziehen und wegklappen und dann die Platine zusammen mit dem weggeklappten Display drehen (siehe nebenstehendes Foto). Achten Sie aber immer darauf, das Folienkabel nicht zu sehr zu stressen, denn es könnte sonst reißen. Aus Platzmangel ist das Controllerboard D083 nicht für einen ISP Wannenstecker sondern lediglich für eine 6er- Pinreihe (2x3) vorgesehen. Trotzdem ist ein solcher ISP Wannenstecker mit einigen Einschränkungen zu verwenden. Allerdings gibt es dann im Gegensatz zu 6er Pins die einfach eingelötet werden können folgendes zu beachten: 1) Mit einem eingelöteten Wannenstecker ist die P008-Huckepackplatine (für die Optionen CAN, große SD Karte, 512 KByte RAM) nicht mehr aufzusetzen, da der Wannenstecker dann im Weg ist. Leider standen bei der Entwicklung der P008 die hierfür notwendigen 2mm Platz nicht mehr zur Verfügung. Wenn Sie wissen, dass eine P008 nicht mehr benötigt wird, dann können Sie hier einen 6er Wannenstecker einlöten. 2) Der Wannenstecker liegt hinten auf einem Kondensator auf und würde somit schräg eingelötet. 3 Optionen bieten sich hier an: a. Wenn Sie das nicht stört, löten den ISP Stecker einfach leicht schräg ein (Foto unten links). b. Sie heben beim Einlöten das Gehäuse auch vorne etwas an (hinten liegt es ja auf dem Kondensator auf), so dass es vorne etwas in der Luft schwebt und somit wieder gerade sitzt (ohne Foto). c. Sie schneiden/fräsen/feilen aus dem Kunststoffkörper des 6er-Wannensteckers vor dem Einlöten auf der Unterseite hinten ein kleines Stück heraus (siehe Foto unten Mitte) um Platz für den Kondensator zu schaffen. Dann sitzt der Wannenstecker beim Einlöten auch gerade (Foto unten rechts). Seite 65 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

66 Wichtig: Bei eingelöteten Pins sowie bei Wannenstecker-Option 2a und 2c gilt: Die Pins, die dann auf der Lötseite der Platinen herausschauen sind u.u. so lang, dass sie das Display berühren und evtl. zu einem Kurzschluss führen können. Diese Pins sollten vor dem Aufsetzen des Displays mit einem Elektronik-Seitenschneider gekürzt werden. Siehe nachfolgendes Foto so ist es ideal: genug Platz zwischen (abgeknipsten) Pins und Displayunterseite. Seite 66 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

67 Exkurs: PWM (Pulsweitenmodulation) & Dimmen der Displaybeleuchtung Die Pulsweitenmodulation (PWM) wird zur Informationsübertragung und zusätzlich häufig zur Steuerung der Energieumwandlung in einem technischen System eingesetzt. Zuerst etwas (vereinfachte) Theorie: Wenn Sie z.b. eine Leuchtdiode binnen 1 Sekunde 5 Mal für 0,1 Sekunden ausschalten und dann wieder für 0,1 Sekunden einschalten, sehen Sie zuerst einmal ein Flackern. Zudem war aber die LED die Hälfte der Zeit abgeschaltet und hat daher in der Gesamtzeit auch nur die Hälfte an Lichtenergie abgegeben (und auch nur in der Hälfte der Zeit Strom verbraucht). Angenommen, Sie beschleunigen diese Rate auf eine Ein- und Ausschaltzeit von ca. 4ms (also über 120 Hz wie im Oszilloskopbild rechts oben), dann würden das Auge sicher kein Flackern oder Flimmern mehr registrieren es würde jedoch eine Leuchtdiode sehen, die scheinbar nur mit halber Kraft leuchtet kein Wunder, sie ist ja auch die Hälfte der Zeit (nämlich 122x pro Sekunde für 4ms abgeschaltet und dann für 4ms eingeschaltet). Wenn Sie nun das Verhältnis von 1:1 im obigen Bespiel ändern auf rund 1:10 (wie im Bild in der Mitte), dann würde die Helligkeit noch weiter abnehmen, denn die LED ist meistens abgeschaltet im umgekehrten Fall, also wenn die LED länger ein- als ausgeschaltet wäre (siehe Bild unten), würde die Helligkeit zunehmen. Beachten Sie, dass in allen diesen Bildern die Frequenz gleichbleibt, lediglich der Anteil Ein/Aus variiert. Dies nennt man Pulsweitenmodulation (PWM): das Tastverhältnis variiert, die Frequenz bleibt die gleiche. Anmerkung: Um das Signal bei den kleinen Bildern besser erkennen zu können, haben wir es hier etwas nachretuschiert und kräftiger dargestellt. Durch das Verhältnis der Einschaltdauer zur Ausschaltdauer in einer definierten Zeit, kann die einem Verbraucher zugeführte Leistung gesteuert werden. In unserem Fall könnte also der Mikrocontroller mittels PWM, also der schnellen Steuerung der Ein- und Ausschaltzeiten, die Geschwindigkeit des Motors steuern. Hinweis: Bestimmte PWM Frequenzen für die Hintergrundbeleuchtung führen wegen der Bildwiederholfrequenz des Displays u.u. zu einem flimmern des Displays sollten Sie die- Seite 67 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

68 ses Flimmern wahrnehmen, variieren Sie die PWM Frequenz der Beleuchtung etwas (ein paar Hertz mehr oder weniger). Starten Sie nun noch nicht gleich mit der Erstellung eines Programms, welches diese gepulste Ausgabe realisiert! Der auf unserem Modul befindliche Atmel ATMega2560-Mikrocontroller kann diese PWM-Steuerung hardwareseitig quasi nebenbei erledigen für PWM ist extra entsprechende Hardware inkludiert. Um diese zu nutzen, ist nicht viel Programmieraufwand notwendig, lediglich durch das Setzen einiger Parameter wird der Pulsweitenmodulator gestartet; und durch Variation des genutzten Timers wird das Tastverhältnis von Eingeschaltet zu Ausgeschaltet verändert. Den Rest erledigt die Hardware nebenher sie brauchen also in Ihrer Software keinerlei Resourcen hierfür zur Verfügung stellen. Beispiel in Bascom zur Veranschaulichung: Die folgenden Zeilen starten PWM auf Port L.5 und dimmen das Display langsam von 0% auf 100% hoch um dann, nach 5 Sekunden Wartezeit, die Beleuchtung auf 50% zu reduzieren: Gosub Lcd_cls Call Lcd_print( "Display3000", 1, 1, 2, White, Red) Config Timer5 = Pwm, Pwm = 8, Compare C Pwm = Clear Up, Compare C Pwm = Clear Down, Prescale = 256 For I = 0 To 255 Step 5 Pwm5c = I Waitms 10 Next I Waitms 500 For I = 255 To 130 Step -5 Pwm5c = I Waitms 10 Next I End Dann endet das Programm. Preisfrage: Was passiert nach dem Programmende mit der Displaybeleuchtung? Wird sie abgeschaltet, bleibt sie bei 50% oder wieder bei 100%? Antwort auf der nächsten Seite. Zu kurzen Erläuterung: PortL.5 hängt an der Hardware für den PWM Kanal C. Mit Pwm5c wird das entsprechende Register mit dem gewünschten Wert beschrieben. Seite 68 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

69 Zur Verdeutlichung haben wir zeigen wir das Ausgangssignal des Mikrocontrollers noch mit einem Logikananalyzer aufgezeichnet es ist die Aufzeichnung des Programms von der letzten Seite. Die gesamte Aufzeichnung ist 2 Sekunden lang, in jeder Zeile sind 400ms abgebildet. Sehr schön ist zu erkennen, wie sich das Tastverhältnis von Hell zu Dunkel mit fortlaufender Zeit verändert. Die ersten 510 ms werden benötigt, um die Helligkeit in 51 Schritten von 0 auf 100% zu steigern nach jedem Schritt folgt eine Wartezeit von 10 ms. Dann folgt eine Pause von 500ms (Waitms 500), in der das Display mit voller Stärke leuchtet. Dann wird das Display in 25 Schritten auf eine Leuchtstärke von ca. 50% gefahren (dies wird bei 1.25 Sekunden erreicht) und das Programm dann beendet. Nun die Antwort auf unsere Frage von der vorhergehenden Seite: Sie erkennen, obwohl das Programm beendet wurde (ca. ab Position 1,25 Sek.), arbeitet der ATMega seinen PWM-Befehl weiterhin ab (=das Display wird weiter in einem Tastverhältnis von 1:1 gepulst = also ca. halbe Helligkeit und halber Stromverbrauch der Hintergrundbeleuchtung) und verbraucht dabei keinerlei Resourcen des Mikrocontrollers. PWM benötigt also keine Rechenzeit, die Tastung wird automatisch per Hardware durchgeführt. Seite 69 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

70 Exkurs: Die RS232-Schnittstelle RS-232 ist eine Schnittstelle, welche die Daten Bit für Bit auf 2 Signal-Level sendet: - eine Spannung von -3 bis -25 Volt entspricht einer logischen Eins (1) - eine Spannung von +3 bis +25 Volt entspricht einer logischen Null (0) Wie das obige Bild zeigt, ist der Spannungsbereich von -3 bis +3 Volt undefiniert. In der Praxis ist dies jedoch nicht so. Meistens werden alle Spannungen oberhalb von +2,5 Volt als logische Eins angesehen und alle Spannungen darunter als logisch Null. Die elektronische Spezifikation der RS-232 Verbindung ist robust alle Ausgänge müssen einem Kurzschluss widerstehen und alle Eingänge müssen ein Schmitt-Trigger Verhalten haben. Dies lässt eine RS-232-Schnittstelle am PC wesentlich weniger anfällig sein, als z.b. die Parallelschnittstelle, welche mit TTL-Level arbeitet. RS-232 ist ein asynchrones Protokoll, d.h. es wird keine separate Clock-Information mit übertragen. Sowohl die Sende-, wie auch die Empfangsstation müssen die daher die genaue Geschwindigkeit kennen (als Baud-Rate bezeichnet). Wir nutzen hier die drei wichtigsten Leitungen des RS-232-Systems: - RxD : receive data (Empfang), Pin 2 am DB9 Stecker - TxD : transmit data (Senden), Pin 3 - Masse, Pin 5 Diese Pin-Nummern entsprechen der Nummerierung am normalen DB9-Stecker am PC oder Laptop (siehe auch die Fotos auf der nächsten Seite). Wenn Sie eine Verbindung zwischen PC und Mikrocontroller aufbauen möchten, so benötigen Sie ein übliches serielles Kabel. Seite 70 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

71 Pin 2 ist definiert als Empfangskanal des PCs, daher müssen Sie hier den Sendekanal (TX) des Mikrocontrollerboards anschließen. Pin 3 entspricht dem Sendekanal des PCs, dieser wird an den Eingang des Boards (RX) angeschlossen. Der ATMega2560 bietet vier unabhängige serielle Interfaces (low level also 5 Volt), die intern mit Null bis drei gekennzeichnet sind (also Rx/Tx0, Rx/Tx1, Rx/Tx2, Rx/Tx3,). Für die Kommunikation mit High-Level Systemen (also Volt wie z.b. bei einem PC) haben wir die Interfaces 1 und 3 verwendet. Das Interface 1 steht an den Ports D.2 und D.3 zur Verfügung; Interface 3 an J0 und J1. Diese Ports sind mit dem RS-232-Transceiver auf dem Board verbunden, denn der Mikrocontroller kennt nur den Pegel von 5 Volt und wie Sie oben lesen konnten, sind für RS-232 Spannungen notwendig, die nicht Mikrocontroller-tauglich sind. Wenn Sie die RS-232 Leitung des PCs direkt an den Mikrocontroller anschließen würden, würde dieser vermutlich zerstört werden. Hierfür benötigen Sie einen RS232 Transceiver als Pegelwandler. Achtung: Die Lötpads RX und TX der RS232 Schnittstelle können deutlich mehr als 5 Volt betragen, daher müssen Sie hier vorsichtig sein. Wenn der Mikrocontroller direkt mit diesen Signalen in Verbindung kommt, wird er beschädigt oder zerstört. Wenn Sie das RS-232 Interface der Platine nutzen möchten, hilft Ihnen evtl. das nachfolgende Beispiel. Tipp: Diese Schnittstelle ist auch sehr praktisch zum Debuggen eigener Software, wenn kein eigener Debugger zur Verfügung steht. Mittels des Print-Befehls können Sie jederzeit z.b. den Inhalt einer Variable ausgeben um zu kontrollieren, ob diese den erwarteten Wert enhält. Seite 71 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

72 Die Ausgabe des Boards über die RS-232 Schnittstelle lassen Sie sich dann mittels eines Terminal-Programms anzeigen. Unter MS-Windows nutzen Sie z.b. das Programm Hyperterminal, in Bascom gibt es einen eingebauten Monitor etc. Das nachfolgende kleine Programm gibt permanent einen String auf dem Schnittstellenausgang aus damit können Sie schnell eine funktionsfähige Verbindung aufbauen. sample program RS232 output $regfile = "m2560def.dat" $crystal = $baud1 = 9600 Open "COM4:" For Binary As #1 'COM4: RX3/TX3 Do Print #1, "Hello world" Wait 1 Loop Close #1 End RS232 und die Taktfrequenz Wenn Sie eine größere Datenmenge übertragen möchten, oder ihre Daten fehlerfrei ankommen sollen, dann sollten Sie wissen, dass die notwendige Frequenz zur passenden Baud- Rate vom Mikrocontroller durch Teilen der Taktfrequenz des Mikrocontrollers erreicht wird. Zwei Dinge sind wichtig zu wissen: a) Der eingebaute interne Taktgeber des Controllers ist nicht sehr genau die Frequenz schwankt im Übrigen auch noch je nach Umgebungstemperatur. Wenn also Ihr Board ohne externen Quarz betrieben wird, sind Übertragungsprobleme zu erwarten. Besser, Sie setzen einen Quarz ein unsere Boards sind alle dafür vorbereitet, und Sie können das Board direkt mit einen Quarz und der korrekten Einstellung bestellen. b) Der übliche externe 16 MHz-Quarz ist nicht optimal (aber in der Regel akzeptabel), denn durch die Teilung wird keine 100% korrekte für eine RS232-Baudrate notwendige Taktfrequenz erreicht. Ein idealer Quarz wäre einer mit einer Frequenz von z.b MHz. c) Sie müssen dem Compiler mitteilen, welche Taktfrequenz am Controller anliegt, sonst wird die Ermittlung des notwendigen Teilers für die Berechnung der Baudrate nicht korrekt durchgeführt. In Bascom führen Sie dies mit dem Befehl $crystal = am Anfang des Programms durch ( für 8 MHz; für 16 MHz, für MHz etc.). In WinAVR geschieht dies in der Datei Makefile. Hier muss die exakte Taktfrequenz des Quarzes eingegeben werden, ansonsten ist eine RS- 232-Verbindung aufgrund der falschen Baudrate nicht möglich. Seite 72 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

73 Die folgende Tabelle zeigt die Fehlerquote (gerundet) aufgeschlüsselt nach gewünschter Baudrate und Taktrate des Controllers. Eine schwarze Zahl ist OK, rote Zahlen können zu einer gestörten Verbindung führen. Taktfrequenz des Controllers in MHz Baud 1,00 2,00 4,00 7,373 8,00 11,059 14,318 14,746 16,00 18,432 20, ,2% 0,2% 0,2% 0,0% 0,2% 0,0% 0,0% 0,0% -0,1% 0,0% 0,0% ,2% 0,2% 0,2% 0,0% 0,2% 0,0% 0,2% 0,0% 0,2% 0,0% 0,2% ,0% 0,2% 0,2% 0,0% 0,2% 0,0% 0,2% 0,0% 0,2% 0,0% 0,2% ,5% -3,5% 2,1% 0,0% -0,8% 0,0% 0,2% 0,0% 0,6% 0,0% -0,2% ,5% -7,0% 0,2% 0,0% 0,2% 0,0% -0,8% 0,0% 0,2% 0,0% 0,2% ,5% 8,5% -3,5% 0,0% 2,1% 0,0% 0,2% 0,0% -0,8% 0,0% 0,9% ,6% 8,5% -7,0% 0,0% 0,2% 0,0% 1,3% 0,0% 0,2% 0,0% -1,4% ,5% 8,5% 8,5% 0,0% -3,5% 0,0% -2,9% 0,0% 2,1% 0,0% -1,4% ,6% -18,6% 8,5% 0,0% -7,0% 0,0% -2,9% 0,0% 0,2% 0,0% 1,7% ,7% 8,5% 8,5% 0,0% 8,5% 0,0% -2,9% 0,0% -3,5% 0,0% -1,4% ,9% -45,7% 8,5% 0,0% 8,5% 0,0% -2,9% 0,0% 8,5% 0,0% 8,5% ,0% -50,0% 0,0% -7,8% 0,0% -7,8% -10,5% -7,8% 0,0% -7,8% 0,0% In Bascom befindet sich übrigens ein Rechner, der Ihnen die Fehlerrate Ihrer gewählten Kombination aus Quarz und Baudrate anzeigt. Sie finden diesen unter dem Menü Options / Compiler / Communications (siehe nebenstehendes Foto) Seite 73 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51

74 Exkurs: Die RS485-Schnittstelle Das RS-485-Interface wird von Ihrer Software aus genauso wie die RS-232 Schnittstelle angesprochen. Daher gilt das oben besprochene auch ausnahmslos (mit Ausnahme der Spannungen und der Kabelverbindung) für die RS-485 Schnittstelle. Diese Schnittstelle unterscheidet sich lediglich durch das genutzte Spannungsniveau: Oben wurde bereits erwähnt, dass RS-232 ist ein Kommunikationsstandard ist, welches die Daten Bit für Bit auf 2 Signal-Level sendet: - eine Spannung von -3 bis -25 Volt entspricht einer logischen Eins (1) - eine Spannung von +3 bis +25 Volt entspricht einer logischen Null (0) Die RS-232-Verbindung hat eine Masseleitung und eine Datenleitung, welche Spannungen zwischen -25V und +25V gegen Masse aufweisen kann. Der Nachteil bei dieser Signalübertragung ist die Anfälligkeit für Störungen. Ein Störimpuls ist bei einer langen Leitung schnell eingefangen, wird als Bit erkannt und führt zu einer fehlerhaften Übertragung. Mit RS-485 wurde eine andere Übertragungsart gewählt. Die Datenleitungen in eine Richtung heißen hier A und B. Ein Bit wird hier durch eine Pegeländerungen auf beiden Leitungen gleichzeitig gekennzeichnet (ein sog. Differenzielles Signal). Bei einem Low-Signal liegt auf der Leitung kein Pegel an, bei einem High-Signal liegt auf der A-Leitung ein +5Volt-Signal, auf der B- Leitung ein -5Volt-Signal an. Ein Störsignal von außen beeinflusst üblicherweise beide Leitungen identisch, so dass dieses als nicht gültiges Datenbit ausgefiltert wird. Das folgende Bild zeigt einen ausgefilterten Störimpuls bei einem Low-Bit. Ein Störimpuls während eines High- Bits würde natürlich ebenfalls erkannt, denn der Störimpuls würde dann ebenfalls dafür sorgen, dass Line A und B nicht das identische Muster zeigen. Die Signalübertragung ist somit wesentlich störunempfindlicher als eine RS232-Verbindung. Der CAN-Bus arbeitet übrigens nach einem ähnlichen Prinzip (siehe nächste Seite). Einen Steckerstandard wie bei RS-232 gibt es bei RS-485 nicht, hier wird einfach mit einem 2-adrigen Kabel gearbeitet (Halbduplex) oder bei Vollduplex mit einem 4-adrigen Kabel. Um Signal-Reflektionen zu vermeiden (und somit die Übertragungsqualität zu verbessern), sollten die beiden Endstationen (aber nur diese!) am RS485 Bus mit einem Terminierungswiderstand versehen werden (z.b. 120 Ohm). Seite 74 Manual D083 V2, ATMega2560 board V1.51