Расширение функциональных возможностей отладочных средств компании Avnet Electronic Marketing с помощью периферийных модулей фирмы Maxim

Назначение и состав комплекта периферийных модулей Maxim Integrated’s Analog Essentials Collection

Периферийные модули, составляющие комплект Maxim Integrated’s Analog Essentials Collection, предназначены для совместного использования с различными отладочными платами, содержащими разъемы, форм-фактор и подключение контактов которых полностью соответствует стандарту PMOD компании Digilent. В качестве примера на рис. 1 показан вариант применения этих модулей для расширения функциональных возможностей отладочной платы ZedBoard (Zynq Evaluation and Development Board) [4].

Рис. 1. Пример использования комплекта Maxim Integrated’s Analog Essentials Collection для расширения возможностей инструментального модуля ZedBoard

Этот комплект позволяет дополнить архитектуру применяемых отладочных аппаратных средств различными аналоговыми, а также смешанными аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми узлами в соответствии с целевым назначением разрабатываемых устройств или встраиваемых микропроцессорных систем. В состав этого комплекта входят 15 модулей, реализованных на базе интегральных микросхем компании MaximIntegrated Products. Они выполняют следующие функции:

• генерации сигналов синхронизации с программируемым значением частоты;
• часов реального времени RTC (Real Time Clock);
• аналого-цифрового преобразования сигналов с 16-разрядным разрешением;
• приемопередатчика интерфейса RS-485;
• изоляции интерфейсов SPI и UART;
• измерения температуры;
• цифрового преобразователя для термопар К-типа;
• приемопередатчика интерфейса RS-232;
• датчика освещенности и приближения;
• управления реле;
• цифро-аналогового преобразования сигналов с 16-разрядным разрешением;
• цифрового потенциометра с линейной характеристикой;
• восьмиканального цифро-аналогового преобразования сигналов с 12-разрядным разрешением;
• 16-портового контроллера ввода/вывода GPIO;
• программируемого ограничения тока нагрузки.

Чтобы продемонстрировать пользователям образец применения этих периферийных модулей в составе архитектуры встраиваемых микропроцессорных систем, специалисты Maxim Integrated Products разработали два проекта, предназначенные для реализации на базе отладочных плат компании Avnet Electronic Marketing с использованием рассматриваемого комплекта — Xilinx Spartan-6 FPGA LX9 MicroBoard [2] и ZedBoard [4]. Обобщенная структура этих проектов представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структура демонстрационного проекта встраиваемой микропроцессорной системы, включающей в себя периферийные модули

Проект встраиваемой микропроцессорной системы, реализуемой на базе отладочной платы Xilinx Spartan-6 FPGA LX9 MicroBoard и периферийных модулей комплекта Maxim Integrated’s Analog Essentials Collection, выполнен на основе конфигурируемого ядра MicroBlaze [5, 6, 7, 8, 9]. Проект, предназначенный для реализации на базе инструментального модуля ZedBoard и рассматриваемого комплекта, разработан на основе ядра ARM Cortex-A9MPCore программируемой системы на кристалле семейства Zynq-7000 AP SoC. Архивы исходных файлов перечисленных демонстрационных проектов доступны для свободного копирования на Web-странице компании Maxim Integrated Products (www.maximintegrated.com/FPGA-modules /ссылка утрачена/). Пошаговые инструкции по выполнению демонстрационных проектов для отладочных средств Xilinx Spartan-6 FPGA LX9 MicroBoard и ZedBoardсодержатся в [10, 11] соответственно.

Модуль расширения DS1086LPMB1

Модуль расширения DS1086LPMB1 представляет собой генератор импульсов синхронизации с изменяемым значением частоты формируемого сигнала. Внешний вид этого модуля показан на рис. 3.

Рис. 3. Внешний вид модуля расширения DS1086LPMB1

Этот модуль расширения позволяет формировать тактовый сигнал, значение частоты которого можно выбирать в диапазоне от 130 кГц до 66 МГц. Программирование требуемого значения частоты выходного сигнала осуществляется через интерфейс I²C. Поэтому порт PMOD отладочной платы, к которому подключается модуль расширения DS1086LPMB1, должен быть сконфигурирован с поддержкой этого интерфейса. На плате модуля формирования тактовых сигналов установлен дополнительный разъем интерфейса I²C (J2), который обеспечивает возможность присоединения внешних устройств к этой шине.

В модуле расширения DS1086LPMB1 предусмотрена также возможность блокировки вырабатываемого сигнала синхронизации. Для этой цели в составе порта PMOD используется соответствующий вход управления, для которого активным уровнем сигнала является высокий логический уровень напряжения. При подаче на указанный вход низкого логического уровня напряжения выходной буферный элемент переводится в выключенное состояние, но при этом работа генератора не прекращается.

Кроме того, рассматриваемый модуль предоставляет возможность переключения в дежурный режим, обеспечивающий снижение уровня энергопотребления. В этом случае помимо блокировки выходного буферного элемента осуществляется также выключение генератора сигнала синхронизации. Перевод модуля в дежурный режим и выход из него производится с помощью соответствующего сигнала управления порта PMOD, для которого активным является низкий уровень напряжения.

Структурная схема модуля расширения DS1086LPMB1 изображена на рис. 4. Основным компонентом этой схемы является интегральная микросхема DS1086L, которая содержит программируемый генератор тактового сигнала, отличающийся низким уровнем паразитного электромагнитного излучения. Все параметры вырабатываемого сигнала синхронизации сохраняются во внутренней энергонезависимой памяти этой микросхемы.

Рис. 4. Структурная схема модуля расширения DS1086LPMB1

Модуль расширения DS1086LPMB1 целесообразно использовать в качестве генератора дополнительного сигнала синхронизации в составе разрабатываемых устройств и встраиваемых систем, реализуемых на базе кристаллов программируемой логики и расширяемых процессорных платформ. Применение этого модуля в системах, поддерживающих режим динамического реконфигурирования, предоставляет возможность изменения в процессе функционирования значения тактовой частоты отдельных функциональных блоков этих систем, а также снижения суммарной потребляемой мощности при выключении вырабатываемого сигнала синхронизации.

Периферийный модуль DS3231MPMB1

 Периферийный модуль DS3231MPMB1 содержит часы реального времени RTC, отличающиеся сверхвысокой точностью и низким уровнем энергопотребления. Конструктивное исполнение этого модуля расширения показано на рис. 5.

Рис. 5. Конструктивное исполнение периферийного модуля DS3231MPMB1

В периферийном модуле DS3231MPMB1 формируется полная информация о текущих значениях времени и даты. Эта информация предоставляется по шине интерфейса I²C в виде значений секунд, минут, часов, дня, дня недели, месяца и года. При этом предусмотрена автоматическая корректировка даты в конце каждого месяца в соответствии с количеством дней в этом месяце, которая производится с учетом високосного года. Информация о текущем значении часов может быть представлена как в 24-, так и в 12-часовом формате. В последнем случае приводятся также сведения о соответствующей части суток в форме признака AM/PM. Точность измерения времени в диапазоне температур от –40 до +85 °C составляет ±5 ppm, что соответствует ±0,432  с/день.

В рассматриваемом модуле имеется дополнительный выход сигнала со значением частоты 32,768 кГц, который может использоваться другими устройствами для отсчета требуемых временных интервалов. Кроме того, этот периферийный модуль позволяет задействовать два будильника с программируемыми значениями даты и времени срабатывания. На плате модуля расширения DS3231MPMB1 расположена панель, предназначенная для установки литиевого элемента питания. Этот элемент выполняет функцию резервного источника напряжения питания, который обеспечивает непрерывную работу часов реального времени и сохранение всех установленных настроек при отключении основного источника питания периферийного модуля.

Структурное представление архитектуры периферийного модуля DS3231MPMB1 приведено на рис. 6. Основу его архитектуры образует микросхема DS3231M, которая представляет собой часы реального времени с температурной компенсацией и интегрированным резонатором, выполненным по технологии MEMS (Micro Electronic Mechanical Systems). Применение MEMS-резонатора в сочетании с термокомпенсацией обеспечивает высокую точность хронометрирования на протяжении длительных интервалов времени. В состав микросхемы DS3231M входит также цифровой датчик температуры, позволяющий проводить измерения с точностью ±3 °C.

Рис. 6. Структурное представление архитектуры периферийного модуля DS3231MPMB1

Периферийный модуль DS3231MPMB1 подключается к порту PMOD отладочной платы, который должен быть сконфигурирован с поддержкой интерфейса I²C. Дополнительный разъем интерфейса I²C (J2), установленный на плате модуля часов реального времени, предоставляет возможность подключения других внешних устройств к этой шине.

Модуль расширения DS3231MPMB1 рекомендуется использовать в составе встраиваемых систем сбора данных и промышленной автоматизации, функционирующих в режиме реального времени.

Модуль расширения MAX11205PMB1

Модуль расширения MAX11205PMB1 включает в себя АЦП, характеризующийся высоким разрешением и ультранизким значением потребляемой мощности. Внешний вид этого периферийного модуля представлен на рис. 7.

Рис. 7. Внешний вид модуля расширения MAX11205PMB1

Периферийный модуль MAX11205PMB1 позволяет выполнять преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму с 16-разрядным разрешением при частоте дискретизации 120 выборок/с. Результаты преобразования передаются на выход через последовательный двухпроводный интерфейс, подобный интерфейсу SPI.

Структурная схема периферийного модуля MAX11205PMB1 изображена на рис. 8. В качестве главного компонента этой схемы используется интегральная микросхема MAX11205, которая представляет собой ΣΔ-АЦП со встроенным тактовым генератором, отличающийся отсутствием пропущенных кодов и сверхнизким энергопотреблением. Максимальное значение тока, потребляемого микросхемой MAX11205 в активном режиме, не превосходит 300 мкА. Опорное напряжение для АЦП формируется прецизионным интегральным стабилизатором MAX6037. Для формирования напряжения питания аналоговой части АЦП MAX11205 в составе рассматриваемого модуля расширения предусмотрен малошумящий линейный стабилизатор с низким падением напряжения на регулирующем элементе (Low Dropout Output, LDO) MAX8510.

Рис. 8. Структурная схема периферийного модуля MAX11205PMB1

Периферийный модуль MAX11205PMB1 можно эффективно использовать при реализации и отладке различных измерительных систем, в которых предъявляются высокие требования к точности и минимизации уровня энергопотребления. 

Периферийный модуль MAX14840PMB1

Модуль расширения MAX14840PMB1 содержит высокоскоростные приемопередатчики, предназначенные для организации полудуплексных сетей интерфейса RS-485. Конструктивное исполнение этого периферийного модуля показано на рис. 9.

Рис. 9. Конструктивное исполнение периферийного модуля MAX14840PMB1

Приемопередатчики этого модуля расширения поддерживают скорость передачи данных до 40 Мбит/с и оснащены повышенной защитой от электростатического разряда. Применение в приемном тракте специальной схемы защиты от несимметричности сигнала, а также расширенного до 170 мВ гистерезиса входного сигнала позволяют значительно увеличить устойчивость к помехам при передаче данных на большие расстояния.

Структурная схема периферийного модуля MAX14840PMB1 приведена на рис. 10. Ее основу образует интегральная микросхема MAX14840E, включающая в себя приемопередатчики интерфейса RS-485 со встроенным блоком защиты выходных драйверов. Этот блок обеспечивает ограничение выходного тока при коротком замыкании линии передачи данных, сохраняя тем самым работоспособность выходных драйверов и сокращая потери энергии в системе. В микросхеме MAX14840E предусмотрен также блок тепловой защиты, который переводит выходные драйверы в выключенное состояние в случае превышения порогового значения температуры (+160 °C).

Рис. 10. Структурная схема модуля расширения MAX14840PMB1

Порт PMOD отладочной платы, к которому подключается рассматриваемый периферийный модуль, должен поддерживать последовательные универсальные приемопередатчики UART.

Модуль расширения MAX14840PMB1 рекомендуется использовать для реализации и аппаратной отладки встраиваемых микропроцессорных систем с поддержкой интерфейса RS-485, в том числе промышленных систем автоматизированного управления и систем управления двигателями. 

Модуль расширения MAX14850PMB1

Периферийный модуль MAX14850PMB1 представляет собой шестиканальный цифровой изолятор, который можно применять для изоляции шин интерфейсов SPI и UART. Четыре однонаправленных канала позволяют осуществлять передачу данных со скоростью, достигающей 50 Мбит/с. Для этих каналов предусмотрена защита от короткого замыкания. Два двунаправленных канала предоставляют возможность передачи цифровых данных с максимальной скоростью, достигающей 2 Мбит/с. Электрическая прочность изоляции составляет 600 В в течение 60 с.

Внешний вид периферийного модуля MAX14850PMB1 показан на рис. 11. Применение в этом модуле выходного разъема, соответствующего спецификации PMOD, обеспечивает возможность непосредственного подключения к нему других модулей расширения, в частности, приемопередатчиков интерфейса RS-232.

Рис. 11. Внешний вид периферийного модуля MAX14850PMB1

Структурная схема периферийного модуля MAX14850PMB1 представлена на рис. 12. Центральным компонентом его структуры является микросхема MAX14850, содержащая изолятор цифровых сигналов в монолитном исполнении.

Рис. 12. Структурная схема модуля расширения MAX14850PMB1

Модуль расширения MAX14850PMB1 целесообразно использовать для изоляции шин интерфейсов SPI и UART, применяемых в составе встраиваемых систем промышленной автоматизации и телекоммуникационных систем.

Периферийный модуль MAX31723PMB1

Модуль расширения MAX31723PMB1 выполняет функции цифрового термометра-термостата. С его помощью можно измерять температуру в диапазоне от –55 до +125 °C с программируемым разрешением и максимальным значением погрешности ±0,5 °C. Пользователь может устанавливать разрешающую способность этого периферийного модуля в диапазоне от девяти до двенадцати разрядов или от 0,5 до 0,0625 °C соответственно. Информация о результатах измерения температуры может передаваться на выход модуля по последовательному трехпроводному или SPI-интерфейсу. Выбор требуемого интерфейса осуществляется с помощью группы коммутационных перемычек JP2. Конструктивное исполнение MAX31723PMB1 приведено на рис. 13.

Рис. 13. Конструктивное исполнение периферийного модуля MAX31723PMB1

Для использования этого периферийного модуля в качестве термостата предусмотрен специальный выход с открытым стоком и активным низким логическим уровнем сигнала. Пороговые значения температуры, при которых производится переключение сигнала на этом выходе, программируются пользователем и сохраняются в энергонезависимой памяти. Структура периферийного модуля MAX31723PMB1 показана на рис. 14. Главным элементом этой структуры является интегральная микросхема MAX31723, которая обеспечивает перечисленные выше характеристики и отличается низким уровнем энергопотребления, а также относительно малым временем преобразования. Типовое значение потребляемого тока в режиме ожидания составляет 2,4 мкА, а в режиме измерения — 1 мА. Время преобразования при 12-разрядном разрешении не превосходит 200 мс, а при 9-разрядном — 20 мс.

Рис. 14. Структурная схема модуля расширения MAX31723PMB1

Для работы с MAX31723PMB1 соответствующий порт PMOD отладочной платы должен поддерживать интерфейс SPI или GPIO. Этот модуль расширения рекомендуется использовать при реализации и отладке встраиваемых микропроцессорных систем сбора данных, измерительных устройств и систем температурного контроля окружающей среды. 

Модуль расширения MAX31855PMB1

Модуль расширения MAX31855PMB1 представляет собой высокоточный цифровой преобразователь для термопар K-типа. Внешний вид этого периферийного модуля показан на рис. 15.

Рис. 15. Внешний вид периферийного модуля MAX31855PMB1

Рассматриваемый модуль осуществляет преобразование выходных сигналов термопар K-типа в цифровой двоичный 14-разрядный код со знаком и разрешением 0,25 °C, который может считываться через последовательный интерфейс, совместимый с интерфейсом SPI. Модуль MAX31855PMB1 позволяет проводить измерение температуры в диапазоне от –200 до +700 °C с точностью ±2 °C при использовании термопар указанного типа без проведения дополнительной калибровки. Структурная схема этого периферийного модуля изображена на рис. 16. Основным ее компонентом является интегральная микросхема MAX31855, которая включает в себя прецизионный усилитель, датчик температуры для компенсации опорного спая термопары, АЦП и контроллер последовательного трехпроводного интерфейса. В составе этой микросхемы предусмотрен детектор замыкания выводов термопары на шину питания и общую шину, а также детектор разрыва измерительной цепи.

Рис. 16. Структурная схема модуля расширения MAX31855PMB1

MAX31855PMB1 можно эффективно применять для измерения и контроля температуры в составе встраиваемых микропроцессорных систем управления отоплением, вентиляцией и кондиционированием, а также в составе систем экологического мониторинга. Для подключения этого модуля расширения к отладочной плате необходимо использовать порт PMOD, поддерживающий соответствующий протокол интерфейса SPI. 

Модуль расширения MAX3232PMB1

 Модуль MAX3232PMB1 содержит приемопередатчики сигналов интерфейса RS-232 с защитой по входам до ±15 кВ. Конструктивное исполнение этого периферийного модуля представлено на рис. 17.

Рис. 17. Конструктивное исполнение периферийного модуля MAX3232PMB1

Этот модуль включает в себя два приемника и два передатчика, которые позволяют реализовать протокол передачи данных по интерфейсу RS-232 с возможностью использования сигналов подтверждения CTS и RTS.

Структурная схема периферийного модуля MAX3232PMB1 приведена на рис. 18. Ее основу образует интегральная микросхема MAX3232E. Для выбора требуемого варианта использования сигналов подтвержденияCTS и RTS на плате модуля расширения предусмотрена группа коммутационных перемычек JP1. Выходной девятиконтактный разъем этого модуля позволяет подключать стандартные типовые и нуль-модемные кабели интерфейса RS-232.

Рис. 18. Структурная схема периферийного модуля MAX3232PMB1

Периферийный модуль MAX3232PMB1 целесообразно применять для отладки встраиваемых микропроцессорных систем, в которых необходима полнофункциональная реализация интерфейса RS-232. При этом порт PMOD отладочной платы, к которому подключается этот модуль расширения, должен конфигурироваться с поддержкой последовательных универсальных приемопередатчиков UART.

Периферийный модуль MAX44000PMB1

 Модуль MAX44000PMB1 включает в себя широкодиапазонный цифровой датчик освещенности, совмещенный с инфракрасным датчиком приближения. Внешний вид этого периферийного модуля представлен на рис. 19.

Рис. 19. Внешний вид периферийного модуля MAX44000PMB1

Этот модуль расширения позволяет производить измерение освещенности в широком динамическом диапазоне — от 0,03 до 65535 лк и отличается при этом сверхнизким уровнем энергопотребления. Потребляемый ток при работе только датчика освещенности составляет 5  мкА, а при функционировании только датчика приближения — 7 мкА. При одновременном измерении освещенности и контроле приближения объектов суммарное значение потребляемого тока составляет 70 мкА с учетом импульсного тока инфракрасного светодиода. Информация о результатах измерения передается на выход модуля по шине интерфейса I²C. Поэтому порт PMOD отладочной платы, используемый для подключения модуля MAX44000PMB1, должен поддерживать этот интерфейс. Дополнительный разъем интерфейса I²C (J2), установленный на плате периферийного модуля, позволяет подключать различные внешние устройства к этой шине.

Структурное представление архитектуры периферийного модуля MAX44000PMB1 приведено на рис. 20. Основу этой архитектуры образует интегральная микросхема MAX44000, в состав которой входят три фотодетектора, два АЦП и интерфейсный блок. Эта микросхема выполнена по технологии BiCMOS, которая позволяет совместить в датчике освещенности два фотодиода и оптический фильтр для фильтрации ультрафиолетового и инфракрасного излучения, что обеспечивает высокую степень соответствия восприятию человеческого глаза. Встроенный датчик приближения микросхемы MAX44000 согласованно функционирует совместно с интегрированным драйвером управления внешним инфракрасным светодиодом.

Рис. 20. Структурное представление архитектуры модуля расширения MAX44000PMB1

Периферийный модуль MAX44000PMB1 рекомендуется использовать для отладки и реализации интеллектуальных встраиваемых микропроцессорных систем контроля освещенности, интерактивных сенсорных устройств управления, систем фотометрии и безопасности.

Модуль расширения MAX4824PMB1

 Модуль MAX4824PMB1 представляет собой восьмиканальный драйвер управления реле. Каждый канал этого модуля гарантированно обеспечивает ток нагрузки 70 мА. Конструктивное исполнение периферийного модуля MAX4824PMB1 показано на рис. 21.

Рис. 21. Конструктивное исполнение модуля расширения MAX4824PMB1

Структурная схема этого модуля приведена на рис. 22. Основным компонентом схемы является интегральная микросхема MAX4824, которая содержит восемь независимых каналов управления реле. Типовое значение сопротивления каждого канала этой микросхемы в рабочем состоянии составляет 2,7 Ом. Встроенная схема защиты, выполненная на базе стабилитронов, позволяет существенно сократить время восстановления, обеспечивая тем самым повышение скорости переключения. В микросхеме MAX4824 предусмотрен также уникальный режим энергосбережения, предоставляющий возможность снижения тока до минимального значения тока удержания реле.

Рис. 22. Структурная схема периферийного модуля MAX4824PMB1

Периферийный модуль MAX4824PMB1 целесообразно использовать при реализации и отладке систем промышленной автоматизации. При этом порт PMOD отладочной платы, к которому подключается модуль управления реле, должен поддерживать интерфейс GPIO.

Периферийный модуль MAX5216PMB1

 Модуль расширения MAX5216PMB1 содержит высокоточный 16-разрядный ЦАП с прецизионным источником опорного напряжения. Внешний вид этого периферийного модуля представлен на рис. 23.

Рис. 23. Внешний вид модуля расширения MAX5216PMB1

Модуль позволяет выполнять операции преобразования цифрового сигнала в аналоговую форму с низким уровнем интегральной нелинейности во всем рабочем диапазоне, который не превосходит величины одного младшего значащего разряда (±1 LSB). Входные данные поступают в периферийный модуль MAX5216PMB1 через последовательный высокоскоростной трехпроводный интерфейс, совместимый с интерфейсом SPI. Поэтому порт PMOD отладочной платы, используемый для подключения этого модуля, должен поддерживать указанный интерфейс.

Структурное представление архитектуры модуля расширения MAX5216PMB1 приведено на рис. 24.

Рис. 24. Структурное представление архитектуры модуля расширения MAX5216PMB1

Основой этой архитектуры является интегральная микросхема MAX5216, которая представляет собой 16-разрядный ЦАП со встроенным буфером и низким уровнем энергопотребления. Буферизация выхода ЦАП обеспечивает снижение значения потребляемого тока в рабочем режиме до уровня 80 мкА и достижение минимальной погрешности, составляющей ±0,25 мВ. Для формирования прецизионного значения опорного напряжения в составе модуля расширения MAX5216PMB1 применяется интегральный стабилизатор MAX6029. Этот стабилизатор вырабатывает на выходе напряжение 2,5 В с точностью 0,15%. Выбор источника опорного напряжения осуществляется с помощью группы коммутационных перемычек JP1.

Периферийный модуль MAX5216PMB1 можно эффективно использовать для реализации и аппаратной отладки встраиваемых систем автоматического регулирования, управления промышленными процессами и коммуникационных систем.

Модуль расширения MAX5487PMB1

 Периферийный модуль MAX5487PMB1 включает в себя сдвоенный цифровой 256-позиционный потенциометр с линейной характеристикой. Номинальное значение сквозного сопротивления каждого потенциометра составляет 10 кОм, а температурный коэффициент сквозного сопротивления потенциометров — 35 ppm/°C. Конструктивное исполнение периферийного модуля MAX5487PMB1 приведено на рис. 25. На печатной плате этого модуля предусмотрены контактные площадки, предназначенные для монтажа перемычек, образованных припоем, которые позволяют использовать цифровые потенциометры в режиме переменных (регулируемых) сопротивлений.

Рис. 25. Конструктивное исполнение модуля расширения MAX5487PMB1

Управление цифровыми потенциометрами осуществляется посредством последовательного трехпроводного интерфейса, совместимого с интерфейсом SPI. Информация обо всех установленных значениях параметров функционирования потенциометров сохраняется в энергонезависимой памяти. Поэтому при отключении источника питания и последующей подаче питающего напряжения все настройки потенциометров автоматически восстанавливаются.

Структурная схема модуля расширения MAX5487PMB1 приведена на рис. 26. Основным ее компонентом является интегральная микросхема MAX5487, которая представляет собой двойной цифровой энергонезависимый потенциометр, отличающийся высокой надежностью. Эта микросхема гарантирует 200 000 циклов записи/чтения параметров настройки потенциометров с 50-летним сроком хранения записанных данных.

Рис. 26. Структурная схема модуля расширения MAX5487PMB1

Этот периферийный модуль можно рекомендовать для применения в процессе аппаратной отладки различных систем автоматического регулирования. При этом порт PMOD отладочной платы, используемый для подключения модуля расширения MAX5487PMB1, должен быть сконфигурирован с поддержкой интерфейса SPI.

Модуль расширения MAX5825PMB1

 Модуль MAX5825PMB1 представляет собой восьмиканальный 12-разрядный ЦАП с буферизированным выходом и программируемым источником опорного напряжения. Погрешность напряжения, формируемого на выходах ЦАП, не превосходит величины младшего значащего разряда (±1 LSB). Внешний вид этого периферийного модуля показан на рис. 27.

Рис. 27. Внешний вид модуля расширения MAX5825PMB1

Передача данных и управление работой ЦАП осуществляется посредством интерфейса I²C, максимальная тактовая частота которого может достигать 400 кГц. Поэтому порт PMOD отладочной платы, к которому подключается модуль расширения MAX5825PMB1, должен поддерживать этот интерфейс. Дополнительный разъем интерфейса I²C (J2), установленный на плате рассматриваемого периферийного модуля, обеспечивает возможность присоединения внешних устройств к этой шине.

Структурное представление архитектуры модуля MAX5825PMB1 приведено на рис. 28.

Рис. 28. Структурное представление архитектуры периферийного модуля MAX5825PMB1

Основу этой архитектуры образует интегральная микросхема MAX5825, которая содержит восемь независимых каналов цифро-аналогового преобразования и отличается ультранизким энергопотреблением. Интегрированные выходные буферы этой микросхемы обеспечивают время установления 4,5 мкс и возможность непосредственного управления нагрузкой 2 кОм. Внутренний программируемый источник опорного напряжения, характеризующийся температурной стабильностью 3 ppm/°C, предоставляет возможность выбора одного из трех вариантов — 2,048, 2,5 или 4,096 В. Наличие встроенного сторожевого таймера обеспечивает контроль активности и работоспособности интерфейсных входов и выходов. В микросхеме MAX5825 предусмотрена возможность использования внешнего источника опорного напряжения, которое может подаваться через соответствующий разъем периферийного модуля. Кроме того, эта микросхема имеет специальные входы, предоставляющие возможность асинхронного управления работой ЦАП.

Периферийный модуль MAX5825PMB1 целесообразно применять при реализации и аппаратной отладке многоканальных встраиваемых систем автоматического регулирования, управления промышленными процессами и коммуникационных систем.

Периферийный модуль MAX7304PMB

 Модуль MAX7304PMB содержит универсальный контроллер ввода/вывода, предоставляющий 16 портов GPIO, из которых четыре порта можно использовать в качестве драйверов светодиодов с возможностью точного регулирования яркости с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Конструктивное исполнение этого периферийного модуля показано на рис. 29.

Рис. 29. Конструктивное исполнение модуля расширения MAX7304PMB

Модуль MAX7304PMB оснащен интерфейсом I²C, поддерживающим максимальную тактовую частоту 400 кГц. В этом модуле расширения предусмотрена возможность выбора адреса с помощью группы коммутационных перемычек и подключения дополнительных устройств к шине интерфейса I²C через добавочный разъем.

Модуль выполнен на базе интегральной микросхемы MAX7304, которая представляет собой 16-канальный контроллер ввода/вывода. Эта микросхема позволяет подключать два источника питания с различными уровнями напряжения, значения которых можно выбирать в диапазоне от 1,62 до 3,6 В. При этом микросхема может выполнять функции преобразователя логических уровней. К четырем портам микросхемы, поддерживающим возможность управления током нагрузки с помощью 256-шаговой ШИМ, в модуле расширения MAX7304PMB подключены светодиоды. Микросхема MAX7304 обеспечивает возможность индивидуальной регулировки яркости свечения светодиодов, установленных на выходах этих портов. Каждый из портов PORT12–PORT15 поддерживает максимальный ток нагрузки, достигающий 20 мА. Структурная схема периферийного модуля MAX7304PMB изображена на рис. 30.

Рис. 30. Структурная схема модуля расширения MAX7304PMB

Модуль расширения MAX7304PMB можно применять в составе разрабатываемых систем для выполнения различных функций, например для управления подсветкой, согласования логических уровней, в качестве интерфейсного блока.

 Модуль расширения MAX9611PMB1

Периферийный модуль MAX9611PMB1 является программируемым ограничителем тока нагрузки, управляемым через интерфейс I²C. Этот модуль обеспечивает возможность установки предельного тока нагрузки до 1 А. Для повышения точности устанавливаемого порога ограничения тока предусмотрено два диапазона, переключение между которыми осуществляется с помощью коммутационных перемычек. Предельное значение тока ограничения первого диапазона составляет 2,56 А, а шаг регулирования — 10 мА. При этом не рекомендуется устанавливать пороговые значения тока нагрузки, превышающие 1 А. Для второго диапазона максимальный ток нагрузки ограничен значением 0,256 А, а шаг регулирования составляет 1 мА. Этот модуль поддерживает возможность работы с внешним источником питания, напряжение которого не превосходит 30 В. Внешний вид периферийного модуля MAX9611PMB1 представлен на рис. 31.

Рис. 31. Внешний вид модуля расширения MAX9611PMB1

Архитектуру этого модуля (рис. 32) образуют следующие функциональные блоки:

• 12-разрядный АЦП;
• схема регулирования тока нагрузки;
• 8-разрядный ЦАП.

Рис. 32. Структурное представление архитектуры периферийного модуля MAX9611PMB1

12-разрядный АЦП применяется для измерения текущего значения напряжения и тока нагрузки. Этот блок реализован на базе микросхемы MAX9611, которая кроме указанного АЦП, частота дискретизации которого составляет 500 выборок/с, включает в себя усилительный каскад. Его можно использовать в режиме операционного усилителя или компаратора. Схема регулирования тока нагрузки осуществляет ограничение тока при достижении установленного значения. Эта схема выполнена на основе p-канального полевого транзистора Si2303. 8-разрядный ЦАП выполняет функции программируемого формирователя уровня напряжения, значение которого определяет порог ограничения тока нагрузки. В качестве этого ЦАП применяется интегральная микросхема MAX5380.

Управление работой АЦП и ЦАП осуществляется посредством интерфейса I²C. Поэтому порт PMODотладочной платы, используемый для подключения модуля расширения MAX9611PMB1, должен поддерживать указанный интерфейс. В этом периферийном модуле предусмотрена возможность установки требуемого адреса с помощью группы коммутационных перемычек и подключения внешних устройств к шине интерфейса I²C через дополнительный разъем.

Рассмотренный модуль расширения целесообразно использовать для реализации и аппаратной отладки различных систем промышленной автоматизации, в частности, для ограничения пускового тока.

Заключительные рекомендации

 Представленный комплект периферийных модулей можно применять не только для расширения функциональных возможностей отладочных плат компании Avnet Electronic Marketing, но и совместно с аппаратными средствами других производителей, например фирм Xilinx и Digilent [12, 13, 14].

Модули расширения, входящие в состав инструментального комплекта Maxim Integrated’s Analog EssentialsCollection, можно использовать в качестве прототипов или образцов реализации соответствующих периферийных узлов разрабатываемых систем. Эти модули целесообразно применять также при выполнении ОКР для минимизации суммарного времени процесса разработки, достигаемой за счет исключения этапов проектирования и изготовления печатных плат и монтажа компонентов.

Низкая стоимость этого комплекта и широкий спектр предоставляемых возможностей позволяют рекомендовать его для использования в учебных лабораториях университетов с целью практического изучения различных дисциплин. Например, периферийные модули этого комплекта можно включать в состав лабораторных стендов, предназначенных для освоения современных методов проектирования встраиваемых микропроцессорных систем промышленной автоматизации, систем передачи и обработки данных, микроконтроллеров различного назначения, а также для изучения работы АЦП и ЦАП.