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QSPAVR40 Manual do usuário Ver 1.0


Introdução: É um excelente kit de microcontrolador da família Mega AVR da Atmel. O kit QSPAVR40 é um kit de desenvolvimento e aprendizagem utilizando microcontroladores de 40 pinos RISC AVR da empresa Atmel (www.atmel.com). Os microcontroladores AVR estão entre os melhores microcontroladores de 8 bits do mundo e em muitos aspectos superam os famosos microcontroladores PIC da Microchip. Este kit é uma ferramenta bastante interessante devido aos seus ótimos recursos de periférico, podendo ser utilizadas em cursos técnicos, universidades e também em projetos, garantindo rapidez no desenvolvimento de produtos que utilizem esta fantástica família de microcontroladores. O kit possui as seguintes características:

Microcontrolador Atmega32. Extremamente rápido tendo um ciclo de máquina igual a um período de clock. Teoricamente 4 vezes mais rápido que o PIC para uma mesma frequência de clock. Memória flash de 32 Kbytes. 2K bytes de memória RAM interna. 1K bytes de memória não volátil EEprom. Um conversores AD de 10 bits com 8 entradas multiplexadas. 2 contadores de 8 bits e um de 16 bits com prescalers. RTC com oscilador separado. Comunicação assíncrona UART e síncrona SPI master e slave e I2C. 4 PWM para controle de cargas como por exemplo motores CC. Oscilador interno ou externo selecionável via programação. Alimentação do microcontrolador de 2,7V à 5,5V para Atmega32L e 4,5V à 5,5V para

Atmega32. Oscilador de até 16Mhz. Até 32 I/Os disponíveis para uso geral. Entrada de tensão de referencia externa para o ADC.

Principais características do kit:

Alimentação de 12V com proteção de inversão de polaridade. Regulador de 5.0V para o microcontrolador e periféricos. Relê para acionar cargas AC e DC de média potência. Um buzzer para uso geral. Oito teclas do tipo push‐button com seleção via jumper para alto ou baixo. Um trimpot para testar o conversor AD. Uma referencia externa estável de 4,096V (MCP1541) Todos os pinos do microcontrolador estão sinalizados na placa. Oito leds para uso geral. Três display de 7 segmentos do tipo anodo comum vermelho. Um display LCD de 2x16 com backlight e ajuste de contraste. Um display GLCD de 128x64 pixels com backlight e ajuste de contraste. Uma comunicação serial RS232. Uma chave Dip‐Switch para selecionar os perifériocos do kit. Quatro portas de expansão para uso geral.


Conector para gravação In‐Circuit via SPI. Conector para depuração In‐Circuit via JTAG ICE. Cristal de 8Mhz para uso como oscilador externo. Pés de borracha para melhor fixação na bancada. Um botão de reset para microcontrolador. Um push‐button para testar a interrupção externa (INTE).

Principais aplicações do kit QSPAVR40:

Treinamento em escolas técnicas e faculdades. Desenvolvimento de códigos em assembly e em linguagem C. Desenvolvimento de protótipos e projetos. Estudo da arquitetura do microcontrolador AVR.

Itens que acompanham o kit:

1 Placa QSPAVR40. 1 gravador USB AVR. Uma fonte chaveada de 12V. CD com manual, exemplos de código, compiladores C demo MikroC, CodeVision e AVR

Studio com WinAVR totalmente Full, softwares de gravação eXtreme Burner AVR e Khazame AVR, datasheets e esquemático do kit.

1 Cabo serial para comunicação RS232. 1 Cabo USB para o gravador USB. Garantia de 1 ano contra defeito de fabricação.


Descrição dos esquemáticos

1. Circuito da fonte de alimentação

Na figura acima pode‐se ver o circuito de alimentação do kit QSPAVR40. Ele é composto por um regulador linear 7805 em conjunto com um dissipador de calor. O LED1 indica que a fonte de alimentação esta ligada. Esta fonte possui um diodo D1 o qual protege os circuitos contra inversão de polaridade na entrada CN3 da fonte de alimentação. Esta fonte pode operar entre 7,5V à 15 volts sendo que o kit já vem com uma fonte chaveada de 12V e 200mA. Na figura abaixo pode‐se ver o circuito de alimentação da placa QSPAVR40.

Todo layout foi desenvolvido com muito cuidado pensando em qualidade dos sinais analógicos. Desta forma foi criado um plano de terra analógico e um plano de terra digital. Esses planos se unem em apenas um ponto próximo da fonte de alimentação. A união se dá em SJ1 como mostra a figura acima.

Junção Terra digital

com analógico


2. Circuito de comunicação serial

Este kit é dotado de um circuito de comunicação serial RS232. O qual pode ser utilizado para comunicações com um computador. O circuito integrado responsável por ajustar os níveis de tensão para o computador é o MAX232 (U3). Neste circuito não está disposto os sinais de controle CTS, RTS, DSR, CD e DTR, somente os sinais de transmissão e recepção TX e RX.

Na figura acima pode‐se ver um exemplo de aplicação conectando um microcontrolador AVR ATMEGA32 à um computador. Na figura abaixo pode‐se ver o circuito RS232 na placa com um conector DB9 fêmea.


3. Circuito do microcontrolador

Na figura acima pode‐se ver o microcontrolador ATMEGA16 ou o ATMEGA32 que possuem pinos compatíveis. A placa vem com o ATMEGA32 que possui mais memória de programa e de dados. O pino 9 é o pino de reset e pode ser ativado pressionando a chave SW1. O pino 30 é o pino de alimentação analógica onde esta alimentação esta sendo filtrada pelo indutor L1 e capacitor C1. Isto é necessário para que se tenha uma melhor digitalização dos sinais presentes nas entradas analógicas do microcontrolador. O pino 32 é a referencia de tensão para o circuito analógico e digital, fornecendo uma tensão de 4,096V através do circuito integrado U1 MCP1541. Com esta tensão é possível ter uma resolução de 4mV em 10 bits. Os pinos 12 e 13 recebem os sinais do cristal oscilador de 8Mhz. Os demais pinos são de alimentação e de entrada e saída de uso geral. Ainda neste circuito pode‐se ver a interface JTAG de comunicação. Esta interface é utilizada para a depuração dos códigos escritos. E por último temos o circuito de interrupção que pode ser gerado pressionando a chave SW10. Na figura abaixo pode‐se ver o microcontrolador na placa QSPAVR40. Pode‐se perceber o cuidado ao desenvolver o layout desta placa. Ela possui todos os sinais do microcontrolador


marcados na serigrafia da placa, isto facilita em muito o uso de multímetro e osciloscópios no momento de se querer visualizar esses sinais.

4. Circuito para teste do conversor analógico digital.

Este circuito é composto por um trimpot P1 de 10K que ajusta uma tensão para a entrada PA0 do conversor AD do microcontrolador. A faixa de tensão deste sinal vai de zero volts à 4,096V que é a tensão do circuito de referencia. O jumper JP4 habilita ou desabilita a entrada deste sinal. Abaixo tem‐se a figura do circuito que fornece a tensão analogia ao conversor AD.


5. Circuito do buzzer

Este circuito usa um buzzer ativo que é acionado pelo transistor NPN Q1. Quando o sinal BEEP estiver em nível lógico alto o transistor Q1 é saturado e liga então o buzzer. Em nível lógico zero desliga‐se o buzzer. O sinal BEEP vem da Dip‐Switch S1 pino 1. Veja na figura abaixo o circuito do buzzer.

6. Circuito seletor de objetos

Este circuito seleciona os sinais para cada periférico da placa. Na posição ON liga‐se o sinal do microcontrolador ao circuito periférico previsto no projeto do circuito. Um exemplo, ligando‐se a chave 1 da Dip‐Switch S1, conecta‐se o pino PB3 do microcontrolador ao circuito do buzzer, sinal BEEP. Caso queira usar as portas de expansão CN5, CN6, CN7 e CN8 deve‐se


desconectar os sinais correspondentes nesta Dip‐Switch. Veja na figura abaixo o circuito responsável por selecionar os sinais aos periféricos do kit. Do lado esquerdo do conector tem‐se os pinos do microcontrolador e do lado direito os sinais dos periféricos da placa.

Observação importante: Apenas o periférico do conversor analógico digital é selecionado pelo jumper JP4 e não por uma das chaves da Dip‐Switch S1.

7. Circuito de gravação

O conector CN1 é usado para conectar o gravador USB. Este conector é um padrão da Atmel para 10 vias. Para o padrão de 6 vias da Atmel deve‐se construir uma placa adaptadora. Os sinais presentes neste conector são o RESET, MOSI (Master Output Slave In), MISO (Master Input Slave Output) SCK (Clock), GND e Vcc. Na figura abaixo pode‐se ver ligação do gravador USB no conector CN1.


8. Portas de expansão As portas de expansão são usadas para se conectar outros circuitos que não estão presentes na placa do kit, mas que o projetista necessita em seu desenvolvimento. Este kit pode ser usado para o aprendizado ou também para o desenvolvimento de projetos eletrônicos. Desta forma será possível e necessário muitas vezes acrescentar outros circuitos dedicados nesta placa. As portas de expansão são usadas com este propósito. Veja na figura abaixo um exemplo em que o projetista acrescenta uma placa de comunicação Zigbee neste kit QSPAVR40.

As portas de expansão deste kit são perfeitamente compatíveis com todos os módulos de periférico da empresa Mikroelektronika – www.mikroe.com. Não se esquecer de desligar na chave seletora de periféricos os sinais que serão usados na porta de expansão. Na figura abaixo pode‐se ver o circuito eletrônico das portas de expansão. Sempre o pino 1 será o GND e o 2 o VCC. Os demais pinos são os das portas do microcontrolador Px0 até Px7, onde x representa a porta A, B, C e D.


9. Circuito do barramento de leds

Na figura acima pode‐se ver o circuito com oito leds. Eles são acionados em nível lógico baixo e estão conectados ao PORTC do microcontrolador. O RN2 é uma rede resistiva de 2K2 que limita a corrente dos leds. O sinal BLED vem da chave seletora S1 e quando ligada habilita a alimentação desses leds. Abaixo pode‐se ver o circuito dos leds na placa. Os leds são todos de alto brilho e baixo consumo.

Abaixo tem‐se um exemplo de código que se encontra no CD do kit para piscar os leds em intervalo de 250 ms.


10. Circuito do módulo Dip‐Switch S2.

Neste circuito existe uma chave de 8 vias que liga os pinos da porta A do microcontrolador aos resistores da rede resistiva RN1. Esta rede resistiva pode ser configurada como pull‐up ou pull‐down dependendo de como se conecta o jumper JP1. A tabela abaixo mostra tal ligação.

Ligação JP1 Estado

1 com 2 Pull‐Down

2 com 3 Pull‐Up

Na figura abaixo pode‐se ver este circuito na placa do kit QSPAVR40.

Na serigrafia da placa está sinalizada com UP ou DOWN indicando a situação mostrada na tabela anterior. Também sinaliza o bit da porta A, indo de 0 à 7. Para se ligar um determinado pino ao resistor coloca‐se a chave na posição ON indicada no corpo do componente S2.


11. Circuito do relê

Este circuito é parecido com o circuito do Buzzer. É usado um transistor NPN de sinal para se ligar um relê K1. O diodo D2 protege o transistor Q5 no momento em que se desliga o relê e a energia armazenada na bobina do relê devolva para o circuito. O sinal RELE poderá ser conectado ao bit 4 da porta B ligando‐se a chave 2 da Dip‐Switch S1. Os sinais de saída do relê estão dispostos no conector CN4. A máxima corrente e tensão suportada pelo relê e pelas trilhas da placa estão marcadas na serigrafia do kit. Abaixo temos a visualização delas.

Abaixo temos uma tabela que mostra o estado relê conforme o nível de sinal do relê.

Nível do sinal do relê Estado do relê

RELE = 1 Ligado

RELE = 0 Desligado

Relê de

média

potência

Especificações de

corrente e tensão do

relê


12. Circuito do módulo de push‐buttons.

O kit possui 8 chaves de pressão do tipo push‐button. Não chaves normalmente aberta e ao pressionar elas fecham. Este circuito pode ser configurado para ao ligar fornecer um nível de tensão alto ou baixo. O nível depende de como estará ligado o jumper JP2. As oito chaves estão ligadas na porta A e devem ser usadas em conjunto com os resistores da rede resistiva RN1. Podendo ser configuradas para pull‐up ou pull‐down.

Ligação JP2 Ao pressionar

1 com 2 Fornece nível 0

2 com 3 Fornece nível 1

Abaixo pode‐se ver o circuito dos 8 push‐buttons na placa do kit QSPAVR40.

No layout da placa existe uma marcação para cada push‐button, indicando em qual pino está ligado a chave em uso. Por exemplo, a chave SW2 está ligada ao pino 0 da porta A, PA0.

Seleciona nível alto

1 ou nível baixo 0


13. Circuito dos displays alfanumérico e gráfico.

Acima temos os circuitos do display LCD 2x16 alfanumérico e do display gráfico 128x64 pixels. A porta C conecta o barramento de dados de ambos os displays DB0 à DB7 sendo que para o display 2x16 alfanumérico poderá ser usado apenas os quatro bits mais significativos DB4 à DB7. O sinal LCD do display poderá ser conectado ao pino PB5 por meio da chave 8 da Dip‐Switch S2. Este é o sinal que habilita a escrita nos displays. O kit suporta um display de cada vez, não é possível ligar o display gráfico ao mesmo tempo que o display alfanumérico. O trimpot P2 ajusta o contraste dos display. É necessário configurar o jumper JP3 para o display que estiver sendo usado. Abaixo tem‐se uma tabela que mostra estas funções.

Ligação JP3 Contraste

1 com 2 Ajuste display alfanumérico LCD

2 com 3 Ajuste display gráfico GLCD

Abaixo podemos ver os dois barramentos dos displays.

Para o LCD

Para o GLCD


14. Circuito dos displays de 7 segmentos

O kit possui três displays de sete segmentos multiplexados na porta C. Os displays são habilitados nos bits 0, 1 e 2 da porta B. Existe um resistor de 270R para cada segmento mais o ponto do display para se limitar a corrente nos leds do display. Para habilitar cada display é necessário injetar um nível lógico zero na base do transistor PNP através dos resistores de base. O sinal 7SEG poderá ser conectado à via de alimentação por meio da chave 3 da Dip‐Switch S1. Os displays usados são todos anodo comum. Abaixo pode‐se ver o circuito do display de sete segmentos.


15. Visão geral do kit QSPAVR40

16. Gravador USB

Na figura acima pode‐se ver o gravador USB. Este gravador pode ser usado com os seguintes softwares que já acompanham no CD do Kit: eXtreme Burner, AVR Dude e Khazame AVR. Para se gravar o firmware no microcontrolador é necessário conectar‐se o gravador em uma das portas disponíveis do computador ou notebook e o outro conector ao conector CN1 do kit QSPAVR40.

17. Instalação do drive do gravador. Os passos seguintes são um tutorial de como instalar o gravador e seu drive no Windows. Neste exemplo estarei utilizando um sistema operacional Windows XP 32 bits. Primeiro passo: Conectar o gravador USB à uma porta USB disponível no seu computador.

Fonte 5V

Contraste displays

Trimpot ADC

Microcontrola

dor Atmega32

Reset

Portas de expansão

Conector de gravação

Buzzer

Chave seletora

Chave Dip‐Switch

Push‐Buttons

Interface Jtag

Display LCD e GLCD Barramento de Leds Display 7 segmentos

Comunação serial Saída do relê Interrupção externa


Irá surgir uma tela como mostrado na figura abaixo:

Segundo passo: Escolher a última opção “Não, não agora” e depois clique em avançar. Irá aparecer a próxima tela:

Terceiro passo: Clique na última opção: “Instalar de uma lista ou local específico” e depois em avançar. Irá aparecer a seguinte tela:


Marque a opção “Incluir este local na pesquisa” e depois em Procurar. O Windows irá abrir uma janela para que se inclua um caminho específico, onde se encontra o drive. Aponte para a pasta “Drive do gravador USB” localizada do CD que acompanha o kit e depois em OK, como mostra a figura abaixo:

Clique em avançar, o Windows irá procurar o drive na pasta para onde se apontou como mostra a janela abaixo:

Ao instalar o drive do gravador, irá surgir a seguinte tela informando que o drive foi instalado.


Clique em concluir. No canto inferior direito irá surgir uma mensagem indicando que o drive já foi instalado com sucesso e que o gravador já poderá ser utilizado

Após instalar o drive do gravador USB, instale o software eXtreme Burner que se encontra na pasta Programas do CD.

18. Software de gravação eXtreme Burner Na figura abaixo pode‐se ver o software utilizado para se gravar o firmware no microcontrolador.

19. Tutorial de como se gravar um arquivo .hex no microcontrolador Atmega32 Os passos seguintes irão te encaminhar para se gravar um código escrito em algum compilador ou assemblador no microcontrolador da placa QSPAVR40. Vamos supor que já se tenha um arquivo hexadecimal.


Clique em Open, como mostra a figura abaixo:

Irá surgir uma janela a qual você deverá procurar um arquivo com extensão .hex. Procure por exemplo na pasta de exemplos do CD que acompanha o kit.

Por exemplo, em Buzzer e depois em Abrir. Podemos perceber que o buffer do software será preenchido com o opcode do firmware, como mostra a figura abaixo:


Basta agora descarregar o código microcontrolador. Para isto vá no menu Write e depois na opção Flash, como mostra a figura abaixo:

Desta forma grava‐se apenas a memória Flash do microcontrolador, deixando de lado a memória EEprom e os fusíveis do microcontrolador. Pode‐se ver na figura abaixo o processo de gravação. Ao final da gravação clique em Close.


Para se gravar os fuses do microcontrolador, clique na aba “FuseBits/Settings”, preencha os campos conforme a figura abaixo e depois em “Write”

Para maiores informações a respeito dos valores Low Fuse e High Fuse, consulte o Data Sheet do microcontrolador.

19. Gravação em dispositivos de baixa velocidade Os microcontroladores Atmel podem trabalhar com diversos modos de oscilador. Um dos modos é de baixa freqüência, normalmente 128Khz. Este modo normalmente é utilizado


quando se deseja trabalhar com bateria aliado ao baixo consumo. Neste caso é necessário conectar o jumper JP1 do gravador. Desta forma o gravador irá trabalhar com um sinal de SCK em baixa freqüência, necessária para o microcontrolador. Veja a figura abaixo.

Também é possível aproveitar a alimentação da USB do computador para se alimentar o circuito microcontrolador. Para este caso é necessário ligar o jumper JP2 como mostra a figura abaixo. Não é recomendado usar este modo de alimentação no kit QSPAVR40 e sim a fonte que acompanha o kit.

Quaisquer outras informações ou dúvidas, envie um email para [email protected]. A QSP terá um prazer em fornecê‐las.

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