Interfaz para el uso de microcontroladores debajo coste con instrumentación de control estándar

Manual de uso e instalación

4. Tarjeta de control

4.1. CaracterísticasEsta tarjeta permite conectar cualquier microcontrolador del mercado al resto de tarjetas esclavo del sistema.

El microcontrolador se adhiere a la tarjeta mediante un sistema velcro-adhesivo y la conexión se realiza a través de una tira de postes hembra. Si el sistema se piensa utilizar indefinidamente para una aplicación concreta, sería adecuado preparar una tarjeta de control diseñada específicamente para el microcontrolador elegido. De esta forma el sistema quedaría compacto dentro del bastidor, ganando robustez y seguridad.

Presenta una serie de circuitos para adaptar las señales y garantizar el correcto funcionamiento del bus de intercomunicación. Las señales del bus son transmitidas a través de un cable plano de 34 hilos, que debe conectarse al resto de tarjetas del sistema.

Para su funcionamiento, la tarjeta requiere 5V de alimentación de la tarjeta de alimentación principal.

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Versión: 1.00 Fecha de Actualización: 27/12/2012

Figura 8: Tarjeta de control

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4.2. Selección de niveles lógicosEl principal problema que solventa esta tarjeta es la variedad de niveles lógicos que existe en el mercado. La tendencia de los nuevos microcontroladores es trabajar con niveles lógicos CMOS a 3V. Sin embargo, existe un gran número de estos dispositivos que continúan trabajando con niveles lógicos TTL o CMOS 5V, hoy en día en decadencia.

Por ello, la tarjeta cuenta con un “jumper” (JP1) que permite seleccionar el nivel de tensión (3V o 5V).

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Figura 9: Esquema tarjeta de control

Figura 10: Selección niveles lógicos

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4.3. Bus de datosTodas las tarjetas se encuentra comunicadas por un bus de datos, que implementa los protocolos I2C y SPI, además de unas líneas auxiliares de control y datos, que facilitan la gestión del sistema.

La mayoría de microcontroladores del mercado cuentan al menos con un periférico de comunicaciones I2C o SPI, lo cual permite programar de forma rápida y fácil estos protocolos.

Todas las líneas de datos se encuentran aisladas galvánicamente. Para conseguir un aislamiento completo se deben seguir las indicaciones de la sección 3 sobre la alimentación de las tarjetas.

4.3.1. I2C

Existen tarjetas diseñadas para funcionar a través del bus I2C, con menor velocidad de transferencia pero con la ventaja de usar únicamente dos líneas de transmisión, lo que puede ser útiles para tareas de menor responsabilidad o incluso didácticas:

• SDA: Línea de datos

• SCL: Señal de reloj

El sistema sólo permite que haya un único maestro, el microcontrolador de la tarjeta de control. Se usa el denominado “fast mode”, que alcanza hasta 400 Khz. La única limitación en cuanto al número máximo de dispositivos permitidos es que no coincida ninguna dirección dentro del bus.

Las resistencias de pull-up se encuentran incorporadas en la tarjeta. No es necesario añadir resistencias externas ni habilitar las resistencias de pull-up internas que presentan numerosos microcontroladores.

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Versión: 1.00 Fecha de Actualización: 27/12/2012

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4.3.2. SPI

Además, existen tarjetas que funcionan a través de SPI y un conjunto de líneas adicionales de dirección y control:

• Líneas A0-A3: Seleccionan la dirección de la tarjeta esclavo sobre la que queremos actuar.

• Señal CS R: Permanece en nivel alto si existe una tarjeta en el bus con la dirección seleccionada.

• Señal INT: Produce un flanco de subida y se mantiene en nivel alto cada vez que hay un cambio en la tarjeta seleccionada.

• Señal LD: Su función es sincronizar los dispositivos esclavo y maestro del bus.

• MISO: Señal de datos “Master input slave output”

• MOSI: Señal de datos “Master output slave input”

• SCLK: Señal de reloj.

Permite una mayor tasa de transferencia de datos para aplicaciones de mayor responsabilidad. Todas las tarjetas se comunican empleando el denominado “modo 2”, con una tasa de transferencia máxima de 1 Mbit/s. Permite hast aun máximo de 16 tarjetas esclavo.

4.4. ConexionadoToda la conexión se realiza con una tira de pines hembra, de fácil y rápido conexionado.

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Versión: 1.00 Fecha de Actualización: 27/12/2012

Figura 11: Pines de conexión tarjeta de control