En los últimos años, las plataformas integradas equipadas con microcontroladores (la marca más conocida aquí es probablemente Arduino) han ido ganando popularidad. Con disponibilidad universal y el apoyo generalizado de los fabricantes y la comunidad de usuarios, son herramientas de desarrollo versátiles y fáciles de aprender. Sin embargo, en condiciones profesionales, por ejemplo, en el proceso de creación de prototipos de dispositivos móviles, la desventaja de estos productos es el número limitado de sistemas compatibles.

Por lo tanto, durante el trabajo de laboratorio, en la etapa de diseño, las plataformas de desarrollo preparadas por los propios productores del sistema siguen siendo la solución más segura. Cabe destacar aquí que no desaprovecharon las ventajas de las soluciones populares del segmento de consumidores: su facilidad de adaptación y asequibilidad. Hoy en el mercado hay placas de desarrollo fáciles de usar preparadas por los principales fabricantes de microcontroladores, principalmente la empresa Microchip,cuyo portafolio incluye sistemas de las familias PIC® y AVR®. A continuación presentamos una de las soluciones prototipo de este fabricante, de la serie Curiosity Nano.

Productos de la serie Curiosity Nano
Microchip Curiosity Nano (o MC Nano) es una plataforma de puesta en servicio dedicada principalmente a microcontroladores PIC® y AVR® de 8-bit. Con su ayuda, también puede desarrollar aplicaciones equipadas con algunos productos de 32 -bit de las familias PIC32 y SAM con arquitectura ARM® Cortex®. La oferta de TME incluye 15 placas de desarrollo dentro de esta plataforma y 2 placas base. Independientemente del sistema utilizado, la plataforma Curiosity Nano se ha preparado para maximizar la velocidad de diseño de nuevas aplicaciones y, como resultado, acortar el tiempo entre la etapa de creación de prototipos y la implementación en la producción en masa. En el siguiente video se presenta un ejemplo del uso de las soluciones MC Nano en el proceso de desarrollo dinámico de proyectos.

Ejemplo de placa MC Nano que utiliza un chip de la serie PIC32CM de 32\bits.

Características clave de la plataforma MC Nano
Las placas de desarrollo incluidas en la plataforma vienen en muchos tamaños (longitudes), según el tamaño del microcontrolador utilizado en ellas. Las placas más pequeñas están dedicadas a circuitos con 20 pines (incluidos 16 pines GPIO), mientras que las más grandes contienen MCU en una carcasa con 48 pines, lo que se traduce en 40 pines de entrada/salida. Independientemente de la longitud, los productos incluidos en la plataforma comparten las características físicas clave (incluido el ancho de la placa, el paso de los pines, la presencia de un conector MicroUSB para alimentación, comunicación y programación) y las características técnicas, lo que permite una migración sin inconvenientes entre modelos individuales. Además, el fabricante anuncia que la plataforma se desarrollará junto con la oferta de microcontroladores. Puede esperar que los chips Microchip recientemente presentados aparezcan en la familia Curiosity Nano, brindando a los diseñadores la comodidad de trabajar con las últimas soluciones en un entorno probado y familiar.

Los orificios correctamente diseñados eliminan la necesidad de soldar los conectores.
Se incluyen dos conectores pin con el MC Nano. A primera vista, puede ver la interesante solución de diseño utilizada por Microchip. Los campos GPIO, dispuestos en la PCB en un paso de 2,54mm, contienen tanto conectores de borde como orificios. En ambos casos se trata de pasacables metalizados, adaptados al montaje de conectores pin. Debido al pequeño desplazamiento transversal de los orificios entre sí, se garantiza un ajuste perfecto de los conectores pin y parámetros de conexión óptimos, y prácticamente se elimina la necesidad de soldarlos (aunque se recomienda). Después de su instalación, la PCB se puede montar en una placa de contacto más grande, una placa base dedicada o un adaptador (los productos disponibles y compatibles se describen más adelante en este artículo).

Sistemas en el circuito PCB
La plataforma Microchip Curiosity Nano cuenta con una serie de características generales compartidas por todos los modelos de la serie. En la parte central de la placa hay un microcontrolador (C), cuyos pines están conectados a los campos en los bordes de la PCB (F), y un resonador de cuarzo (D). Para la creación de prototipos simples, se instaló un botón (A) y un LED (B) en la placa. A diferencia de la plataforma Arduino, el interruptor no tiene función de reinicio, está conectado al pin de entrada/salida del microcontrolador (la dirección de la salida dedicada está marcada en el PCB, difiere entre los modelos de serie). La toma USB Micro (G) se utiliza para la comunicación y alimentación del sistema.

La transmisión de datos entre MC Nano y una computadora (sistema, software IDE, terminal de comunicación, etc.) se realiza a través de un puerto COM virtual. La mayoría de estos discos, cuando se conectan a una PC, serán reconocidos por el sistema operativo como una unidad externa con la etiqueta "CURIOSITY". Simplemente copie a este dispositivo archivo .hex – y la programación del microcontrolador se hará automáticamente. Esta funcionalidad es posible porque Las placas MC Nano tienen un chip nEDBG incorporado, es decir, un depurador/programador (E). Su presencia hace posible operar los productos en cuestión sin el uso de dispositivos adicionales. Además, gracias a él, el microcontrolador no está cargado con el soporte del cargador de arranque, lo que acelera la ejecución del programa de destino y libera memoria.
Además, los circuitos MC Nano utilizan un regulador de voltaje programable Permite definir el voltaje de operación y rango de potencia del microcontrolador en el rango de 1.8V a 5V DC.

Estandarización de salidas
Una de las ventajas de la plataforma Microchip es la estandarización de los pines. Independientemente del modelo de placa seleccionado y el microcontrolador instalado en él, los campos en los bordes de la PCB están conectados a los pines del programador, depurador y central. sistema con la misma funcionalidad. Entonces: el orden de los conectores en la placa no coincide con la numeración de los pines del microcontrolador; sin embargo, es el mismo para toda la serie MC Nano. Este estándar se aplica a los primeros 28 pines (del lado del conector USB).
Los cables se dividen en varias secciones. El primero se define como DEBUG (grupo de conexiones del sistema). Estos pines se utilizan para comunicarse con el circuito nEDBG. También hay entradas de alimentación (VBUS, VTG ajustable), tierra GND y el pin VOFF que controla el funcionamiento del regulador de voltaje incorporado. Incluso puedes apagarlo si lo necesitas. El usuario también dispone de las siguientes líneas de comunicación serie (Puerto COM Virtual): CDC RX/TX. Los siguientes 4 pines DBG1-DBG4 pertenecen a la interfaz del depurador. La interfaz compatible con un modelo de placa determinado depende del tipo de microcontrolador. Para PIC, será interfaz ICSP™ y MCLR, para AVR interfaz UPDI, mientras que para ARM® - interfaz SWD.

El resto de salidas son las secciones de comunicación (COM) y analógica (ANALOG). También son una característica común de la serie MC Nano. La sección COM agrupa los pines utilizados para la comunicación a través de: UART, bus I2C y SPI. En el borde opuesto de la PCB hay entradas analógicas, es decir, las salidas de los convertidores de analógico a digital integrados en el microcontrolador. En la mayoría de los casos, también se pueden usar como salidas para contadores (temporizadores) y generadores de señales PWM. Por supuesto, estas salidas no pueden programarse en ningún pin del microcontrolador (como es el caso de las entradas/salidas digitales). La estandarización de su posición en la placa se traduce en facilidad de uso y migración entre modelos individuales de placas de desarrollo. Si el microcontrolador instalado en la placa tiene más entradas ADC o salidas PWM, están disponibles en la siguiente sección: GPIO. Aquí el mapeo es más arbitrario ya que el número y las capacidades de los puertos de E/S dependen estrictamente de la funcionalidad del sistema central. Consulte la documentación para obtener información exacta sobre qué pin físico se ha asignado a qué conector. Está disponible después de conectar la placa NC Nano al puerto USB de la computadora. El dispositivo de almacenamiento masivo (que será detectado por el sistema y presentado como una unidad con la etiqueta "CURIOSITY") contiene el archivo KIT-INFO.HTM – y en él información detallada sobre la función de cada pin en el modelo dado de placa.

Funcionalidad del debugger integrado
Integrado en la placa, el Microchip Curiosity Nano debugger (conocido como PKOB nano, nEDBG onano debugger) tiene la función básica, es decir: controlar el curso de la ejecución del programa (flow control - start, stop, activación por pasos, reinicio); lectura y escritura de contenido de la memoria no volátil del microcontrolador; manejo de trampas (breakpoint) en un número dependiendo del tipo de sistema.
El firmware del debbuger incorporado se puede actualizar a través del entorno de desarrollo MPLAB® IDE o Microchip Studio. PKOB nano es un poco más lento que soluciones similares, como el programador PICkit™4. También tiene algunas limitaciones, como la incapacidad de escribir ciertas áreas de la memoria flash del microcontrolador. Por otro lado: protege contra sobreescritura accidental de áreas de memoria responsable del propio proceso de depuración o cambio no deseado del valor de fuse bits en el caso de los microcontroladores AVR®. Del lado de las ventajas también está el hecho de que, gracias a la presencia de PKOB nano, el disco se reconoce automáticamente en los entornos de desarrollo MPLAB IDE y Microchip Studio. Después de conectar la placa, el usuario obtiene acceso inmediato a programas de muestra, documentación, diagrama eléctrico, diagrama de terminales, tarjeta de catálogo de microcontroladores, etc.Al final de este artículo, encontrará videos de ejemplos y conceptos básicos de la programación de Curiosity Nano.

Placas base y módulos compatibles
La oferta de TME también incluye una serie de accesorios y productos complementarios que facilitarán los primeros pasos con la plataforma MC Nano, además de mejorar los propios trabajos del prototipo. La estandarización de las salidas de la serie de productos Microchip descrita anteriormente permite el uso de adaptadores, tarjetas de expansión y módulos digitales: sensores, controladores, interfaces etc.

Placas de desarrollo y adaptadores
Mediante conectores pin, cada modelo MC Nano se puede insertar en la placa base. La oferta de TME incluye dos modelos de estos productos: AC164162 está equipado con conectores compatibles con, entre otros, con módulos de Mikroelektronika y Microchip. La segunda solución es el kit de evaluación AC80T88A al que se pueden conectar elementos de la familia Xplained Pro. En ambos casos, el usuario tiene a su disposición un interruptor de alimentación separado y pines independientes para todos los puertos - también gana una base cómoda y estable que mejora la comodidad de trabajo. Una ventaja indiscutible del modelo AC164162 es el controlador de carga de batería incorporado. Esto se ve facilitado por la creación de prototipos de dispositivos móviles, aplicaciones a las que se dedican muchos microcontroladores de Microchip.

Módulos de la serie Click®
Gracias a la estandarización dentro de la serie MC Nano de pines de comunicación, estos productos pueden conectarse rápidamente a muchos módulos estandarizados, especialmente la serie Click® del fabricante de Microelectrónica. Actualmente es la familia más numerosa de extensiones universales para microcontroladores. Para la transmisión de datos utiliza el estándar MikroBUS (que combina varios métodos de comunicación). Actualmente, la oferta de TME incluye más de 1000 productos de la familia Click® Board. Se trata de numerosos sistemas de comunicación (RF, WiFi, Bluetooth, ZigBee, GSM), sensores, contadores (amperímetros, voltímetros), accesorios útiles en forma de lectores de tarjetas de memoria y RFID, receptores GPS, así como elementos de interfaz (botones , teclados, controles) y numerosos circuitos menos típicos, por ejemplo, mixtos (sintonizadores de FM y AM), amplificadores de audio.

Comparación de productos MC Nano
Una de las mayores ventajas de la serie MC Nano es la amplia gama de microcontroladores instalados en esta plataforma. La siguiente tabla muestra los sistemas actualmente disponibles directamente del catálogo de TME, pero la oferta seguramente aumentará.

El ejemplo de la gama actual muestra el amplio espectro de placas prototipo de la familia Microchip Curiosity Nano. En el caso de aplicaciones móviles sencillas donde el factor clave será la eficiencia energética, la mejor elección serán las placas con ATTINY (el perfecto ejemplo de tal producto es el kit DM080104 ): adaptados a proyectos con bajo consumo de energía, perfectos como controladores, por ejemplo en electrodomésticos o en la industria automotriz. Modos de ahorro de energía (eXtreme Low-Power) cuentan con microcontroladores PIC16, que tienen periféricos tipo CIP, es decir, Core Independent Peripherals . Estos son circuitos integrados que pueden operar independientemente del núcleo, e incluso despertar al microcontrolador del estado de suspensión, generando una interrupción condicionada por un parámetro programable (por ejemplo, exceder el voltaje establecido en la entrada del convertidor A/C).
En el caso de aplicaciones más complejas, que requieren cálculos y respuestas en tiempo real, además de cooperar con numerosos sensores, vale la pena prestar atención a los productos PIC18, como kit EV26Q64A. Los microcontroladores en este grupo de artículos están equipados con numerosas interfaces, convertidores A/C, así como C/A (es decir, DAC) , amplificador operacional incorporado, generadores de señal PWM con resolución de 16-bit y también memorias y adaptadas para una adquisición de datos rápida y fiable.
Ejemplos de aplicación y programación
Para los usuarios que están dando sus primeros pasos en entornos MPLAB IDE o Microchip Studio, el fabricante ha preparado una gran cantidad de materiales auxiliares. Se pueden encontrar tanto en el sitio web de Microchip como en la plataforma de YouTube. Con su ayuda, crear el primer proyecto y operar el IDE no será difícil.

Una forma conveniente de conocer otras características de la plataforma Microchip Curiosity Nano es participar en clases dentro del programa Microchip Univerisity.
Contenido elaborado por Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.

The original source of text: https://www.tme.eu/es/news/library-articles/page/45286/plataforma-de-desarrollo-curiosity-nano-de-microchip/