Diseño de prácticas sobre telecontrol basadas en el microcontrolador Motorola 68331

1. Departamento de Ingeniería Electrónica ETSIT Diseño de prácticas sobre telecontrol basadas en el microcontrolador Motorola 68331 Autor: José Miguel Rincón Suz Tutor: Juan Manuel Montero Martínez

2. Índice • INTRODUCCIÓN • LA PLACA ENTRENADORA MC68331 • DISPLAY LCD DE TEXTO • REPRODUCTOR DE MENSAJES BASADO EN EL ISD25XX • TRANSCEPTOR DIGITAL DE DATOS POR RADIO • TELEMANDO POR INFRARROJOS • INTERFAZ PARA LÍNEA TELEFÓNICA • CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS José Miguel Rincón Suz

3. INTRODUCCIÓN (I) • Objetivo: proporcionar a los alumnos los medios para construir su propio sistema digital • Microcontrolador: MC68331 • Compatible con 68000 • Más rápido • Integra un conjunto de periféricos • Plan de trabajo: • Poner a punto una placa entrenadora basada en el MC68331 • Desarrollar interfaces que complementen las funciones del 68331 • Enfoque: Prácticas guiadas para el montaje de cada dispositivo José Miguel Rincón Suz

4. INTRODUCCIÓN (II) • Telecontrol: antes reservado al ámbito industrial, ahora es algo accesible gracias al avance de las telecomunicaciones y de la tecnología electrónica • Domótica • Aplicaciones y servicios orientados a la mejora de la seguridad y el confort en el hogar • Posibilidad de implementar aplicaciones muy variadas • Búsqueda de la economía en las soluciones • Experiencias incompletas: el módem de red eléctrica • Circuitos comerciales no factibles • Desarrollo con componentes discretos (modulación ASK a 130 Khz y comunicación semidúplex en apéndice) • Problemas de seguridad eléctrica José Miguel Rincón Suz

5. LA PLACA ENTRENADORA MC68331 (I) • El micro MC68331: estructura modular y recursos • CPU32 • Depuración BDM, compartida con SIM • Dos nuevas instrucciones para ahorro de energía e interpolación de tablas • Tres nuevos registros accesibles en modo supervisor • GPT • Unidad de captura/comparación • Un acumulador de pulsos • Dos moduladores de ancho de pulso • QSM • QSPI – Comunicación serie síncrona para la expansión de periféricos • SCI – Comunicación serie asíncrona José Miguel Rincón Suz

6. LA PLACA ENTRENADORA MC68331 (II) • SIM • Generación de la señal de reloj de todos los módulos • Proporciona chip-selects configurables • Arbitraje de interrupciones • Software Watchdog • Temporizador de interrupciones periódicas • Puertos E y F con E/S configurables • Idea original: desarrollar una placa entrenadora que pudiera ser montada por los alumnos • Punto de partida: experiencia previa de Tomás Palacios, primera placa, notas de montaje y entorno BDM en VB José Miguel Rincón Suz

7. LA PLACA ENTRENADORA MC68331 (III) • Montaje de la nueva placa en wire-wrapping • Diagrama de bloques Regulador de tensión Filtro de Reloj Reloj Circuito de Configuración MC68331 Memoria Comunicación BDM Circuito de Reset Comunicación Serie José Miguel Rincón Suz

8. LA PLACA ENTRENADORA MC68331 (IV) • Problemas detectados • Comunicación BDM poco fiable (cable largo, entorno ruidoso...) • Circuito de reset Circuito de reset José Miguel Rincón Suz

9. LA PLACA ENTRENADORA MC68331 (V) • Herramientas de desarrollo disponibles • 68331 BDM (error de carga, contador de programa, VisualBasic) • Test_32.exe • Otras actividades: montaje de una segunda placa para la prueba de los micros • El laboratorio en casa: experiencias • Es mucho mejor disponer de un analizador lógico • Mala elección del reloj a 32 Khz • Mucha dedicación por parte del responsable • Alto porcentaje de placas averiadas José Miguel Rincón Suz

10. DISPLAY LCD DE TEXTO (I) • Gobernado por un microcontrolador (HD44780) • Hardware • Generalidades • Alimentación a 5 V. • Pantalla LCD (Varios modelos – Ejemplo 2 filas x 16 carac.) • Control de contraste • Posibilidad de control con 7 u 8 bits • Funcionamiento • Dos plantillas de caracteres predefinidos (CGROM) • Memorias internas DDRAM (8x80) y CGRAM (5x64) • Envío de instrucciones o transferencia de datos José Miguel Rincón Suz

11. DISPLAY LCD DE TEXTO (II) INSTRUCCIONES Borrar display (1.52 ms) Cursor a inicio (37 µs) Desplazar cursor Desplazar display Situar puntero (37 µs) Escribir en memoria Leer de memoria Leer Busy Flag (0 µs) Modo comunicación (37 µs) Configurar display Control ON/OFF José Miguel Rincón Suz

12. DISPLAY LCD DE TEXTO (III) • Software • Control en modo sólo escritura • Control con comunicación bidireccional • Driver para el display • Conexión conjunta con un teclado matricial • Software de control José Miguel Rincón Suz

13. REPRODUCTOR DE MENSAJES BASADO EN EL ISD25XX (I) • Idea inicial: utilizar una memoria “flash” • Desarrollo complejo (reloj, contadores, filtro reconstructor, conversor D/A, etapa de audio, etc.) • Solución costosa • Ventajas del ISD25XX • Incorpora todas las funciones necesarias tanto para la grabación como la reproducción • Control del dispositivo muy sencillo • Precio razonable José Miguel Rincón Suz

14. REPRODUCTOR DE MENSAJES BASADO EN EL ISD25XX (II) José Miguel Rincón Suz

15. REPRODUCTOR DE MENSAJES BASADO EN EL ISD25XX (III) • La memoria EEPROM del ISD25XX (“Break through”) • Grabación analógica mediante sistema de comparaciones sucesivas con la muestra • Cuantificación en 256 niveles • Funcionamiento • Nivel de muestra: direccionamiento directo • Nivel de mensaje • Modo “Pulsar botón” (M6) • Modo “Búsqueda de mensajes” (M0 y M4) José Miguel Rincón Suz

16. REPRODUCTOR DE MENSAJES BASADO EN EL ISD25XX (IV) José Miguel Rincón Suz

17. TRANSCEPTOR DIGITAL DE DATOS POR RADIO • Módulos híbridos con dimensiones de 38 x 12 mm. • Frecuencia de transmisión 433,92 Mhz • Modulación ASK • Velocidad de transmisión serie de 2400 baudios • Funcionamiento muy sencillo • Precio elevado • Peculiaridad: oscilador SAW • Resonador basado en ondas acústicas de superficie • Menos preciso pero más económico que uno de cuarzo José Miguel Rincón Suz

18. TELEMANDO POR INFRARROJOS (I) • Está muy extendido su uso en el hogar y la oficina • Fuentes de interferencia • Luz solar • Lámparas fluorescentes • Prototipos diseñados • Transmisor completo con componentes discretos (fines didácticos) • Receptor para su conexión al microcontrolador • Opciones de diseño • Velocidad de transmisión de 100 baudios • Modulación ASK a 38 Khz José Miguel Rincón Suz

19. TELEMANDO POR INFRARROJOS (II) • Diagrama de bloques del transmisor ALIMENTACIÓN GENERADOR TRAMA REGISTRO Desplazamiento RELOJ MODULADOR EMISOR • Diagrama de bloques del receptor ALIMENTACIÓN FILTRO PASO BANDA FOTORECEPTOR DEMODULADOR José Miguel Rincón Suz

20. INTERFAZ PARA LÍNEA TELEFÓNICA (I) • Origen: • Proyecto de Ignacio Morales – Tarjeta para bus ISA • Incorpora un cancelador de eco hardware (patentado) • Decodificador DTMF (MT8870) • Rediseñado por Javier Ferreiros y José Colás • Realización del prototipo • Supresión del bucle de cancelación de eco • Recálculo de componentes para adaptación a las condiciones de la línea • Principales problemas: • Duplexor ruidoso debido a los optoacopladores • Ajuste del nivel de la señal inyectada en la línea José Miguel Rincón Suz

21. INTERFAZ PARA LÍNEA TELEFÓNICA (II) • Funciones • Detección de llamada entrante • Conexión y desconexión a la línea • Inserción y recepción de audio • Detección de tonos José Miguel Rincón Suz

22. INTERFAZ PARA LÍNEA TELEFÓNICA (III) • Esquema del duplexor José Miguel Rincón Suz

23. CONCLUSIONES • Se perfeccionó la placa entrenadora del 68331 y se montó una segunda placa para la prueba de los micros a la venta • 31 parejas realizaron el montaje del entrenador y el 25% de las placas fallaron antes de la finalización de la práctica • Montaje del 68331 demasiado complejo, alto porcentaje de fallo y exige mucha dedicación por parte del responsable • Cabe destacar la utilización de las prácticas del módulo de mensajes y del interfaz telefónico por alumnos José Miguel Rincón Suz

24. LÍNEAS FUTURAS • Utilización de placas ya montadas con el nuevo microcontrolador ColdFire • Desarrollo de prácticas de control desde un PC • Desarrollo de aplicaciones de telecontrol a través de Internet • Realización de prácticas en C • Reconocimiento de habla José Miguel Rincón Suz

25. Muchas gracias a todos José Miguel Rincón Suz

26. José Miguel Rincón Suz

27. TELEMANDO POR INFRARROJOS (III) • Correciones en la memoria • Tamaño de trama de 11 bits • Esquema del 555 • Esquema del demodulador José Miguel Rincón Suz