Преобразователи интерфейсов USB-SPI с гальванической развязкой на базе нового 51-совместимого микроконтроллера EFM8UB30. Часть 2

Схема преобразователя USB-SPI на базе ADuM3160/4160 и UB30.
Рисунок 4. Схема преобразователя USB-SPI на базе ADuM3160/4160 и UB30.

Схема преобразователя USB-SPI на базе цифрового изолятора SI8663 (DD2) и UB30 (DD1) (Рисунок 5) от схемы аналогичного преобразователя на базе UB10 и SI8662, приведенной в [1], [2], отличается заменой изолятора SI8662 на SI8663, позволяющий использовать дополнительный сигнал RE, который образуется на выходе изолятора DD2 (вывод 7) и подключается к выходному разъему преобразователя X2 (контакт 1). Входной сигнал изолятора REiso поступает на его вход (вывод 10 DD2) с 17 вывода DD1 (P0.5). В остальном, учитывая, что в [1], [2] в качестве DD1 используется UB10, схемы идентичны, поэтому схема Рисунок 5 подробно описываться не будет.

Схема преобразователя USB-SPI на базе SI8663 и UB30.
Рисунок 5. Схема преобразователя USB-SPI на базе SI8663 и UB30.

Программирование микроконтроллеров UB30 в схемах на Рисунках 4 и 5 производится с помощью USB-DEBUG адаптера. Для программирования используется кабель (Рисунок 7а), который одним концом подключается к выходному разъему шлейфа адаптера, а вторым – к входным разъемам X3 (Рисунки 4 и 5), предназначенным для программирования.

Схема кабеля с разъемом mini USB-8P.
Рисунок 6. Схема кабеля с разъемом mini USB-8P.

Питание +5 В преобразователя на базе ADuM3160 подается по кабелю (схема на Рисунке 7б), который одним концом подключается к источнику питания (X1), а другим (X2) – к выходному разъему преобразователя (X2, Рисунок 4), причем, кабель своим контактом 1 разъема X2 (сигнал GND) подключается к контакту 8 («земляному») разъема X2 (Рисунок 4, «┴»), a вторым контактом X2 (сигнал «+5») – контакту 7 разъема X2 (Рисунок 4, «+5»).

Схемы кабелей для программирования UB30 с помощью USB-DEBUG адаптера (а) и питания для преобразователей на базе ADuM3160 (б) и SI8663 (в).
Рисунок 7. Схемы кабелей для программирования UB30 с помощью USB-DEBUG адаптера (а)
и питания для преобразователей на базе ADuM3160 (б) и SI8663 (в).

Питание +5 В преобразователя на базе SI8663 подается по кабелю (схема на Рисунке 7в), который одним концом подключается к источнику питания (X2), а вторым (X1) – к разъему USB преобразователя (X1, Рисунок 5).

Разводка необходимых плат-переходников сделана автором с помощью программы Sprint-Layout 6.0, а технология изготовления плат с высоким разрешением подробно описана в [3], [4]. Файл с разводкой всех плат приведен в дополнительных материалах к статье на сайте журнала.

Разводка платы-переходника для LB12 (Рисунок 8) и расположение его выводов (Рисунок 3), представляющих собой цанговые штыри с расстояниями между ними 2.54 мм, дают возможность относительно простого макетирования. На боковых гранях корпуса LB12 по углам имеются технологические контакты, соединенные с «землей», т. е. с «земляной» квадратной пластиной, расположенной на дне корпуса. Один из таких контактов, расположенный рядом с первым выводом LB12, соединен с дорожкой и выведен на первый контакт переходника, т.е. на соответствующий цанговый штырь (первый вывод LB12 P0.0 не используется). Контакт 17 LB12 (P2.0) также не используется, а технологический контакт, расположенный рядом с контактом 17 LB12, соединен с контактом 17 переходника (штырь). На самой макетной плате, в соответствии с разводкой Рисунок 8, расположены цанговые гнезда, в которые вставлена плата-переходник. А к контактам гнезд уже припаяны провода МГТФ-0.03 по схеме Рисунок 1.

Разводка платы-переходника для LB12.
Рисунок 8. Разводка платы-переходника для LB12.

Разводка преобразователя USB-SPI на базе SI8663 (Рисунок 9а) сделана по схеме Рисунок 5. Это устройство подключается к плате с LB12 с помощью разъема PDLM-8 (X2, Рисунок 5), представляющего собой 4 двухрядных цанговых штыря с расстоянием между ними 2.54 мм (назовем это устройство SI8663-DIP).

На Рисунке 9б приведен еще один вариант разводки, отличающийся от Рисунка 9а тем, что на плате отсутствуют отверстия, или, другими словами, все компоненты платы, включая разъемы, предназначены для поверхностного монтажа, в связи с чем эта плата не нуждается в сверловке, что намного упрощает ее изготовление. В качестве штырей для 3-контактного разъема, предназначенного для программирования, используются 3-контактные штыри PLL-3S (шаг 1.27 мм) для поверхностного монтажа. Эти штыри припаиваются к контактным площадкам на плате (контакты штырей обозначены тремя синими прямоугольниками). В качестве разъема для сигналов SPI используется 8-контактный разъем mini USB-8S (розетка на плату) для поверхностного монтажа. У этого разъема имеются два технологических выступа, предназначенные для относительно простого позиционирования разъема перед пайкой. Для использования этих выступов на плате требуется просверлить два отверстия диаметром 0.8 мм. Если сверление этих отверстий представляет проблему, отверстия можно не сверлить, а выступы просто удалить (они из пластмассы). В этом случае позиционирование этого разъема перед пайкой несколько затруднено, однако оно не сложней позиционирования микроконтроллера UB30 и разъема USB.

Для подключения платы с разводкой по Рисунку 9б к макетной плате (Рисунок 1) потребуется изготовить кабель, на одном конце которого должен быть ответный разъем mini USB-8P (вилка на кабель), а на втором – 8-контактный разъем PDLM-8, представляющий собой 4 двухрядных цанговых штыря (его схема показана на Рисунке 6). Изготовить такой кабель своими силами достаточно просто (ниже приведена его фотография). Для этого был использован 8-жильный плоский кабель с шагом 0.635 мм (автор вырезал его из ненужного кабеля от интерфейса IDE, который, в свое время, предусмотрительно не выбросил). Кабель одним концом припаивается к разъему USB-8P (на него впоследствии одевается термоусадочная трубка и для усадки нагревается зажигалкой), а вторым – к разъему PDLM-8, который одним концом впаян в небольшую плату (разводка ее приведена в дополнительных материалах), а ко второму концу припаяны провода плоского кабеля, и на них одета ПВХ трубка (кембрик). Такую плату можно вырезать из макетной платы с шагом 2.54 мм (или вообще обойтись без нее). Расположение выводов для пайки разъема USB-8P приведено в дополнительных материалах на сайте журнала. Кабель одним концом (PDLM-8) вставляется в разъем X1 Рисунок 1 (цанговые гнезда), а вторым (USB-8P) – в преобразователь USB-SPI. Назовем это устройство SI8663-планар. Его схема – та же, что и схема, показанная на Рисунке 5, за исключением выходного разъема: вместо PDLM-8 (X2) используется разъем mini USB-8S (X2 – в пунктирном прямоугольнике в правой верхней части Рисунка 5).

Разводка преобразователей USB-SPI на базе UB30, SI8663-DIP (а), SI8663-планар (б) и ADuM3160/4160 (в).
Рисунок 9. Разводка преобразователей USB-SPI на базе UB30,
SI8663-DIP (а), SI8663-планар (б) и ADuM3160/4160 (в).

В качестве разъемов для интерфейса USB в обеих платах (Рисунки 9а, 9б) используются разъемы micro B-5SD2-REV (реверсный).

Разводка преобразователя USB-SPI на базе ADuM4160 (Рисунок 9в) сделана по схеме Рисунок 4. Расположение цанговых 8-контактных штырей интерфейса SPI и 3-контактных штырей для программирования у этой платы такое же, как и на плате Рисунок 9а, а в качестве разъема для интерфейса USB используется стандартный (не реверсный) разъем USB micro B-5S.

Как видно из Рисунка 9, разводка достаточно проста, сделана исключительно с одной стороны, в платах полностью отсутствуют переходные отверстия, что является следствием использования резисторов для поверхностного монтажа с нулевым сопротивлением (попросту перемычек). Кроме того, сами платы, как можно убедиться, отличаются миниатюрностью.

 Разводка плат-переходников для генераторов SCO22350ADSR (а), SG-8002SE (б), 500EAA72M0000ACF (в) и 560CAA72M0000ABG (г).
Рисунок 10. Разводка плат-переходников для генераторов SCO22350ADSR (а), SG-8002SE (б),
500EAA72M0000ACF (в) и 560CAA72M0000ABG (г).

Разводка плат-переходников для генераторов (Рисунки 10а, 10б, 10г) произведена по схемам в пунктирных прямоугольниках в нижней части Рисунка 1. На Рисунке 10в приведена разводка еще одного генератора – SI500EAA72M0000ACF производства Silicon Laboratories, который был протестирован автором и показал хорошую работу. Его отличие от генератора SI560 (Рисунок 10г) в более низком токе потребления (25 мА против 74 мА у SI560). Как видно из Рисунка 10, разводка проста и в комментариях не нуждается.

Преобразователь на базе UB30 и SI8663-DIP (разводка Рисунок 9а).
Рисунок 11. Преобразователь на базе UB30 и SI8663-DIP (разводка Рисунок 9а).
 
Преобразователь на базе UB30 и SI8663-планар (разводка Рисунок 9б).
Рисунок 12. Преобразователь на базе UB30 и SI8663-планар (разводка Рисунок 9б).
 
Преобразователь на базе UB30 и ADuM4160 (разводка Рисунок 9в).
Рисунок 13. Преобразователь на базе UB30 и ADuM4160 (разводка Рисунок 9в).
 
 Обратная сторона преобразователей на ADuM4160 (Рисунок 13), SI8663-DIP (Рисунок 11) и кабель связи для SI8663-планар (Рисунок 12) по схеме Рисунок 6.
Рисунок 14. Обратная сторона преобразователей на ADuM4160 (Рисунок 13), SI8663-DIP
(Рисунок 11) и кабель связи для SI8663-планар (Рисунок 12) по схеме Рисунок 6.
 
Подключение преобразователя SI8663-DIP (Рисунок 11) и кварцевого генератора SG-8002SE (72 МГц, разводка Рисунок 10б) к плате с EFM8LB12 (разводка переходника Рисунок 8).
Рисунок 15. Подключение преобразователя SI8663-DIP (Рисунок 11) и кварцевого
генератора SG-8002SE (72 МГц, разводка Рисунок 10б) к плате с EFM8LB12
(разводка переходника Рисунок 8).

Из фотографий на Рисунках 11-15 можно получить представление об общем виде устройств. Спичка на Рисунке 14 для оценки масштаба – самая обыкновенная.

Литература

  1. Кузьминов А. Преобразователь интерфейсов USB-SPI на базе нового 51-совместимого микроконтроллера EFM8UB1. Современная электроника. 2017. № 1–3
  2. Кузьминов А.Ю. Связь между компьютером и микроконтроллером. Современные аппаратные и программные средства. – М.: Издательство «Перо», 2018
  3. Кузьминов А. Изготовление устройств на печатных платах с высоким разрешением в домашних условиях. Технологии в электронной промышленности. 2010. № 8–10, 2011. № 1, 2
  4. Кузьминов А. Технология изготовления печатных плат с высоким разрешением в любительских условиях. Радио. 2017. № 10.
  5. USBXpress Programmer's Guide
  6. EFM8 Factory Bootloader User Guide
  7. EFM8 Factory Bootloader AN945SW

Материалы по теме

Окончание

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 910
сейчас смотрят 6
представлено поставщиков 380
загружено
позиций
25 067 862