Микроконтроллер Teensy LC MKL26Z64VFT4

Продажи временно приостановлены

Teensy LC Модуль платы разработчика с микроконтроллером MKL26Z64

• Микроконтроллер: 32-разрядный ARM MKL26Z64VFT4
• Ядро: Cortex-M0
• Тактовая частота: 48 МГц
• FLASH память: 62 Кбайт, скорость обмена данными 96 Мбайт/с, кэш 64 Байт
• RAM память: 8 Кбайт
• EEPROM память: 128 Байт, эмулируемая
• Прямой доступ к памяти, DMA: 4 канала
• Загрузчик: Halfkay
• Питание 3.7-5.5 Вольт
• Рабочее напряжение: 3.3 Вольт
• Выводы, совместимые с беспаечной платой: 24
• Цифровые входы/выходы общего назначения: 27
• Аналоговые входы, АЦП: 13, разрядность 12 бит
• Аналоговые выходы, ЦАП: 1, разрядность 12 бит
• ШИМ выходы: 10
• Максимальный ток через вход/выход: 5 миллиампер (четыре по 20 миллиампер)
• Максимальный ток вывода 3.3В: 100 миллиампер
• Таймеры:
  • Низковольтный таймер, LPTMR
  • Программируемые интервальные таймеры, PIT/Interval
  • Системный таймер, Systick
• Выводы сенсорного датчика касаний (Touch): 11
• Интерфейсы: 3хUART, 2xSPI, 2хI2C, I2S цифровое аудио, USB+OTG
• Физическая кнопка запуска загрузчика "Prog"
• USB-разъем: micro-В
• Светодиодная индикация пользовательского вывода D13
• Размеры: 35.6 х 17.8 х 4.5 мм

Тинси или Ардуино?

Визуально очень похожая на многие, в тоже время совершенно другая, микроконтроллерная платформа Teensy продолжает выпускаться, обновляться и активно поддерживаться компанией PJRC Electronic Projects Components Available Worldwide, основание которой состоялось в далёком 1995 году, хотя разработки по созданию полезных электронных компонентов, приносящих пользу своим обладателям, трудящимся над созданием собственных микроэлектронных проектов, начались значительно раньше. Выбранный двумя энтузиастами, путь по созданию миниатюрных микроконтроллерных плат на совершенно новых микропроцессорах принёс компании PJRC и платформе Teensy огромную популярность в мировом сообществе среди опытных пользователей, профессионалов своего дела, любителей и новичков. Неоспоримым примером тому послужит увесистая библиотека новаторских разработок, представленная независимыми радиолюбителями на страницах с примерами и обсуждениями.

Сравнивая серию плат Teensy с не менее популярными платформами Arduino или аналогичными, можно наблюдать её выгодное отличие. Максимально простой дизайн, вкупе с бóльшей производительностью и функционалом, предложит каждому пользователю широкие возможности в сотворении уникальных умных и полезных устройств. Teensy способна увлечь за собой в глубоко необъятный и увлекательный мир электронных схем абсолютно любого, независимо от имеющихся базовых познаний в программировании и конструировании, придерживаясь золотого правила "Учиться никогда не поздно!" Она способна подарить целый спектр ярких ощущений, полученных от самостоятельного пошагового прохождения всего творческого цикла, начиная от смелой мысли и заканчивая готовым, полностью работоспособным изобретением.

Teensy LC относится к изделиям с низкой ценовой категорией, выполнена в соответствии с размерами Teensy 3.2, большинство выводов имеют аналогичные периферийные функции.

Ключевые особенности платформы Teensy

• USB может быть любым типом устройства
• Процессоры с ядрами AVR и ARM
• Программирование одной кнопкой
• Совместимость с Arduino
• Простое в использовании приложение Teensy Loader
• Бесплатные инструменты разработки программного обеспечения
• Совместимость с Windows, Linux, Mac OS X
• Крошечные размеры, идеальные для многих проектов

Коллекция плат Teensy умеет "дружить" с Arduio, причём как на аппаратном, так и на программном уровне. В тоже время, микроконтроллеры семейства Teensy намного универсальнее по причине предоставляемой пользователю свободы в выборе различных программных сред разработки и языков программирования, предназначенных для написания исполняемого машинного кода, будь то многим известный бесплатный редактор Arduino IDE, или же мощная оболочка языка C. Для совместимости с Arduino, разработчиками Тинси представлен самоустанавливающийся плагин с программным обеспечением Teensyduino, в который входят драйвера и необходимые служебные библиотеки (см.ниже).

Разработчиками Teensy не предусмотрена какая-либо собственная интерактивная визуальная операционная система. Во встроенные чипы микроконтроллеров каждой платы заведомо загружена заводская микропрограмма-загрузчик "Halfkay" (упрощённый вид ПО, управляющий прошивкой памяти чипа ARM MKL26Z64VFT4, внутренним взаимодействием в аппаратной части платформы и заставляющий модуль работать в роли USB-устройства).

Все модели оснащены разъёмом USB, организующим проводную связь между платой и персональными компьютерами (включая мини-ПК Raspberry Pi), работающими на разных операционных системах: Windows, Linux, Mac OS (OS-X). Способ прошивки микроконтроллера облегчён отсутствием необходимости в использовании отдельных программаторов, весь процесс осуществляется через USB-соединение.

Большинство плат Teensy изначально выпускаются без припаянных к плате штырьевых контактов, оставляя разработчику проекта принятие собственного решения в типе подключения дополняющих периферийный устройств. Универсальный для большинства микроэлектронных плат, шаг между контактами с расстоянием в 2.54 мм (0.1") будет удобен при предварительном прототипировании того или иного проекта с применением контактной доски беспаечного монтажа MB-102, или в подключении обычных проводов или разъёмов с коннектором Dupont.

Разработка проектов на основе контроллеров Teensy

Рабочее напряжение конкретной модели Teensy позволит совмещать плату с внешними модулями от сторонних производителей, ориентированных на работу с 3.3 или 5-вольтовым питанием. Ниже представлен сравнительно небольшой перечень модулей, благодаря которым удастся значительно разнообразить собираемые электронные схемы:

• датчики звука, капель и дождя, расстояния, обнаружения газов, температуры или освещённости;
• беспроводные передатчики или приёмники GSM/GPRS, RFid, WiFi и Bluetooth;
• графические и символьные экраны;
• модули управления сервомоторами или шаговыми моторами;
• модули с кнопками или светодиодами;
• часы реального времени;
• модули Ethernet;
• модули с реле разнообразных конфигураций;
• картридеры SD и микро-SD карт памяти;
• MP3-проигрыватели, звуковые усилители, FM-приёмники;
• гироскопы, акселерометры, магнитометры и многие другие.

Главными шагами в создании проекта "от" и "до" можно обозначить следующее:

1. Разработка проекта "на бумаге";
2. Предварительная "черновая" сборка электрической схемы - прототипирование проекта;
3. Написание программного кода и его прошивка в микроконтроллер;
4. Анализ полученного результата, при необходимости - отладка отдельных частей проекта;
5. Сборка законченного варианта конструкции.

Обзор платы

Назначение выводов

Цифровые входы/выходы общего назначения расположены по краям двух длинных боковых сторон, некоторые выводы расположены ближе к центру платы вторым рядом. Они оперируют логическими сигналами "единица" и "ноль", выраженными наличием постоянного напряжения +3.3 вольта или 0 вольт на контакте. Все выводы обеспечивают работу в настраиваемых для каждого отдельно взятого контакта режимах приёма и передачи значений логических сигналов. Максимальный пропускной ток вывода общего назначения составляет 5 миллиампер (четыре вывода по 20 миллиампер, один вывод 8 миллиампер). Определённый ряд цифровых контактов общего назначения дополнительно совмещён с аналоговыми функциями, а также наделён широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Прямая совместимость с прочими микроконтроллерными платформами или дополняющей периферией, обменивающимися сигналами на напряжении +5 вольт не предусмотрена.

Примечание! Избегайте превышения значения максимального тока общих контактов, способного повредить микроконтроллер.

Аналоговые входы АЦП наделены умением считывать и определять уровень входящего напряжения на контакте с последующим его пропорциональным преобразованием в цифровые значения от 0 до 4095 (4096 возможных значения, разрядность 12 бит). Первая десятка аналоговых входов А0-А9 расположена на плате под маркировкой цифровых контактов 14...23, вход А12 выведен на короткую сторону, рядом с контактом "Program". Остальные входы представлены самостоятельными контактными отверстиями — А10 и А11. Общее количество каналов аналого-цифрового преобразования (АЦП) составляет 13 входов. Напряжение входящего сигнала для всех перечисленных аналоговых контактов не должно превышать более +3.3 вольт.

ШИМ выходы предназначены генерировать модулируемые импульсные сигналы прямоугольной формы, формируя на контакте напряжение с изменяемым уровнем (метод цифровой широтно-импульсной модуляции). Выводы трансформируют программное цифровое значение в напряжение, пропорциональное уровню основного питания платы 3.3 вольт. Их расположение разнесено по всей плате: контакты 3-4, 6, 9-10, 16-17, 20, 22-23.

Сенсорный датчик прикосновения (TSI). Использование функции touchRead(pin) предназначено замерять ёмкость на входе каждого специального контакта TSI. Изменение значений на контакте возникает от прикосновения пальца или другого большого объекта (имеющего общее с Teensy заземление — заземляющий вывод или земная поверхность) к металлической поверхности, связанной с контактом TSI.

Память

1. ПЗУ-память (FLASH) — энергонезависимая постоянная память объёмом 62 Кбайт является основной областью для хранения исполняемого программного кода;
2. ОЗУ-память (SRAM) размером 8 Кбайт, используемая микроконтроллером для хранения переменных, создаваемых в процессе выполнения исполняемого пользовательского кода. ОЗУ-память зависит от питающего напряжения, при его отсутствии все данные удаляются;
3. EEPROM-память объёмом 128 Байт. Относиться к разряду энергонезависимой памяти, доступной пользователю для хранения данных, независящих от основного кода. В Teensy LC память EEPROM эмулируется программным обеспечением, занимая 2 Кбайт из доступного объёма flash-памяти. Во время записи данных в EEPROM, занимающее 1 миллисекунду, чтение из flash-памяти запрещено на аппаратном уровне.

5-вольтовый буфер для проектов на светодиодах WS2812 / NeoPixel

Teensy LC оснащена буферным 5-вольтовым выходом управления адресуемых светодиодов (светодиодных лент или колец) типа WS2812 / NeoPixel. Контакт обозначен маркировкой "17-5V" на обратной стороне платы и предназначен только для исходящей от Teensy информации. Входная линия данных буфера 74LV1T125 привязана к цифровому выходу 17. Напряжение на выходе "17-5V" всегда идентично уровню напряжению Vin.

Пользовательский интерфейс обмена данными

• SPI (высокоскоростной синхронный последовательный периферийный интерфейс, шина SPI) — выводы 10 (CS0), 6 (CS1), 13 (SCK0), 20 (SCK1), 11 (MOSI0), 0 (MOSI1), 12 (MISO0), 1 (MISO1). Полнодуплексный последовательный четырёхпроводный стандарт передачи данных, обеспечивающий высокоскоростную связь микроконтроллеров и периферии. Способен работать в режимах Главный (Master) и Ведомый (Slave) с выбором подключенных устройств.
• I²C (низкоскоростной асинхронный последовательный двунаправленный интерфейс, шина IIC/I²C) — выводы 19 (SCL0), 18 (SDA0), выводы 22 (SCL1), 23 (SDA1). Чаще всего, используется для установления низкоскоростной связи по двунаправленной шине, соединяющей вместе периферийные компоненты устройств с микроконтроллерами и микропроцессорами.
• UART (универсальный асинхронный последовательный двунаправленный интерфейс, шина UART) — выводы 0 (RX0) и 1 (TX0), выводы 9 (RX1) и 10 (TX1), выводы 7 (RX2) и 8 (TX2). Хорошо стандартизованный и широко применяемый узел универсального асинхронного приёмопередатчика (УАПП), применяемый для организации связи с внешними цифровыми устройствами, и передающий сигналы данных по одной двухпроводной цифровой последовательной линии.

Использование прерываний

Функция аппаратного прерывания призвана определить и помочь отреагировать на произошедшие события, такие как получение данных от периферии, переполнение таймеров, смена контактов и другие. Обработкой событий должен заниматься специальный фрагмент основного кода, называемый "подпрограммой обработки прерываний".

Каждое событие устанавливает на аппаратном уровне "флаг", представляемый в виде двоичного бита информации — единицы (установлен) или нуля (сброшен). Флаг сохраняется в памяти до тех пор, пока его не обработает программное обеспечение. Бит флага устанавливается, даже если прерывания не используются. Программный опрос может прочитать бит флага, чтобы проверить, возникло ли условие, сделать все необходимое и сбросить флаг.

Многие флаги прерываний сбрасываются при вызове обработчика, некоторые обнуляются кодом обработчика событий, определённый ряд флагов косвенно управляются периферией. Все прерывания имеют дополнительный бит маски, контролирующий включение или отключения прерывания. Дополнительно, существует глобальный бит разрешения прерываний, который позволяет отключать или включать все прерывания, для которых установлены биты маски.

Обработка прерываний доступна на выводах 2-15, 20-23.

Функциональное назначение выводов Teensy LC (распиновка)

Питание Teensy LC, принципиальная схема

Платой предусмотрено два варианта подачи основного рабочего напряжения: порт USB (5В), контакты Vin и GND. Электрической схемой платы допускается подключение нестабилизированного (повышенного, пониженного, скачкообразного) напряжения в диапазоне 3.7-5,5 вольт, не выходящего за допустимые рамки.

Контакты +3.3V предназначены для питания внешней периферии и напрямую соединены с главным и служебным контроллерами. Максимальный ток, суммарно проходящий через все доступные 3.3-вольтовые выводы не должен превышать 100 миллиампер. Не рекомендуется использовать контакты 3.3V для прямого питания платы, превышенное напряжение на выводах способно повредить оба микроконтроллера. Необходимо строго соблюдать полярность подключаемого внешнего источника к выводам питания.

Малые площадки прямоугольной формы, присутствующие на обратной стороне платы Teensy LC, соединяют с внутренним 3.3-вольтовым регулятором микросхемы MKL26Z64VFT4 общие плюсовые выводы USB (+5 вольт VUSB) и источника внешнего питания. Напряжение, поступаемое на плату при питании от USB, генерирует на контакте VIN исходящие +5 вольт, которое в последствии может быть использовано для внешней периферии.

Примечание. Противопоказано включать сразу два источника питания с разным типом напряжения (USB и внешний VIN+GND). Если возникнет необходимость в одновременном использовании обоих типов питания, потребуется обязательное разделение площадок путём перерезания имеющейся между ними перемычки. Впоследствии, перемычку можно восстановить, припаяв к площадкам новую.

Teensy Loader

Прошивкой и запуском скомпилированного исполняемого кода в формате INTEL HEX (.hex) занимается программа Teensy Loader. Программа не требует установки и работает как самостоятельное приложение.

Для систем на Linux потребуется скопировать файл 49-teensy.rules в /etc/udev/rules.d/, позволяющий пользователям без Root-прав получить доступ к USB порту Teesny.

Ручной вход в режим программирования осуществляется нажатием на плате Teensy единственной кнопки "Prog". В окне Teensy Loader отобразится графическое изображение подключенной к компьютеру платы Teensy. Повторное нажатие кнопки программирования прошьёт в память Teensy предварительно выбранный hex-файл. Воспользуйтесь командой Reboot (в Teensy Loader) для старта выполнения прошитого кода.

Teensy Loader входит в состав установочного плагина Teensyduino.

Teensyduino, поддержка Arduino IDE

Teensyduino — это программное дополнение для Arduino IDE, позволяющее запускать скетчи на Teensy и Teensy++. Большинство программ, написанных для Arduino, работают на Teensy. Все стандартные функции (digitalWrite, PinMode, analogRead и пр.), включая большинство библиотек для Arduino, поддерживаются Teensy.

Teensyduino активно разрабатывается и дополняется, поддерживая многие версии Arduino IDE: 1.0.6, 1.6.5-r5, 1.8.1, 1.8.5, 1.8.6, 1.8.7, 1.8.8. и 1.8.9. Установочные файлы дополнения под разные операционные системы расположены по этой ссылке.

Добавление Teensyduino

Первым шагом необходимо выбрать Teenesy или Teensy++ из меню "Инструменты->Плата". Если Teensy не отображается в списке, закройте Arduino IDE и установите Teensyduino, указав ему месторасположение Arduino IDE на компьютере. Если установка происходит на ОС Windows, дополнительно запустите Windows_serial_installer, добавляющий информационный (INF) файл для всех виртуальных последовательных USB-устройств, поддерживающих модель абстрактного управления.

Настройте Arduino IDE на совместимость с используемой Teensy, изменив параметры модели платы, устройства USB, порта и пр. в меню "Инструменты". Загрузите скетч Blink из библиотеки примеров Arduino IDE "Файл->Примеры->Basics->Blink". Встроенный светодиод Teensy LC расположен на 13 выводе, как у большинства плат Arduino. Затем, нажмите в Arduino IDE кнопку проверки и компиляции.

Завершив проверку, Arduino сообщит окончательный размер исполняемого кода. Последующее нажатие в Arduino IDE кнопки загрузки приведёт к автоматическому запуску Teensy Loader, записи кода скетча в память Teensy и начала выполнение программы.

Размеры платы

Техническая информация

1. Документация контроллера MKL26Z64VFT4 (PDF, англ.)
2. Документация буфера SN74LV1T125 (PDF, англ.)