Teensy 3.6 на микроконтроллере MK66FX1M0 с коннекторами

Продажи временно приостановлены

Teesny 3.6 Модуль платы разработчика на микроконтроллере MK66FX1M0 с коннекторами

• Микроконтроллер: 32-разрядный ARM MK66FX1M0VMD18
• Ядро: Cortex-M4F
• Тактовая частота: 180 МГц (разгоняемая до 240 МГц)
• FLASH память: 1024 Кбайт, скорость обмена данными 411 Мбайт/с, кэш 8192 Байт
• RAM память: 256 Кбайт
• EEPROM память: 4096 Байт
• Прямой доступ к памяти, DMA: 32 канала
• Загрузчик: Halfkay
• Питание 3.6-6 Вольт
• Рабочее напряжение: 3.3 Вольт
• Выводы, совместимые с беспаечной платой: 40+2
• Цифровые входы/выходы общего назначения: 58
• Аналоговые входы, АЦП: 25, разрядность 13 Бит
• Аналоговые выходы, ЦАП: 2, разрядность 12 Бит
• ШИМ выходы: 22
• Максимальный ток через каждый вход/выход: 10 миллиампер
• Максимальный ток вывода 3.3В: 250 миллиампер
• Таймеры:
  • Программируемый блок задержки, PDB
  • Таймер несущей модуляции, CMT
  • Низковольтный таймер, PLTMR
  • Программируемые интервальные таймеры, PIT/Interval
  • Сетевой таймер, IEEE1588
  • Системный таймер, Systick
  • Таймер часов реального времени/календаря, RTC
• Выводы сенсорного датчика касаний (Touch): 11
• Интерфейсы: 6хUART, 3хSPI, 4хI2C, 2хI2S цифровое аудио, 2хUSB+OTG, 2хCAN шина, Ethernet
• Физическая кнопка запуска загрузчика "Prog"
• USB-разъем: micro-В
• Светодиодная индикация пользовательского вывода D13
• Размеры: 61 х 18 х 4.5 мм

Ардуино или Тинси?

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 её платформе Teensy огромную популярность в мировом сообществе среди опытных пользователей, профессионалов своего дела, любителей и новичков. Неоспоримым примером тому послужит обширная и постоянно пополняемая библиотека самостоятельных 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.

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 MK66FX1M0VMD18, 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.

Данный вариант модели Teensy 3.6 поставляется с уже припаянными коннекторами!

Универсальный для большинства микроэлектронных плат, шаг между контактами с расстоянием в 2.54 мм (0.1") будет удобен при предварительном прототипировании проекта с применением контактной доски беспаечного монтажа MB-102, или в подключении обычных проводов или разъёмов с коннектором Dupont.

Возможности Teensy 3.6

Старшая модель Teensy 3.6 получила по настоящему невероятные обновления в аппаратной части. Мощный вычислительный процессор MK66FX1M0VMD18 позволил инженерам-разработчикам в разы увеличить производительность и предложить пользователям громадное количество доступной памяти для загрузки исполняемого программного кода и хранения различных данных. Достаточно взять её в руки, как наступит понимание о больших возможностях, заложенных в маленькой плате. Teensy "обросла" дополнительным полезным функционалом в виде появившегося встроенного слота для micro-SD карт, открывая возможность проектируемым устройствам обрабатывать графические изображения и музыкальные сэмплы, или хранить файлы логгирования данных.

В ядре Cortex-M4 Teensy 3.6 заложены DSP-инструкции (инструкции цифрового сигнального процессора), обеспечивающие достаточную мощность для реализации сложного алгоритма вычисления "Быстрого Преобразования Фурье" (спектральный анализ), открывая возможности для создания продвинутых "звукореактивных" проектов.

Teensy 3.6 по прежнему поддерживает все расширения и дополнения, разработанные для Teensy 3.х, включая звуковую плату Teensy Audio Board или расширение с датчиками движения, аудио усилителем и флеш-памятью Teensy Prop Shiled. Начиная с версии Teensy 3.1 и старше, питающий внешнюю периферию вывод +3.3V наделён усиленной способностью пропускать ток до 250 миллиампер (против 100 миллиампер у Teensy 3.0), позволяя "наращивать" схемы проектируемого изделия ещё большим количеством сторонних совместимых модулей расширений. Широкий диапазон интегрированных протоколов связи, стандартных для Arduino и аналогичных микроконтроллерных платформ, сможет предложить пользователю самостоятельный, ничем не ограниченный выбор в установлении коммуникаций с подчинёнными или управляемыми устройствами.

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:

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

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 двум длинным боковым сторонам и на обратной стороне платы в виде прямоугольных контактных площадок. 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 10 миллиампер. Определённый ряд цифровых контактов общего назначения дополнительно совмещён с аналоговыми функциями, а также наделён широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

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 8191 (8192 возможных значения, разрядность 13 бит). Первые десять основных аналоговых входов А0-А9 расположены на плате под маркировкой цифровых контактов 14...23, группа из 9 аналоговых входов А12-А20 обозначена цифрами 31-39, входы А21 и А22 совмещены с ЦАП — контакты DA0 и DA1. Оставшиеся четыре входа смещены ближе к центру платы. А10 и А11 представлены самостоятельными контактными отверстиями. Входы А23-А24 расположены на площадках цифровых контактов 49-50 с обратной стороны Teensy 3.6. Общее количество каналов аналого-цифрового преобразования (АЦП) составляет 25 входов. Напряжение входящего сигнала для всех перечисленных аналоговых контактов не должно превышать более +3.3 вольт.

Аналоговое заземление AGND рассчитано на проведение более точных измерений уровня входящего аналогового сигнала, полученного от периферии. Подключение источников аналогового сигнала к питающим выводам +3.3 вольта и AGND позволяет максимально снизить возможные искажения от помех и электрических шумов.

ШИМ выходы предназначены генерировать модулируемые импульсные сигналы прямоугольной формы, формируя на контакте напряжение с изменяемым уровнем (метод цифровой широтно-импульсной модуляции). Выводы трансформируют цифровое значение в напряжение, пропорциональное уровню основного питания платы 3.3 вольт. Их расположение разнесено по всей плате: контакты 2-10, 14, 16-17, 20-23, 29-30, 35-38. Некоторые выводы ШИМ способны поддерживать настраиваемую высокоточную разрядность до 16 бит.

Примечание. В Arduino IDE не реализована генерация сигналов ШИМ с разрядностью более 8 бит (256 значений).

ЦАП выход — два вывода цифро-аналогового преобразователя Teensy 3.6 (DAC0 и DAC1), генерирующие аналоговый сигнал с настраиваемым максимальным разрешением 12 бит. В отличии от контактов ШИМ, выход ЦАП создаёт полноценный настраиваемый синусоидальный сигнал.

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.

USB — основная линия интерфейса USB, связывающая микроконтроллер MK66FX1M0VMD18 со стандартным разъёмом micro-USB. Линия предназначена для непосредственного программирования Teensy или для эмуляции различного рода USB-устройств, таких как мышка, клавиатура, последовательный порт и других.

USB-host— платой Teensy 3.6 предусмотрена вторая линия интерфейса UBS, предварительно настроенная на работу Teensy в режим USB-хост (режим главного USB-устройства). Её выводы размещены в самостоятельной группе контактов "5V, D-, D+, G, G", имеющих маркировку на обратной стороне платы. Дополнительно установленный фильтр на основе микросхемы TPD3S014 защищает шину UBS-хост от возможных электростатических разрядов подключаемых периферийных устройств, перенагрузке и токов короткого замыкания. Рядом с выводом "5V" можно наблюдать три площадки, две из которых (H) связаны перемычкой "постоянного" режима "хост". Разрыв имеющегося соединения и установка перемычки в новое положение (D) запускает режим ведомого устройства на шине USB. Смена перемычек может выполнятся неограниченное количество раз.

Reset — низкоуровневый сигнал, переданный на контакт "Reset", приведёт к перезагрузке главного и второстепенного контроллеров, одновременно перезапустит вшитую пользовательскую программу.

Prog — сигнал низкого уровня, посланный на контакт Prog, приводит к остановке выполнения заложенной пользовательской программы, и одновременно запускает загрузчик Halhkay, который переводит микроконтроллер MK66FX1M0VMD18 в режим программирования. Физическая кнопка "Prog" выполняет те же самые действия.

VBAT — в микроконтроллере Teensy установлен блок с часами реального времени. Вывод VBAT подразумевает подключение внешней батареи с напряжением 3 вольта, позволяя часам работать в полностью автономном режиме.

Память

1. ПЗУ-память (FLASH) — энергонезависимая постоянная память объёмом 1024 Кбайт является основной областью для хранения исполняемого программного кода;
2. ОЗУ-память (SRAM) размером 256 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 4 Кбайт. Относиться к разряду энергонезависимой памяти, доступной пользователю для хранения данных, независящих от основного кода.

Пользовательский интерфейс обмена данными

• SPI (высокоскоростной синхронный последовательный периферийный интерфейс, шина SPI) — 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.
  • Выводы SPI0: 9, 10, 15, 20, 21 (SS/CS), 13 (SCK), 11 (MOSI), 12 (MISO)
  • Выводы SPI1: 31 (SS/CS), 32 (SCK), 0 (MOSI), 1 (MISO).
• I²C (низкоскоростной асинхронный последовательный двунаправленный интерфейс, шина IIC/I²C) — чаще всего, используется для установления низкоскоростной связи по двунаправленной шине, соединяющей вместе периферийные компоненты устройств с микроконтроллерами и микропроцессорами.
  • Выводы I²C0: 19 (SCL), 18 (SDA)
  • Выводы I²C1: 37 (SCL), 38 (SDA)
  • Выводы I²C2: 3 (SCL), 4 (SDA)
  • Выводы I²C3: 57 (SCL), 56 (SDA).
• UART (универсальный асинхронный последовательный двунаправленный интерфейс, шина UART) — 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.
  • Выводы UART0: 0 (RX), 1 (TX)
  • Выводы UART1: 9 (RX), 10 (TX)
  • Выводы UART2: 7 (RX), 8 (TX)
  • Выводы UART3: 31 (RX), 32 (TX)
  • Выводы UART4: 34 (RX), 33 (TX)
  • Выводы UART5: 47 (RX), 48 (TX)
• CAN шина (Controller Area Network — сеть контроллеров) представляет собой пакетную последовательную широковещательную двухпроводную связь, применяемую в автомобилестроении. Поддержка использования контроллера CAN реализована в библиотеке FlexCAN (входит в состав установщика Teensyduino). Аппаратные выводы CAN шины размещены на цифровых контактах
  • CAN0: 4 (RX) и 3 (TX).
  • CAN1: 34 (RX) и 33 (TX).

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.

Прерывания делятся на внешние, обрабатывающие события по сигналам от подключенной периферии, и на внутренние, срабатывающие по встроенным таймерам. Все цифровые выводы Teensy 3.6 могут быть настроены на обработку внешних прерываний. Каждый контакт может быть настроен индивидуально в следующие режимы:

• Прерывание отключено, значение по умолчанию сброшено
• Активное прерывание, чувствительное к высокому или низкому уровню сигнала
• Прерывание, чувствительное к восходящему или спадающему фронту сигнала
• Прерывание, чувствительное одновременно к восходящему и спадающему фронту сигнала
• Прерывание, чувствительное к восходящему или спадающему фронту DMA-запроса
• Прерывание, чувствительное одновременно к восходящему и спадающему фронту DMA-запроса

Функциональное назначение выводов Teensy 3.6 (распиновка)

Питание Teensy 3.6, принципиальная схема

Подать напряжение на плату возможно двумя вариантами: порт USB (5В), контакты Vin и GND. Электросхемой платы допускается подключение нестабилизированного (повышенного, пониженного, скачкообразного) напряжения в диапазоне 3.6-6 вольт, не выходящего за допустимые рамки. Максимальный пропускной ток обоих типов подключения составляет 500 мА.

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-вольтные выводы не должен превышать 250 мА. Не рекомендуется использовать контакты 3.3V для питания платы, превышенное напряжение на выводах способно повредить оба микроконтроллера. Строго соблюдайте полярность при подключении внешнего источника к выводам питания.

Площадки прямоугольной формы, присутствующие на обратной стороне платы Teensy 3.6 рядом с разъёмом micro-USB, соединяют с внутренним 3.3-вольтовым регулятором LP38691 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, перемычка легко восстанавливается путём припайки новой.

Teensy Loader, прошивка Teensy

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, дополнение для 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 платы, типа USB, порта и пр. в меню "Инструменты". Загрузите скетч Blink из библиотеки примеров Arduino IDE "Файл->Примеры->Basics->Blink". Встроенный светодиод Teensy 3.6 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.

Техническая информация

1. Документация на контроллер MK66FX1M0 (PFD, англ.)