Etiket arşivi: efm8sb1

alpha-S

decolit alpha-s rgb led lamba modüllerinin çıplak kart halleri

Üç renkli LED elemanlar kullanarak rengarenk aydınlatmalar yapmak son zamanlarda bana da çekici gelmeye başlamıştı. Aslında bunun için hazır pek çok seçenek var ancak ben küçük bir board yapıp, üzerine kendi seçtiğim RGB LED’leri yerleştirip kendi tanımladığım kumanda şemasını yürütebilecek bir şeyler yapmak istedim. Sonrasında bu küçük kartları istediğim yerlere yerleştirip, onları değişken renklerle yakmak niyetindeyim. Noktasal olarak büyük bir ışık yoğunluğunu hedeflemiyor olsam da bir board üstüne 5 tane PLCC kılıf LED koymaktan kaçınmadım.

Kartın boyutları 58mm x 13.5mm oldu.


Deneme amacıyla ürettiğim board’ların üzerine Cree marka CLP6C-FKB model LED’ler taktım. Sonuç gayet güzel.

LED’leri doğrudan kartların besleme hattı üzerinden besliyorum ve her renk için bir pull-down transistör ile sürüyorum. Şemada 100R olarak gözüken seri dirençler besleme gerilimine göre seçilmesi gereken denge dirençleri.

Bu projeyi bir hafta sonu çalışması olarak uğraşmaya değer bulmama neden olan şey bu kartları seri haberleşme ile kumanda edilebilir ve kaskat bağlanabilir yapmam. Bu şekilde iş basit bir renk ayarından çok daha fazlası olabilir.

Aslında arka arkaya bağlanabilir renkli LED deyince akla gelen Neopixel diye bir LED çipi de var. Bunun Çin malı kopyaları ucuza bulunabiliyor. Ama bunlar adreslenebilir modüller değiller. Ben uzun clock katarları üretmek zorunda kalmak yerine doğrudan UART kullanan bir şey yapmak istedim. Bu şekilde tek bir komutla tüm lambalara aynı anda aynı şeyi yaptırabilmek mümkün. Veya istediğiniz belli bir adrese doğrudan komut verebilirsiniz. Eğer hızlı animasyonlar yapmak söz konusu ise bu daisy-chanining’e göre çok büyük bir fark yaratabilir.

Her modülün sol tarafında uart’ının RX ‘i sağ tarafında ise TX çıkışı bulunuyor.

Modülleri arka arkaya (kaskat) bağladığımızda soldan sağa birbirlerini sürmüş olacaklar.Bir modül sol tarafından bir paket aldığında bu paket onu adreslemiyorsa veya bir genel çağrı adresi taşıyorsa o komutu sağ taraftaki TX pininden aktaracaktır. 0-3V gerilim düzeyinde çalışıyor olsak bile bu şekilde alavere yaparak uzun bir lamba zincirini bir uçtan kumanda edebilmeyi umuyorum. Bu arada, 24mA kaynak akımı verebilen bir logic buffer kullanmakla sonraki modül ile aramızdaki kablonun kapasitesinden kaynaklanacak yavaşlamaları azaltmış olacağız. Şemadaki paralel kondansatöre takılmayın. Orada bir komponent yeri olsun istedim sadece.

Benim “adreslenebilir” bir lamba modülünden beklediğim kumanda işlevleri her kanal için ayrı ayrı olmak üzere;
* Açma ve kapama denetimi,
* Çıkış gücünü ayarlama,
* Rampalı açma/kapama,
* Çıkış gücünü rampalı değiştirme,
* Rampa sürelerini değiştirebilme
* Çıkış gücünü çıkışa yansıtmaksızın değiştirebilme (komut verildiğinde uygulanmak üzere)
* Tüm modüllere eşzamanlı komut verebilme

Bu fonksiyonlar basit seri komutlarla kumanda edilebildiğinde ana kontrolcünün karmaşık efektleri yürütmesi kolayca mümkündür.

Firmware Yapısı

Ana program, dört ayrı thread’den oluşur:
+ Sürekli olarak çalışan ve her aşaması belirli bir zaman aşımı denetimi ile korunan bir seri haberleşme thread’i..
+ Zaman çoğullamalı olarak çalışan ve her biri bir renk sürücüsüne çıkış veren üç özdeş paralel renk kontrol thread’i.

Her renk kontrol thread’i 4 farklı duruma dair task’ler çalıştırır. Her task’in o renk için bir “durum” olduğunu düşünün. Bunlar;
OFF
ON
RAMPUP
RAMPDOWN
task’leridir. OFF ve ON task’leri kalıcı durumlardır. Bir komut alınmadığı sürece denetim bu task’i çalıştırmayı sürdürür. RAMP task’leri ise belli bir süre boyunca çalışan geçiş durumlarıdır. Set değeri değiştirildiğinde (kademeli geçiş komutu verilmişse) veya kademeli açma kapama komutları verildiğinde yeni set değerine ulaşılıncaya dek bu adımlarda kalınır.

Çıkış kontrol task’lerinin zaman bölümlemesi 10,7ms ‘dir. Yani her 10,7ms’de bir sıradaki renk kanalının geçerli durumuna dair task çalışır. Ve bu çevrim art arda sürekli devam eder. İki rezerve zaman slotunun da eklenmesiyle, bir tam çevrim 5×10,7 = 53,5ms ‘de tamamlanır. Bu demektir ki, çıkış güncellemeleri 53,5ms çözünürlükle yapılmaktadır. Durağan adımlarda bu önemli olmamakla beraber kademeli geçiş adımlarında bu süre değişim hızını tanımlar.

PWM

İşlemcinin üzerindeki 3 PWM kanalını da kullanıyoruz. PWM çözünürlüğü 8 bittir. PWM frekansı da 7,98 kHz’dir.
Bu projenin donanımını tasarlarken EFM8BB1 işlemcisini kullanmıştım. Firmware’e de bu işlemci üzerinde çalışarak başladım. Sonra iş deneme aşamasına gelince prototip montajları için bana yardımcı olan arkadaşımın elimdeki board’lara BB1 yerine yanlışlıkla SB1 takmış olduğunu fark ettim.
Sleepy-Bee ile Busy-Bee “hemen hemen” pin uyumludur. Ancak firmware’de oldukça yaşamsal farklar vardır. Ne yazık ki buna PCA modülü de dahil, ki bu board’da PWM’i bununla üretiyorum. O yüzden, elde olan asıl olandır mantığıyla benim firmware’i SB1 üzerinde çalışacak şekilde değiştirdim. Ancak asıl üretimim BB1 ile olacak. Çünkü bunda daha çok özellik var.
Bu işlemcilerde PWM çıkışı aktif duty cycle’da 0, pasif durumda da 1 oluyor. Ben BB1’de PCA0POL register’ı ile bu evirme işlemini donanımsal olarak halledebiliyordum. Ancak SB1’de POL register’ı yok. Bu durumda çıkış gücü 0 yazarsak en büyük 255 yazarsak en küçük olmuş olur. Ayrıca, kanalı kapatmak istediğimizde önce çıkışa 255 yazmalı sonra da _ECOM bitini sıfırlamalıyız.
8 bit PWM’de set değerini PCA0CPHx register’ına yazmak gerek. Daha yüksek çözünürlüklü PWM ayarlarında kullanılabilen auto-reload register’larının kullanım seçimi bu modda kullanılmıyor.
Çalışma sırasında PCA modülü ve sayacı sürekli devrede. Bir kanalın kapalı olması gerektiğinde
PCA0CPMx = 0x02; yazarak o çıkışın toggle olmasını engelliyorum. (PCA0CPHx = 255)
PCA0CPMx = 0x42; yazdığımda da PWM çalışmaya devam ediyor.

BB1 kullanan versiyonda işler biraz daha değişik. Burada o kanalın POL bitini = 0 yapıp _ECOM=0 yapmam çıkışı kapatmaya yetiyor. Duty cycle’ı değiştirmeme gerek yok.
Ayrıca, BB1 ‘de PWM’i center-aligned kullanıyorum.

Kontrolcü, komutlar tamamlanmadan yeni komutu işleme almaz. Ancak rampa komutları icra edilirken seri haberleşmeden yeni bir komut alınırsa komut kuyruğa eklenir ve geçerli komut tamamlanınca işleme alınır. Ani açma / kapama /set değeri değiştirme komutlarında bunun olma olasılığı yoktur. Rampa işlemlerinde komutun tamamlanması rampa ayarına bağlı olarak uzun sürebileceği için bu olasılık vardır.

Üç renk kanalı birbirinden tamamen bağımsız olarak çalışabilir ve kumanda edilebilirler. Ancak tamamen eşzamanlı olarak da kumanda edilebilirler.

Bir zincirde 128 adet modül arka arkaya bağlı olabilir. Her modülün adresi sabittir. Bir ağda aynı adresli iki modül olması çalışmayı bozmaz, sadece bu modüller ayrı ayrı ayarlanamamış olurlar. 0x81 adresi tüm modüllerin ortak çağrı adresidir.

Seri portun haberleşme hızı 38400bps’dir. Yazdığım ilk versiyonda modül aldığı paketin adresi kendi adresi değil ise paketi tamamlanmasını beklemeden iletmeye başlıyordu. Ancak sonra, kesme kodunu kısa tutma takıntım yüzünden bu özellikten vazgeçtim. Bu durumda, her modül için paket aktarım gecikmesi yaklaşık 1,6ms’dir.

Haberleşme Yapısı

Paket boyu tüm komutlar için sabittir ve 6 byte’tır. Her paket sync byte’ı (0xAA) ve hedef node adresi ile başlar (0x01..0x81). 0x81 genel çağrı adresidir.
Ardından gelen cmd byte’ı paketi tanımlar. Geçerli komutlar ve kullandıkları parametrelerin anlamı şöyledir:

node: 1..128 arası, hedef adresi. 129 tüm modülleri adresler.
cmd_X : kanal komutları. anlamları şunlar:
0: Bu kanala ait komut yok.
1: forced-on : Kanal kapalıysa hemen açılmasını sağlar. Eğer açıksa out_X’te o an yazılı olan set değerini çıkışa yansıtır.
2: turn_off : Kanalı hemen kapatır.
3: ramp-up: Çıkış gücünü kademeli olarak out_X ‘te yazılmış değere yükseltir. Kanal kapalı idiyse açılır ve set değerine kademeli yükselir.
4: ramp-down: Çıkış gücünü kademeli olarak out_X’te yazılmış değere azaltır.
5: rampdown-off: Çıkış gücünü sıfır değerine kadar kademeli azaltır ve sonra kanalı kapatır.
NOT: Ramp-up ve ramp-down komutları, o anki çıkış oranı, out_X set değerinden sırasıyla yüksekse ve düşükse tek seferde yeni set değerine gelir.

Bu projede önemli bileşenin lambaların kontrolcüsü olduğunu düşünüyorum. Firmware’i tamamlayıp denemelere başladığımda işin bu yönünün geliştirilmeye oldukça açık olduğunu gördüm. Yukarıdaki komutların çalışmasını hızlı biçimde deneyebilmek için basit bir PC programı hazırladım. Aşağıda onun görüntüsünü görüyorsunuz. Üzerine tıklayarak programı indirebilir ve deneyebilirsiniz:

nRF9e5 Test Programı

Kablosuz bağlantı kullanan bir şeyler üstünde çalışıyorsanız ve daha da kötüsü donanım da size aitse işe basit haberleşme denemeleri yapmakla başlamak mantıklı.
Burada, nRF9e5 sub-GHz SoC ‘u test etmek için basit bir uygulama paylaşıyorum.

Gerekenler:
* Test edeceğiniz nRF9e5’li board (device under test),
* Bunun üstündeki EEPROM’u programlamak için bir programlayıcı,
* PCT, PC’ye bağlanan bir radyo terminali
* PCT’yi izlemek için bir PC programı veya bir seri terminal programı,
* Vereceğim firmware’ler

Bu programda, radyo cihazları rol değiştirmiyor. PCT daima dinlemede, test edeceğimiz 9e5 cihazı da sadece gönderme yapıyor.
Program 8MHz kristal kullanıyor.
Program 9e5’in P02 portunu (Pin:2) her göndermede kısa bir süreliğine açıp kapatıyor. Buraya LED bağlayabilirseniz TX anlarını gözlemleyebilirsiniz.
Her 786,4ms’de bir veri gönderiliyor. Bunun zamanlamasını Timer1 yapıyor.
Veri gönderilen kanal 866MHz bandında 218. kanal.
Hedef adresi : E2.E2.E2.E2
Alıcının 8 byte payload beklemesi, bu ayarlarda olması ve 16 bit CRC mode’un açık olması yeterli. PCT bu ayarlarla yüklü biçimde dinleme modunda çalışmaya başlayacak ve bir radyo paketi aldığında bunu 62500bps hızında host PC’ye aktaracak.
Veri paketinin yapısı :

byte indexveri içeriği
00x47
1tx_counter[H]
2tx_counter[L]
30x11
40x19
50x35
60x62
70x01

Aşağıda, bootloader yaması yapılmış nRF9e5 firmware hex dosyasını bulabilirsiniz. Bu program yüklenir yüklenmez çalışmaya başlar:

PC Terminal Radyosu için de aşağıdaki firmware’i kullanabilirsiniz. Bu program başlamak için bir komut istemeden, PC’ye bağlar bağlamaz çalışmaya başlayacaktır:

Benim PCT’lerden kullanmıyorsanız, EFM8SB1 kullandığınız sürece, yukarıdaki firmware’i kendi donanımlarınızda da çalıştırabilirsiniz. LED_U (P0.3) ve LED_R (P1.5) çıkışlarının kullanımına dikkat edin!

Alınan verileri gösteren bir PCT PC arayüzünü de burada paylaşacağım.

LMT01 ile Sıcaklık Probu

LMT01 sıcaklık probu / temperature probe
LMT01 Temperature Probe

LMT01 TI’nin yüksek doğruluklu dijital sıcaklık algılayıcı çipidir. Benim bir sıcaklık ölçüm probu yapma işine soyunduğumda bu malzemeyi seçmiş olmamın ana sebebi, bunun doğruluğunun yüksek olması. İkinci seçim sebebim, bunun dijital çıkışının pulse-count olması. Bu sayede probu ilave bir önlem almaksızın uzatabilirim. Bir üçüncü sebep de, bu sensörün fiziksel yapısı ve malzemesi sayesinde ısıl eylemsizliğinin düşük olması, yani tepki süresinin hızlı olması. Kullanım alanına göre, bu çok önem kazanabilir (ileride anlatacağım). Belki bir seçim sebebi sayılmaz ama TO92 kılıfta geliyor olması da mekanik işleri kolaylaştırıyor.

Pulse count interface, sıcaklık ölçüm sonucunu pulse sayısı olarak çıkış vermek demek. Ayrıca, çipin kendisi de bu arayüzden besleniyor. Pulse çıkışı akım değişimi olarak oluşturuluyor. Bir ölçüm + veri yollama periyodu 104ms sürüyor. Kullanmadığımız zaman çipin enerjisini kesebiliyoruz. Enerjiyi vermeye devam ettiğimiz müddetçe çevrim 104ms’de bir tekrarlanıyor (yani örnekleme frekansı 9,6Hz olarak sabit).

LMT01 bir pulse yollamak için 125uA, boşta durum için 34uA akım çıkışı yapar. Bu akımları gerilime dönüştürmenin en basit yolu bir direnç üzerinden çıkışı toprağa bağlamaktır. Direnç uçlarındaki gerilim sensörün çıkış dalga şekli olacaktır. Bu direnci seçerken LMT01’in uçları arasında 2,15V’luk bir potansiyel farkının korunmasına dikkat etmek gerek. POWER (Vp) ucuna 3V vereceğimizi düşünürsek ölçüm direncimizin uçlarında 125uA çıkış akımı için en fazla 850mV bir gerilim düşümüne hakkımız olduğunu görürüz.

Ben bu mevkide oynatmak için E96 serisinden 6k19 değerinde bir direnç seçtim. Bu direncin uçlarında 125uA pulse’ı yollanırken 774mV gerilim oluşacaktır. Ancak, fark ettiğiniz üzere bu voltaj, bir mikroişlemci girişi tarafından doğrudan lojik olarak okunmaya uygun bir seviye değildir, özellikle de bahsettiğimiz seviyelere bir gürültü marjının da eşlik edeceğini hesaba katarsak..

Gerilim değişimi doğrudan seviye okumaya uygun olmadığında MCU ‘nun comparator modülünü kullanmak uygundur. Ancak isminden de anlaşılacağı gibi, comparator modülünün diğer ucuna da bir referans gerilim bağlamamız gerekecek. Ben bu tarafı da programlanabilir yapmak için şöyle bir yol düşündüm:

LMT01’in çıkışına koyduğumuz direncin aynısından bir tane daha kullanıyoruz ve bunun üstünden de akım çıkışlı DAC ile ayarladığımız bir referans akımı geçiriyoruz. Dirençler aynı değerde oldukları için artık seçeceğimiz eşik değerini son derece güvenilir biçimde akım cinsinden belirleyebiliriz. Sıcaklıkla değişim gibi şeyleri de dert etmek zorunda kalmayız.

Referans akımı 34uA ile 125uA arasında bir yerlerde olmalı. Tam orta noktayı (80uA) seçmek mantıklı gibi gözüküyor.

EFM8SB1’deki DAC 1uA ya da 8uA (Hi current mode) çözünürlükle çalıştırılabiliyor.

EFM8SB1 IDAC module

EFM8SB1’deki akım referansı modülünü Hi-Current mode’da çalıştırıyorum. Bu durumda modül 8uA’lik adımlarla akım çıkışı üretiyor. Modülün akım ayarı 6 bit olarak tanımlanıyor. IREF0DAT = 10 (desimal) yazmakla 80uA çıkış elde ediyorum.

Güç tasarrufu sağlamak için, akım kaynağını yalnızca ölçüm yapacağım zaman açıyorum. Ek olarak, akım kaynağının sürdüğü direncin paralelinde bir kondansatör de olduğu için komparatör çıkışını saymaya başlamadan bir süre önce akım kaynağını açmış olmam gerek.

IREF0CN0 = 0x4A;    // 8*10=80uA akım referansı

Akım kaynağı modülünü 80uA ile çalıştırdığımda iki direncin uçlarındaki gerilim yukarıdaki gibi gözüküyor. Bu seviyenin şimdilik uygun olduğunu düşünüyorum. Şimdilik yazdım çünkü bu denemede LMT01’i 1m uzunluğunda bir kablonun ucuna taktım. Bir de, sensör çıkışındaki dirence paralel 100pF bir kondansatörüm var.

Referans seviyemizi de ayarladığımıza göre artık comparator module’e bakabiliriz:

EFM8SB1 Comparator module

Bizim uygulamada comparator’ün iki girişini de port pinlerine bağlıyorum. Çıkışın asenkron halini de aynı şekilde port pinlerinden birine alıyorum. Interrupt kullanmıyorum. Ama anlayacağınız gibi, eğer pin sayısını azaltma gibi bir gereksinim olsa idi, bu kesmelerden birini kullanarak, sayma işini interrupt handler’a yaptırabilir ve kullanılan modül sayısını azaltabilirdim.

Comparator async. output sinyalini de crossbar üzerinden portlardan birine çıkış veriyorum. Artık burada, komut cycle’ından bağımsız fazlı şekilde LMT01’in count pulse sinyalini görebilirim.

CMP0MD = 0x80;      // fastest response, edge interrupt'lar kullanilmiyor
CMP0MX = 0x44;      // P11 = CMXN, P10 = CMXP
CMP0CN0 = 0x81;		// bunu yapmak comp. modülünü açar ve 5mV negatif hystersiz verir

Comparator modülünü yalnızca sensörü okumak istediğim zaman açıyorum (enerji tasarrufu). 5mV negatif hysteresis (düşen kenar) eklemek, eşik değerini biraz daha yüksek seçsem bile darbe genişliğinin çok azalmamasını sağlıyor (aslında sayma hızım bu mertebelerin çok üstünde olsa da).

5mV’luk düşen kenar hystersis’inin dalga şeklinin duty cycle’ını neredeyse %50’ye getirdiğini görebilirsiniz. Düşen kenardaki overshoot’u benim comparator çıkış pini (CPO) üzerinden ölçüm almam yüzünden görüyorsunuz. CPO pinini T0 girişine 100 ohm gibi bir direnç üzerinden bağlamanın neden iyi olduğunu da açıklıyor (T0 yüksek giriş empedanslı bir sonlandırma ve pull down direnci de bulunmuyor). Elbette burada tüm bu bağlantılar birkaç mm içinde hallolduğu için hiçbir şeyi dert etmeniz gerekmez. Ben genel konuşuyorum, amacımız bu basit sensörü çalıştırmak değil, büyük resmi görün.

Sıcaklık sensöründen gelen pulse’ları lojik seviyeye çevirdikten sonra, şimdi onları saymamız gerekiyor. Karşılaştırıcının çıkışını bir pine alıp onu da işlemcinin sayıcı olarak ayarlayabildiğim bir girişine bağladığımda artık LMT01 pulse’larını kesme falan koşturmadan sayabilirim:

EFM8SB1 T0 Mode0/1

8051 ‘de T0 ve T1 modülleri harici sayaç ya da gated counter olarak ayarlanabiliyor. Bir pini, crossbar’da T0 counter girişine route edip T0’ın CT0 bitini 1 yapmak girişteki pulse’ları saymak için yeterli.

TMOD = 0x25;        // TMR1: mode 2, TMR0: 16 bit counter, TMR0 T0 pin counter mode
TH0 = 0;
TL0 = 0;
TCON_TF0 = 0;
TCON_TR0 = 1;   

Geriye tek bir şey kalıyor: MCU’nun pinlerinden birini, LMT01’i beslemek için çıkış yapmak. Bu pini 0 yaptığımda sensör devre dışı kalmış olacak.

Bu donanım düzenlemelerini yaptıktan sonra pulse count interface ile okuma yapmam için gereken firmware işlemleri şunlar:

1) Sensörü enerjilendir.
2) Akım kaynağını aç.
3) 20ms bekle.
4) Karşılaştırıcıyı aç.
5) Sayıcıyı devreye al.
6) Sayıcının, 180ms boyunca gelen pulse’ları saymasını bekle.
7) 180ms sonunda sayıcıyı kapat. Karşılaştırıcıyı kapat. Akım kaynağını kapat.
8) Gelen pulse sayısı iki ardışık ölçüm sonucunun toplamıdır.

Bir sıcaklık sensöründen sürekli arka arkaya ölçüm almak istemeyiz. Çünkü;
1) Bu zaten gereksizdir çünkü sıcaklık denen fiziksel nitelik genellikle çok hızlı değişen bir şey değildir. (Ortam sıcaklığı gibi şeyler ölçtüğümüzü varsaydığımızda)
2) Enerji bütçemiz kısıtlıdır. 2V – 34uA besleme ile çalışan bir sensör kullanıyorsam düşük güç tüketimi gerektiren bir uygulamam var demektir. Tasarım kriterini bu yönde olabildiğince ileride karşılamaya çalışırım.
3) Dijital bir sensörü sürekli çalıştırırsam onun kendi kendini ısıtmasına neden olurum. Doğruluğu bu mertebede olan bir çipte bu belirgin bir hata yaratacaktır.

Çipi sürekli enerjili tutarsak LMT01 yukarıda göreceğiniz hızla çalışıyor. Bu, olabilecek en yüksek ölçüm hızımızdır. Bir hatta akan suyun sıcaklığını ya da kimyasal bir tepkimenin sıcaklığını ölçmeniz gerekiyorsa 120ms’de bir ölçüm yapabileceğinizi bilmeniz gerek.

Bu sensörün ölçümlerini başka bir sensörle kıyaslayan basit bir uygulama hazırladım. Aşağıdaki trend grafiğinde gördüğünüz 32 *C’lik plato, LMT01’i parmaklarımın arasına alıp birkaç saniye tutmam sonucunda oluşan sıcaklık değişimi.

Bu çalışmayı aşağıdaki sensör board’u ile yaptım:

Kablolu ve kablosuz olarak bir host aygıta sıcaklık ve nem ölçümleri gönderen bir uygulamaya dair bilgileri burada paylaşacağım.

Ayrıca LMT01 kullanan hassas el termometresi tasarımına dair notlarımı da burada paylaşacağım.