Freescale Tower System este un sistem modular reconfigurabil construit din module hardware cu formă și semnale standardizate având diverse funcții. Modulele (procesor, periferice) interschimbabile și reutilizabile se aleg în funcție de tipul aplicației, se interconectează rapid prin intermediul a două plăci elevator, apoi se programează având la dispoziție programe open source. Se testează, se depanează și se dezvoltă aplicații foarte variate, cu nivel tehnologic ridicat, într-un timp scurt, la costuri rentabile.
Pentru dezvoltări de aplicații în domeniul medical sau instrumentaţie și controlul industrial, pe baza familiei de microcontrolere Flexis MM, sunt disponibile două kit-uri de la Freescale. Flexis MM este o serie de microcontrolere ce cuprinde, în prezent, MCF51MM256/128 pe 32 biți și MC9S08MM128/64/32 pe 8 biți, ultra-low power, ideale pentru aparate medicale portabile și alte proiecte ultra-low power. MC9S08MM128/64/32 permite proiectare de produse cu funcții avansate la cost redus.
Seria Flexis MM permite migrarea programelor între 8 biți (S08) și 32 biți (CFV1), având un singur instrument de dezvoltare: Code Warrior IDE – Integrated Development Environment (Development Studio for Microcontrollers) care sprijină ambele nuclee de calcul. Există un set de instrucțiuni comun pentru periferice, putând conserva investiția în software pentru 8 biți și 32 biți. Seria Flexis are compatibilitate la pini, pentru a maximiza reutilizarea hardware-ului când se migrează de la 8 biți la 32 biți.
TWR-MCF51MM-KIT și TWR-S08MM-KIT sunt două instrumente de dezvoltare a aplicațiilor folosind microcontrolerele MCF51MM 256/128 și MC9S08MM128/64/32, îndeosebi în domeniul medical. Kit-urile fac parte din sistemul modular, reconfigurabil, Freescale Tower System. Fiecare Kit conține și modulul MED-EKG cu funcția de senzor electrocardiograf pentru dezvoltarea de aplicații medicale.
TWR-MCF51MM256 este un modul controler bazat pe microcontrolerul MCF51MM256 – 32 biți, proiectat pentru a fi folosit în Tower System și independent ca instrument de dezvoltare.
TWR-S08MM128 este un modul controler bazat pe microcontrolerul MC9S08MM128 – 8 biți.
Descrierea hardware-ului
Pentru măsurarea pulsului și trasarea unei electrocardiograme trebuie făcută achiziția precisă, fără perturbații ale semnalelor utile și cu amplitudine suficientă pentru a fi cuantificată. Sunt recomandate modulele controler: TWR-MCF51MM și TWR-S08MM128 din familia Flexis MM care oferă multe avantaje în acest sens.
Modulele TWR-MCF51MM256 și TWR-S08MM128 au următoarele caracteristici și periferice:
• Operarea cu consum ultra low-power
• 2 amplificatoare operaționale (OPAMP)
• 2 amplificatoare transimpedanţă (TRIAMP)
• Convertor analog / digital 16-biţi SAR ADC, 4 canale diferențiale și până la 12 canale externe single-ended.
• Convertor digital / analog 12-biţi (DAC)
• Circuit inter-integrated (I2C)
• Conectivitate USB
• Unitate Multiply-Accumulate (MAC numai în MCF51MM)
• Nuclee ColdFire V1 și respectiv HCS08
Caracteristici de bază ale seriei Flexis MM:
• Conversie D/A prin rețea matricială de rezistoare, ce reduce de 5 ori puterea consumată, comparativ cu alte tipuri de DAC;
• Conversie analogică, cu acuratețe excepțională, având sursa de referință VREF și amplificatoare OPAMP / TRIAMP cu nivele de putere configurabile;
• Două moduri STOP ultra-low power;
• Dezactivarea ceasurilor pentru periferice neutilizate;
• Conectivitate USB;
• Suport pentru display grafic.
Kit-ul conține:
• TWR-MCF51MM256 – Modul controler pe 32 biți cu MCF51MM256, respectiv
• TWR-S08MM128 – Modul controler pe 8 biți cu MC9S08MM128
• TWR-SER – Modul serial pentru Ethernet, USB, RS232/485 și CAN
• TWR-ELEV – Module elevatoare (primar și secundar) care asigură integritatea structurală, interfețele de comunicație, circuite de control al alimentării
• Cablurile necesare
• MED-EKG – Modul Senzor electrocardiograf pentru a dezvolta aplicații cu familia Flexis MM
• DVD interactiv cu LAB TUTORIAL, software, instrucțiuni de lucru
• Ghid tipărit pentru pornirea rapidă a kit-ului de dezvoltare
Caracteristicile unui modul controler TWR cu microcontroler Flexis MM:
• Conform cu Tower System
• Instrument de depanare integrat open-source BDM
• Factor de formă mic (Small Form Factor), 59mm × 90mm
• Interfețe de comunicație externă
• Include circuite de control al alimentării prin bus-ul standard
• 2 conectoare cu 80 pini, pe exterior, pentru a sprijini depanarea sau expansiunea la un modul cu display LCD
• RS232, RS485, CAN, USB
• Conector deschis pentru modulul de dezvoltare medical MED-EKG
În plus, modulul MED-EKG are integrat controlerul DSC MC56F8006 – 16-biţi care realizează filtrarea digitală a semnalului.
Acest circuit DSC are următoarele caracteristici:
• 3 comparatoare analogice (ACMP)
• 2 × 12-biţi ADC
• 6 ieșiri cu pulsuri modulate (PWM)
• Circuit I2C
• Programare prin interfața JTAG-ONCE
Controlerul DSC comunică prin I2C bus cu microcontrolerul de bază.
Experimentul de laborator
Experimentul de laborator utilizează MCF51MM256 care conține componente analogice (TRIAMP, OPAMP, DAC și ADC) prin care se realizează: amplificarea instrumentală (TRIAMP1, TRIAMP2, OPAMP1), filtrarea de zgomot, amplificarea cu câștig programabil (OPAMP2), filtrarea centrată (notch filter), amplificare prin OPAMP extern, compensarea automată a erorii de bază folosind un DAC cu12 biți, filtrarea digitală cu DSC MC56F8006 și trimitere prin I2C la MCF51MM256, care va comunica rezultatul prin USB la un computer care îl va afișa folosind interfața grafică Freescale MED-EKG (GUI).
S = Semnal, n = Zgomot
V+ = S1 + n
V- = S2 + n
V0 = (V+) – (V-) = (S1 + n) – (S2 + n)= S1 – S2
Pasul 1
Se construiește un sistem Tower folosind MCF51MM-KIT și modulul MED-EKG.
Se conectează cele 2 cabluri mini-USB, apoi se descarcă de pe DVD în PC programul LAB1.zip.
În PC (având Windows XP, Vista sau Windows 7) se instalează:
• Code Warrior pentru MCU v6.3
• ultimul MCF51MM256 Service pack
• Freescale MED_EKG_GUI.exe ce include LAB1.zip
• Microsoft.NET Frame work2.0 sau 3.5 (cerut de MED-EKG GUI)
Pasul 2
Se setează jumperii J2, J16 și J18 ca în manualul Lab Tutorial pentru MCF51MM256.
Se conectează modulul MED-EKG la Tower System.
Pasul 3
Se conectează un cablu mini-USB între TWR-SER și PC, iar al doilea cablu între conectorul de pe TWR-MCF51MM și PC. Se instalează Driverul OSBDM Debbuger.
Se extrage LAB1.zip și software-ul pentru MCF51MM256. După încărcarea programelor, se deconectează cablurile USB.
Pasul 4
Se instalează MED_EKG_GUI.exe, apoi se reconectează cablul USB la TWR-SER și se finalizează instalarea interfeței grafice.
Pasul 5
Se rulează MED-EKG DEMO: Start – > All programs -> Freescale MED-EKG.
Se ating pad-urile pentru degetele de la mâna stângă și respectiv dreaptă, evitând mișcarea și respirând relaxat. Apare semnalul EKG.
Se pot ajusta amplificarea și filtrarea.
Electrozii sunt foarte sensibili: se recomandă cablul cu 3 fire (2 electrozi și unul Ground), de exemplu cablul cu 3 fire AHA (Welch Allyn® ECG pentru Atlas Monitor).
Pe modulul TWR-MCF51MM, apăsând SW2 se crește sau prin SW4 se reduce amplificarea.
Se poate dezactiva filtrarea DSC prin reprogramarea MCF51MM256.
Bibliografie
Documentații disponibile la www.freescale.com:
– Manuale de utilizare, Ghiduri rapide și Specificații pentru Tower System, Kinetis și Flexis (TWRFS, K53P144M100SF2RM, K53P144M100SF2), MCF51MM256, MCF51MM256RM, MC9S08MM128, MC9S08MM128RM, TWR-MCF51MMUM, TWR-S08MMUG, Code Warrior_IDE, AN3732
– Manuale de utilizare MED-EKG (MED-EKGUG) și USB Stack (MEDUSBUG)
– Scheme ale modulelor Tower System (TWR-ELEV-PRI-SCH, TWR-ELEV-SEC-SCH) și MED-EKG (SCH-26527)
– Note de aplicații medicale AN4223, AN42323, Lab tutorial MCF51MMMELAB1.
– continuare în numărul viitor –
Distribuitori Freescale în România
Arrow Electronice SRL • 026 4417251 • office@arrowromania.com
EBV Elektronik • 021 5296911 • catalin.raduta@ebv.com
Farnell • 0800 894 946 • info-ro@farnell.com
Future Electronics SRL • 0264 457774 • info-RO-future@futureelectronics.com