Zobrazenie zdroja stránky Návrh hardvérovej časti dekodéra RC5-BIN

[[Kategória:Študentské práce]]
[[Kategória:Bakalárske práce]]
[[Kategória:Mechatronika]]
{{Praca_uvod|2|Implementácia protokolu RC5 na platforme procesora Cypress|Protokol RC-5|Návrh hardvérovej časti dekodéra RC5-BIN|Implementácia dekodéra RC5-BIN v mikroprocesore Cypress||||||||||}}
=Návrh hardvérovej časti dekódera RC5-BIN=
==Cypress PSoC==
PSoC od spoločnosti Cypress predstavuje novú koncepciu mikroprocesorov <ref>http://www.psoc.cz/psoc-teoreticky-uvod.php</ref>, pretože okrem štandardných súčastí osem bitových procesorov obsahuje PSoC systém konfigurovateľných analógových a digitálnych blokov, na ktorých je možné vystavať množstvo ďalších prídavných digitálnych a analógových periférií. Digitálne konfigurovateľné bloky poskytujú základ pre výstavbu štandardných digitálnych periférií typu čítač , časovač, generátor náhodných čísiel, generátor CRC blokov UART, PWM(do slovníka cudz slov a skratiek)  a mnoho ďalších. Naproti tomu analógové bloky poskytujú základ analógovým perifériám ako sú rôzne druhy analogovo-digitálnych, digitálno-analógových prevodníkov, operačných zosilňovačov, komparátorov a podobne.
Architektúra PSoC je zobrazená na Obr.2.1.<ref>http://www.psoc.cz/psoc-teoreticky-uvod.php</ref>

[[Image:Obr2_1.jpg|300px|center|thumb|Obr.2.1 Architektúra Cypress PSoC]]

Základné charakteristiky:
Najdôležitejšie vlastnosti mikroprocesora PSoC :
-	voliteľné napätie 3.3 V alebo 5 V,
-	možnosť napájacieho napätia nižšieho ako 1 V,
-	programovateľná frekvencia,
-	až 32 kB programovej pamäti,
-	až 2 kB RAM,
-	čítače a časovače s registrami 8, 16, 24 a 32 bitov,
-	generátor CRC a pseudonáhodných sekvencií,
-	dva plne duplexné bloky UART-u,
-	bloky SPI,
-	voliteľné zapojenie všetkých vstupno – výstupných pinov,
-	voliteľná konfigurácia všetkých blokov,
-	každý pin umožňuje nastavenie v riadení (Pull-Up, Pull-Down, High-Z, Open-Drain, Strong),
-	možnosť generovať prerušenia po zmene logického stavu po ktoromkoľvek vstupno – výstupnom pine,
-	referenčný zdroj hodinového signálu.

V nasledujúcich kapitolách budú popísané jednotlivé časti PSoC, ktoré boli využité pri implementácií protokolu RC-5.
===Counter===
Čítače poskytujú vlastnosť odčítania od nastavenej hodnoty periódy smerom k nule<ref>http://www.psoc.cz/psoc-moduly-timmer.php</ref>. Dĺžka periódy je voliteľná. Zdrojom hodín môže byť externý (riadiaci kryštál) alebo interný zdroj. Pokiaľ je činnosť čítača spustená, je nastavená perióda načítaná do čítacieho registra a s každou hranou hodín znížená smerom k nule. Počas odpočítavania je hodnota porovnávaná s tzv. komparačným registrom. V prípade zhody, alebo keď je hodnota čítača nižšia ako hodnota komparačného registra, je nastavená logická hodnota komparačného výstupu. Tento výstup môže byť vyvedený prostredníctvom vnútorných zberníc na ľubovoľný pin puzdra PSoC. Bloková schéma čítača je na Obr.2.2.
Základné vlastnosti :
-	8, 16, 24 alebo 32 – bitové univerzálne čítače, ktoré využívajú jeden, dva, tri alebo štyri PSoC digitálne bloky,
-	zdroj hodín môže poskytovať frekvenciu až do 48 MHz,
-	automatické opätovné načítanie periódy,
-	programovateľná šírka impulzu,
-	vstupy môžu zapínať alebo vypínať operácie čítača.

[[Image:counter.jpg|Bloková schéma čitača]]
Zdroj obrázku <ref>http://www.psoc.cz/psoc-moduly-timmer.php</ref>

===UART===
Používateľský blok UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) je osem bitový univerzálny asynchrónny prijímač a vysielač, ktorý podporuje duplex RS-232 kompatibilitu, sériovú dátovú komunikácia skrz dva vodiče. Aplikačné programové rozhranie je vybavené rutinami firmvér na inicializáciu, konfiguráciu a ovládanie UART-u.  Na Obr. 2.3 je znázornená bloková schéma PSoC bloku UART.

[[Image:UART.jpg|Bloková schéma UART]]

Zdroj obrázku<ref>CYPRESS, Semiconductor Corporation. PSoC Programmable System-on-Chip : Technical Reference Manual (TRM). San Jose, USA , c2008. 572 s. Document No. 001-14463 Rev. *C.  Dostupný z WWW: <www.cypress.com></ref>

Základné vlastnosti :
-	asynchrónny prijímač a vysielač
-	dátový formát je kompatibilný so sériovým dátovým formátom RS-232
-	rýchlosť dátových dávok až do 6 Mbit za sekundu
-	dátová štruktúra sa skladá zo štartu, voliteľnej parity a stop bitov
-	voliteľné prerušenie pri naplnení prijímacieho registra a pri vyprázdnení odosielacieho registra
-	vysoká úroveň prijímacích a vysielacích funkcií

Používateľský blok UART implementuje sériový prijímač a vysielač. UART zaberá dva digitálne PSoC bloky určených pre TX a RX v PSoC dizajnéri <ref>CYPRESS, Semiconductor Corporation. PSoC Programmable System-on-Chip : Technical Reference Manual (TRM). San Jose, USA , c2008. 572 s. Document No. 001-14463 Rev. *C.  Dostupný z WWW: <www.cypress.com></ref>. PSoC blok TX poskytuje odosielaciu funkcionalitu a RX blok poskytuje prijímaciu funkcionalitu. RX a TX pracujú nezávisle. Každý z oboch blokov má vlastný kontrolný a stavový register, programovateľné prerušenia, vstupy a výstupy, register vyrovnávacej pamäte a posuvný register. Hodiny modulu využívajú obidva bloky TX aj RX. Frekvencia hodín musí byť nastavená na osemnásobnú hodnotu oproti žiadanej bitovej prenosovej rýchlosti hodnote. Blok UART je taktiež plne nastaviteľný v PSoC dizajnéri.

===Digitálne vstupy a výstupy===
Spojenie medzi mikroprocesorom PSoC a okolitým svetom je zaistený prostredníctvom vstupno – výstupných pinov. Operácie ako čítanie alebo zápis z pinu respektíve portu sú vykonávané veľmi podobne. Registre pre prístup k portu sú súčasťou adresného priestoru v pamäti RAM pod názvami PRT0DR, PRT1DR a PRT2DR [9].
'''Nastavene portu'''
Zápis hodnoty do registra PRTxDR zaistí prostredníctvom inicializačného obvodu nastavenie požadovaných stavov na porte. Inicializačný obvod prenesie hodnotu z registra na port priamo (v režime STRONG), cez PULL-UP, PULL-DOWN alebo otvorený kolektor. 
'''Čítanie portu'''
Prečítaním hodnoty PRTxDR je prenesený logický stav na portoch do registru A. V prípade, že je pripojený na port externý obvod, napríklad tlačidlo, môže sa líšiť prečítaná hodnota (A) od nastavenej (PRTxDR).
'''Riadenie portu'''
Nastavenie spôsobu, akým bude inicializačný obvod prenášať hodnotu registra PRTxDR na porty je nastavované vizuálne vo vývojovom prostredí alebo manuálne zápisom do banky PRTxDM2, PRTxDM1 a PRTxDM0. Existuje celkom osem možností ako porty inicializovať. Druh použitej inicializácie závisí na pripojených externých komponentoch. Nasledujúca tabuľka v stručnosti opisuje rôzne režimy portu.

==Infra prijímač TSOP 1738==
Séria TSOP 17xx podľa <ref>http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/T/S/O/P/TSOP1738.shtml</ref> predstavuje rodinu miniatúrnych prijímačov pre infračervené diaľkové ovládanie, PIN diódy a predzosilňovač sú umiestnené na ráme a epoxidový obal je navrhnutý ako IR filter. Demodulovaný výstupný signál môže byť dekódovaný priamo mikroprocesorom. TSOP 1738 patrí do série štandardných prijímačov infračerveného diaľkového ovládania, podporujúci všetky hlavné prenosové protokoly kódovania).



Vlastnosti:
-	foto detektor a predzosilňovač v jednom púzdre,
-	vnútorný filter pre PCM frekvenciu,
-	vylepšené tienenie proti rušeniu elektromagnetickým poľom,
-	kompatibilný s TTL a CMOS,
-	nízky odber,
-	vysoká odolnosť voči okolitému svetlu,
-	kontinuálny prenos dát až do rýchlosti 2400 b/s.

[[Image:TSOP1738.jpg|Puzdro TSOP1738]]

Obvod TSOP 1738 je navrhnutý tak Obr2.5, aby sa vyhlo neočakávaným a nežiaducim výstupným impulzom, zapríčinených šumom alebo rušením prijímaného signálu. Na zamedzenie takýchto nežiaducich javov sú v obvode použité dolnopriepustný filter, integrátorový stupeň a zosilňovač s automaticky nastavovaným zosilnením. Rozlišujúcimi znakmi medzi dátovým signálom a rušením sú nosná frekvencia, dĺžka dávky a trvanie cyklu. 
Prijímaný signál by mal spĺňať tieto podmienky:
-	nosná frekvencia by sa mala pohybovať blízko frekvencie pásmovej priepuste, t.j. 38 kHz,
-	dĺžka dávky by mala byť zhruba 10 cyklov,
-	po každej dávke, ktorá má od 10 až 70 cyklov, je nutná prestávka o dĺžke najmenej 14 cyklov,
-	pre každú dávku, ktorá trvá dlhšie ako 1.8 ms, je nevyhnutný čas na prestávku priamo v dátovom toku. Táto prestávka by mala mať najmenej rovnakú dĺžku ako dávka,
-	kontinuálne môže byť prijímaných až 1400 krátkych dávok v sekunde.

[[Image:Obr2_5.jpg|Bloková schéma TSOP1738]]

Príklady niekoľkých protokolov, ktoré môžu byť prijímané pomocou TSOP 1738:
-	NEC kód, 
-	Toshiba Micom Format,
-	RC-5 kód,
-	RC-6 kód,
-	R-2000,
-	Kód Sony Format (SIRCS).
V prípade ak sa vyskytne rušivá zložka signálu na prijímači TSOP 1738, prijímač je aj naďalej schopný prijímať dátový signál. Avšak sa citlivosť sa automaticky znižuje až do tej miery, aby sa neprejavili rušivé vplyvy. Príklady rušivých zdrojov signálu môžu byť napríklad :
-	Svetlo (slnečné alebo umelé)
-	Kontinuálny signál s nosnou frekvenciou 38 kHz alebo v podstate signál s hocijakou inou frekvenciou
-	Signál z fluorescentných lámp s elektronickým riadením

==Schéma zapojenia==
Na Obr.2.6 je znázornená schéma zapojenia procesora, prijímača TSOP 1738 a komunikačného rozhrania MAX 33321E. Na schéme je zapojený IR prijímač TSOP 1738, ktorý je pripojený na napájacie napätie VCC = 5 V, uzemnenie GND a výstup vyvedený na pin procesora označený P0[0]. Rezistor R1 s hodnotou 100    je sériovo pripojený na výstup IR prijímača a plní funkciu ochrany na vstupe procesora. Ďalej je k vstupnému pinu P[0]0 pripojený rezistor R2 s hodnotou 100 k , ktorý má za úlohu zamedziť výskytu parazitných napätí na vstupe procesora. Odpor R2 bol zaradený až pri realizácii nakoľko sa prejavilo parazitné napätie, ktoré výrazným spôsobom ovplyvňovalo činnosť procesora a tým aj samotný proces dekódovania. V obvode je zapojený obvod MAX 3221E, ktorý ma za úlohu zabezpečovať komunikáciu  bloku UART mikroprocesora s rozhraním RS 232. K obvodu sú pripojené štyri kondenzátory, ktoré sú nevyhnutné pre jeho činnosť. Výstup z bloku UART procesora je realizovaný cez pin P2[7], na vstup MAX 3221E pin s označením T1IN (Transmitter 1 In). Výstup z obvodu je vyvedený cez pin T1OUT (Transmitter 1 Out) na konektor DB 9 COM Port pin číslo 2. Vstup na blok UART procesora je realizovaný cez pin P1[6],ktorý je pripojený vodičom na pin označený R1 OUT (Receiver 1 Out) obvodu MAX 3221E, s ktorým je konektor DB9 COM Port cez pin číslo 3 prepojený na pin R1IN (Receiver 1 In) . V schéme je pripojená IR LED dióda na porteP2[4], ktorá má za úlohu vysielanie kódovaných infračervených signálov protokolom RC-5.

[[Image:Obr2_6.jpg|Schéma zapojenia dekodéra RC5-BIN]]

==Vnútorná schéma zapojenia v PSoC==
Vnútorná schéma zapojenia na jednotlivých obrázkoch ukazuje, ako sú jednotlivé bloky v procesore zapojené. Na Obr.2.7 je znázornený blok Counter 16. Tento blok pre svoje riadenie využíva vnútorné hodiny procesora. Tie sme nastavili na frekvenciu 24 MHz. Preto hodinový signál má frekvenciu bloku Counter 16 (16 bitový čítač)  24 MHz.  Blok je možné aktivovať cez vstup „ENABLE“ vonkajším impulzom respektíve TTL logikou. Nakoľko však my blok riadime systémovo, a blok spúšťame na základe akcií, ktoré sa odohrávajú na vstupnom pine podľa zdrojového kódu, zapojili sme tento vstup na napätie VCC, ktoré zaisťuje, že blok je kedykoľvek možné spustiť softvérovo. Pri operáciách s blokom vykonávame aj porovnávania, kedy blok odpočíta celú nastavenú periódu. Pri takejto udalosti je pre nás nutné pomocou funkcie vyvolať Counter16_ISR.

[[Image:Obr2_7.jpg|Schéma zapojenia bloku čítač]]

Blok UART vyžaduje hodinový signál, ktorého frekvencia je osem krát vyššia ako požadovaná prenosová rýchlosť. Normovaná prenosová rýchlosť je 19 200 Bd. Preto podľa vzťahu 3.1 je požadovaná frekvencia  f<sub>p</sub>=153600 Hz.

<math>f_p=19200Bd*8=15360Hz</math>

Najbližšiu frekvenciu hodinového signálu f<sub>h</sub> akú môžeme v procesore dosiahnuť je vydelením frekvencie 24 MHz hodnotou VC3 a to 156 podľa vzťahu 3.2

<math>f_h=24MHz/156=153846Hz</math>

Výsledná prenosová rýchlosť f<sub>v</sub> v závislosti na vypočítanej frekvencii teda podľa vzťahu 3.3 bude 19230 Bd, čo od pôvodnej požadovanej normovanej prenosovej rýchlosti predstavuje odchýlku 0,1 %.

<math>f_v=153846Hz/8=19230Bd</math>

Prijímané dáta sú do bloku privádzané z pinu P1[6] cez vnútorné zbernice procesora na vstup bloku RxInput. Odosielané dáta sú z bloku vyvedené cez výstup TxOutput na pin P2[7].

[[Image:Obr2_8.jpg|Schéma zapojenia bloku UART]]


<references/>