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Conception dune carte à microcontrôleur ARM pour le robot Amphibot II Alain Dysli 20 Juin 2005 Assistant: A.Crespi Professeur: A.J.Ijspeert LSL – BIRG.

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1 Conception dune carte à microcontrôleur ARM pour le robot Amphibot II Alain Dysli 20 Juin 2005 Assistant: A.Crespi Professeur: A.J.Ijspeert LSL – BIRG Projet de Semestre

2 Plan de la présentation Introduction – Pourquoi une nouvelle carte pour Amphibot II Introduction – Pourquoi une nouvelle carte pour Amphibot II Cahier des charges Cahier des charges Microcontrôleur choisi Microcontrôleur choisi Hardware – Architecture de la carte Hardware – Architecture de la carte Implementation software et hardware des fonctions Implementation software et hardware des fonctions Améliorations Améliorations Conclusion Conclusion LSL – BIRG Projet de Semestre

3 Introduction Pourquoi avoir besoin dune nouvelle carte pour Amphibot II? Le PIC nest pas assez puissant pour en même temps contrôler les moteurs, communiquer avec des capteurs et communiquer avec dautres modules Le PIC nest pas assez puissant pour en même temps contrôler les moteurs, communiquer avec des capteurs et communiquer avec dautres modules Pour donner plus dautonomie à Amphibot II Pour donner plus dautonomie à Amphibot II Il faut un microcontrôleur plus puissant capable de communiquer rapidement avec tous les modules! LSL – BIRG Projet de Semestre

4 Cahier des charges Concevoir une carte à microcontrôleur avec les spécificités suivantes: μc plus rapide que le PIC μc plus rapide que le PIC Plus de mémoire que le PIC Plus de mémoire que le PIC Bus CAN pour une communication haut débit entre les modules Bus CAN pour une communication haut débit entre les modules Bus I2C Bus I2C I/O utilisable pour modules externes I/O utilisable pour modules externes Taille minimale Taille minimale Compatible avec les modules Amphibot II Compatible avec les modules Amphibot II LSL – BIRG Projet de Semestre

5 Choix du microcontrôleur Microcontrôleur Philips ARM Microcontrôleur Philips ARM Fréquence de 60 MHz Fréquence de 60 MHz 256 kB Flash 256 kB Flash 16 kB RAM 16 kB RAM CAN & I2C en hardware CAN & I2C en hardware Convertisseur A/D Convertisseur A/D Taille relativement faible Taille relativement faible LSL – BIRG Projet de Semestre

6 Hardware - Éléments Battery Motor SALAMPOWER LSL – BIRG Projet de Semestre SALAMCTRL

7 Hardware - Microcontrôleurs Battery Motor XTAL μc ARM μc PIC SALAMPOWER LSL – BIRG Projet de Semestre SALAMCTRL

8 Hardware - Énergie Battery Motor 3.3 V 1.8 VXTAL Battery Manager 5 V μc ARM μc PIC SALAMPOWER LSL – BIRG Projet de Semestre SALAMCTRL

9 Hardware – Contrôle du moteur Battery Motor 3.3 V 1.8 VXTAL Motor Manager Battery Manager 5 V μc ARM μc PIC SALAMPOWER LSL – BIRG Projet de Semestre SALAMCTRL

10 Hardware – Moteur & Batterie Battery Motor 3.3 V 1.8 VXTAL Motor Manager 5 V SALAMPOWER LSL – BIRG Projet de Semestre SALAMCTRL I2C Bus Battery Manager μc ARM μc PIC

11 Hardware - Communication Battery Motor 3.3 V 1.8 VXTAL LEDs Motor Manager 5 V SALAMPOWER LSL – BIRG Projet de Semestre SALAMCTRL I2C Bus Battery Manager μc ARM μc PIC

12 Hardware - Communication Battery Motor 3.3 V 1.8 VXTAL LEDs Motor Manager 5 V Prog & Sensors BusExt I2C SALAMPOWER LSL – BIRG Projet de Semestre Prog Bus SALAMCTRL I2C Bus Battery Manager μc ARM μc PIC

13 Hardware - Communication Battery Motor 3.3 V 1.8 VXTAL LEDs CAN BusNext modulePrevious module Motor Manager Battery Manager μc ARM I2C Bus Prog & Sensors BusExt I2C CAN Controller SALAMPOWER SALAMCTRL LSL – BIRG Projet de Semestre μc PIC Prog Bus 5 V

14 Hardware LSL – BIRG Projet de Semestre μc ARM μc PIC Prog PIC Prog ARM ARM LEDs PIC LEDs Sensor 1 Sensor 2 Salam_power Ext I2C Reg 5 V CAN ctrl

15 Système - Software Set complet de routines pour: Initialiser le microcontrôleur pour quil tourne à 60 MHz Initialiser le microcontrôleur pour quil tourne à 60 MHz Initialiser lhorloge des périphériques internes à 60 MHz Initialiser lhorloge des périphériques internes à 60 MHz Enclencher le Memory Accelerator Module Enclencher le Memory Accelerator Module LSL – BIRG Projet de Semestre

16 LEDs - Hardware Affichage à 2 LEDs rouge et verte Affichage à 2 LEDs rouge et verte Utile pour déboguer! LSL – BIRG Projet de Semestre

17 LEDs - Software Set complet de routines pour: Initialiser laccès aux LEDs Initialiser laccès aux LEDs Allumer les LEDs Allumer les LEDs Eteindre les LEDs Eteindre les LEDs Faire clignoter les LEDs Faire clignoter les LEDs LSL – BIRG Projet de Semestre

18 Programmation - Hardware Port de programmation du PIC identique à la version précédente Port de programmation du PIC identique à la version précédente Programmation du ARM grâce à un programmateur brancher sur port série Programmation du ARM grâce à un programmateur brancher sur port série Le programmateur permet également de communiquer par UART Le programmateur permet également de communiquer par UART LSL – BIRG Projet de Semestre

19 Programmation - Software Set complet de routines pour: Initialiser la communication UART Initialiser la communication UART Envoyer des chaînes de caractères par UART Envoyer des chaînes de caractères par UART Envoyer des nombres par UART Envoyer des nombres par UART Recevoir des caractères par UART Recevoir des caractères par UART La programmation se fait avec un logiciel tiers LSL – BIRG Projet de Semestre

20 Capteurs - Hardware Possibilité de brancher deux capteurs ou modules Possibilité de brancher deux capteurs ou modules Ports multifonctions avec alimentation et 4 entrées sorties digitales dont 2 entrées analogiques possibles Ports multifonctions avec alimentation et 4 entrées sorties digitales dont 2 entrées analogiques possibles Chaque pin est configurable Chaque pin est configurable LSL – BIRG Projet de Semestre

21 Capteurs - Software Set complet de routines pour: Initialiser les fonctions Initialiser les fonctions Lire la valeur dun pin Lire la valeur dun pin Changer létat dun pin Changer létat dun pin Acquérir une tension analogique Acquérir une tension analogique LSL – BIRG Projet de Semestre

22 I2C – Hardware Communication possible entre le gestionnaire de batterie, le PIC, le ARM et des périphériques extèrnes Communication possible entre le gestionnaire de batterie, le PIC, le ARM et des périphériques extèrnes Le ARM est maître. Les autres périphériques sont esclaves Le ARM est maître. Les autres périphériques sont esclaves LSL – BIRG Projet de Semestre

23 I2C - Software Set complet de routines pour: Initialiser lI2C Initialiser lI2C Écrire une valeur dans un registre dun module Écrire une valeur dans un registre dun module Lire un registre dun module Lire un registre dun module LSL – BIRG Projet de Semestre

24 CAN – Hardware Le bus CAN permet une communication entres les microcontrôleurs ARM de chaque modules Le bus CAN permet une communication entres les microcontrôleurs ARM de chaque modules Le bus nest pas maître-esclave Le bus nest pas maître-esclave LSL – BIRG Projet de Semestre

25 CAN - Software Set complet de routines pour: Initialiser le bus CAN Initialiser le bus CAN Envoyer des données avec un identifiant à choix Envoyer des données avec un identifiant à choix Lire des données reçues Lire des données reçues Filtrer les messages reçus selon les identifiants Filtrer les messages reçus selon les identifiants LSL – BIRG Projet de Semestre

26 Améliorations Quelques bogues hardware mineurs Quelques bogues hardware mineurs Problèmes software avec le bus I2C Problèmes software avec le bus I2C Problèmes software avec le bus CAN Problèmes software avec le bus CAN LSL – BIRG Projet de Semestre

27 Conclusion Le microcontrôleur ARM dispose dune grande puissance de calcul Le microcontrôleur ARM dispose dune grande puissance de calcul Le bus CAN permet une communication rapide entre les modules Le bus CAN permet une communication rapide entre les modules Larchitecture est extensible grâce aux ports pour capteurs et à lI2C Larchitecture est extensible grâce aux ports pour capteurs et à lI2C Les fonctions de base pour manipuler les I/O sont implantées Les fonctions de base pour manipuler les I/O sont implantées Possibilité de brancher des périphériques haut débit (camera,…) Possibilité de brancher des périphériques haut débit (camera,…) Amphibot II peut maintenant être totalement autonome Amphibot II peut maintenant être totalement autonome Quelques problèmes doivent encore être régler… Quelques problèmes doivent encore être régler… LSL – BIRG Projet de Semestre


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