Post

"Arduino kimi bir şey"

Covid-19-un dünyanın əsas gündəmi olduğu bu günlərdə diqqətimizin əsas hissəsini  “Linklt ONE” moduluna verdik. İzolyasiya şəraiti funksiyaları ilə kifayət qədər diqqət çəkən bu modulu heç bir laboratoriya şəraiti və hətta modulun özü belə olmadan araşdırmağa məcbur etdi. Araşdırma müddətində çoxlu maraqlı yeniliklər, fərziyyələr, mübahisələrlə bərabər suallar da yarandı. Bu sualların cavabları isə test cihazlarında, detallarda və çoxsaylı təcrübələrdədir. Yəni suallar da bizim kimi karantinin bitməsini gözləyir :)

          Bəzilərinizin “Linklt ONE nədir?” dediyinizi hiss edirəm. Əgər bunu səsli dedinizsə yaxınlıqdakı mühəndislərdən biri ən qısa izahla “Arduino kimi bir şey” desə təəccüblənməyin.
          Elə Arduino, Raspberry, Linklt və s. kimi platformalar haqqında geniş sayila biləcək məlumatların da yer aldığı
http://wiki.seeedstudio.com/ saytında da belə yazılıb.

                Linklt ONE ---Wearables (geyiniləbilən) və IoT (İnternet of Things-əşyaların interneti) cihazların prototipləşdirilməsi üçün yüksək performanslı və açıq qaynaq-lı inkişaf platformasıdır. O, həmçinin müxtəlif sensorlara,periferik qurğulara və Arduino modullarına rahat qoşulmanı təmin etmək üçün Arduino modullarına bənzər xarici pin(pin-out) xüsusiyyətləri təmin edir.

          Belə ki, Linklt ONE-da da Arduinoda olduğu kimi Rəqəmsal giriş-çıxışlar, Analoq giriş-çıxılar, PWM, I2C, SPI, UART və qida mənbəyi mövcuddur.

          Aralarındakı fərqlərə,daha doğrusu üstünlüklərə gəldikdə isə Linklt ONE modulu üzərində əlavə olaraq GSM, GPRS, WI-FI, Bluetooth, GPS, Audio codec və SD kart girişi mövcuddur.

 

Parametr Value
Chipset MT2502A(Aster, ARM7 EJ-S(TM)
Clock Speed 260 MHz
Dimensions 3.3x2.1 inhes
Flash 16MB
RAM 4MB
DC Current Per I/O Pin 1mA
Analog Pins 3
Digital Output 3.3V
Analog Input 5V
UART

Software based (Serial), also known

as USB Modem Port and Hardware

Serial ( Serial1, D0&D1)

SD card Up to 32 GB (Class10)
Positioning GPS(MT3332)
GSM 850/900/1800/1900 MHz
GPRS Class 12
WI-Fi 802.11 b/g/n
Bluetooth BR/EDR/BLE(Dual Mode)

 

http://wiki.seeedstudio.com saytında Linklt ONE üzərindəki açarların funksiyaları, modul ilə yerinə yetirə biləcəyiniz kiçik proyekt nümunələri, müxtəlif xüsusiyyətlərdən istifadə qaydaları, daha öncə meydana çıxan problemlərlə yenidən qarşılaşmaq ehtimalına qarşı əvvəlcədən verilən cavablar və s. ilə yanaşı modulun prinsipial sxemini və pcb dizaynını da tapmaq mümkündür. Eyni zamanda Linklt ONE modulundan istifadə haqqında müxtəlif mənbələrdə kifayət qədər informasiya tapmaq və fərqli layihələr hazırlamaq mümkündür. Biz isə yazımızın qalan hissəsində bu modulun daxili quruluşunu və işləmə prinspini açıqlamağa çalışacağıq.

 

USB

          Linklt ONE modulunun araşdırılması zamanı prinsipial sxemdən və ya prinsipial sxemin müxtəlif başlıqlar altında ayrılmış pdf fayllarından istifadə etdik.

          Linklt ONE modullarında  ST-USB-OO1G  micro usb başlığından istifadə olunub. USB-dən gələn +5V POWER dövrəsinə ötürülür. USB başlığının D- və D+ (data- və data+) pinləri uyğun olaraq prosessorun (MT2502) müvafiq pinlərinə                     ( USB11_DM(N11) və USB11_DP(P11) )  birləşir. Dövrədə komponentləri ESD (electrostatic discharge-elektrostatik cərəyan boşalması) və bəzi digər təsirlərdən qorumaq üçün CESD5V0AP biristiqamətli qoruyucu dioddan  istifadə olunmuşdur.

                       

 

POWER

          Güc dövrəsinin girişi mikro usb  başlıqdan gələn  +5V –dur.  Linklt ONE həm JST formasında olan başlığa qoşula bilən batareya (Li-İon) ilə həm də batareyasız işləyə bilir. SWITCH-2CH-6P-2.54 açarı vasitəsilə dövrənin batareya ilə yaxud birbaşa USB başlıqdan qidalanacağını özünüz müəyyənləşdirə bilərsiniz.

      +5V gərginlik bölücü dövrə vasitəsilə +2.7V –a endirilərək prosessorun (MT2502) VCDT (charger,J4) pininə verilir. Prosessorun bu pini birbaşa USB –dən  qidalanır. Əgər, gərginlik əvvəlcədən müəyyən edilmiş diapazonda olarsa enerji toplama (charge) prosesi başlaya bilər. “Charge” dövrəsi olaraq yüksək qazanclı, aşağı gərginlikli PNP güc tranzistoru olan STT818B istifadə olunmuşdur. Güc tranzitorundan çıxış əldə etmək üçün transiztorun bazasına (base) verilən enerji         P-kanallı CJ2302 mosfetindən əldə olunur. Eyni zamanda Shunt tənzimləyici dövrəsindən də istifadə olunur ki, bu dövrənin girişi prosessorun CHRLDO(G5) pinidir. Shunt tənzimləyicisindən istifadə olunmasının məqsədi çıxışı sabit saxlamaqdır.
          Əgər, Linklt ONE batareya qoşulmadan istifadə olunacaqsa USB –dən gələn +5V birbaşa olaraq MP1496 sabit cərəyan tənzimləyicisinə verilməklə +4.2V –a  qədər azaldılır.

         Batareyadan və ya gərginlik mənbəyidən istifadə olunmasından asılı olmayaraq, dövrədə enerjinin mövcudluğunu test cihazı olmadan müəyyən edə bilmək üçün bir ədəd yaşıl LED (light emitting diode-işıq saçan diod) istifadə olunub.

          Məlumdur ki, Linklt ONE modulunda xarici +3.3V və +5V gərginlik mənbələri var. Müxtəlif sensorların və protokolların istifadəsi zamanı tələb olunan +5V –u əldə etmək üçün ISL97516 step-up converter  istifadə olunur. Bunun əsas səbəbi tənzimləyicinin yüksək işləmə tezliyinə və effektivliyinə malik olmasıdır.  Gərginliyi +5V –dan +3.3V –a  salma üçün isə CJA1117B gərginlik tənzimləyicisindən istifadə olunub. CJA1117B markalı regulator 1A çıxışlı linear tipli regulatordur. Linklt ONE-da 3.3 voltluq istifadə edilib. Amma çıxış gərginliyi dəyişdirilə bilən(adjustable) olmaqla bir neçə modeli mövcuddur.

 

Extend interface

          Extend interface bölməsində xaricdən  sensorların qoşulması üçün fiziki pinlər qoyulmuşdur. I2C, SPI, analoq və rəqəmsal giriş-çıxış pinləri, +5V, +3.3V pinləri Arduino Uno –dakı  pinlərlə eyni ardıcıllığa sahibdir. Arduinoda olduğu kimi 13. digital pinə led qoyulmuşdur. +5V gərginlik bununla yanaşı I2C və UART üçün qoyulmuş konnektorları bilavasitə bu protokollarla işləyən sensor və cihazları qida ilə təmin edə bilər.

          TXS0108PW 8 bitlik bir non inverting çeviricidir. İki port: A və B portlarından ibarətdir. A portu VCCA ilə B portu isə VCCB ilə qidalanır. VCCA 1.2 -3.6 volt, VCCB isə 1.65-5.5 volt arasındakı hər hansı bir gərginliyi qəbul edə bilər. VCCA VCCB –dən  çox olmamalıdır. Bu, +1.2V, +1.5V,  +1.8V, +2.5V,  +3.3V və +5V voltajlarından hərhansı biri arasında universal aşağı gərginlikli iki tərəfli çevirməni icra edir. Daha aydın və sadə izah etsək TXS0108PW  prosessorun göndərdiyi aşağı gərginlikli məlumat siqnallarını yüksək gərginlikli məlumat siqnallarına çevirir və ya tərsinə. Bu mikrosxemə birləşən rəqəmsal pinlər birbaşa prosessora, SPİ pinləri isə BCT4699 markalı analoq açara birləşir. SD kartlar həm SPİ, həmdə SDİO protokollarını dəstəklədiyinə görə BCT4699 bu iki protokol arasında keçidi təmin edir.

 

SYS CONFİG

           Linklt ONE modulunun digər üzünə baxdıqda 3 ədəd qəbuledici (antenna) başlığı, SD CARD və SİM CARD yuvaları, bir neçə kiçik güc dövrəsi elementi və böyük bir metal lövhə görmək mümkündür. Metal lövhə özlüyündə dövrənin GND xəttinə qoşulmuşdur. Lövhənin altında isə prosessor, Wifi, GSM, GPRS dövrələri yerləşdirilmişdir.

              

           Linklt ONE modulunun beyni MT2502 SOC prosessorudur (System on a chip). Mediatek  şirkəti tərəfindən istehsal olunmuşdur. TFBGI (Thin Profile Fine Pitch Ball Grid Array) bağlamasında (package) olan prosessor 5.4*6.2 mm ölçüyə malikdir. BGI bağlamasından daha sıx və nazik pinlərə malik olan MT2502 prosessorunda 143 ball aşağıdakı cədvəldə göstərildiyi kimi yerləşir.

 

           

            MT2502 prosessorda iki növ xarici kristaldan istifadə olunmuşdur. Bunlardan biri tezliyi 32.768 Khz olan RTC oscillatordur (Real Time Clock). Prosessorun Xin(M7) və Xout(M6) pinlərinə 22pF tutumlu kondenstorlar vasitəsilə birləşmişdir. RTC oscillatorlardan, prosessorla yerine yetirilən müxtəlif layihələrdə real vaxt haqqında informasiya əldə etmək üçün istifadə olunur.

            İkinci kristal isə DCXO (Digitally Controlled Crystal Oscillator) 7M26000028 kristalıdır. Bu kristal da öz növbəsində prosessorun XTAL1(B4) və XTAL2(B5) pinlərinə birləşmişdir. Adından da məlum olduğu kimi bu kristalın işləmə tezliyi rəqəmsal olaraq idarə oluna bilir.

         MT2502 prosessoru +4.2V gərginliklə işləyir. Prosessorun daxilində yerləşən LDO tənzimləyicilər vasitəsilə bu gərginlik +1.8V və +2.8V-a qədər azaldılır. Linklt ONE modulunun elementləri bu gərginliklə qidalanır. Bütün VCC çıxışları ilə GND arasında yarana biləcək dalğalanmaları aradan qaldırmaq üçün 100nF tutumlu kondensatorlardan istifadə olunur.

             Dövrədə +2.8V-un mövcudluğunu yoxlamaq üçün LED, hər hansı səbəbdən prosessoru sıfırdan işə salmaq üçün isə reset düyməsi istifadə olunmuşdur.

 

 

 

I/O INTERFACE CONFİG

      Linklt One modulunun üzərində yerləşən 3 əsas açardan ikincisi yaddaşdan necə istifadə olunacağını müəyyənləşdirir. Belə ki açar bir istiqamətdə kodun modula yüklənməsini təmin edir. Digər istiqamətdə isə modul özünü kompüterə qoşulu vəziyyətdə 10Mb həcmində yaddaş qurğusu kimi aparır. Bu halda kod (firmware) modula yüklənə bilmir və əvvəlcədən yüklənmiş olan kod icra olunmur. JTAG interfeysi vasitəsilə kodda debug (kodda olan səhvlər və çatışmamazlıqların müəyyənləşdirilməsi) prosesi aparılır.

        Üçüncü açarın istiqaməti isə SPI pinlərindən yoxsa SD kartdan istifadə etmək istəyinizə uyğun olaraq seçilir. Seçim etməkdə köməklik göstərən açar da öz növbəsində bir analoq açara birləşmişdir. BCT4699 analoq açarının çıxışları SPI pinlərindən və ya SD kartdan istifadəni müəyyənləşdirir. Belə ki analoq açarın çıxışındakı üç pin prosessorun müvafiq pinlərinə birləşməklə bərabər, eyni zamanda öz aralarındada birləşərək üçüncü açara qoşulur. Açarın vəziyyətindən asılı olaraq bu pinlər +3.3V və ya GND xəttinə birləşir. Beləliklə, prosessora baglı olan üç pinin üzərinə düşən gərginlik miqdarından asılı olaraq BCT4699 açarının girişində olan SPI və ya SD card pinləri aktivləşir.

        MX25U12835FZNI10G flash memory (silinəbilən və yenidən proqramlaşdırılabilən yaddaş) çipindən istifadə olunur. Linklt ONE  modulunda standart ölçüdə Sim card və micro SD card dəstəkləyən ortaq bir yuva (slot) istifadə olunub.

 

GSM/GPRS

             Linklt ONE modulunda RF7198 GSM çipindən istifadə olunub. Mikrosxem 5.25*5.30*0.73  mm ölçülərində LGA bağlamasındadır. Qida gərginliyi +3.0 ~ +4.5V aralığındadır və UART protokolu ilə işləyir.

           Linklt ONE modulunda GSM dövrəsi +4.2V gərginlik ilə qidalanır. GSM-in ANT (antenna) pininə xarici antenna qoşula bilməsi üçün xüsusi başlıq UFL birləşib. RF7198 çipində GSM900/GSM850 və DCS/PCS üçün nəzərdə tutulmuş iki cüt receiver (radioqəbuledici) və transmitter (radioötürücü) pinlər var. Bu pinlərin hər biri 2.2pF kondensator və 4.3 nH induktordan ibarət filtr dövrəsi ilə MT2502 prosessorunun müvafiq pinlərinə birləşib.

       GSM - Global System for Mobile Communications (Mobil rabitə üçün qlobal sistem)

       GPRS - General Packet Radio Services (Ümumiləşdirilmiş radio xidmətləri)

        DCS - Distributed Control System (Paylanmış İdarəetmə Sistemi)

        PCS - Personal Communications Service (Fərdi Rabitə Xidməti)

 

           Pcb  dizayn zamanı radioqəbuledici pinlərin filtr elementləri ilə prosessor arasındakı mis yolun uzunluğunun maksimum  80 mil (təxminən 2.032 mm), radioötürücü pinlərdə isə 50 mil (təxminən 1.27 mm) məsafədə olmasına xüsusi diqqət edilməlidir.

           RF7198 çipinin içərisində məntiq elementlərindən ibarət Power Amplifier (Güc yüksəldicisi) , Power controller (Güc kontrolleri) və Switch mövcuddur. MT2502 prosessorunun APC (Automatic Power Control) pini GSM/GPRS üçün  RF power amplifier qidalandırılmasını təmin edir. Eyni zamanda APC üçün 10-bit DAC (Digital to Analog Converter) mövcuddur.

 

GPS – Global Positioning System

          MT3332 GPS koordinatlarını əldə etmək üçün istifadə olunan bir mikrosxemdir. Bu mikrosxem ən yüksək həssaslığa və dəqiqliyə malikdir. Xarici LNA-ya ( Low noise amplifier – aşağı küy gücləndiricisi) ehtiyacı yoxdur. Daxilindəki güc dövrəsi (xətti və yüksək qazanclı impuls tip gərginlik tənzimləyicisi)  olduğundan əlavə gərginlik regulatoru tələb etmir. Birbaşa batareyadan qidalana bilir.

          MT3332 daxili məkanlardakı siqnal səviyyələrində belə qısa müddətdə peyk siqnallarını qəbul edə bilir. Həmçinin avtonom GPS daxil olmaqla GLONASS, GALILEO, BEIDOU ve AGPS kimi bir sıra naviqasiya proqramlarını dəstəkləyir.

          MT3332 Linklt ONE –da  GPS olaraq istifadə olunmuşdur. Dövrədə 26MHz-lik kristal var. Batareyadan gələn gərginlik XC6221 gərginlik tənzimləyicisinə verilir. XC6221 CE pini ilə idarə edilir. Bu pin MT2502 –nin  D8 pininə birləşib. Lahiyənizdə GPS –dən istifadə etmək istəmirsinizsə, bu pini “LOW” etmək kifayət edəcək. XC6221 –in çıxışı MT3332–nin  AVDD43_DVC(SMPS giriş pini), AVDD43_VBAT pinlərinə qoşulmuşdur.

          Linklt ONE-da MT3332 əsas kontrollerlə UART protokolu vasitəsi ilə xəbərləşir. RX0 və TX0 pinləri kontrollerin D10, E13 pinlərinə birləşir.

          Prosessora birləşən (B12) bir başqa pin də “Frame_SYNC” pinidir. Telekomunikasiyada , Frame_SYNC, çərçivəli məlumat axını qəbul edərkən daxil olan kadr uyğunlaşdırma siqnallarının müəyyənləşdirildiyi və çərçivə daxilindəki məlumat bitlərinin dekodlaşdırılması və ya geri göndərilməsi üçün çıxarılmasına imkan verən bir prosesdir.

          MT3332 –nin Reset pini də prosessora birbaşa qoşulmuşdur. Daxili pull-up edilib. Ehtiyac duyulduqda pini “LOW” vəziyətə gətirmək lazımdır.

          Antenna ilə qəbul edilmiş siqnallar B8313 markalı filterdən keçdikdən sonra MAX2659 ilə gücləndirilir və MT3332 nin RF_İN ( RF signal) pininə birləşir.

 

Wi-Fi

          Linklt ONE modulunda naqilsiz əlaqəni təmin etmək üçün MT5931 markalı mikrosxemdən istifadə edilib. Mediatek firmasının istehsalı olan bu mikrosxemə aşağıdakılar daxildir:

802.11 b/g/n

PA

LNA

TR –Switch

           MT5931 ən yaxşı və ən rahat əlaqəni təmin edir. Telefon ve planşetlərdə səs, məlumat və səs/video ötürülməsi üçün ümumi keyfiyyət əldə edilə bilir.

            MT5931 –i ümümiləşdirsək bu mikrosxem PMU (Power management unit – güc idarəetmə modulu), RTC (Real Time Clock), RF və rəqəmsal pinlərdən ibarətdir. Bu hissələrlə yaxından tanış olaq.

               PMU,  MT5931 –də batareyadan gələn enerji ilə daxili dövrələrin tələb etdiyi enerjini təmin edir. PMU əsas olaraq Low Dropout regulatorlardan (LDO), buck convertor və Under-Voltage Lockout –dan  (UVLO), istilik qoruyucusundan və Power on/off  kimi idarəetmə dövrələrindən təşkil olunub.

              RTC haqqında yuxarıda qeyd etmişdik. MT5931 –in 4 ədəd RTC pini mövcuddur. Bunlardan ikisi (VDD, GND) qida pinləri, digər ikisi isə oscillatorun Xin və Xout pinləridir.

               MT5931 –də PMU pad_en(B5) pini vasitəsi ilə kontrollerdən idarə edilir. Bu pin 100k rezistor ilə pull-down edilib.

            MT5931 26MHz –lik kristalla işləyir. OSC_en pini kontrolerlərin ortaq saatlı platformada işləməsinə şərait yaradır. Ona görə də, Linklt One –da əsas kontrollerin FREF pini 1nF capasitorla MT5931 –in OSC in pininə birləşib.

            MT5931 HIF (HOST interface) modulu əsas kontrollerə 3 interfeys – SDİO, SPİ və eHPİ interfeyslərdən biri ilə birləşir. Bu üç interfeysin pinləri eynidir. Cihaz baxımından qoşulmada heç bir fərq yoxdur. Məlumatın hansı interfeyslə göndəriləcəyinə program təminatı qərar verir.

             Ehtiyac olduqda  MT5931 –i resetləmək olsun deyə Reset(K4) pini kontrollerin rəqəmsal pininə qoşulub.

                Prosessorun idarə etdiyi bir digər pin isə BT_PRİ(G4) pinidir. Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee kimi naqilsiz xəbərləşmə texnologiyaları 2.4 GHz tezlik diapazonundan istifadə edirlər. Bu texnologiyalar eyni zaman-tezlik-yer üçlüsündə istifadə olunduqda bir-birlərinə parazit yarada bilir. Bu parazitlər ciddi performans  itkisinə səbəb olur. Birgə istifadə olunan naqilsiz texnalogiyalarda keyfiyyətin artirilması üçün tezlik sıçramaları kimi metodlardan istifadə olunur. PTA (packet traffic arbitation –paket trafik bölüşdürücüsü) bloku eyni kanaldan istifadə edərək fərqli interfeyslərdən gələn bütün ötürmələrə icazə verir. PTA bloku trafikdən və prioritetdən asılı olaraq kanalın bölüşdürülməsini təmin edir.

 

Audio Interface

             Linklt ONE modulunun digər bir xüsusiyyəti musiqiyə qulaq asmaq imkanının olmasıdır. Audio interfeys yalnız MP3, AAC, AMR və WAV formatında olan faylları dəstəkləyir. SD karta yazılan fayllar ucadan danişan (speaker) və ya qulaqlıqla dinlənilə, mikrofon vasitəsi ilə səs siqnalları qeyd edilə bilir. Eyni zamanda dinlənilən səs faylının səs yüksəkliyi tənzimlənə də bilir.

             MT2502 prosessorunun audio fayllar üçün nəzərdə tutulmuş mikrofon və qulaqlıq pinləri xüsusi filtr dövrəsi vasitəsilə 344017001 başlığına (jack) birləşir. Səs dinləmək üçün hansı növ cihazdan istifadə olunacağını müəyyən etmək üçün ACCDET (accessory detection) pinindən istifadə olunur. Dövrə elementlərini ESD- dən qorumaq üçün iki ədəd CESD5V0AP qoruyucu diod jack-in pinlərinə qoşulur .