In dieser Belegarbeit zu der Lehrveranstaltung Mikrorechnerentwicklung wird ein Mikrorechner auf Basis eines Mikroprozessors STR912FAW42X6 aufgebaut.
Dieser Mikroprozessor wurde freundlicherweise von dem Hersteller STMicroelectronics – Sales Offices Stuttgart und Grasbrunn in mehrfacher Ausführung frei zur Verfügung gestellt. Ebenso wurden alle Zustellungskosten von STMicroelectronics übernommen, wofür ich meinen herzlichsten Dank aussprechen möchte.
Weiter Informationen sind zu finden unter:
- www.st.com
- www.st.com/stonline/address/offices/europe.htm#ger
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Entwurf des Mikrorechners
2.1 Beschaltung des Mikroprozessors
2.2 Spannungsversorgung
2.3 CAN-Verbindung
2.4 JTAG-Schnittstelle
2.5 Entwurf in OrCAD
2.6 Pin-Belegung
3 Herstellung
3.1 Platine
3.1.1 Übermittelung der Layout-Datei
3.1.2 CNC-Bohrungen
3.1.3 Resist belichten
3.1.4 Zinn-Strippen
3.1.5 Hot Air Leveling
4 Test auf Funktionsfähigkeit
Zielsetzung und Themen der Arbeit
Diese Arbeit dokumentiert den strukturierten Entwurf und die praktische Herstellung eines Mikrorechners, der auf dem Mikroprozessor STR912FAW42X6 basiert. Das primäre Ziel ist die Entwicklung einer funktionsfähigen Hardware-Plattform inklusive der notwendigen Peripherieanbindung und der Validierung durch eine Test-Software.
- Hardware-Design und Beschaltung des STR912FAW42X6
- Entwurf der Spannungsversorgung und CAN-Schnittstelle
- Dokumentation des Fertigungsprozesses der Leiterplatte
- Konfiguration der JTAG-Schnittstelle zur Programmierung
- Funktionstest durch Implementierung einer Test-Software
Auszug aus dem Buch
2.1 Beschaltung des Mikroprozessors
Der Mikroprozessor STR912FAW42X6 besitzt eine Clock Control Unit. Dieser Block erzeugt ein Taktsignal f MSTR. Die Frequenz des Taktsignals wird innerhalb des Mikroprozessors geteilt um einzelne Blöcke zu versorgen (siehe Quelle 5.1.1). Als ein Eingang für die Clock Control Unit können folgende drei Quellen dienen:
Ein Hauptoszillator mit der Frequenz von 4 Mega-Hertz (MHz) bis 25 MHz, der an den Mikroprozessorspins X1_CPU und X2_CPU angeschlossen wird,
ein innerer Phase-locked loop (PLL), der den Takt von dem Hauptoszillator benutzt und aus diesem das Taktsignal f MSTR von bis zu 96 MHz generiert und
ein externer Quarz, der an den Mikroprozessorspins X1_RTC und X2_RTC angeschlossen wird. Dieser hat eine Frequenz von 32,768 kHz und dient für die Taktversorgung in der Slow Clock Mode zur Reduzieren des Spannungsverbrauches.
Im Rahmen der Belegarbeit wird ein Quarz mit der Frequenz von 25 MHz an den X1_CPU und X2_CPU (MAIN OSCILLATOR1) und ein Quarz mit der Frequenz von 32,768 kHz an den X1_RTC und X2_RTC (REALTIME CLOCK1) angeschlossen, was in der der Abbildung 1 zu sehen ist. Für eine stabile Arbeit des Quarzes bei seiner Resonanzfrequenz ist es notwendig ihn richtig zu beschalten. Zu der Beschaltung gehören jeweils zwei Kondensatoren C1, C2 für den MAIN OSCILLATOR1 und C3, C4 für den REALTIME CLOCK1 (siehe Abbildung 1), die parallel zu den Quarzeingängen angeschlossen sind. Die Kondensatoren bilden zusammen mit dem Quarz einen Quarzresonator. Für eine stabile Arbeit des Resonators müssen die Kondensatoren eine Kapazität besitzen, die zwei Mal so groß ist wie die Lastkapazität Quarzes, die im Datenblatt ablesbar ist. Von Quelle 5.1.3 und Quelle 5.1.4 Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. ausgehend wurde für C1 = C2 = 33pF und für C3 = C4 = 22pF benutzt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Aufgabenstellung der Lehrveranstaltung Mikrorechnerentwicklung ein und bedankt sich beim Prozessorhersteller für die Bereitstellung der Hardware.
2 Entwurf des Mikrorechners: In diesem Kapitel werden die hardwareseitigen Spezifikationen, insbesondere die Taktversorgung, Spannungsregulierung, CAN-Bus-Anbindung und JTAG-Konfiguration detailliert beschrieben.
3 Herstellung: Dieses Kapitel erläutert den industriellen Fertigungsprozess der Platine, angefangen von der Layout-Datei über das Bohren bis hin zur Oberflächenbeschichtung mittels Heißluftverzinnung.
4 Test auf Funktionsfähigkeit: Hier wird die erfolgreiche Inbetriebnahme durch das Aufspielen einer Test-Software via JTAG-Interface zur Ansteuerung einer blinkenden LED beschrieben.
Schlüsselwörter
Mikrorechnerentwurf, STR912FAW42X6, Hardware-Design, OrCAD, Leiterplattenfertigung, JTAG-Schnittstelle, Spannungsversorgung, CAN-Protokoll, Mikrocontroller, In-System-Programming, Oszillator, PCB-Pool, Technische Informatik, Embedded Systems
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und dem Aufbau eines Mikrorechners auf Basis des ARM9-basierten Mikroprozessors STR912FAW42X6.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Schwerpunkte liegen auf dem Schaltungsentwurf, der hardwaretechnischen Umsetzung des PCB-Layouts sowie der Software-Validierung.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Erstellung eines funktionsfähigen Hardware-Designs inklusive der notwendigen Beschaltung für einen stabilen Betrieb des Prozessors.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine ingenieurwissenschaftliche Methode angewandt: Analyse der Datenblatt-Anforderungen, Schaltplanerstellung mittels CAD-Software, externe Fertigung und anschließende Funktionsprüfung.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in den Schaltungsentwurf mit OrCAD, die detaillierte Pin-Belegung sowie die Dokumentation der einzelnen Fertigungsschritte bei einem professionellen Leiterplattenhersteller.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Mikrorechnerentwurf, STR912FAW42X6, JTAG-Schnittstelle, PCB-Fertigung und Embedded Hardware charakterisiert.
Warum wurde ein externer Hersteller für die Platine gewählt?
Aufgrund der sehr feinen Pin-Abstände des Mikroprozessors von unter 0,3 mm war eine hausinterne Fertigung nicht prozesssicher möglich.
Wie erfolgt die Spannungsversorgung des Mikroprozessors?
Der Prozessor benötigt zwei Spannungen: 1,65 V bis 2,0 V für die CPU und den Speicher sowie 2,7 V bis 3,6 V für die I/O-Pins, bereitgestellt durch zwei LD1085-Spannungsregler.
Welche Bedeutung hat das JTAG-Interface für dieses Projekt?
Das JTAG-Interface ist essenziell für das In-System-Programming (ISP) des leeren Flash-Speichers des Mikrocontrollers und für Debugging-Zwecke.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. (FH) Eric Liebau (Autor:in), 2009, Aufbau eines Mikrorechners auf Basis eines Mikroprozessors STR912FAW42X6, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/210614
