CANNY 3 tiny

Материал из CANNY Wiki
(перенаправлено с «CANNY 5 tiny»)
Перейти к: навигация, поиск

CANNY 3 tiny — представитель новой ветви визуально программируемых логических контроллеров CANNY. В отличие от семейств CANNY 7 и CANNY 5.2, контроллеры CANNY 3 tiny не имеют интерфейса CAN.

Общие сведения[править]

Также как и другие универсальные контроллеры CANNY, CANNY 3 tiny может быть отнесен к классу "интеллектуальных реле" или NanoPLC. Контроллер CANNY 3 tiny предназначен для повседневного использования в проектах малой автоматизации не требующих взаимодействия с CAN и позволяет применять CannyLab для решения задач, в которых возможности контроллеров более старших семейств оказываются явно избыточными.

К основным особенностям CANNY 3 tiny можно отнести:

  • номинальное напряжение питания (VDD) 5В при питании от разъема USB, либо 5.5В...16В при питании через основной разъем;
  • номинальное напряжение каналов ввода-вывода 0...VDD;
  • 6 универсальных каналов ввода/вывода с максимальным током каждого канала 100мА;
  • поддержка популярных протоколов обмена данными: UART / RS-232, Dallas;
  • поддержка USB-интерфейса, используемого для программирования и/или питания контроллера;
  • поддержка USB Virtual COM-port, используемого для обмена данными с внешними устройствами через USB-интерфейс контроллера;
  • двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с разрешением 10 бит;
  • все 6 каналов контроллера могут работать в режиме низкочастотного ШИМ с разрешением 1мс/100мкс, обеспечивая частоту выходного сигнала до 5кГц;
  • два канала контроллера могут работать в режиме высокочастотного ШИМ с разрешением 1мкс* (см. описание драйвера ВЧ ШИМ), обеспечивая частоту выходного сигнала до 376кГц;
  • встроенные средства управления собственным энергопотреблением контроллера в диапазоне от 2 до 10мА, позволяющие экономно расходовать заряд источника автономного питания, при его использовании;
  • энергонезависимая память программ и шестьдесят четыре 16-и битные ячейки энергонезависимой памяти данных доступные пользовательскому приложению, способные сохранить критически важные данные при сбоях питания;
  • дополнительный выход питания (контакт на плате контроллера), напряжением +5В, который может использоваться для питания различных внешних датчиков;
  • широкий диапазон рабочих температур от -40 до + 85 оС;
  • встроенная защита от высоковольтных выбросов и переполюсовки питания;
  • компактное исполнение и возможность встраивания в качестве центрального управляющего процессора позволяет создавать уникальные пользовательские устройства.

Для написания пользовательских программ для CANNY 3 tiny используется бесплатная интегрированная среда разработки CannyLab, содержащая средства редактирования, отладки и записи в контроллер программного обеспечения, которое разрабатывается с помощью графического языка программирования CFD, применяемого для программирования других контроллеров CANNY, позволяющего быстро создавать эффективные пользовательские приложения — функциональные диаграммы.

Для записи программного обеспечения в контроллер не требуется никаких дополнительных программаторов или других устройств - для подключения к ПК требуется только кабель-переходник USB-A--microUSB.

Доступный пользователю объем памяти контроллера способен вместить программы, состоящие из нескольких сотен функциональных блоков, что позволяет реализовать достаточно сложные алгоритмы.

Контроллер имеет 6 внешних каналов, режим работы которых настраивается индивидуально из пользовательской функциональной диаграммы, что позволяет, при необходимости, изменять его в процессе выполнения пользовательского алгоритма.

Контрольный светодиод зеленого цвета, управляемый из пользовательского приложения удобен для индикации режимов работы контроллера и диагностики.

Устройство и принцип работы[править]

Внешний вид и расположение элементов[править]

Основными конструктивными элементами CANNY 3 tiny являются: микроконтроллер (MCU) со вспомогательными цепями, система электропитания всех элементов контроллера, схема согласования электрических уровней каналов ввода-вывода, система электрической защиты, разъемы и индикаторные светодиоды, размещенные на единой печатной плате, размером 36 х 23 мм, защищаемые, при необходимости, прозрачной термоусадочной оболочкой.

На плате контроллера расположен разъем microUSB, с помощью которого может осуществляться как питание контроллера в рабочем режиме (напряжением +5В), так и загрузка ПО при подключении контроллера к ПК. Кроме того, на плате предусмотрены контактные площадки с отверстиями для установки 8-и контактного разъема для внешнего питания контроллера и его подключения к исполнительным и сигнальным устройствам.

13 2 1 4.JPG  13 2 1 5.JPG

Возможно использование CANNY 3 tiny в 3х исполнениях: с напаянными на контактные площадки проводами проводами (выполняется пользователем), с 8-и контактным разъемом PLS (из комплекта поставки) для монтажа на платы через отверстия (DIP) или специальные разъемы (например, BLS), с 8-и контактным разъемом HK (из комплекта поставки) для использования с поставляемым с контроллером жгутом из 8 цветных проводов с соответствующим разъемом.

13 2 1 1.JPG  13 2 1 2.JPG

13 2 1 3.png

Примечание: Рабочее напряжение на каналах контроллера зависит от напряжения питания от внешнего источника.

Питание контроллера[править]

В контроллерах CANNY 3 tiny допускается 2 варианта питания:

  • от источника постоянного тока напряжением 5,5..16,0В: положительный выход источника питания подключается к контакту №7 платы контроллера, потенциал GND — к контакту №8;
  • напряжением 5В от USB-порта ПК, через разъем microUSB на плате контроллера.
Примечание: При питании контроллера через разъем microUSB, рабочее напряжение всех каналов контроллера будет равно 5В. При этом, совокупный ток потребления контроллера и внешних устройств не должен превышать 500мА.

Программная архитектура[править]

CANNY 3 tiny является цифровым программируемым вычислительным управляющим устройством.

В целом, для CANNY 3 tiny справедливы общие сведения о программируемых логических контроллерах изложенные в статье программируемый логический контроллер.

Основными элементами CANNY 3 tiny являются: арифметическо-логическое устройство (АЛУ), внутренняя память, подсистема управления ходом исполнения команд и система ввода-вывода.

13 2 2 1.png

Арифметическо-логическое устройство — вычислительное ядро CANNY 3 tiny. АЛУ обеспечивает исполнение системного программного обеспечения и пользовательских функциональных диаграмм, помещенных во внутреннюю память контроллера.

Внутренняя память контроллера разделяется на энергонезависимую память программ, энергонезависимую память данных и оперативную память данных.

Подсистема управления ходом обработки команд, отвечает за переключение и настройку режимов работы контроллера.

Система ввода-вывода обеспечивает связь контроллера с внешним миром, с использованием как дискретных каналов ввода-вывода, так и поддерживаемых цифровых интерфейсов.

Структура программного обеспечения[править]

Программное обеспечение CANNY 3 tiny состоит из: программного загрузчика, системного ПО (операционной системы) и пользовательской функциональной диаграммы.

13 2 3 1.png

Программный загрузчик обеспечивает работу контроллера в режиме загрузки ПО, обеспечивая передачу данных между CANNY 3 tiny и персональным компьютером по протоколу USB, осуществляет проверку целостности и запись переданного от ПК программного обеспечения во внутреннюю память контроллера. Программный загрузчик помещается во внутреннюю память контроллера в процессе его производства и не может быть удален или изменен пользователем.

Системное программное обеспечение CANNY 3 tiny распространяется производителем в виде файлов формата CCX и содержит операционную систему и набор драйверов, обеспечивающих исполнение пользовательской функциональной диаграммы и её взаимодействие с ресурсами контроллера. Модификация пользователем содержимого данных файлов не допускается. Содержимое различных файлов CCX может быть многократно записано пользователем в контроллер.

Пользовательская функциональная диаграмма создается и модифицируется пользователем в интегрированной среде разработки CannyLab и, после записи в контроллер, задает алгоритм его работы в автономном режиме. Пользовательские диаграммы могут быть многократно записаны в контроллер и сохранены из среды CannyLab в файлы формата CFD.

Режимы работы[править]

Предусмотрено несколько режимов работы контроллера, предназначенных для выполнения основных операций с ним.

Режим загрузки ПО[править]

В данном режиме, контроллер функционирует под управлением встроенного программного загрузчика, выполняющего запись системного программного обеспечения и функциональной диаграммы в контроллер по командам CannyLab. Вход в режим осуществляется при подключении контроллера к ПК с помощью кабеля-переходника USB-A--microUSB и установке соединения устройства с ПК, при этом включается встроенный зеленый светодиод контроллера.

Выход из данного режима происходит автоматически, при разрыве соединения контроллера с ПК. Если в момент выхода из режима загрузки ПО, энергонезависимая память программ контроллера содержала корректно записанное системное программное обеспечение, то при очередном подключении питания контроллер переходит в автономный режим работы.

Автономный режим[править]

Автономный режим является основным режимом работы контроллера. В данном режиме контроллер под управлением загруженного в него системного программного обеспечения последовательно, в бесконечном цикле, исполняет функциональную диаграмму, работая по алгоритму заданному пользователем.

Переход в данный режим происходит автоматически, при подключении контроллера к внешнему питанию 5,5...16В, или при питании через разъем microUSB.

При работе в данном режиме, функциональной диаграмме пользователя доступны все ресурсы контроллера, драйверы которых включены в загруженное системное программное обеспечение.

Автономный режим пониженного энергопотребления[править]

Данный режим является вариантом обычного автономного режима, в котором после каждого цикла исполнения функциональной диаграммы, контроллер делает паузу в работе, снижая своё энергопотребление до минимального. Таким образом, контроллер работает в пульсирующем режиме, периодически «засыпая» и «просыпаясь».

Включением, отключением и настройкой параметров данного режима управляет функциональная диаграмма.

Использование данного режима актуально при разработке систем, ориентированных на батарейное питание, например таких, как бортовое автомобильное оборудование.

Среда исполнения функциональных диаграмм[править]

Представление функциональной диаграммы[править]

Созданная в среде CannyLab графическая функциональная диаграмма, непосредственно перед записью в контроллер автоматически обрабатывается транслятором, который выполняет проверку диаграммы на непротиворечивость, определяет порядок выполнения функциональных блоков и преобразует диаграмму в исполняемый код — последовательность машинных команд АЛУ контроллера CANNY 3 tiny.

Порядок исполнения[править]

Исполняемый код диаграммы, при записи в контроллер, память которого уже содержит системное программное обеспечение, включается в последовательность машинных команд системного ПО. Таким образом, общая последовательность команд контроллера с загруженным системным ПО и функциональной диаграммой, будет состоять из: процедуры инициализации, исполняемой однократно после каждого сброса контроллера и исполняемого кода функциональной диаграммы, обрамленного процедурами управления ресурсами контроллера, и помещенного в бесконечно исполняемый цикл – цикл выполнения диаграммы.

13 4 2 1.png

Некоторые драйверы, включенные в состав системного ПО контроллера, требуют безотлагательной реакции контроллера на возникающие в процессе приема и передачи данных программные события. Программный код таких драйверов обрабатывается контроллером асинхронно, параллельно с основным потоком исполнения. На время обработки асинхронных вызовов драйверов, исполнение основного цикла выполнения диаграммы кратковременно приостанавливается.

Доступ к ресурсам контроллера[править]

Все доступные пользователю из функциональной диаграммы ресурсы: системные ресурсы контроллера, подсистема ввода-вывода и дополнительные драйверы включенные в состав системного ПО, отображаются на защищенное адресное пространство внутренней памяти контроллера. Данное адресное пространство разделено на регистры чтения (контроля) и регистры записи.

Пользователь имеет возможность указать регистр чтения в качестве источника входных данных практически любого функционального блока на диаграмме и, тем самым, извлечь и использовать при реализации собственных алгоритмов сведения, полученные контроллером из внешнего мира. Например информацию об электрическом потенциале на каком-либо контакте контроллера, или содержимое пакета данных принятого контроллером по какому-либо из поддерживаемых цифровых протоколов.

Регистр записи может быть использован в качестве получателя выходных данных любого функционального блока на диаграмме. Таким образом, пользователь осуществляет управление ресурсами контроллера из функциональной диаграммы, получая возможность воздействовать на объекты внешнего мира. Например, переключить внешнее реле, изменив электрический потенциал на одном из контактов контроллера, к которому подключена его обмотка; включить контрольный светодиод; задать режим работы UART / RS-232; отправить пакет данных.

Порядок использования большинства ресурсов контроллера включает в себя задание пользователем необходимых параметров их работы, например полярности выходных каналов, полярности и чувствительности входных каналов, скорости обмена данными по UART / RS-232 и т.д.

Задание таких параметров производится в форме записи специальных констант в один или в несколько определенных регистров контроллера, в зависимости от того, конфигурацию какого из ресурсов требуется задать. Например, передачей константы со значением 260 в регистр, расположенный по адресу 1027 задается режим работы канала №1 в качестве выхода положительной полярности.

В среде CannyLab, для удобства пользователя, все доступные регистры контроллера поименованы, как и все специальные константы, использующиеся при взаимодействии с ресурсами контроллера. Поэтому для пользователя CannyLab данная операция будет выглядеть как установка константы с именем «Стандартный положительный выход» в регистр с именем «Регистр конфигурации выходных потенциалов канала №1».

13 4 3 1.png

Установив таким образом режим работы канала №1, при записи значения «1» в регистр расположенный по адресу 1184 («Регистр выходного значения канала №1») на контакте №1 контроллера будет установлен положительный потенциал.

13 4 3 2.png

Ресурсы контроллера[править]

Системные ресурсы и режимы работы[править]

Основная статья: CANNY 3 tiny, Системные ресурсы и режимы работы

Системные ресурсы контроллера отображаются на группу регистров чтения и группу регистров записи. Обращаясь к данным регистрам из функциональной диаграммы, можно получить востребованные в практическом применении сведения о текущем состоянии контроллера и управлять режимами его работы. Список регистров системных ресурсов находится в разделе «Состояние контроллера» справочника регистров, который доступен пользователю через контекстное меню элементов «Регистр чтения» и «Регистр записи».

Драйвер каналов ввода-вывода[править]

Основная статья: CANNY 3 tiny, Драйвер каналов ввода-вывода

Пользователям CANNY 3 tiny доступны шесть дискретных каналов ввода-вывода общего назначения. Каждый канал физически представлен соответствующим контактом разъема контроллера (Каналы №№1..6). Записывая и считывая данные соответствующих регистров драйвера, функциональная диаграмма может как управлять электрическим потенциалом на каждом из этих контактов так и получать информацию о текущем значении потенциала каждого из них.

Физические характеристики каналов позволяют подключать к ним различные внешние исполнительные устройства — электромагнитные реле, небольшие электродвигатели, светодиоды, слаботочные цепи управления оборудованием. В качестве внешних источников дискретных сигналов способных управлять работой контроллера, возможно использовать механические, электромеханические и электронные кнопки и переключатели, генераторы импульсов, источники напряжения 0...5В или 0...16В, транзисторные выходы различной аппаратуры и т.п.

Режим и параметры работы любого из каналов задаются функциональной диаграммой. В каждый момент времени канал может работать только в одном из возможных режимов, однако допускается динамическое переопределение конфигурации канала из функциональной диаграммы в процессе ее выполнения.

Драйвер высокочастотного широтно-импульсного модулятора (ВЧ ШИМ)[править]

Основная статья: CANNY 3 tiny, Драйвер высокочастотного широтно-импульсного модулятора (ВЧ ШИМ)

Два из шести каналов ввода-вывода (Канал №3 и Канал №4) CANNY 3 tiny поддерживают работу в режиме высокочастотного широтно-импульсного модулятора. Каналы могут быть задействованы независимо друг от друга и иметь независимые настройки скважности сигнала, однако период высокочастотного ШИМ является параметром, общим для обоих каналов. В режиме ВЧ ШИМ, временные параметры ШИМ – период и скважность задаются в диапазоне от 2 до 255 микросекунд, с шагом ~1* микросекунда.

Драйвер UART / RS-232[править]

Основная статья: CANNY 3 tiny, Драйвер UART - RS232

Два из шести каналов контроллера CANNY 3 tiny, каналы №1 и №2, поддерживают работу в режиме приема/передачи данных последовательных протоколов UART, RS-232 и могут быть использованы для связи контроллеров друг с другом или с внешним оборудованием поддерживающим данные протоколы связи. Каналы могут быть задействованы независимо друг от друга и иметь индивидуальные настройки скорости передачи данных, типа и конфигурации используемого протокола, подтяжки линии.

Реализация протоколов UART и RS-232 в контроллерах CANNY 3 tiny позволяет организовать обмен данными с другим UART / RS-232 устройством в дуплексном режиме, т.е. по одному каналу выполнять отправку данных, а по другому одновременно осуществлять прием данных.

Примечание: Для корректной работы всех протоколов на базе UART/RS-232 необходимо, чтобы контакты GND устройств, совершающих обмен данными, были приведены к единому потенциалу ("общая земля").
Примечание: Канал №1 контроллера предназначен для использования только в качестве канала приема данных (RX), канал №2 - только в качестве канала передачи данных (TX).

Драйвер USB Virtual COM-port (VCP)[править]

Основная статья: CANNY 3 tiny, Драйвер USB VCP

Драйвер USB Virtual COM-port (VCP) CANNY 3 tiny позволяет подключать его к внешним устройствам, например к ПК, с помощью имеющегося на плате контроллера разъема microUSB, для возможности обмена с ними данными в процессе работы пользовательской диаграммы.

Драйвер Dallas 1-Wire[править]

Основная статья: CANNY 3 tiny, Драйвер Dallas 1-Wire

Контроллер CANNY 3 tiny может быть использован в качестве ведущего (MASTER) узла в однопроводной сети передачи данных Dallas 1-Wire, при этом он имеет возможность только отправлять запросы на получение данных от ведомых устройств.

Для подключения контроллера CANNY 3 tiny к шине 1-Wire может использоваться любой из его каналов ввода-вывода. Канал контроллера, используемый для работы с 1-Wire, должен быть снаружи подтянут к напряжению 5В резистором номиналом от 3 кОм до 7 кОм.

В контроллерах CANNY 3 tiny предусмотрена возможность обращения к конкретному устройству на шине 1-Wire по его адресу, что позволяет организовать работу контроллера с несколькими ведомыми устройствами по одному каналу. Кроме того, используя несколько каналов контроллера, возможно последовательное подключение к нескольким шинам 1-Wire.

Параметры пользовательской конфигурации[править]

Основная статья: CANNY 3 tiny, Параметры пользовательской конфигурации

Параметры пользовательской конфигурации могут быть заданы конечным пользователем контроллера в момент загрузки в него программного обеспечения с использованием Исполняемого файла автономной загрузки ПО в контроллер. После загрузки ПО и запуска контроллера в автономном режиме, установленные пользователем таким образом данные, становятся доступны функциональной диаграмме в соответствующих регистрах контроллера.

Грамотное использование пользовательских параметров существенно повышает гибкость и универсальность решений на базе контроллера, позволяя конечному пользователю, не имеющему навыков работы с CannyLab, вносить безопасные изменения в работу алгоритма контроллера используя простой пользовательский интерфейс.

Энергонезависимая память (ЭНП)[править]

Основная статья: CANNY 3 tiny, Энергонезависимая память (ЭНП)

Для исключения потери критически важной информации (состояния контроллера, состояния внешних устройств и т. п.) при сбросе питания, в контроллере CANNY 3 tiny предусмотрено наличие энергонезависимой памяти. Сохраненные в ней значения будут доступны после восстановления питания контроллера в специальных регистрах.

Пользователю доступны 64 шестнадцатибитные ячейки энергонезависимой памяти, доступ к которым осуществляется с помощью соответствующих регистров чтения и записи.

Примечание: Работа с энергонезависимой памятью не требует какой-либо специальной предварительной конфигурации.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)[править]

Основная статья: CANNY 3 tiny, Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Два отдельных дополнительных контакта на плате контроллера, обозначенных А5 и А6, могут быть использованы в качестве независимых друг от друга аналого-цифровых преобразователей, позволяющих выполнять измерения напряжений от 0 до 5 вольт с разрешением 10 бит. При необходимости, каналы АЦП могут быть выведены на контакты №5 и №6 8-конактного разъема контроллера соответственно, путем установки перемычек на специальных контактных площадках на оборотной стороне платы контроллера.