CANNY 7.2 Gamma

CANNY 7.2 Gamma — новый серийный контроллер CANNY с рабочим напряжением 12В/24В. Два интерфейса CAN, 22 универсальных канала ввода-вывода с АЦП и одновременной поддержкой до четырех интерфейсов LIN. Как и другие контроллеры CANNY он ориентирован на автомобильное, бытовое и промышленное применение.

• Общие сведения
• Устройство и принцип работы
  • Внешний вид и расположение элементов
  • Программная архитектура
  • Структура программного обеспечения
• Режимы работы
  • Режим загрузки ПО
  • Автономный режим
  • Автономный режим пониженного энергопотребления
• Среда исполнения функциональных диаграмм
  • Представление функциональной диаграммы
  • Порядок исполнения
  • Доступ к ресурсам контроллера
• Ресурсы контроллера – краткое описание
  • Системные ресурсы и режимы работы
  • Драйвер каналов ввода-вывода
  • Драйвер высокочастотного широтно-импульсного модулятора (ВЧ ШИМ)
  • Драйвер CAN
  • Драйвер асинхронной передачи в CAN
  • Драйвер шлюза CAN
  • Драйвер LIN
  • Драйвер UART / RS-485 / Modbus / USB VCP
  • Драйвер Dallas 1-Wire
  • Параметры пользовательской конфигурации
  • Энергонезависимая память (ЭНП)
  • Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
  • Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)
  • Выход стабилизированного напряжения +5В
  • Драйвер пульта ИК ДУ

Общие сведения

CANNY 7.2 Gamma — новый серийный контроллер CANNY с рабочим напряжением 12В/24В. Два интерфейса CAN, 22 универсальных канала ввода-вывода с АЦП и одновременной поддержкой до четырех интерфейсов LIN. Как и другие контроллеры CANNY он ориентирован на автомобильное, бытовое и промышленное применение.

Как и контроллеры CANNY 7, CANNY 7.2 Duo, CANNY 7.2 Alfa и CANNY 5.3 Pico, контроллер CANNY 7.2 Gamma может быть отнесен к классу интеллектуальных реле или NanoPLC.

Контроллер отличается высокопроизводительным вычислительным ядром, увеличенной памятью, наличием драйвера асинхронной передачи CAN и двумя цифро-аналоговыми преобразователями. Для работы с CANNY 7.2 Gamma специальный программатор не требуется – загрузка программного обеспечения в контроллер осуществляется с помощью обычного кабеля mini-USB.

К основным особенностям CANNY 7.2 Gamma можно отнести:

• номинальное напряжение питания 6…28В;
• номинальное напряжение каналов ввода-вывода 0…28В (32В max);
• 22 универсальных канала ввода/вывода с индивидуальными АЦП, максимальным током каждого из них 100мА, достаточного для управления типовыми автомобильными реле; 1 канал ввода/вывода имеет режим включения +12В верхнего плеча;
• два интерфейса CAN 2.0B совместимых с ISO-11898, SAE J2411 широко применяемым в автомобилях и промышленной автоматике;
• драйвер асинхронной передачи CAN-сообщений;
• выделенный интерфейс RS-485;
• четыре интерфейса UART;
• четыре интерфейса LIN;
• работа с устройствами Dallas 1-Wire;
• до шести индивидуально настраиваемых ВЧ ШИМ с разрешением 1 мкс;
• каждый универсальный канал ввода/вывода контроллера может работать в режиме асинхронного входа-счетчика и определения ширины входных импульсов с разрешением 1 мкс;
• два независимых защищенных цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) с разрешением 12 бит;
• один защищенный управляемый выход стабилизированного напряжения +5В с максимальным током до 100мА;
• встроенные средства управления собственным энергопотреблением контроллера в диапазоне от 4 до 80мА, позволяющие экономно расходовать заряд аккумулятора во время простоя автомобиля;
• энергонезависимая память программ и сто двадцать восемь 16-и битных ячеек энергонезависимой памяти данных доступные пользовательскому приложению, способные сохранить критически важные данные при сбоях питания;
• широкий диапазон рабочих температур от -40 до + 85^оС;
• встроенная защита от высоковольтных выбросов и переполюсовки питания;
• компактный корпус соответствующий классу защиты IP50 подходит для монтажа и эксплуатации в составе оборудования кабины автомобиля.

Для написания пользовательских программ CANNY 7.2 Gamma используется тот же самый графический язык программирования CFD, что применяется для программирования других контроллеров CANNY и та же среда разработки - CannyLab.

Для записи программного обеспечения в контроллер не требуется каких-либо специальных программаторов, загрузка программного обеспечения осуществляется с помощью обычного кабеля-переходника USB-A–miniUSB.

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

Четыре двухцветных светодиодных индикатора, управляемых из пользовательской диаграммы, могут быть использованы для индикации режимов работы контроллера и диагностики.

Устройство и принцип работы

Внешний вид и расположение элементов

Основными конструктивными элементами CANNY 7.2 Gamma 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 80 х 70 мм установленной внутри быстроразборного пластикового корпуса.

Контроллер имеет один 21-контактный наружный разъем (разъем X2), один 12-контактный наружный разъем (разъем X1) и один разъем miniUSB, расположенный внутри корпуса. Для подключения контроллера к питанию и внешним устройствам, в комплект его поставки включены ответные части разъемов и набор обжимных контактов. Кабель-переходник USB-A–miniUSB в комплект поставки не входит.

Разъем USB предназначен для подключения CANNY 7.2 Gamma к персональному компьютеру и загрузки программного обеспечения в контроллер.

На плате контроллера предусмотрены контактные площадки, расположенные на обороте платы, имеющие обозначения Т1 и Т2, предназначенные для установки перемычек подключения терминирующих сопротивлений интерфейсов CAN0 и CAN1 соответственно, а также контактные площадки с обозначением T485, предназначенные для установки перемычки подключения терминирующего сопротивления интерфейса RS-485.

По умолчанию, терминирующие сопротивления на плате установлены, но не подключены.

Программная архитектура

CANNY 7.2 Gamma является цифровым программируемым вычислительным управляющим устройством.

В целом, для CANNY 7.2 Gamma справедливы общие сведения о программируемых логических контроллерах изложенные в соответствующей статье.

Основными элементами CANNY 7.2 Gamma являются: арифметическо-логическое устройство (АЛУ), внутренняя память, подсистема управления ходом исполнения команд и система ввода-вывода.

Арифметическо-логическое устройство — вычислительное ядро CANNY 7.2 Gamma. АЛУ обеспечивает исполнение системного программного обеспечения и пользовательских функциональных диаграмм, помещенных во внутреннюю память контроллера.

Внутренняя память контроллера состоит из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) и оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). В ПЗУ расположена энергонезависимая память программ и энергонезависимая память данных, в ОЗУ - оперативная 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 стандартных цифровых интерфейсов.

Структура программного обеспечения

Программный загрузчик обеспечивает работу контроллера в режиме загрузки ПО, обеспечивая передачу данных между персональным компьютером и CANNY 7.2 Gamma, 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 7.2 Gamma 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

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

Режим загрузки ПО

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. Порядок подключения контроллера к ПК приведен в разделе «Cannylab: Работа с контроллером».

Для перехода контроллера в данный режим, необходимо полностью отключенный от всех внешних соединений контроллер подключить ПК с помощью кабеля-переходника USB-A-miniUSB, при этом включается встроенный зеленый светодиод 1 контроллера, и установить соединение устройства с интегрированной средой разработки CannyLab, контрольный зеленый светодиод 1 переходит в мигающий режим.

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

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 6…28В в отсутствие USB соединения. При работе в данном режиме, функциональной диаграмме пользователя доступны все ресурсы контроллера, драйверы которых включены в загруженное системное программное обеспечение.

Автономный режим пониженного энергопотребления

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 и отключением данного режима управляет функциональная диаграмма. Использование данного режима актуально при разработке систем, ориентированных на батарейное питание, таких как бортовое автомобильное оборудование.

Среда исполнения функциональных диаграмм

Представление функциональной диаграммы

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 7.2 Gamma.

Порядок исполнения

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.

Некоторые драйверы, включенные в состав системного ПО контроллера, например драйвер CAN, 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

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 из CAN.

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 CAN; отправить пакет данных.

Порядок использования большинства ресурсов контроллера включает в себя задание пользователем необходимых параметров их работы, например скорости обмена данными по CAN 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 1 в регистр, расположенный по адресу 24 задает настройки драйвера CAN0 для работы с шиной на скорости 125кБод.

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 «CAN 125k» в регистр с именем «Регистр установки конфигурации CAN0».

Аналогичным образом, установкой константы со значением 260 в регистр, расположенный по адресу 713 задается режим работы канала №1 в качестве выхода положительной полярности, а по появлению значения «1» в регистре расположенном по адресу 3998 («Регистр входного значения канала №1»), мы можем узнать о приложении положительного электрического потенциала к контакту №1 разъема X2 контроллера.

Ресурсы контроллера – краткое описание

Системные ресурсы и режимы работы

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, 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

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Драйвер каналов ввода-вывода

Пользователям CANNY 7.2 Gamma доступны 22 дискретных канала ввода-вывода общего назначения, которые физически представлены контактами №№1…21 разъема X2 контроллера (каналы №№1…21) и контактом №3 разъема X1 (канал №0). 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 слаботочные цепи управления. Каналы №№0..21 могут быть использованы для работы с любыми видами нагрузки, например с электромагнитными реле, небольшими электродвигателями, светодиодами, и другими слаботочными цепями 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 0-24В, транзисторные выходы различной аппаратуры и т.п.

Драйвер высокочастотного широтно-импульсного модулятора (ВЧ ШИМ)

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Драйвер высокочастотного широтно-импульсного модулятора (ВЧ ШИМ)

Каналы ввода-вывода контроллера №№1…21 (контакты №№1…21 разъема X2) поддерживают работу в режиме высокочастотного широтно-импульсного модулятора. Одновременно может быть задействовано до 6 независимых каналов ВЧ ШИМ с индивидуальными настройками периода и заполнения (скважности). В процессе работы контроллера, с помощью пользовательской диаграммы, каналы ВЧ ШИМ могут быть переназначены. В режиме ВЧ ШИМ, временные параметры ШИМ – период и скважность задаются в диапазоне от 2 до 65535 микросекунд, с шагом 1 микросекунда.

Использование драйвера ВЧ ШИМ позволяет указанным каналам контроллера работать асинхронно функциональной диаграмме, что дает возможность добиться максимальной стабильности временных параметров генерируемого сигнала.

Драйвер CAN

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Драйвер CAN

Контроллеры CANNY 7.2 Gamma имеют два независимых интерфейса CAN. Контакты №№8 и 9, использующиеся драйвером интерфейса CAN0 (CAN0-H и CAN0-L соответственно), и Контакты №№11 и 12, использующиеся драйвером интерфейса CAN1 (CAN1-H и CAN1-L соответственно), разъема X1 предназначены для подключения к цифровой информационной шине CAN.

Драйвер асинхронной передачи в CAN

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Драйвер асинхронной передачи в CAN

Драйвер асинхронной передачи в CAN позволяет, независмо от функциональной диаграммы, осуществлять отправку CAN-сообщений, с заренее определенными параметрами, с установленной периодичностью отправки. Работа в асинхронном режиме, в случаях когда это критически важно, позволяет добиваться более стабильной периодичности отправки сообщений, чем при отправке из функциональной диаграммы.

Пользователю доступны 32 буфера для асинхронной передачи сообщений в CAN с индивидуальными настройками номера CAN-интерфейса, идентификатора, данных и периода отправки сообщений.

Драйвер шлюза CAN

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Драйвер шлюза CAN

Используя драйвер шлюза CAN возможно организовать высокоскоростную асинхронную ретрансляцию сообщений между аппаратными CAN-интерфейсами контроллера с возможностью автоматической модификации ретранслируемых сообщений по динамически задаваемым диаграммой правилам.

Драйвер LIN

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Драйвер LIN

Одновременно, до четырех из каналов ввода-вывода №№1…21 (контакты №№1…21 разъема X2) CANNY 7.2 Gamma, могут быть использованы для организации приема-передачи данных в качестве независимых каналов драйвера LIN.

Каналы драйвера LIN могут подключаться как вместе так и по отдельности, иметь индивидуальные настройки скорости передачи данных, подтяжки линии и типа узла сети MASTER или SLAVE.

Драйвер LIN в своей работе использует ресурсы каналов контроллера, но имеет более высокий приоритет чем драйвер дискретного ввода-вывода. Таким образом, при активации драйвера LIN, для задействованных в его работе каналов, изменение значений в связанных с ними регистрах драйвера дискретного ввода-вывода будет проигнорировано контроллером.

Драйвер UART / RS-485 / Modbus / USB VCP

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Драйвер UART / RS-485 / Modbus / USB VCP

Драйвер UART, позволяет контроллеру обмениваться данными с внешними устройствами, например ПК, в процессе выполнения пользовательской диаграммы. Для работы с драйвером могут быть использованы каналы ввода-вывода №№1…21 (контакты №№1…21 разъема X2).

Контроллер имеет четыре интерфейса UART, способные работать в полудуплексном режиме, что позволяет, при необходимости, организовать на их основе два интерфейса, работающие в дуплексном режиме.

Объем приемного и передающего буферов каждого из интерфейсов драйвера UART CANNY 7.2 Gamma составляет 64 байта.

Драйвер Dallas 1-Wire

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Драйвер Dallas 1-Wire

Контроллер CANNY 7.2 Gamma 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 7.2 Gamma к шине 1-Wire могут использоваться каналы ввода-вывода №№1…21 (контакты №№1…21 разъема X2). 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 7.2 Gamma 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

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Параметры пользовательской конфигурации

Параметры пользовательской конфигурации могут быть заданы конечным пользователем в момент загрузки программного обеспечения в контроллер 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.

Энергонезависимая память (ЭНП)

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Энергонезависимая память (ЭНП)

Для предотвращения потери критически важной информации о состоянии контроллера (настройки, коды, текущие режимы работы и т. п.) при сбросе питания либо рестарте, в CANNY 7.2 Gamma предусмотрен доступ (чтение и запись) ко встроенной энергонезависимой памяти контроллера из пользовательской диаграммы.

Пользователю доступны 128 шестнадцатибитных ячеек энергонезависимой памяти, доступ к которым осуществляется с помощью соответствующих регистров чтения и записи.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Универсальные каналы ввода-вывода имеют входное сопротивление ~130кОм и каждый из них оснащен собственным АЦП, позволяющим измерять напряжение 0…32760мВ с разрешением 12 бит.

В процессе работы контроллера АЦП каналов ввода-вывода активны постоянно, дополнительных действий для их включения выполнять не требуется.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Два спецальных контакта разъема X1 контроллера (контакты №№4 и 5) предназначены для работы в качестве независимых цифро-аналоговых преобразователей с разрешением 12 бит. Это позволяет устанавливать на указанных контактах напряжение от 0 до 10В с шагом ~2,4мВ, если напряжение питания контроллера больше или равно 13В. В противном случае максимальное нарпяжение на контактах №№4 и 5 разъема X1 будет равно напряжению питания контроллера, уменьшенному на ~2В.

Выход стабилизированного напряжения +5В

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Выход стабилизированного напряжения +5В

Контакт №6 разъема X1 контроллера предназначен для работы в качестве защищенного управляемого выхода стабилизированного напряжения +5В с максимальным током до 100мА и может использоваться для питания внешних устройств.

Драйвер пульта ИК ДУ

Основная статья: CANNY 7.2 Gamma, Драйвер пульта ИК ДУ

Контроллер CANNY 7.2 Gamma позволяет принимать и передавать команды инфракрасных пультов дистанционного управления (ИК ДУ) в широко распространенных форматах NEC, extended NEC, Samsung и Sony. Работа драйвера возможна в трех режимах: только прием, только передача или прием/передача, в том числе в разных форматах. Для приема и передачи используются два любых канала контроллера.

При передаче команд ИК ДУ, используемый для этого канал контроллера CANNY 7.2 Gamma, выдает только модулирующий сигнал. Для формирования пакетов импульсов контроллеру требуется наличие несущей частоты, источником которой может выступать как один из каналов ВЧ ШИМ CANNY 7.2 Gamma, так и внешний генератор ШИМ. Прием команд ИК ДУ требует наличия внешнего демодулятора, например TSOP1736 или аналогичного.

Драйвер пульта ИК ДУ в своей работе использует каналы ввода-вывода контроллера, но имеет более высокий приоритет чем драйвер каналов ввода-вывода. Таким образом при активации драйвера пульта ИК ДУ для задействованных в его работе каналов ввода-вывода, изменение значений в связанных с ними регистрах драйвера каналов ввода-вывода будет проигнорировано контроллером.