Tarjetas SD/SDHC (lectura/escritura de datos)

Tras aprender como inicializar una tarjeta SD y obtener información sobre su capacidad, etc, es hora de usarlas para lo que sirven: leer/escribir información.

En esta entrada completaremos nuestra introducción a las comunicaciones de bajo nivel entre un PIC y una tarjeta SD viendo las lecturas/escrituras a los sectores de datos de la tarjeta.  

Como siempre haremos algunos comentarios sobre como optimizar las rutinas para maximizar la velocidad de transferencia de datos.

Recordar que las rutinas que vamos a usar son de bajo nivel, escribiendo directamente sobre los sectores de la tarjeta. No saben nada del tipo de formato, sistema de archivos, etc, por lo que pueden destruir datos en la tarjeta que usemos. He escogido un número alto de sector (5000) para empezar a escribir por lo que posiblemente no estropearán el formato de la tarjeta pero si machacarán los datos de dichos sectores. No obstante, incluso si se estropea el formato siempre se puede volver a reformatear la tarjeta en el PC sin ningún problema. Obviamente debéis que evitar hacer pruebas con una tarjeta con datos de interés. 

Para verificar que las cosas están funcionando es útil contar con un lector de tarjetas para el PC y un software (tipo WINHEX o similar) que permita editar los sectores lógicos de un disco para ver si nuestros programas escriben lo que queremos y donde queremos. 

Código asociado a esta entrada: SPI_sdhc_v2.c, 18f4520_g.lkr

Tarjetas SDSC/SDHC (inicialización y lectura de registros)

Como un ejemplo un poco más complicado (pero muy útil) del uso del protocolo SPI veremos en más detalle el uso de tarjetas de memoria flash en su formato SD (SecureDigital). Entre las posibilidades de comunicación que ofrecen dichas tarjetas está un modo SPI. Este modo, aunque más lento que el modo SD nativo, es más sencillo de implementar.

En este tutorial nos centraremos en las conexiones hardware, la inicialización de la tarjeta (tanto para tarjetas SD standard como para las SDHC de alta capacidad), y la obtención de las características de la tarjeta (capacidad, número de sectores, número de serie, etc.) a través de sus registros CSD y CID.

El objetivo es conseguir el volcado de información que aparece a la derecha

En una entrada posterior veremos como leer/escribir datos en la tarjeta, considerando como optimizar dicha transferencia de datos. 

Código asociado a esta entrada: SPI_sdhc.c

INTERFAZ SPI con memoria flash (M25P80)

Las memorias flash es un tipo de memoria electrónica no volátil, derivada de las EEPROM, que que puede ser borrada y reprogramada electrónicamente (http://en.wikipedia.org/wiki/Flash_memory). El tipo más común de memoria flash es el tipo NAND que es la base de las tarjetas de memoria,  USB oendrives y discos de estado sólido. Al contrario que una memoria EEPROM las memorias flash de tipo NAND pueden ser escritas o borradas en bloques más pequeños que todo el dispositivo (aunque mayores que los bytes individuales).  En todos estos casos la memoria va acompañada de un controlador que hace invisible el manejo a bajo nivel de la memoria. El usuario se reduce a escribir/leer sectores lógicos. En esta entrada vamos a escribir algunas rutinas para conectar una memoria flash (M25P80, 1 Mbyte) con un PIC usando una comunicación SPI. Al contrario que en los casos citados antes vamos a manejar directamente los sectores físicos de la memoria, por lo que además de los aspectos de la comunicación SPI aprenderemos también algunas peculiaridades de este tipo de memorias. 

Para nuestro desarrollo usaremos una breakboard (de MikroElektronica, figura adjunta, unos $10) que nos evita tener que soldar y nos da los pines correctamente espaciados y etiquetados.  Podemos ver la alimentación (3.3V) y GND, así como las conexiones SPI (~CS, SCK, MISO, MOSI). El único pin (que no usaremos) no identificable es ~HOLD (que permite dejar en suspenso una comunicación. El IC tiene un pin adicional ~WP (Write Protection) que permite implementar una protección hardware de los datos. En esta tarjeta está atado a 3.3V por lo que la tarjeta está "desprotegida" a nivel hardware (aunque es posible implementar protección parcial o total de datos a través del software). 

Código asociado a esta entrada: spi_flask.c

Comunicaciones Serie SPI

La familia PIC18 dispone de varias posibilidades de comunicaciones serie. Además del puerto USART que ya describimos, dispone de un puerto dedicado a comunicaciones síncronas serie, el SSP (Serial Synchronous Port). Dicho puerto puede dedicarse a varios protocolos, tales como SPI o I2C. Ambos son excluyentes, esto es, si se configura el periférico para SPI no podrá usarse para I2C y viceversa. Si se precisan de forma conjunta comunicaciones I2C y SPI la única solución es un microcontrolador con dos puertos SSP o bien, implementar algunos de los dos protocolos a través de software.

En este tutorial vamos a examinar en el protocolo SPI (Serial Protocol Interface), describiendo los registros SFR involucrados y detallando los procedimientos para transmitir y recibir.  Lo ilustraremos con un ejemplo muy sencillo de comunicación  con un periférico SPI, un conversor DAC (MCP4822 de Microchip).

En entradas posteriores veremos ejemplos de comunicaciones SPI con otros periféricos con protocolos de comunicación más complicados.

Archivos de código asociados a esta entrada:  spi_mcp4822.c

Proyecto: Levitador magnético

En este proyecto escribiremos un programa para el PIC que mantenga un imán suspendido en el aire. El PIC controlará la bobina de un electroimán a través de un L293D. Bajo este electroimán colocaremos un imán. En ausencia de corriente el imán siente dos fuerzas: la gravedad hacia abajo y la atracción magnética con el núcleo (un tornillo) del electroimán. 

Existe un punto donde ambas fuerzas están equilibradas. Desgraciadamente dicho punto es inestable. Si el imán se aparta un poco de la bobina la atracción magnética disminuye y el peso gana la partida: el imán cae. Si el imán se acercara un poco a la bobina, la atracción imán-tornillo es cada vez más fuerte, por lo que terminará pegándose arriba.  La idea es colocar un sensor de flujo magnético justo debajo de la bobina. Usando este sensor el PIC puede detectar la posición del imán y actuar en consecuencia: si el imán empieza a caerse, hacemos pasar la corriente por el electroimán de forma que atraiga un poco al imán y éste se recupere. Si se acerca, activamos la bobina en sentido contrario para rechazar el imán y volverlo a llevar a la posición ideal de equilibrio.

Podéis encontrar en internet bastantes variantes de este esquema, aunque la mayoría de ellas no usan un microcontrolador sino un integrado (MIC502) originalmente diseñado para modificar la velocidad de un ventilador (mediante PWM) en función de la temperatura de un sensor. La ventaja de un enfoque con un microcontrolador es que tenemos muchas más posibilidades de control (podríamos p.e. hacer oscilar a voluntad el imán). En este proyecto nos limitaremos a construir el programa básico. 

El objetivo del proyecto es lograr algo parecido a lo mostrado en este corto video:

Al igual que en las entradas correspondientes a control de motores acompañamos el código del PIC con un código MATLAB para visualizar los resultados y jugar con los parámetros de control. 

Código asociado:  maglev_4520.c  (código PIC)
                         maglev.m (programa MATLAB de interfaz con el PC).  
Fichero hex:        maglev_4520.hex 

Controlador PID para posición de un motor DC

En el tema anterior construimos una gráficas mostrando la relación entre el input (% PWM) aplicado y el resultado (velocidad) obtenido por el motor. Podríamos usar esa información para controlar nuestro motor. Si queremos que gire con una cierta velocidad, podríamos ver que entrada (PWM) precisamos y aplicarla. Sin embargo ya comentamos que dicha relación cambia por numerosos factores, por lo que nunca estaríamos seguros de alcanzar la velocidad deseada.

Técnicamente esta situación se conoce como un control de bucle abierto, al no tener un feedback que nos informe de lo que realmente está haciendo el motor. De hecho disponemos de dicho feedback (la info de los encoders en cuadratura) pero hasta ahora no la estamos usando.

En esta entrada vamos a "cerrar" el bucle, usando el feedback de que disponemos para controlar la posición de un  motor. La entrada suministrada por el usuario no será un PWM (de efectos inciertos) sino un objetivo en términos de la velocidad o posición deseada del motor. El sistema, en función del feedback recibido, variará adecuadamente su variable de control (en este caso el ciclo ON del PWM) para conseguir el objetivo dado. Usaremos un sencillo controlador PID para la implementación.

Al igual que en el tema anterior, acompañaremos al código en C del microcontrolador con un programa en MATLAB para poder mostrar de forma gráfica los movimientos del motor.

Archivos de código asociado a esta entrada: 
          PID_pos.c  monitor_PID.m (MATLAB)

Manejo de motores DC usando PWM

En este tema usaremos nuestros conocimientos del PWM del PIC para guiar un motor de corriente continua (DC). En esta primera entrada simplemente aplicaremos un PWM con un duty variable al motor y observaremos su respuesta (velocidad) usando los codificadores en cuadratura explicados en la entrada anterior.

Obviamente el PIC no puede proporcionar la intensidad necesaria para mover un motor, por lo que necesitaremos algún tipo de driver o interfaz. Para poder manejarlo en las dos direcciones usaremos un driver configurado como un puente en H (H-bridge). Describiremos el popular integrado (aunque no especialmente eficaz) L293D. Otras alternativas basadas en MOSFETs son más eficientes, pero el concepto y la forma de controlar el MOTOR serán comunes.

Ficheros de código asociados a esta entrada:  quad_pwm.c , auto_pwm.c , auto_pwm.m

Codificadores en cuadratura

Tras un largo paréntesis impuesto por el trabajo, retomo el blog. En las siguientes entradas vamos a aplicar la salida PWM del micro a un motor DC con capacidad para manejarlo en ambas direcciones.  Nuestro objetivo final será escribir un código de control para hacer que el motor alcance una posición dada y se detenga o se mueva con velocidad constante.  Para ello necesitaremos algún tipo de información sobre la posición del motor y su velocidad. La forma más común de obtener dicha información es a través de codificadores en cuadratura. 

En esta entrada describiremos su concepto y los diferentes modos en los que podemos monitorizarlos (1X, 2X, 4X).

Archivos de código asociado a esta entrada:   quad1.c