Descripción de USBee

USBee Duo es una tarjeta de desarrollo basada en un microcontrolador AVR de 8 bits ATMega32U2 de Atmel. Comparado con una arquitectura 8051 (Intel), HC08 (Motorola-Freescale) PIC16F o PIC18F (Microchip), la arquitectura AVR resulta más poderosa, al ser Harvard (buses separados de datos y memoria), contar con hasta 32 registros conectados directamente a la ALU, y lograr que la mayoría de instrucciones se ejecute en un ciclo, alcanzando hasta 16 MIPS (millones de instrucciones por segundo), al usar un cristal de 16 MHz.  Además se tiene control sobre la pila del programa, ubicada en la memoria RAM y se tiene un vector de interrupción para cada tipo de interrupción que pudiera presentarse. Estas características convierten a la familia AVR como la idónea para proyectos que requieran de microcontroladores de 8 bits.

Características

Entre las características más sobresalientes, el microcontrolador ATmega32U2 incluye un módulo USB Device 2.0, el cual se encuentra soportado por la librería LUFA, la cual es un entorno de desarrollo para microcontroladores con USB. USBee Duo incluye además dos temporizadores y una interfaz UART. A continuación se listan las características de la tarjeta USBee Duo:

  • Puerto USB 2.0 Full-Speed.
  • Diferentes opciones para alimentar la tarjeta:
    • Fuente no regulada (7-18V)
    • Fuente 5V regulada.
    • USB (USB self-powered)
  • Programación por USB o por Puerto ISP (In System Programming).
  • Indicadores LED de encendido y de Boot, sistema de reset y cristal.
  • No requiere de componentes externos.
  • Velocidad de hasta 16 MIPS.
  • 32 KB disponibles de memoria FLASH.
  • 1KB de EEPROM.
  • 1KB de RAM.
  • Dos temporizadores de 8 y 16 bits.
  • Hasta cinco canales PWM disponibles (salidas análogas).
  • Una USART, con señales hardware de control de flujo RTS/CTS.
  • 22 líneas de E/S programables.
  • Otros módulos: Interfaz SPI, PS/2 y comparador análogo.

 

A continuación se muestra USBee Duo con la descripción de sus componentes en la cara posterior y la anterior:

Cara posterior de USBee
Cara posterior de USBee
Cara anterior de USBee
Cara anterior de USBee

Pinout

A continuación se ilustran los pines de la tarjeta USBee Duo:

Pinout de USBee
Pinout de USBee

GND:

Tierra o masa del dispositivo.

VCC:

Salida de voltaje, que puede ser 3.3V o 5V, de acuerdo a la selección realizada con el switch que se encuentra en la cara posterior del dispositivo.

3V3:

Salida de voltaje de 3.3V. Límite de corriente de 100 mA.

VIN:

Voltaje de entrada cuando se va a utilizar el regulador interno. La entrada debe ser mayor a 7V y menor a 15V.

 

Nota: Alimentando USBee con Vin<7V y conectando el puerto USB a un computador, puede conllevar a daños irreparables de la tarjeta, por favor cumplir con las condiciones mínimas de voltaje!


RST:

Pin de reset del dispositivo, si se desea generar una fuente de reset externa a la manual a través del pulsador.

PC2, PC4..7:

Pines del puerto C (PORTC) del dispositivo ATMEGA32U2.

PD0..7:

Pines del puerto D (PORTD) del dispositivo ATMEGA32U2.

PB0..7:

Pines del puerto B (PORTB) del dispositivo ATMEGA32U2.

D-:

Línea D- del puerto USB.

D+:

Línea D+ del puerto USB.

Modos de trabajo

Existen dos estados en los que puede estar USBee Duo:

 

  • Modo BOOT: Se usa en el momento en que se requiera programar la tarjeta USBee Duo.
  • Modo APP: USBee Duo ejecuta el programa descargado en la memoria, es decir la aplicación de usuario.

 

Para entrar en Modo BOOT, USBee Duo provee un sistema de pulsadores, HWB y RST. Al entrar en este modo se podrá programar el dispositivo sin necesidad de ningún elemento adicional externo. 


Modo BOOT
Para entrar a Modo BOOT se debe seguir la siguiente secuencia:

Pasos para entrar a modo BOOT
Pasos para entrar a modo BOOT

Se observa que es necesario presionar el pulsador HWB, manteniéndolo presionado se pulsa RST, posteriormente se libera RST y finalmente se libera HWB. Si el procedimiento ha sido correcto, se observa que el led BOOT (Led verde) se encuentra encendido junto con el led POWER (led rojo).

Modo APP
Para entrar a Modo APP, basta con presionar y soltar el pulsador RST:

Entrar a modo APLICACIÓN
Entrar a modo APLICACIÓN

El siguiente video ilustra como entrar y salir de estos modos de trabajo:

Alimentación

Una de las características más interesantes de USBee Duo es que puede ser alimentada en un amplio rango de voltajes. La conexión de alimentación puede realizarse de tres maneras:

Alimentación externa no regulada
Esta conexión utiliza el regulador interno que incluye USBee. El voltaje al que se debe conectar debe ser mayor a 7V y menor a 15V. Esto implica que se tiene un amplio rango de alimentación. El pin utilizado para la alimentación es VIN. el pin VCC se puede utilizar para acceder al voltaje de 5V regulado. La siguiente figura ilustra la conexión.

Conexión de USBe utilizando el regulador onboard
Conexión de USBe utilizando el regulador onboard

Alimentación externa regulada

El otro modo de conexión no usa la regulación onboard. Se utiliza generalmente cuando USBee se monta en un circuito que ya tiene fuente regulada de 5V. En este caso, se utiliza el pin VCC para conectar la alimentación regulada a 5V.

Conexión de USBee de alimentación regulada a 5V
Conexión de USBee de alimentación regulada a 5V

Alimentación por USB

Finalmente, si se desea trabajar con conexión directa al computador, no es necesario alimentar la tarjeta USBee, ya que ella toma la alimentación directamente del puerto USB. Sólo es necesario compartir la conexión de tierra, si USBee se encuentra conectada a otros periféricos. Cuando se utiliza este modo de alimentación, el pin VCC entrega 4.2V en vez de 5V.

Conexión de USBee mediante el cable USB
Conexión de USBee mediante el cable USB

Periféricos

USBee Duo cuenta con múltiples periféricos hardware:

 

  • 2 Timers que pueden ser configurados como:
    • Contadores de eventos
    • Input Capture (medición de Frecuencia de señal o de ancho de pulso)
    • Output compare (Generación de señales PWM)
    • Fast PWM
  • 1 ADC tipo Rampa con 7 entradas
  • 1 UART con líneas de control (RTS y CTS)
  • 1 interfaz SPI
  • Interrupciones externas en TODOS los pines (Pin Change Interrupt)
  • 1 USB Device 2.0