令和元年 12月
PIC32MMシステムの概要
[重要な注意点]
これらは基本的に受注生産です。
受注生産のメリットとして細部の仕様変更がやりやすい点があります。
部分的な変更の例：
・ 使用しているコネクタをＡ社製xxxにしたい
・ 出力ドライバＩＣをＩＣソケット実装としたい
・ CPU基板の絶縁ＩＯポート数をNポート増やしたい。
など、ご要望があれば事前にお問い合わせください。
お問い合わせ先e-mai l： info@spice-elec.com
ここで説明している基板は、製品開発を受注した際の試作を手早く行うためのプロトタイプとして使用することを前提に製作したものです。
このため非常にに高い信頼性を要求される用途には向かないのですが、民生機器や一般的な産業機器の大半には問題なく使用できます。
信頼性の面で見劣る点としては以下が上げられます。
・ スタック型コネクタを採用しているため基板枚数が増えてくると基板間に介在するコンタクト数が増加し、接触不良のリスクが増加する。
・ 通常、高信頼性を望む用途では4層以上の基板を使用するが、本品は2層基板です。耐ノイズ性では見劣ります。
また、同じ２層基板であっても数MHz以下といった比較的低い周波数で動作する基板との比較でも耐ノイズ性では不利になります。
理由は基板内で一部高速なクロックを使用しているためです。
・ 一部の部品については生産ロットによって異なる部品を使用します。
保障性能を満たす範囲内で機能的に互換性のある他メーカーの製品を使用することがあります。
このため外見や部品色が異なることがあります。
余談
特に使用する部品に関しては、信頼性を最優先するなら全ての部品で型式を完全に指定することが必要ですが、小規模ロットの生産では思うように部品を入手できないことが多々あります。特に中長期的な製品供給を前提にする場合はどうしても各社の相当品を使用することになります。これは避けようがありません。
1. PIC32MM CPUボード
本システムはMCUとしてPIC32MM0256GPM064を使用します。ROM容量256kB, RAM容量32kBと小規模な組み込み装置を実装するには十分なメモリ容量です。下記にPIC32MM CPUボードの写真を示します。
写真は試作時のもので、実際の製品とは使用している部品などが異なることがあります。
[主なハードウェア仕様]
・ SPIインタフェースを主とする内部バス（スタック型コネクタを採用することでラックは不要)
内部バスには最大で８個のＳＰＩデバイスを接続可能ですが、スタック型コネクタの信頼性を考慮すると4〜5枚程度の基板枚数
に収めることが望ましいと考えます。SPIは最大24MHzで動作するため非常に高速な転送が出来ます。
・ 内部バスにはＰＩＣ ＣＰＵのＰＰＳ(周辺機能ピン選択)機能を持つピンを含めて最大で20本を確保。バス経由でＣＰＵ内蔵機能の使用が可能。
内部バスは２つのコネクタに分かれており、基板の接続順序によってはコネクタの一方が接続できず最大で12本までの使用になります。
・ デバッグポートとしてＲＳ-232Ｃポートを確保。(非絶縁、フロー制御RTS/CTS信号は無し)
・ 装置の稼動ログを記録することを想定したフラッシュROMを実装。他にアプリケーションで使用できるＳＰＩ接続の８ピンデバイス実装エリアを確保。
EEPROM, RAM, F-RAMなど多数の製品から選択できます。デバイスのパッケージはＳＯＰまたはＤＩＰ型のいずれか。
・ DC12〜24V電源で動作する絶縁ＩＯを内蔵。入力ポートを２ビット、出力ポートを2ビット確保。
入力ポートは２ビット共にPIC CPUに直接割り込みを要求可能。
出力ポートは外部の装置に対してCPUの動作状態を連絡することを想定した出力です。インターロック回路やリセット出力に使用します。
・ RTCを内蔵。
・ PIC CPUの状態出力用にＬＥＤ出力2本を用意。この出力はピンコネクタを介して外部に引き出し可能。
2. ＳＰＩ−ＤＩＯボード
写真は試作時のもので、実際の製品とは使用している部品などが異なることがあります。
[主なハードウェア仕様]
・ ＩＯ電圧DC24Vで動作する絶縁ＩＯで、入力16ビット, 出力16ビット。出力はトランジスタ出力です。複数枚を使用することでポート数を増やせます。
これらのＩＯはＣＰＵ側とは絶縁されていますが、同一基板内のIO間のGNDは共通です。
もし、電位の異なる信号とやり取りする必要がある場合は、個々の電位毎に本IOボードを追加します。
・ 以下の保護機能を実装しています。
IO電源の逆接続保護、入力ポートへの電源誤接続保護
[重要な注意点]
出力ポートへの過電流保護は未実装です。このため、出力ポートに直接＋電源を接続するなど大電流が流れると一瞬で故障します。配線チェックの時には特に＋電源線の接続にご注意ください。
・ 本基板からPIC32ＭＭ CPU基板への割り込み要求は(標準仕様では)出来ません。個別対応は可能ですのでご相談ください。
3. ＵＡＲＴｘ２ボード
写真は試作時のもので、実際の製品とは使用している部品などが異なることがあります。
本製品は通信仕様としてRS-232ＣとRS-422/RS-485を客先指定により選択して製作します。
要求仕様によって部品の実装状態も大きく変わります。
また、写真ではＩＣソケットを使用していますが、標準ではＩＣソケットは使用しません。
従って、写真は参考程度にお考えください。
[主なハードウェア仕様]
・ ＲＳ-232ＣまたはRS-422/RS-485を合計で2CH実装可能。各通信ポートは共にCPUとは絶縁されています。
ＲＳ-232ＣとRS-422/RS-485の選択は発注時に行ないます。RS-422とRS-485の切り替えはジャンパおよび部品の実装によって切り替えます。
[ハードウェア仕様の追加説明]
通信仕様は各社で沢山の準拠仕様があるため、混乱の元になっています。誤解しやすいと思われる仕様について書いておきます。
・RS-232C
・フロー制御(RTS/CTS信号)は有無どちらでも可能です。
・接続コネクタはCHあたり1個のみの実装です。
・RS-422
・フロー制御(RS-232CにおけるRTS/CTS信号)は無しのみ可能です。
・全二重通信です。
・マスタは一つのみである必要がありますが、スレーブは複数接続が可能です。スレーブ数の上限はドライバICの仕様によって決まります。
特に二桁のスレーブ接続を検討されている場合は事前にご相談ください。
・マスタとスレーブ間の接続ケーブルはクロスケーブル、スレーブとスレーブ間の接続ケーブルはストレートケーブルが必要です。
・基板内に終端抵抗は未実装です。終端抵抗はCHあたり二つある接続コネクタの一つを使用して接続します。
・ＲＳ-485
・フロー制御(RS-232CにおけるRTS/CTS信号)は無しのみ可能です。
・半二重通信です。
・接続するデバイス数の上限はドライバICの仕様によって決まります。
特に二桁のデバイス接続を検討されている場合は事前にご相談ください。
・接続ケーブルはストレートケーブルが必要です。
・基板内に終端抵抗は未実装です。終端抵抗はCHあたり二つある接続コネクタの一つを使用して接続します。
4. SPI_DA変換ボード
写真は試作時のもので、実際の製品とは使用している部品などが異なることがあります。
[主なハードウェア仕様]
・電圧出力または電流出力を2CH確保。各出力はＣＰＵおよび互いの出力とも絶縁されています。
・電圧出力のレンジは0V〜5V、0V〜10V、±5V、±10Vから選択
・電流出力のレンジは4mA〜20mA、0mA〜20mA、0mA〜24mAから選択
・出力の分解能は12ビットです。
5. SPI_AD変換ボード
写真は試作時のもので、実際の製品とは使用している部品などが異なることがあります。
[主なハードウェア仕様]
・電圧入力または電流入力を16CH確保。各入力はＣＰＵとは絶縁されていますが、互いの入力はGNDが共通です。
・電圧入力のレンジは±10.24V, 0V〜10.24V, ±5.12V, 0V〜5.12V, ±12.5V, 0V〜12.5V, ±6.25V, 0V〜6.25Vから選択
・電流入力のレンジは4mA〜20mA、0mA〜20mAから選択
・入力の分解能は16ビットですが、電圧入力での有効なビット数は12〜13ビット, 電流入力では電流を電圧に変換する抵抗の精度によって上限が決まるため10ビットとなります。
6. PIC32MM_CPU_ETHボード
PIC32MM_CPUボードに以下のような追加・変更を行ったものです。
・追加
・W5500 ICによるイーサネットポート
・イーサネット関連情報を記録するためのEEPROM
・削除
・システムログを記録用のF-ROMおよびユーザー用のF-ROMエリア
・時刻を保持するためのRTCとバックアップ電池
・変更
・入力ポートの接続先となるMCUのピン接続先が変更になっているため、入力ポート部のプログラムはPIC32MM_CPUとは互換性がありません。
・内部バスの内、10ピンコネクタに配置されている信号線1本のみPIC32MM_CPUとは異なるピンに接続されています。
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