Deseori este necesar să existe integrate într-un sistem câteva microcon­tro­lere care să execute diverse operaţii pentru a funcţiona ca un întreg. În acest articol se prezintă modul de conectare a trei microcontrolere la un CAN şi cum se utilizează filtre în nodurile CAN în scopul filtrării mesajelor.

de Zoran Ristic, Mikroelektronika - Departamentul Software
De fiecare dată când câteva unităţi periferice împart acelaşi bus de date, este necesar să se definească modul de accesare al acestuia.
Protocolul CAN descrie cu precizie toate detaliile despre conectarea a câteva dispozitive la o reţea şi ca atare este des utilizat în industrie. Protocolul defineşte în principal pre­cedenţa implementării bus şi rezolvă pro­blema “coliziunii” în interiorul hardware-ului în cazul în care încep să comunice simultan câteva unităţi periferice.

Hardware
În acest exemplu, un bus CAN va fi configurat astfel încât primul dispozitiv transmite mesaje constând din 0×10 şi 0×11 ca ID, în timp ce al doilea şi al treilea dispozitiv transmit respectiv mesaje constând din ID-urile 0×12 şi 0×13. De asemenea se vor configura nodurile CAN astfel încât al doilea nod să răspundă la mesajele primite conţinând numai ID-ul 0×10, în timp ce al treilea răspunde numai la acelea conţinând ID-ul 0×11. Corespunzător, primul dispozitiv este configurat să recepţioneze mesaje conţi­nând un ID 0×12 şi 0×13 (Figura 1). Filtrarea mesajelor este uşor implementată prin ape­larea rutinei CANSPISetFilter care va gestiona de asemenea configuraţia necesară a regis­tre­lor microcontrolerului şi a plăcii SPI CAN.
În general, protocolul CAN nu necesită ca un dispozitiv Master să fie prezent pe bus.
Totuşi, pentru a uşura înţelegerea acestui exem­plu, menţinând-ul în acelaşi timp de uz general, se va configura primul dispozitiv să răspundă la apeluri individuale.

Software
Când se transmite un mesaj, nodul Master lasă timp suficient pentru ca nodul apelat să răspundă. În cazul în care un nod distanţat nu răspunde în perioada de timp impusă, Master-ul raportează o eroare la mesajul curent şi trece la apelarea altor noduri (Figura 2).
În cazul în care un nod CAN periferic răspunde în acelaşi timp ca un alt nod, va avea loc o “coli­ziune” pe bus-ul CAN. Totuşi, numai prioritatea adresei dispozitivului recomandă ca în acest caz nodul care transmite mesajul cu cea mai mică prioritate se retrage din bus, astfel permiţând nodului să transmită mesaje de prioritate ridicată şi să continue imediat transmisia.
Cum a fost menţionat anterior, se va folosi un modul SPI intern al microcontrolerului pentru a transfera date pe bus-ul CAN. Unele avantaje ale utilizării modulului SPI intern al microcontrolerului sunt: posibilitatea de generare a unei întreruperi când se transmit şi se recepţionează date; modulul SPI operează independent de alte periferice şi are o configuraţie simplă.
Biblioteca SPI CAN permite setarea modului de operare al CAN şi filtrele nodului, citirea datelor de la buffer-ul plăcii CAN SPI etc.
Acest exemplu include de asemenea LED-uri pe pinii microcontrolerului care să indice că reţeaua operează corespunzător. Când nodul 2 răspunde la apelul nodului 1, LED-urile PORTB vor fi aprinse automat. Dacă nodul 3 răspunde apelului, LED-urile PORTD vor fi aprinse. Codul sursă al tuturor acestor noduri din reţea este asigurat de acest exemplu. Pentru a crea fişierul HEX pentru fiecare dintre aceste noduri individual, este necesar să se scrie numai o directivă DEFINE în antetul exemplului.
Ca rezumat, a fost descrisă o metodă de conectare a microcontrolerelor la bus-ul CAN. A fost de asemenea descrisă metoda de detectare a erorilor cu ajutorul unui protocol de comunicaţie în cazul în care un nod îndepărtat nu răspunde cum se aşteaptă, cum se filtrează mesaje utilizând filtre CAN, dar şi cum se realizează comunicaţii în general pe bus-ul CAN.

Funcţii utilizate în program
CANSPIGetOperationMode() Modulul de operare curent
CANSPIInitialize()* Iniţializarea modulului CANSPI
CANIRead()* Citirea mesajului
CANSPISetBaudRate() Setarea ratei baud CANSPI
CANSPISetFilter()* Configurarea filtrului de mesaje
CANSPISetMask()* Configurarea avansată a filtrelor
CANSPISet OperationMode()* Modul de lucru curent
CANSPIWrite()* Scrierea mesajului

* Funcţiile bibliotecii CANSPI utilizate în program

Alte funcţii mikroC PRO for PIC utilizate în program:
Delay_us()
SPI1_init()
SPI1_read()

Programul pentru acest exemplu scris pentru microcontrolere PIC® în C, Basic şi Pascal, precum şi programe scrise pentru microcontrolere dsPIC® şi AVR® pot fi găsite pe pagina web: www.mikroe.com/en/article/

MSYSTECH, contract nr. LLP-LdV/ToI/2008/RO/003), un proiect european care oferă oportunităţi de perfecţionare în domeniul microsistemelor electronice prin metode moderne de învăţare/formare profesională

de Conf. dr. ing. Norocel Codreanu - Universitatea “Politehnica” din Bucureşti
Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei
Centrul de Electronică Tehnologică şi Tehnici de Interconectare
norocel.codreanu@cetti.ro
Proiectul MSYSTECH este un proiect european Leonardo da Vinci de tip Transfer-of-Inovation (ToI) destinat perfecţionării în domeniul microsistemelor electronice (MEMS – Micro Electro-Mechanical Systems), proiect direcţionat spre multiple grupuri ţintă, cele mai importante fiind: specialiştii din firmele de electronică, studenţii din universităţile tehnice şi şcolile vocaţionale, precum şi persoanele cu studii superioare dar fără loc de muncă în prezent, interesate de specializări suplimentare în vederea unui angajament viitor. Proiectul este condus de Universitatea “Politehnica” din Bucureşti, Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei, Centrul de Electronică Tehnologică şi Tehnici de Interconectare şi se bazează pe rezultatele pozitive şi experienţa acumulate în două proiecte pilot anterioare: “Internet-based Performance Centred Instruction. The Link between Work and Education” (IPCI), de tip Leonardo da Vinci şi “On-line Learning Mathematics and Sciences” (OnLine Math&Sciences), de tip Socrates/Minerva.
În cadrul proiectului IPCI a fost dezvoltat un set complet de cursuri ce acoperă proiectarea, tehnologia şi packaging-ul microelectronic. Proiectul a devenit posibil datorită finanţării programului Leonardo da Vinci la nivel european şi colaborărilor internaţio­nale. Diferitele cursuri au fost dezvoltate de experţi recunoscuţi în specializările respective în Europa.
De exemplu, Universitatea Twente/Olanda are expertiză în tehnologie iar CIME Nanotech/Franţa în microsisteme şi proiectare de sisteme analogice. Abordarea multimedia centrată pe performanţă s-a dovedit a fi mai eficientă decât tradiţionalul pachet curs-laborator-test în pregătirea competenţelor ingi­ne­reşti de nivel înalt în cadru organizat, pentru ins­truirea autodidactă sau pentru îmbunătăţirea şi adap­tarea cunoştintelor deţinute în vederea schim­bării locului de muncă. Proiectul OnLine Math&Sciences a creat metode moderne de instruire în mate­matică şi ştiinţe fundamentale, fiind coordonat de Universitatea Tehnică din Sofia. Prin el a fost creată o platformă independentă de instruire, simulare, lucru în grup la distanţă şi dezvoltare de software. Rezultatele au fost deja implementate în cursuri complete de matematică, fizică şi chimie pentru primii doi ani de învăţământ universitar.
În cadrul proiectului MSYSTECH sunt folosite, în continuare, abordările centrate pe performanţă din cadrul proiectelor europene anterioare IPCI şi OnLineMath&Sciences. Conţinutul cursurilor IPCI a fost adaptat şi adus la zi pentru nevoile sectoarelor electronic şi educaţional din România şi Bulgaria. Coordonatorii şi principalii dezvoltatori ai celor două proiecte europene anterioare sunt parteneri în cadrul proiectului de faţă. Au fost dezvoltate materiale noi de instruire în tehnologiile microsistemelor, acestea fiind folosite atât de partenerii din proiect, cât şi de partenerii din proiectul IPCI neimplicaţi în consorţiul MSYSTECH. Au fost selectate unele applet-uri Java pentru simularea conţi­nu­tului de curs şi au fost generate/selectate animaţii şi filme tehnice de specialitate pentru prezentarea multimedia a metodelor de proiectare şi tehnologiilor microsistemelor electronice.
Pentru a se îndeplini cerinţele IMM şi şcolilor voca­ţio­nale din România şi Bulgaria, s-au selectat ele­men­tele esenţiale din cursurile anterioare şi s-au adaptat/dezvoltat noi cursuri, conţinutul lor fiind strâns legat de activităţile de inginerie practică.
Valoarea adăugată prin proiectul MSYSTECH poate fi evidenţiată prin următoarele rezultate concrete:
• selectarea şi adaptarea cursurilor e-learning IPCI pentru creşterea competenţelor din industria elec­tronică română şi bulgară şi ridicarea nivelului de educaţie inginerească;
• materialele de pregătire multimedia şi demonstratoarele dezvoltate în proiectul OnLineMath&Sciences pentru studii de fizică şi chimie au fost transferate cursurilor de instruire în microsisteme electronice, în această ramură a electronicii fiind aplicate numeroase fenomene fizice şi chimice noi;
• cele patru cursuri ale proiectului au fost aduse la zi, ca formă şi conţinut, pentru a corespunde ştiinţei multidisciplinare a microsistemelor, ştiinţă ce cu­prin­de proiectarea şi tehnologiile de fabricaţie şi asamblare ale acestora.
În continuare vor fi prezentate cursurile dezvoltate în cadrul proiectului (“Proiectarea microsistemelor”, “Tehnologii în packaging-ul electronic”, “Management termic” şi “Pregătirea măştilor fotolitogra­fice”), cursuri disponibile gratuit persoanelor interesate (pentru detalii suplimentare poate fi contactat directorul de proiect, conf. dr. ing. Norocel Codreanu, e-mail: norocel.codreanu@cetti.ro).

1. Proiectarea microsistemelor
Instituţia dezvoltatoare de curs: Grenoble INP, CIME Nanotech
Autorul cursului: Libor RUFER
Obiectivul acestui curs este de a prezenta cunoş­tinţele fizice, metodele şi tendinţele în proiectarea senzorilor şi dispozitivelor de comandă bazate pe microsisteme. Cursul conţine, de asemenea, o descriere a tehnologiei microsistemelor şi aplicaţii ale lor.
Cursul este util pentru specialiştii din industrie, cercetătorii şi studenţii implicaţii în cercetare şi dezvoltare. Tehnologia microsistemelor este o tehnologie de proces folosită pentru a crea dispozitive integrate sau sisteme extrem de mici care combină componente mecanice şi electrice. Această tehnologie oferă multe oportunităţi captivante în miniaturizarea sistemelor într-o gamă largă de aplicaţii.
Aceste sisteme se numesc microsisteme (microsystems) în Europa, microsisteme electro-mecanice (MEMS – Micro Electro-Mechanical Systems) în Statele Unite şi micro­maşini (micromachines) în Japonia. Indiferent de terminologie, elementul de unitate al unui astfel de sistem este modul în care acesta este realizat. Microprelucrarea în masă sau de suprafaţă, precum şi micro-prelucrarea cu un înalt raport de aspect (HARM), înlătură selectiv părţi din siliciu şi adaugă straturi structurale adiţionale pentru a forma componentele electrice, mecanice şi electromecanice.
Microsistemele au capacitatea de a sesiza, controla şi comanda la nivel microscopic, generând efecte la nivel macroscopic. Micro-senzorul de presiune din siliciu folosit în prezent în milioane de automobile este cea mai cunoscută aplicaţie a tehnologiei microsistemelor. Accelerometrele micro-prelucrate sunt folosite pentru activarea air bag-urilor, controlarea suspensiilor active şi a frânelor antiderapante. Microsistemele de comandă continuă succesul microsenzorilor. Prima aplicaţie comercială impor­tantă a microsistemelor de comandă a fost, se pare, plasarea în obiectivul camerei fabricate de Canon în 1987. În plus faţă de electronica de consum şi industria automobilelor, microsistemele sunt folosite în tehnologia comunicaţiilor, în analiza chimică şi a mediului, în ştiinţa vieţii, în tehnologiile medicale şi industriale de procesare.
Cursul oferă o introducere în tehnologia şi proiec­tarea microsistemelor şi aplicaţiile acestora, abordând următoarele capitole importante:
• Modelarea şi simularea microsistemelor;
• Procese utilizate în traductoarele MEMS;
• Accelerometre de tip microsistem/MEMS;
• Senzori de presiune de tip microsistem/MEMS.
Avantajele microsistemelor faţă de dispozitivele clasice care îndeplinesc aceleaşi funcţii sunt:
• dimensiunea semnificativ mai mică a microsistemelor în comparaţie cu sistemele electronice clasice care îndeplinesc aceeaşi funcţie;
• integrarea componentelor electronice şi micro-senzoriale în acelaşi dispozitiv, îmbunătăţindu-se precizia şi sensibilitatea senzorilor;
• fabricaţie mult mai ieftină datorată utilizării proceselor clasice de realizare a circuitelor integrate.
Deoarece diversitatea şi complexitatea tehnicilor şi tehnologiilor microsistemelor necesită cunoştinţe din multiple domenii, obiectivul acestui curs este să pună la dispoziţia specialistului interesat cunoştin­ţele şi competenţele necesare pentru abordarea proble­maticii proiectării şi fabricaţiei microsistemelor.

2. Tehnologii în packaging-ul electronic
Instituţia dezvoltatoare de curs: Universitatea “Politehnica” din Bucureşti,
Centrul de Electronică Tehnologică şi Tehnici de Interconectare (UPB-CETTI)
Autorii cursului: Norocel Codreanu şi colegi din UPB-CETTI
Obiectivul cursului este de a familiariza cursanţii cu tehnologiile packaging-ului modulelor şi microsistemelor electronice, incluzând proiectarea, analiza, fabricaţia, asamblarea, caracterizarea şi testarea.
În plus, cursul va aborda cele mai recente cercetări în tehnologiile de micro-/nano-fabricaţie.
Fabricaţia modulelor/microsistemelor şi tehnologiile de packaging au devenit sectoare semnificative în industria electronică. Dezvoltarea rapidă a industriei microsistemelor creează în prezent presiuni în învăţământul universitar convenţional şi în sistemul educaţional vocaţional.
Ajustarea curiculelor pentru a furniza cunoştinţe calificate de packaging al microsistemelor pentru mediul academic şi industrie reprezintă o sarcină şi o provocare pentru cursul “Tehnologii în packaging-ul electronic”.
Acesta va face o introducere în probleme fundamentale ale packaging-ului microsistemelor, tehnologii la nivel de sistem, tehnologii de packaging IC/single-chip, PCB, multi-chip şi materiale utilizate în industria electronică.
În plus, vor fi oferite bazele proiectării electronice, fundamente de CAE-CAD-CAM şi EDA pentru sisteme electronice/microelectronice, modelare şi si­mulare ale diverselor structuri, metode computaţio­nale în packaging-ul electronic.
În ultima parte cursanţii vor fi familiarizaţi cu tehnologiile de asamblare, lipire şi fenomenele legate de solderabilitate, materiale ecologice şi tehnologii bazate pe Directivele Europene RoHS şi WEEE, precum şi cu o introducere în nanopackaging şi în tendinţele în domeniu.
Cursul acoperă cercetarea şi inovarea în domeniul tehnologiei microsistemelor prin următoarele capitole principale:
• Fundamente ale packaging-ului microsistemelor;
• Materiale utilizate în packaging;
• Modelare, simulare şi CAD ale structurilor şi sistemelor microelectronice;
• Tehnologii de asamblare clasice şi bazate pe Directivele Europene RoHS şi WEEE;
• Introducere în nanopackaging.
Grupurile ţintă vizate sunt: profesionişti în electronică şi microsisteme din IMM, studenţi la discipline inginereşti şi cursanţi în şcoli vocaţionale, persoane cu studii superioare dar fără loc de muncă (ex. ingineri, fizicieni) care caută studii suplimen­tare pentru angajare.

Conf. dr. ing. Norocel Codreanu
norocel.codreanu@cetti.ro