Communs
Sommaire
Communication
Pour la communication on utilise sur nos cartes un composants tout fait : le w5500.
Ce composant est monté sur une minicarte toute faîte que l'on achète chez makerfabs. (si le lien meurs, cherchez "mini ethernet board w5500").
Coté logiciel, il existe une librairie sur crates.io.
Microcontroleur
On utilise en ce moment le stm32f103.
Il viens en plusieurs déclinaisons (ce sont les lettres qui viennent derrière le nom du microcontrôleur). Les principales différences entre ces déclinaisons sont :
- Taille de la RAM
- Taille de la flash
- Nombre de timers
Manuel de référence de la famille des cortex M1
Black-Pill
Pour le prototypage on utilise un stm32f103 monté sur un PCB déjà routé. La carte s'appelle black-pill.
Plus d'informations sur la carte
Quartz
Le microcontroleur a besoin d'un signal d'horloge fixé pour pouvoir fonctionner correctement. Ce signal est généré par un quartz qu'il faut choisir selon plusieurs critères.
Le quartz a également besoin de composants externes pour fonctionner correctement : il faut ajouter 2 condensateurs de même valeur et éventuellement une résistance, selon le schéma suivant :
Le condensateur correspond à la capacité parasite due aux fils. On peut l'approximer à 5 pF dans les calculs.
1. La marge de gain
Pour faire naitre les oscillations dans le cristal, il faut s'assurer que la transconductance interne du microcontroleur () est au moins 5 fois supérieure à celle du quartz choisi.
La marge de gain se calcule grâce a la formule suivante :
Avec donné par la formule :
Où :
= Equivalent Series Resistor : la résistance série équivalente du quartz (donnée par le fabriquant, elle dépend de la fréquence de fonctionnement).
= Fréquence de fonctionnement du quartz (donnée par le fabriquant).
= Shunt capacitance : c'est la valeur de la capacité résultante des électrodes du quartz (donnée par le fabriquant).
= Load capacitance (donnée par le fabriquant)
La valeur de se trouve dans la datasheet du microcontrôleur.
Si la marge de gain calculée est bien supérieure à 5, on peut passer à l'étape suivante. Sinon, il faut choisir un autre quartz avec un plus petit.
2. Choix des condensateurs externes et
On choisit les condensateurs de manière à respecter la relation :
Si on prend , on peut choisir
.
3. Choix d'une résistance externe
Le quartz ne peut dissiper qu'une certaine puissance maximale donnée par le fabriquant : c'est le Drive Level du cristal. Si jamais la puissance dissipée par le quartz dépasse cette valeur, celui-ci peut être endommagé et griller.
Pour éviter cela, on peut choisir d'ajouter une résistance externe qui va dissiper la puissance en trop. pour savoir si on a besoin de cette résistance, il y a 2 manières de procéder :
-
Méthode 1 : Mesurer le courant
qui traverse le quartz pendant son fonctionnement à l'aide d'une sonde et d'un oscilloscope. On obtient ensuite le courant maximal admissible (en valeur pic-à-pic) par la formule :
Si le courant mesuré est plus important, il faut ajouter
. Sinon, on a trouvé un quartz qui convient bravo !
-
Méthode 2 : Mesurer la tension aux bornes de
et en déduire le courant qui travers le quartz. Attention pour cette méthode il faut utiliser une sonde qui a une capacité en entrée inférieure à 1 pF. Le Drive Level est alors donné par la formule :
Où
et
est la valeur de tension pic-à-pic mesurée à l'oscilloscope.
Si le Drive Level calculé est supérieure à celui donné par le fabriquant, il faut ajouter
Calcul de :
ATTENTION : si on a ajouté il faut recalculer les valeurs de marges de gain en la prenant en compte :
Vérifier que la marge de gain est toujours supérieure à 5. Si ce n'est pas le cas, il faut choisir un autre quartz. Sinon, on a trouvé un quartz qui convient bravo !
Exemple de calcul : Si on veut associer un quartz à 8 MHZ au microcontrôleur STM32F103C8T6. On trouve un quartz qui a la fréquence de travaille demandée sur un site de confiance : celui-ci par exemple (datasheet).
D'après les 2 datasheets, les valeurs dont on a besoin pour les calculs sont les suivantes :
On peut donc calculer notre marge de gain :
donc
Cette valeur de marge de gain étant largement suffisante, on peut calculer les valeurs de nos condensateurs :
Si jamais on devait ajouter une résistance externe, il faudrait que sa valeur soit de :
On aurait alors une marge de gain de 5 : il faudrait donc choisir un autre quartz ayant un ESR plus faible ou bien un plus petit.
Pour plus de précision, voir le guide du choix d'un quartz fourni par ST.