Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

The aim of the study was to design, build and experimentally verify a programmable thermostat. The main control unit of the thermostat is an ATmega168 microcontroller which communicates via I2C bus with remote MAX6615 chips. They are used to measure temperature with a set of thermistors and control the flow of the hot water in the heating system. This work deals with issues of remote control through the I2C bus, servomotor steering, precision temperature measurement and describes the inner workings of the system. The next chapter includes a proposal for possible extension of the system. The last part contains the manual of the control menu structure and a brief description of the software.

The first chapter of the master´s thesis deals with the analysis of problems indesigning of devices, which include individual steps of the designing of the device and the choice of the most suitable option. It deals with the analysis of the proposed assignment and requirements for this device, analysis of battery management chip that the device should be able to communicate with, analysis of the I2C/SMBus communication protocol which is used for communication between the device with the battery management chips and possibilities of communication of the device with computer. The second chapter deals with the communications via USB bus and the description of this communication. The next step is dedicated to the selection of a programmable microprocessor Atmel AT90USB1287, describes his pin configuration, the possibilities, describes the way of USB interface connection, the method of the I2C/SMBus interface connection and its protection. In the last part of the this chapter the thesis describes Atmel microcontroller programming, specifically describes how to program I2C/SMBus communication, USB communication and how to write a program to the microprocessor. The third chapter of the thesis deals with the design of a single device, and components like a scheme of the connection and the concept of functional realization of the communication with device. The fourth chapter deals with the development of the device itself. Describes the parts of final involvement and describes the parts of the final program for microprocessor, such as communication with SMBus device and communication through the USB bus. The fifth chapter is devoted to the development of communication applications in Java. This section describes the different elements of applications such as communication with USB devices, data storage and open for viewing. The last chapter presents the final device and the final communication application.

Lietuvoje kaip ir visame pasaulyje sparčiai vyksta elektronikos raida, įskaitant ir patalpų mikroklimato stebėjimą. Šiuolaikinės technologijos leidžia ne tik skaitmeniniu būdu gauti duomenis iš jutiklių, bet ir nuosekliai stebėti, juos išsaugoti norimu intervalu bei panaudoti mikroklimato įrenginių valdymui. Šiam darbui atlikti naudojami patalpų mikroklimato duomenų stebėjimo įtaisai. Elektronikos bakalauro baigiamojo darbo tema - "Patalpos mikroklimato duomenų surinkimo įrenginys". Pagrindinė darbo užduotis - suprojektuoti ir pagaminti įrenginio modelį. Atlikus panašių projektų ir technologijų apžvalgą, buvo parinkta toks įrenginio veikimo principas: informacijai apie oro sąlygas surinkti naudojami elektroniniai, skaitmeniniai jutikliai; parametrų registracijai pasirinkta atminties kortelė; realaus laiko stebėjimui internetu, visi duomenis matomi Web puslapyje, ethernet'o pagalba. / The entire countries world wide including Lithuania is undergoing rapid evolution of electronic development, including indoor microclimate monitoring. Today’s modern technology allows not only receive digital data from sensors, but also to consistently monitor it, maintain the desired data storing period and use it for climate control management. Indoor climate data monitoring devices were used for this work. Electronics Bachelor thesis topic is – “Indoor microclimate data logger”. The main task of the work is – to design and manufacture this model device. Following similar projects and technology reviews this device operating principle was chosen: electronic, digital sensors are used to collect information about weather condition; memory card is used to register parameters; real-time monitoring is done using internet, all data appears in Web page by Ethernet support.

A comunicação entre circuitos integrados tem evoluído em desempenho e confiabilidade ao longo dos anos. Inicialmente os projetos utilizavam barramentos paralelos, onde existe a necessidade de uma grande quantidade de vias, utilizando muitos pinos de entrada e saída dos circuitos integrados resultando também em uma grande suscetibilidade a interferências eletromagnéticas (EMI) e descargas eletrostáticas (ESD). Na sequência, ficou claro que o modelo de barramento serial possuía ampla vantagem em relação ao predecessor, uma vez que este utiliza um menor número de vias, facilitando o processo de leiaute de placas, facilitando também a integridade de sinais possibilitando velocidades muito maiores apesar do menor número de vias. Este trabalho faz uma comparação entre os principais protocolos seriais de baixa e média velocidade. Nessa pesquisa, foram salientadas as características positivas e negativas de cada protocolo, e como resultado o enquadramento de cada um dos protocolos em um segmento de atuação mais apropriado. O objetivo deste trabalho é utilizar o resultado da análise comparativa dos protocolos seriais para propor um aparato de hardware capaz de suprir uma deficiência encontrada no protocolo serial I2C, amplamente utilizado na indústria, mas que possui restrições quando a aplicação necessita alta confiabilidade. O aparato, aqui chamado de Monitor de Barramento I2C, é capaz de verificar a integridade de dados, sinalizar métricas sobre a qualidade das comunicações, detectar falhas transitórias e erros permanentes no barramento e agir sobre os dispositivos conectados ao barramento para a recuperação de tais erros, evitando falhas. Foi desenvolvido um mecanismo de injeção de falhas para simular as falhas em dispositivos conectados ao barramento e, portanto, verificar a resposta do monitor. Resultados no PSoC5, da empresa Cypress, mostram que a solução proposta tem um baixo custo em termos de área e nenhum impacto no desempenho das comunicações. / The communication between integrated circuits has evolved in performance and reliability over the years. Initially projects used parallel buses, where there is a need for a large amount of wires, consuming many input and output pins of the integrated circuits resulting in a great susceptibility to electromagnetic interference (EMI) and electrostatic discharge (ESD). As a result, it became clear that the serial bus model had large advantage over predecessor, since it uses a smaller number of lanes, making the PCB layout process easier, which also facilitates the signal integrity allowing higher speeds despite fewer pathways. This work makes a comparison between the main low and medium speed serial protocols. The research has emphasized the positive and negative characteristics of each protocol, and as a result the framework of each of the protocols in a more appropriate market segment. The objective of this work is to use the results of comparative analysis of serial protocols to propose a hardware apparatus capable of filling a gap found in the I2C protocol, widely used in industry, but with limitations when the application requires high reliability. The apparatus, here called I2C Bus Monitor, is able to perform data integrity verification activities, to signalize metrics about the quality of communications, to detect transient faults and permanent errors on the bus and to act on the devices connected to the bus for the recovery of such errors avoiding failures. It was developed a fault injection mechanism to simulate faults in the devices connected to the bus and thus verify the monitor response. Results in the APSoC5 from Cypress show that the proposed solution has an extremely low cost overhead in terms of area and no performance impact in the communication.

El presente trabajo de memoria tuvo el objetivo de realizar el desarrollo de una interfaz capaz de realizar el control de un bus I2C mediante el acceso a este desde una red Ethernet. El estudio de las posibles soluciones se centró en los principales requerimientos del sistema, los cuales fueron, el costo de la solución y la escalabilidad de este sistema, siendo capaz de llegar con la misma arquitectura a una velocidad de enlace de 1Gbps. Dicho estudio se realizó para una empresa de radiodifusión llamada Continental Lensa, la cual busca desarrollar una plataforma de conexión que logre ser incluida en sus equipos de radiodifusión como producto de valor agregado, con la finalidad de que la empresa obtenga una plataforma estándar para realizar el manejo de equipos remotamente a través de esta interfaz. Para la realización de este desarrollo, se escogió entre toda una gama de soluciones posibles, el uso de dispositivos semiconductores FPGA, en los cuales es posible producir la escalabilidad necesaria ya que existen núcleos capaces de operar a 1Gbps. El resultado de tal estudio, demostró que la mejor solución es aquella que consta de la utilización de un procesador embebido implementado en la lógica del dispositivo FPGA, el cual no produce costos extras por cada dispositivo nuevo realizado. En este dispositivo, además se integró un sistema operativo Open Source basado en Linux llamado uClinux sobre el cual se realizará cada uno de los programas. El controlador del bus I2C necesario se realiza mediante un núcleo de libre distribución, obtenido desde Internet, el cual es controlado desde el sistema operativo, con lo cual se muestra que es posible añadir nuevos periféricos a este sistema sin aumentar los costos de la solución y además se logra el control deseado. En cuanto a la interfaz WEB, fué desarrollada mediante Applets, de modo de poder tener un elemento, el cual pueda ser configurado gráficamente en la empresa y que pueda ser visto desde cualquier computador, previa instalación de la maquina virtual de Java, en el PC que permita la visualización de la aplicación. Posteriormente se analizó las tasas de transferencias que se pueden alcanzar con el sistema implementado y además se presenta una explicación acerca de todas las herramientas necesarias para la realización de este sistema. Como conclusión del desarrollo realizado, se obtuvo un sistema, capaz de producir una reducción de costos, teniendo una gama de posibilidades para su extensión, modificando la lógica implementada de acuerdo a las necesidades y requerimientos de la empresa, en la cual se trabajó.

A comunicação entre circuitos integrados tem evoluído em desempenho e confiabilidade ao longo dos anos. Inicialmente os projetos utilizavam barramentos paralelos, onde existe a necessidade de uma grande quantidade de vias, utilizando muitos pinos de entrada e saída dos circuitos integrados resultando também em uma grande suscetibilidade a interferências eletromagnéticas (EMI) e descargas eletrostáticas (ESD). Na sequência, ficou claro que o modelo de barramento serial possuía ampla vantagem em relação ao predecessor, uma vez que este utiliza um menor número de vias, facilitando o processo de leiaute de placas, facilitando também a integridade de sinais possibilitando velocidades muito maiores apesar do menor número de vias. Este trabalho faz uma comparação entre os principais protocolos seriais de baixa e média velocidade. Nessa pesquisa, foram salientadas as características positivas e negativas de cada protocolo, e como resultado o enquadramento de cada um dos protocolos em um segmento de atuação mais apropriado. O objetivo deste trabalho é utilizar o resultado da análise comparativa dos protocolos seriais para propor um aparato de hardware capaz de suprir uma deficiência encontrada no protocolo serial I2C, amplamente utilizado na indústria, mas que possui restrições quando a aplicação necessita alta confiabilidade. O aparato, aqui chamado de Monitor de Barramento I2C, é capaz de verificar a integridade de dados, sinalizar métricas sobre a qualidade das comunicações, detectar falhas transitórias e erros permanentes no barramento e agir sobre os dispositivos conectados ao barramento para a recuperação de tais erros, evitando falhas. Foi desenvolvido um mecanismo de injeção de falhas para simular as falhas em dispositivos conectados ao barramento e, portanto, verificar a resposta do monitor. Resultados no PSoC5, da empresa Cypress, mostram que a solução proposta tem um baixo custo em termos de área e nenhum impacto no desempenho das comunicações. / The communication between integrated circuits has evolved in performance and reliability over the years. Initially projects used parallel buses, where there is a need for a large amount of wires, consuming many input and output pins of the integrated circuits resulting in a great susceptibility to electromagnetic interference (EMI) and electrostatic discharge (ESD). As a result, it became clear that the serial bus model had large advantage over predecessor, since it uses a smaller number of lanes, making the PCB layout process easier, which also facilitates the signal integrity allowing higher speeds despite fewer pathways. This work makes a comparison between the main low and medium speed serial protocols. The research has emphasized the positive and negative characteristics of each protocol, and as a result the framework of each of the protocols in a more appropriate market segment. The objective of this work is to use the results of comparative analysis of serial protocols to propose a hardware apparatus capable of filling a gap found in the I2C protocol, widely used in industry, but with limitations when the application requires high reliability. The apparatus, here called I2C Bus Monitor, is able to perform data integrity verification activities, to signalize metrics about the quality of communications, to detect transient faults and permanent errors on the bus and to act on the devices connected to the bus for the recovery of such errors avoiding failures. It was developed a fault injection mechanism to simulate faults in the devices connected to the bus and thus verify the monitor response. Results in the APSoC5 from Cypress show that the proposed solution has an extremely low cost overhead in terms of area and no performance impact in the communication.

A comunicação entre circuitos integrados tem evoluído em desempenho e confiabilidade ao longo dos anos. Inicialmente os projetos utilizavam barramentos paralelos, onde existe a necessidade de uma grande quantidade de vias, utilizando muitos pinos de entrada e saída dos circuitos integrados resultando também em uma grande suscetibilidade a interferências eletromagnéticas (EMI) e descargas eletrostáticas (ESD). Na sequência, ficou claro que o modelo de barramento serial possuía ampla vantagem em relação ao predecessor, uma vez que este utiliza um menor número de vias, facilitando o processo de leiaute de placas, facilitando também a integridade de sinais possibilitando velocidades muito maiores apesar do menor número de vias. Este trabalho faz uma comparação entre os principais protocolos seriais de baixa e média velocidade. Nessa pesquisa, foram salientadas as características positivas e negativas de cada protocolo, e como resultado o enquadramento de cada um dos protocolos em um segmento de atuação mais apropriado. O objetivo deste trabalho é utilizar o resultado da análise comparativa dos protocolos seriais para propor um aparato de hardware capaz de suprir uma deficiência encontrada no protocolo serial I2C, amplamente utilizado na indústria, mas que possui restrições quando a aplicação necessita alta confiabilidade. O aparato, aqui chamado de Monitor de Barramento I2C, é capaz de verificar a integridade de dados, sinalizar métricas sobre a qualidade das comunicações, detectar falhas transitórias e erros permanentes no barramento e agir sobre os dispositivos conectados ao barramento para a recuperação de tais erros, evitando falhas. Foi desenvolvido um mecanismo de injeção de falhas para simular as falhas em dispositivos conectados ao barramento e, portanto, verificar a resposta do monitor. Resultados no PSoC5, da empresa Cypress, mostram que a solução proposta tem um baixo custo em termos de área e nenhum impacto no desempenho das comunicações. / The communication between integrated circuits has evolved in performance and reliability over the years. Initially projects used parallel buses, where there is a need for a large amount of wires, consuming many input and output pins of the integrated circuits resulting in a great susceptibility to electromagnetic interference (EMI) and electrostatic discharge (ESD). As a result, it became clear that the serial bus model had large advantage over predecessor, since it uses a smaller number of lanes, making the PCB layout process easier, which also facilitates the signal integrity allowing higher speeds despite fewer pathways. This work makes a comparison between the main low and medium speed serial protocols. The research has emphasized the positive and negative characteristics of each protocol, and as a result the framework of each of the protocols in a more appropriate market segment. The objective of this work is to use the results of comparative analysis of serial protocols to propose a hardware apparatus capable of filling a gap found in the I2C protocol, widely used in industry, but with limitations when the application requires high reliability. The apparatus, here called I2C Bus Monitor, is able to perform data integrity verification activities, to signalize metrics about the quality of communications, to detect transient faults and permanent errors on the bus and to act on the devices connected to the bus for the recovery of such errors avoiding failures. It was developed a fault injection mechanism to simulate faults in the devices connected to the bus and thus verify the monitor response. Results in the APSoC5 from Cypress show that the proposed solution has an extremely low cost overhead in terms of area and no performance impact in the communication.

This thesis deals with design and implementation of laboratory microcontroller system, based on ARM architecture. Purpose of this thesis is to teach programming. This system allows the user to work with the internal and external peripherals of the microcontroller, which are equipped with the system. This thesis includes creating a concept its peripheral solution and realization itself. A suitable development environment is determined for the system and the thesis includes sample solutions for the proposed tasks.

The aim of the course work is to design and implement a driver for touchscreen LCD display. The premise of the connection the display to the microcontroller using the I2C bus and use MCP23017 circuits. Raspberry Pi B + will be used for communication with circuits MCP23017 via I2C bus. Display TFT_320QVT will be connected to the outputs of extension circuits MCP23017. Part of the display complete is also a touchscreen with XPT2046 controller. Raspberry Pi runs on Raspbian system based on the Debian Linux distribution. The driver will serve to communicate and display information on the screen. The complete will be useable for applications such as selecting settings and show main information on the display.