Tarjeta de Sonido

Características Conexión USB 2.0 Conversor digital/analógico de 8 bits Mono Frecuencia hasta 22kHz.

El por qué de este proyecto ● Mejorar la anterior tarjeta de puerto paralelo ● Adaptarla a los nuevos estándares ● El puerto paralelo está desapareciendo de los equipos portátiles ● La tarjeta de puerto paralelo no permite generar interrupciones en el PC

Diseño y componentes ● Basado en un microcontrolador Soporta USB Programación simple (C, ensamblador, Basic) Bajo costo (unos 15€) Ejecuta tareas en lugar del PC (conversión A/D) ● Conversor D/A de la tarjeta de puerto paralelo Diseño más simple Partimos de un diseño que funciona

El bus USB. Conceptos ● Host: integra el controlador maestro USB. Se encuentra en el PC. Genera y controla las transferencias. ● Hub: Inmediatamente después del Host (Root HUB). Administra las conexiones y desconexiones de los dispositivos. Enruta los paquetes ● Endpoint: fuente o destino de información en un flujo de comunicación entre el host y un dispositivo. Similar a un puerto serie COM.

El bus USB. Aplicaciones (I) ● Low Speed: ● Dispositivos interactivos ● kbps ● Teclados, ratones, joysticks... ● Full Speed: ● Teléfono, audio, vídeo comprimido ● 500kbps-10Mbps ● Ancho de banda y latencia garantizados

El bus USB. Aplicaciones (II) ● High Speed: ● Audio / vídeo en tiempo real ● Mbps ● Alto ancho de banda

El bus USB. Pirámide de dispositivos

El bus USB. Flujos de datos (I) ● Transferencias de control ● Configuran el dispositivo cuando se conecta a un Host. ● Transferencias Bulk (paquetes) ● Secuenciales: grandes cantidades de datos ● Asegura la integridad de los datos: control de errores ● Permite definir el tiempo que está un paquete en el bus antes de perderse

El bus USB. Flujos de datos (II) ● Transferencias por interrupción ● Latencia limitada ● Empleada en dispositivos de interfaz humana ● Transferencias isócronas ● Datos en tiempo real ● Se mantiene la tasa de transferencia ● No hay control de errores

El bus USB. Dispositivos CDC ● Communications Device Class ● Emula un puerto RS232 mediante el puerto USB. ● Ventajas: ● Acceso simple en Linux (es un fichero más): /dev/ttyACM0 ● En Windows aparece como un puerto COM (necesario driver) ● Hay instrucciones de C para el microcontrolador para esta clase de dispositivos. ● Manejo simple.

Microcontrolador: características (I) ● Fabricante: Microchip ● Modelo: PIC 18F2550 ● Arquitectura RISC ● Controlador USB integrado ● USB 1.1 ● USB 2.0

Microcontrolador: características (II) ● Otros buses: I2C, I2S,... ● Pre-scaler y post-scaler en el reloj maestro ● Múltiples frecuencias de reloj con un mismo cristal ● Altas frecuencias de reloj (48MHz) con cristales de bajas frecuencias (4MHz): ● Menor ruido eléctrico e interferencias

Microcontrolador. Lenguajes de programación ● Varios lenguajes de programación: ● C: compiladores propietarios. Se trabaja en la migración de Gcc para algunos microcontroladores ● Para la tarjeta se ha usado PCWH de la casa CCS. ● Ensamblador: factible en microcontroladores de gama más baja. Tedioso con el microcontrolador empleado ● Basic: compiladores propietarios.

Microcontrolador. Programadores ● Programadores (hardware): ● Puerto paralelo ● Puerto serie ● USB. ● Programación con BootLoader. ● Programadores(software): ● ICProg (Windows) ● PikDev (Linux) ● WinPic800 (Windows).

Microcontrolador: BootLoader ● Programa maestro que gestiona si el dispositivo se programa o trabaja como normalmente ● Nos ahorramos el programador ● Permite programar el microcontrolador sin sacarlo del circuito ● Permite depurar el programa

Pic CUM USB ● Objetivo: mejorar la de puerto paralelo y adaptarla a los nuevos tiempos. El puerto paralelo está desapareciendo de los equipos portátiles. ● USB 2.0 ● Transferencia por paquetes (Bulk) ● Frecuencia de muestreo seleccionable: entre 8 y 22kHz.

Herramientas utilizadas ● Esquemas y PCB diseñadas con Kicad ● Integra todas las herramientas para captura de esquemas y diseño de PCB ● Exporta a múltiples formatos ● Simulación en 3D de la placa

Herramientas utilizadas ● Programa del microcontrolador escrito en lenguaje C ● Compilador PCWH de la casa CCS ● Programador WinPic800. ● Programador GTP-USB

Programar el microcontrolador ● Escribir el programa ● Incluir las librerías necesarias para nuestro dispositivo ● Compilarlo ● Nos genera un fichero hexadecimal con el contenido de la memoria del microcontrolador

Programar el microcontrolador ● Conectar el grabador al PC ● Colocar el microcontrolador en el zócalo del grabador ● Abrir el programa de grabación ● Volcar el fichero hexadecimal en el microcontrolador

Características Pic CUM USB ● Alimentación 220 V AC ● Entrada de línea mono ● Salida de audio mono ● 3 leds de estado

Características Pic CUM USB ● 1 Endpoint entrada de datos (64 bytes) ● 1 Endpoint salida de datos (64 bytes) ● 1 Endpoint para control del driver ● 1 Endpoint información al driver (futuros usos)

Qué ocurre cuando conectamos un dispositivo USB al PC (Linux) ● El controlador USB lee el descriptor de dispositivo ● Se informa de la conexión al sistema operativo ● El sistema operativo busca entre los drivers si existe alguno que gestione el dispositivo ● Se pasa el control al módulo

Qué ocurre cuando conectamos un dispositivo USB al PC (Linux) ● El driver termina de reconocer el dispositivo ● El driver inicializa y configura el dispositivo ● Se crean los fichero en /dev

Driver Linux ● Basado en el ejemplo USB Skeleton ● Soporta llamadas IOCTL ● Testado en Ubuntu 7.04, Ubuntu 7.10, Debian 4 (etch) ● Kernel y

Driver Linux ● Las llamadas IOCTL controlan la tarjeta ● Parar ● Reproducir ● Grabar ● A través del fichero /dev/piccumusb0 se leen / escriben los datos

Programas de usuario ● Interfaz en línea de comandos ● Soportan ficheros WAV estándar ● Permiten definir el tiempo de digitalización y la frecuencia de muestreo ● Escritos en C

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Gracias por su atención