RoboBus (English)

RoboBus logo

RoboBus - the open standard of the system bus intended for interaction of electronic modules in robotics.

You can find the list of robotics components compatible to this bus, on page RoboBus-compatible devices. Also available for downloading Eagle library with RoboBus socket and RoboBus logo for placing on printed-circuit boards.

History

RoboBus prototype is the bus from the "MiniBot"-project.

Excluding few expections, RoboBus repeats the bus of this project and differs only in strictly defined rules of using bus lines, power supply and some module features, guaranteeing the possibility of simultaneous use of any modules (in reasonable limits, certainly).

First detailed specification of the bus appeared 12.09.2008. Specificaton developers: EdGull, blindman, =DeaD=, Mazayac.

Main features

• Originaly the bus is projected for the scheme with main MCU and set of the slave modules though basically main MCU on each interface (SPI/I2C/UART) can be different, and even on I2C interface there is Multimaster-mode, allowing many MCU act as master;
• Logic levels LVCMOS (Low Voltage CMOS, 3.0...3.6V) are used, as compatible with many periphery (radio modules, flash cards, screens from cellular, etc.) and numerous high-efficiency microcontrollers (AVR xmega, AVR32, ARM, etc.);
• Interfaces I2C (TWI), UART, SPI are included on RoboBus, - all modules with these interfaces can be seamless integrated in RoboBus system without any hard workout;
• Programming of any module through a system socket is possible (there is no need to place 2 sockets on PCB - data bus and socket for MCU programming);
• It is possible to restore MCU after wrong setting up of FUSE-bits if special programmator is available (XTAL1 MCU pin is connected through jumper to pin on RoboBus socket);
• The most probable controller which will be used in modules and for which the bus is optimised, it is considered AVR, but it is possible to use any other MCU with bootloader or programmed any other method;

Socket

As a system socket it is used IDC-14 (also known as BH-14, IDC-14MS or IDCMH14), or its angular modification IDC-14R (BH-14R, IDC-14MR, IDCMH14RA).

Socket position on printed-circuit board

WARNING!!! It is strictly recommended to place a socket on PCB with a key (cut under a ledge on a reciprocal part) towards elements (see drawing on the right). It is necessary that in case of installation of an angular socket it has appeared directed to PCB edge. Also it is necessary that in case of installation of direct (not angular) sockets, it was not necessary to overwind a cable while connecting modules, located one upon another.

WARNING!!! For pin numbering of a system socket the "chess" order is used, i.e. actually numbers of contacts of a socket coincide with numbers of wires in a 14-conductor cable.

	Pin #	Name	Description
	1	GND	Ground
	2	3.3V	+3.3V power supply
	3	RES	RESET signal (programmer)
	4	MOSI	MOSI signal (programmer / SPI)
	5	MISO	MISO signal (programmer / SPI)
	6	SCK	SCK signal (programmer / SPI)
	7	GP2\XTAL1	General purpose i/o pin #2 \ MCU XTAL1
	8	GP1	General purpose i/o pin #1
	9	GP0	General purpose i/o pin #0
	10	SDA	I2C Bus
	11	SCL	I2C Bus
	12	TxD	UART (from master to slave)
	13	RxD	UART (from slave to master)
	14	5V	+5.0V power supply

Rules of using modules on RoboBus

Power supply

1. There should be only one source of the cleared power supply on a +3.3V line, other modules should only consume this power;
2. There should not be more than one power supply module on a +5.0V line;
3. The total current consumed on lines 3.3V and 5V, should not exceed 1А in each case (this restriction is caused by used sockets of the bus);
4. It is recommended to use power supply module, which could provide not less 1A current on lines +3.3V and +5.0V;
5. The control for not exceeding of an permited current consumption on lines +3.3V and +5.0V is assigned to the user of modules (as well as in architecture of the personal computer - demanded capacity of the power supply is controlled by the one who assembles the computer).

Using SPI\I2C\UART interfaces

1. While using SPI only one module can act as SPI-master;
2. While using UART only one module can transmit data on TXD line;
3. While using UART only one module can transmit data on RXD line.

Using MCU-programmers with RoboBus-compatible modules

1. MCU programmer, directly connected to RoboBus, should satisfy to all its specifications. Especially attentively in voltage levels. At giving on any line of the bus (except 5V) voltage above 3.6V there can be an irreversible destruction of low-voltage microcircuits of used modules.
2. For use programmators which do not work with 3.3V schemes or get power supply not from the programmed scheme and give out on signal lines 5V, it will be necessary to make the adapter.

RoboBus-compability requirements

The module is considered to be compatible with RoboBus, if:

1. It is compatible to a RoboBus socket;
2. Не разрушается при подаче напряжения из допустимых интервалов на соответствующие контакты разъема;
3. Сам не подает на контакты разъема напряжения выходящие за рабочие рамки;
4. It meets requirements on the electrical circuit;
5. It meets requirements on the general i/o pins using;
6. It meets requirements on the interfaces used (UART/SPI/I2C);

Terms, used in compability requirements

Must 

Соблюдение условия является безусловно обязательным

Strictly recommended 

Допускается невыполнение условия, однако его выполнение повышает надежность функционирования шины

Recommended 

Соблюдение условия не является обязательным, однако его выполнение расширяет возможности шины

Jumper 

Device, allowing fast connection or disconnection of 2 electrical nets. For example: 2 nearly placed solder pads on PCB or 2 pins with detachable contactor.

Absolute maximum ratings

1. Voltage on +3.3V line must be in range Gnd-0.3V...Gnd+3.6V;
2. Voltage on +5.0V line must be in range Gnd-0.3V...Gnd+5.5V;
3. Voltage on all signal lines (3-13 pins) must be in range Gnd-0.3V...Gnd+3.6V;

Electrical Characteristics

1. На контакте питания 3.3V напряжение должно быть в диапазоне 3.0-3.6V;
2. На всех сигнальных разъемах (3-13 контакты) напряжение должно быть в диапазоне 0.0-3.6V;
3. На контакте питания 5V напряжение должно быть в диапазоне 4.5-5.5V;
4. Логические уровни на шине должны соответствовать следующим значениям (Vcc - напряжение на контакте питания 3.3V.):
   1. Vih(входное напряжнение высокого уровня)= от 0.6*Vcc до (Vcc+0.5) вольт;
   2. Vil(входное напряжнение низкого уровня)= от 0 до 0.3*Vcc вольт;
   3. Voh(выходное напряжнение высокого уровня)= от (Vcc-0.8) до Vcc вольт;
   4. Vol(выходное напряжнение низкого уровня)= от 0 до 0.5 вольт;

Требования к принципиальным схемам модулей

1. Если модуль основан на МК типа AVR:
   1. Сигнал RESET от МК настоятельно рекомендуется подключать к пину 3 системной шины;
   2. Сигнал XTAL1 от МК рекомендуется через джампер вывести на пин 7 системной шины;
   3. Настоятельно рекомендуется проектировать модуль таким образом, чтобы выставлением джампера можно было заблокировать переход МК модуля в режим программирования при поступлении на вход RESET логического нуля. При этом МК должен находиться в отключенном состоянии (на его вход RESET должен подаваться низкий уровень).
   4. Если предыдущее требование не выполняется, настоятельно рекомендуется предусмотреть возможность отключения вывода RESET МК от системной шины с помощью джампера.
   5. Сигналы MOSI, MISO, SCK от МК должны быть выведены соответственно на пины 4-5-6 системной шины;
2. Общая линия ввода/вывода, используемая как сигнал выбора устройства SPI, должна быть подтянута резистором 3.3 - 4.7 кОм к линии 3.3V. Таким образом, если ни одно устройство на шине не использует эту линию как выход, на ней присутствует уровень логической единицы;
3. В модулях, которые могут выступать в качестве мастера I2C, линии SDA и SCL должны быть подтянуты резисторами 1 - 3,3 кОм к линии 3.3V. Таким образом, если ни одно устройство на шине не использует эту линию как выход, на ней присутствует уровень логической единицы.
   1. Для модулей, которые планируются для использования только в качестве I2C-Master, настоятельно рекомендуется предусмотреть возможность отключения этих резисторов;
   2. Для модулей, которые планируются для частичного использования как I2C-Slave должна быть возможность отключения этих резисторов;
4. Настоятельно рекомендуется сигнальные контакты системного разъема подключать к остальной схеме модуля через резисторы сопротивлением 75...100 Ом;
5. Настоятельно рекомендуется питание модулей от линии 3.3V осуществлять через LC фильтр.

Требования по использованию общих портов ввода\вывода

1. Каждый модуль, использующий общие порты ввода/вывода (GP0-2), должен иметь возможность установить джамперами, какие порты системного разъема используются этим модулем;

Требования по соблюдению протоколов обмена

1. Модули должны поддерживать как минимум один из штатных протоколов обмена - TWI(I2C), UART или SPI. Если модуль не удовлетворяет заявленному протоколу обмена, то он считается несовместимым с RoboBus;
2. Модули, использующие протокол SPI, должны иметь возможность выбора линии CS из общих портов ввода\вывода. Если модуль начинает отвечать на запросы при неактивном состоянии выделенной ему линии CS, то он считается неудовлетворяющим стандарту RoboBus;
3. Активный уровень сигнала выбора устройства SPI - логический ноль;