Электроника / 1.14

“

Мы рассмотрим постановку задачи для создания полноценного электронного устройства, а также выберем определенные материалы и инструменты. И пройдем полный путь от идеи до готового продукта

Глоссарий

Для успешного освоения материала рекомендуем вам изучить следующие понятия:

(англ. Serial Peripheral Interface, SPI bus — последовательный периферийный интерфейс, шина SPI) — последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого высокоскоростного сопряжения микроконтроллеров и периферии

(IIC, англ. Inter-Integrated Circuit) — последовательная асимметричная шина для связи между интегральными схемами внутри электронных приборов. Использует две двунаправленные линии связи (SDA и SCL), применяется для соединения низкоскоростных периферийных компонентов с процессорами и микроконтроллерами (например, на материнских платах, во встраиваемых системах, в мобильных телефонах)

Видеолекция

Конспект

Этапы

1. Определение функций и параметров устройства

2. Формирование структурной схемы из блоков

3. Подбор элементов блоков

4. Определение интерфейсов блоков

5. Получение эскиза принципиальной электрической схемы

Смарт-часы

Довольно распространенный на сегодняшний день гаджет, который мы возьмем в качестве примера. Наша цель: пройти полный цикл производства современной электроники

Функции и параметры

Выберем функции и параметры в соответствии с существующими образцами:

корпус с ремешками
дисплей для отображения информации
энкодер с кнопкой для управления часами

Для оповещения пользователя возьмем:

светодиод, динамик, вибромоторчик
полимерный аккумулятор и систему зарядки
модуль блютуз для взаимодействия
IMU модуль, позволяющий подсчитывать количество шагов

Цикл создания

1. Проектирование структурной схемы:

проектирование блоков схемы
подбор компонентов и интерфейсов блоков
создание эскиза принципиальной электрической схемы

2. Создание документации на производство печатной платы устройства (IDE EAGLE):

создание библиотек компонентов для системы проектирования
создание электронного проекта принципиальной электрической схемы
создание электронного проекта печатной платы
создание документации для производства печатной платы

3. Изготовление печатной платы

4. Монтаж печатной платы

5. Проектирование корпусных элементов

6. Изготовление корпусных элементов

7. Монтаж устройства, проверка и запуск

8. Программирование микроконтроллера устройства (CUBEIDE)

Основные блоки

Рассмотрим основные блоки:

Для каждого блока выберем определенные компоненты:

для блока управления CPU возьмем микроконтроллер STM32L4R9VIT
для индикатора выберем компонент от Waveshare 0,96 OLED 96*64 пикселя
для звукового оповещения возьмем HPS 16A
в качестве энкодера — EC11E 1 544 505
в качестве светового сигнала — SMD LED
в качестве вибромотора возьмем маленький моторчик диаметром 10 мм
для блютуз компонента — SPBTLE-1S
в качестве IMU используем специальный модуль Амперка В035. В модуле «Блок питания» будем использовать полимерный аккумулятор 500 мАч, микросхему STC 4054, для стабилизатора — микросхему на 3,3 Вольта

Соединение блоков

1. Подключаем индикатор к микроконтроллеру по интерфейсу SPI

2. Подключаем модуль блютуз по SPI

3. Подключаем световой сигнал к микроконтроллеру с помощью цифрового выхода, добавляем дополнительные транзисторы

4. Для вибромотора также используем цифровой выход и дополнительный транзистор

5. Подключаем энкодер с помощью специального интерфейса

6. Подключаем звук обычным цифровым выходом

7. IMU имеет стандартный интерфейс I²C

8. Блок питания формирует сигналы на все модули с напряжение 3,3 V

9. Для того, чтобы отключать при необходимости некоторые модули, будем использовать дополнительно п-канальные транзисторы

10. Подключение зарядки будем осуществлять через микро usb

Эскиз схемы

1. Питание и зарядка — через USB

2. Индикатор подключается по SPI + дополнительные цифровые входы

3. Звук подключается напрямую, вибромоторчик и светодиод — через соответствующие ключи

4. Энкодер подключается по своему интерфейсу, IMU подключается через I²C, а блютуз модуль — через SPI

5. Используется стандартный программатор

6. Все интерфейсы подключаются к микроконтроллеру, порты выбираются согласно конфигуратору

“

Мы рассмотрели цикл создания электронного устройства и выбрали устройство для примера. Для него мы создали структурную схему, выбрали компоненты и интерфейсы, а также создали эскиз схемы. Давайте перейдем к заданиям.

Интерактивное задание

Тест