Calcolatrice di messaggi di testo: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Ora un prodotto!

Il completamento di un Master in Ingegneria Elettrica ha richiesto un po' di duro lavoro. È stata una lunga strada di cinque anni che mi è piaciuta molto. Alla fine del 2015 mi sono laureata e avevo 3 mesi di vacanza davanti a me. Quale modo migliore per spenderli di un po' di ricerca e sviluppo di ingegneria! Facciamo un calcolatore di messaggi di testo!

Passaggio 1: scegli una calcolatrice scientifica esistente

Questo passaggio è praticamente obbligatorio.

È molto improbabile che si possa trovare un'azienda che stampi loro un paio di custodie e pulsanti per calcolatrici a un prezzo conveniente.

Ora è solo questione di strappare l'interno e metterci dentro i nostri circuiti.

Passaggio 2: selezione dei componenti

I tre componenti più cruciali per il progetto sono l'LCD, l'MCU e il modulo Bluetooth.

Per l'LCD ho usato il "162COG-BA-BC" di Displaytech. Il display LCD deve essere super sottile per adattarsi alla custodia della calcolatrice e questo LCD ha soddisfatto tale requisito. Inoltre, è un LCD riflettente e quindi non consumerà una grande quantità di corrente. Infine, questo LCD utilizza un controller compatibile con il familiare Hitachi HD44780 e renderà la programmazione un gioco da ragazzi con la grande abbondanza di documentazione online.

Per l'MCU è necessario un gran numero di pin I/O per uso generico per ospitare il numero di pulsanti della calcolatrice scientifica. Sono necessarie anche una discreta quantità di memoria flash e un'interfaccia UART per il modulo Bluetooth.

Per il Modulo Bluetooth il requisito necessario è che il modulo possa fungere sia da master che da slave. Cioè, non solo altri dispositivi possono connettersi al modulo, ma il modulo è in grado di cercare altri dispositivi Bluetooth e inizializzare le connessioni stesso. Senza questa capacità, le calcolatrici non sarebbero in grado di connettersi tra loro e sarebbero in grado di accettare solo richieste di connessione da dispositivi più intelligenti come gli smartphone.

Passaggio 3: progettazione dei circuiti di alimentazione

Guardando attraverso le schede tecniche ci dice che avremo bisogno di due linee di tensione. Avremo bisogno di un binario da 3,3 V per il modulo Bluetooth e un binario da 5,0 V per l'LCD.

Abbiamo un'alimentazione da 3,0 V dalle due batterie alcaline che sono in serie. Per ottenere le tensioni richieste utilizzeremo un convertitore boost e un regolatore low dropout (LDO). La tensione di uscita del convertitore boost è dettata dal rapporto di resistenza di R3 e R4 nel diagramma. Il convertitore boost aumenterà la tensione da 3,0 V a 5,0 V con i valori indicati.

Possiamo quindi utilizzare il binario da 5,0 V per creare un binario da 3,3 V con l'aiuto di un LDO. Assicurati solo di inserire alcuni condensatori SMD di dimensioni decenti sugli ingressi e sulle uscite di questi regolatori poiché sono fondamentali per il successo del funzionamento.

Infine, aggiungiamo un Flip-Flop per un po' di commutazione intelligente che useremo con i pulsanti di accensione e spegnimento nativi della custodia della calcolatrice.

Passaggio 4: progettazione del circuito di controllo

Lo schema del circuito di controllo è relativamente semplice.

Usiamo il JTAG di ATmega per il debug del dispositivo.

Colleghiamo il modulo Bluetooth a una delle interfacce UART dell'MCU inserendo alcuni resistori di sicurezza per assicurarci di non vedere mai una tensione superiore a 3,3 V sul modulo Bluetooth. Il divisore del resistore è necessario poiché l'MCU è in esecuzione dal binario 5 V (l'MCU non può essere eseguito dal binario 3,3 V perché 3,3 V sono insufficienti per la logica LCD alta).

Il display LCD si collega direttamente agli I/O per uso generico sull'MCU. Un divisore di tensione viene utilizzato per il pin di contrasto. In alternativa, qui potrebbe essere utilizzato un potenziometro. Tuttavia, mi piace la robustezza di un prodotto statico che viene fornito con resistori separati per regolare il contrasto.

Aggiungi alcuni condensatori di disaccoppiamento, un cristallo da 16 MHz per l'MCU, resistori di pull-up per i pulsanti e il disegno schematico è fatto.

Passaggio 5: progettazione PCB

Per la progettazione del PCB ho utilizzato Altium Designer. La parte più importante e difficile della progettazione del PCB è stata la misurazione delle dimensioni fisiche del calcolatore. Non solo la lavagna deve avere la larghezza e l'altezza perfette per adattarsi bene alla custodia della calcolatrice, ma devono essere soddisfatte una serie di altre dimensioni fisiche. I fori LCD devono avere la giusta posizione sul PCB per allinearsi bene con la finestra nel case. Il PCB avrà bisogno di diversi fori per il passaggio delle viti dal retro del case alla parte anteriore del case. Infine, il PCB dovrà avere pad per i pulsanti che si allineino bene.

Il design del pad per i pulsanti utilizza una forma interlacciata standard per garantire un'elevata affidabilità quando il tappetino conduttivo viene premuto.

Assicurati di tagliare il rame dal PCB utilizzando un'"area di sicurezza" attorno all'antenna del modulo Bluetooth per assicurarti che non vi siano compromessi nella connettività del segnale. Il mio produttore ha deciso inaspettatamente di tagliare l'intera scheda dove avevo segnato, ma fortunatamente questo non mi ha causato alcun problema.

Passaggio 6: codice via

Ho usato AVR Studio con un vecchio debugger JTAG ICE per eseguire tutta la mia codifica. Il mio codice non è stato affatto scritto in modo elegante, ma alla fine ha funzionato tutto bene. Ho finito per utilizzare 64 Kbyte dei 128 Kbyte di memoria flash disponibili.

Il modulo Bluetooth è davvero abbastanza potente. Sono riuscito a dare al mio dispositivo la possibilità di connettersi ad altre calcolatrici, iPhone e Android.

I requisiti per la codifica sono una conoscenza dei controller LCD Hitachi, competenze di base di programmazione AVR e una comprensione di come interagire con una periferica tramite comandi AT e UART.

Grazie mille per aver letto!

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