Постановка задачи проектирования устройства

Электроника

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:
SPI
(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
I²C
(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
Для закрепления полученных знаний пройдите тест
Стартуем!
Что не входит в проектирование структурной схемы?
Дальше
Проверить
Узнать результат
Что необходимо выбрать для блока управления CPU?
Дальше
Проверить
Узнать результат
Что не используется в модуле Блок питания?
Дальше
Проверить
Узнать результат
Как подключается звук?
Дальше
Проверить
Узнать результат
К сожалению, вы ответили неправильно
Прочитайте лекцию и посмотрите видео еще раз
Пройти еще раз
Неплохо!
Но можно лучше. Прочитайте лекцию и посмотрите видео еще раз
Пройти еще раз
Отлично!
Вы отлично справились. Теперь можете ознакомиться с другими компетенциями
Пройти еще раз