IDZ_Вар7-1

Никитиной Софии, ИВТ-34

Вариант 7-1

Устройство 7. Светодиодное табло – бегущая строка

Светодиодное табло выводит ASCII текст в виде бегущей строки (например, названия остановок в автобусе).

• Интерфейс программирования SWD. Разъем программирования SWD 20 pin.

• Питание от сетевого адаптера, напряжение по варианту.

• Рассчитать потребляемую мощность устройством. Предусмотреть защиту от неправильного подключения. Выбрать разъем.

• В качестве управляющего микроконтроллера выбрать из заданной серии, поддерживающий необходимые интерфейсы и обладающий достаточной производительностью и энергопотреблением.

• Количество светодиодов в табло по варианту.

• Тип светодиодов и индикации по варианту

• Интерфейс управления (по которому приходит ASCII текст) – UART. Разъем и внешний интерфейс по варианту. При необходимости использовать конвертер интерфейсов.

Вариант	Напряжение питания, ±20%, В	Серия МК	Светодиод	Тип индикации	Светодиодов в строке	Строк	Интерфейс управления, 115200 kb/s
1	5	STM32F1	KA-3528MGCT	динамическая	40	1	UART TTL

1. Основные структурные блоки устройства:

• Блок питания (вторичные источники питания)

• Блок управления (микроконтроллер с обвязкой)

• Блок ввода информации на табло (со схемой управления вводом)

• Блок управления буфером (кнопки)

• Блок управления матричным табло (интерфейс управления индикаторами)

• Блок вывода (светодиодное табло)

1. Структурная схема

2. Соединение выводов

Для аппаратной реализации двух интерфейсов подойдет МК STM32F100RBT6B в LQFP-64 корпусе.

• К блоку ввода и загрузки информации в обменный буфер подключим порты PB10-TX, PB11-RX, а также PB13-CTS, PA13-RTS для подключения COM’а UART TTL (включены на альтернативную функцию обмена по UART).

• К блоку динамической индикации подключим PA7-MOSI, PA6-MISO, PA5-SСK, PA4-NSS, PB12-NSS по вышеуказанному принципу.

• Для программирования МК с помощью SWD подключим PA13-SWDIO, PA14-SWCLK, PB3-TRACESWO.

• Для остальных выводов требование не предъявляется, поэтому любые свободные GPIO.

3. Разъемы устройства. Нам понадобятся:

• Выберем разъем питания с механической защитой от неправильного подключения DS-201

• БП возьмем 5В с подходящим разъемом для питания и током в 3А

• Разъем серии DB9 (разъем приемопередатчика)

• Разъем программирования IDC JTAG/SWD 20/10 pin (по условию)

• Светодиод KA-3528MGCT (по условию). Берем этот же светодиод для проверки питания и работы МК

• Кнопки тактовые KLS7-TS6601-5.0-180 для управления буфером

4. Вторичный источник питания

Согласно заданию, на вход поступает 5В±20%. Получаем диапазон входного напряжения от 4В до 6В. Наиболее эффективно использовать импульсный понижающий DC/DC преобразователь. Выходные напряжения: Микроконтроллер – с диапазоном от 2В до 3.6В, 1.7 мкА Светодиодное табло – каждый светодиод имеет диапазон от 2.1В до 5В, 20мА×40=800мА Светодиод «отладка МК» – 20мА Приёмопередатчик SP3222– 1мА, 3.3В Драйвер TLC5925IDWR – 13мА 3.3В Кнопки управления инф. табло подтянем на сопротивление 10кОм. Данное сопротивление выбрано в связи с низким энергопотреблением кнопки для обеспечения необходимого логического уровня, а также, чтобы подтягивающий резистор GPIO не оказывал влияния на остальные участки цепи при замыкании. Ток потребления равен–3.3В/10кОм=0,33мА умножим на кол-во кнопок ×3≈1мА

Итого: 3.3В от 835мА. По расчетам можно предложить регулятор напряжения TPS62111RSAT на 3.3В 1.5А

5. Электрическая схема принципиальная

Изобразим преобразователь напряжения по типовой схеме его применения:

Далее укажем МК с подключенными к нему заданными портами, кнопками и светодиодом:

Рассмотрим BOOT0 и BOOT1(PB2). Они необходимы для управления загрузкой контроллера. В зависимости комбинаций логического уровня, контроллер при включении питания начнет выполнять код из разных областей памяти. При установке перемычки на BOOT0 устанавливается низкий логический уровень.

Порт LE необходим для драйвера динамической индикации и программно управляется МК. При высоком логическом уровне прекращается фиксирование данных.

Установим приемопередатчик для взаимодействия с блоком ввода информации разведем коммуникационную плату:

А также установим матрицу из заданных светодиодов с блоком динамического отображения (драйвер) на базе SPI:

Когда ОЕ активен (низкий уровень), драйверы вывода включены. Когда ОЕ высокий – выключены соответственно.

Изобразим разъем программирования:

И все оставшиеся элементы (кнопки):

Справочники

1. МК-порты: https://www.st.com/resource/en/datasheet/stm32f100cb.pdf

2. Отображение МК: https://www.st.com/resource/en/user_manual/cd00267113-stm32vldiscovery-stm32-value-line-discovery-stmicroelectronics.pdf

3. ВИП: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps62111.pdf?HQS=TI-null-null-mousermode-df-pf-null-wwe&ts=1604487838455&ref_url=https%253A%252F%252Fru.mouser.com%252F

4. Приёмопередатчик: https://static.chipdip.ru/lib/160/DOC001160766.pdf

5. Приёмопередатчик даташит: https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/General/sp3222_3232e.pdf

6. Драйвер динамической индикации: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlc5925.pdf?ts=1604485314693&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F