Интерфейсы вычислительных систем
Акиньшин Артем ИВТ-32
Вариант 4-2
Устройство 4. Умная фоторамка
Цель:
Разработать устройство управления «умной» фоторамкой, соответствующее поставленным требованиям.
Требования:
Устройство должно быть выполнено на базе микроконтроллера STM32 серии F4.
Обеспечить напряжение питания 19В ± 10%.
В качестве устройства вывода должен выступать экран с подключением дисплея через интерфейс FSMC или FMC.
В качестве устройства ввода должен выступать датчик жестов.
Разъем программирования - SWD.
Сделать дополнительный функционал в виде динамиков.
Выбрать ПЗУ с интерфейсом SPI и минимальным объемом памяти 2Гбит.
|
|
|
|
|
|
Серия МК |
Питание |
Интерфейс |
Устройство |
Дополнительный |
Интерфейс |
|
|
экрана |
ввода |
функционал |
ПЗУ |
|
|
|
|
|
|
STM32F4 |
19В |
FSMC/FMC |
Датчик |
Динамик |
SPI |
|
|
|
жестов |
|
|
Табл. 1 – Вариант реализации умной фоторамки
1
Для обеспечения работоспособности микроконтроллера (далее МК) и периферийных компонентов необходимо обеспечить номинальное напряжение питания для каждого устройства в соответствии со спецификациями. Для этого нужно использовать вторичные источники питания (далее ВИП), которые будут преобразовывать напряжение основного источника питания (далее ИП). Под ВИП подразумевается импульсный или линейный преобразователь напряжения.
|
|
|
Наименование |
Диапазон напряжения, B |
Номинальное |
|
|
напряжение питания, B |
|
|
|
ИП |
19,00 ± 1,90 |
- |
|
|
|
МК |
1,8…3,6 |
3,3 |
|
|
|
Дисплей |
1,4…3,6 |
3,3 |
|
|
|
Датчик жестов |
2,4…3,6 |
3,3 |
|
|
|
Динамик |
- |
2 |
|
|
|
ПЗУ |
2,7…3,6 |
3,3 |
|
|
|
Программатор |
1,65…3,60 |
3,3 |
Табл. 2 – Диапазоны напряжений компонентов схемы
Рис. 1 – Структурная схема устройства
2
Компонентная база
Выбор разъемов:
Разъём питания NEB 21R
Рис. 2 – разъем питания NEB 21R
Разъем для подключения программатора JTAG-10
Рис. 3 – разъем JTAG-10
Через данный разъем я подключаю программатор ST-LINK v2 к МК.
3
Выбор необходимых микросхем:
Блок управления
Рис. 4 – МК STM32F412
Микроконтроллер STM32F412 имеет достаточное количество выводов
(144), 256 Кбайт объём ОЗУ, до 1 Мбайт ПЗУ, |
|
||
необхподдерживаодимыет |
I2C, |
SPI, FSMC, |
SWD, |
интерфейсы: |
GPIO. |
|
|
максимальнаяПроизводительностьчастота ядраМК CPUтакжесоставляетудовлетворяет100 МГц. |
требованиям: |
||
4
Блок вывода
В качестве устройства вывода был выбран контроллер SSD1289 со встроенным дисплеем 240 на 320 пикселей, максимальная глубина цвета 18 бит:
Рис. 4 – SSD1289 дисплей
Т.к. в роли ПЗУ выступает microSD карта на 8 Гбайт, она будет использоваться как хранилище фотографий, а в роли буфера для изображений будет выступать оперативная память МК.
Расчет объема изображения:
= 8 102= 240 320 18 = 168 кБайт
< 256 кБайт 4
(256 кБайт - объем RAM МК)
5
В виде доп. функционала был взят динамик CLS0201MA-L152:
Рис. 4 – динамик CLS0201MA-L152
Динамик подключается к МК через порт GPIO.
6
Блок ввода
Датчик жестов APDS-9960:
Рис. 4 – датчик жестов APDS-9960
Датчик жестов подключается к МК по интерфейсу I2C.
7
Карта памяти Kingston microSD 8 Гбайт:
Рис. 4 – карта памяти Kingston microSD
Карта памяти соответствует заданным требованиям для ПЗУ (больше 2 Гбит, подключается по SPI).
8
Блок питания
Входное напряжение схемы будет 19В ± 1.9В. Необходимо применить один ВИП для формирования напряжения 3.3В для МК, дисплея, датчика жестов и ПЗУ и другой ВИП для формирования напряжения 2В для динамика. ВИП на 3.3В будет LM2676 с фиксированным выходом 3.3В, вторым ВИП также будет LM2676, только версия с регулируемым выходом (входное напряжение лежит в допустимом диапазоне, выходное составляет 2В).
Рис. 4 – импульсный понижающий преобразователь напряжения
LM2676 с фиксированным выходом
9
Рис. 5 – импульсный понижающий преобразователь напряжения
LM2676 с регулируемым выходом
Рис. 5 – расчет резистивного делителя для преобразователя напряжения LM2676 с регулируемым выходом
вых = 2В, ос = 1.21В, 1 = 1кОм |
||||
2 = 1.21 |
2 |
|
||
(1 + |
|
|||
2 = |
2 ) − |
1 ≈1650 |
||
Ом |
1.21 |
|
2 |
номиналом 649 |
Ом. |
|
|
||
По ряду резисторов E96 возьмем резистор |
|
|||
10