Недетский "детский" компьютер. Начало.

Автор: Cyber-master, cyber-master@mail.ru
Опубликовано 11.03.2015
Создано при помощи КотоРед.

    Здравствуйте, господа Коты!

    Решил вот предоставить на ваш суд свое устройство. Ни в коей мере не утверждаю, что так делать правильно, необходимо и единственно верно. Я начинающий. И надеюсь, что другому начинающему будет интересна моя статья, или даже поможет чем.

    Итак, к железу. Решил я создать своему котенку (ему пока 3 года) комп. Любит она, чтоб можно было нажимать кнопки, смотреть на экран, мигать лампочками и т.п. Сначала телефон старый ей подсовывал, ну да китайский телефон он китайский и есть - мало что умеет. А вот я задумал свой.

    Хочу высказать благодарность товарищу s_black (https://www.embed.com.ua/) за подачу идеи по поводу практически головного устройства для моего компа. Это экран (https://www.embed.com.ua/mikrokontrollernyiy-konstruktor/tft-udisp320240-chast-1/) цветной, 320х240, с управлением в самом простом варианте по 4-wire SPI, с резистивным сенсором. Тут фантазия моя закрутилась и выдала в итоге такую приспособу:

    Хочется создать устройство, которое обучает ребенка алфавиту, цифрам, чтению, счету и набору с клавиатуры. (На основании введенных текстов, хранимых в памяти устройства). Управляется оно при помощи клавиатуры и сенсорного дисплея, обладает простенькой операционкой и содержит простые игры. Так же оно должно быть способно воспроизводить фото (для видео не хватит проца, да и там вообще на ARM пора) и звук. И, верх идеи - обучение письму (пером по экрану, повторяя очертания символов на экране - правда, алгоритм пока только примерно представляю, но мы пока начнем с чего попроще). И графический редактор. Так же к данному "компу" можно будет подключать внешние устройства (лампочки, мигалки, релюшки, крутюшки и т.п.), которые будут управляться так же при помощи сенсора и клавиатуры.

    Исходя из такого техзадания, наличия деталей и личного опыта, состоять комп будет из:

- ЦПУ ATMega32 (ну вот так, с мегами дружу). Выбрана по причине максимальных характеристик при корпусе DIP40;

- Внешняя память EEPROM AT24C512, в довесок к внутренней (подключена к аппаратному TWI, он же I2C);

- Экран Udisp320x240 с TouchScreen, как уже выше описывал, управляемый по расширенному SPI;

- Клавиатура от компа, через протокол PS/2;

- 8 силовых выходов, больше не влезло в базовую плату, только если в плату расширения потом ставить (не менее 12 вольт 5 ампер), подключенных через микросхему 595 (она с процом связана по SPI);

- Разъем для подключения карты MMC SD (USB Flash Drive не потяну пока), тоже через SPI (на ней будут валяться фотки в формате bmp, 16 бит/пиксель, RGB. При формате 320х240 одна картинка весит порядка 150 кбайт - оперативы и EEPROM такой нет, а вот SD размером в пару сотен тысяч фоток - запросто.);

- На плату впаяна пищалка (пьезогенератор) для имитации мышиных писков;

- В разъем ISP добавлены линии CS и VCC, для возможного последующего апгрейда (возможно присоединить еще устройство, работающее через SPI, например, плату связи с PC);

- Свободные ноги Меги выведены в отдельный разъем, снабженный пинами VCC и GND, так же для последующих доработок(например, для подключения механических датчиков касания и т.п.).

    В Интернете встречаются достаточно вменяемые статьи про работу с каждым из этих компонентов. Чтож, попробуем срастить в кучу.

    Побаловавшись дня 4 с ручной трассировкой (хотелось не только правильно, но и красиво, и по прямой), была выдана на-гора такая вот схема:

      Вот таким интересным способом я рисую одновременно и содержание, и функционал, и компоновку устройства. Программа Corel Draw (да-да, я как истинный месье развожу платы в графическом редакторе). Симуляторы схем пробовал - ну это, знаете, как с резиновой кош женщиной, не понравилось, в общем. Макетка в крайнем случае помогает, а так-то ничего сложного тут нет, всё в цифре. И трассировщики туда же.

    Размер платы 105х75 мм, исходя из размеров готового модуля с экраном (хочется вместиться под него, чтоб общий корпус порядка А6 формата). Плата односторонняя (перемычки голубого цвета), стабилизатор напряжения и мосфеты в корпусах DPAK, остальные элементы DIP, пины разъемов угловые (направлены наружу). Вкратце о разводке:

    Экран, SD-карта, регистр и ISP конструктивно присоединены к аппаратному SPI, с разными лишь ногами CS. Вряд ли к ним понадобится одновременный доступ (ну точнее сделаем так, что не потребуется). 12-вольтовый вход в связи с тем, что я по специфике работы имею доступ к 12-ти вольтовым диодным сборкам, и буду их использовать как внешние мигалки, подключая их через мосфеты LR2705. По личному опыту, эти мосфеты держат 12 вольт 5 ампер без радиатора. Все остальное запитано от 3,3 вольта через стабилизатор LM1085IS-3.3 (он, кстати. тоже без радиатора. А еще ему положено, конечно, танталовые конденсаторы, но под рукой был только старый БП ATX и поэтому там электролиты на 16 и 10 вольт, а емкостью какие попались. упс... совсем обидил что-то я его, но он, судя по первым полетам, необидчивый). Экран и SD требуют строго 3.3, а городить еще и 5-ти вольтовое питание банально некуда, так что обделим и остальных. Защиту от переплюсовки тоже делать не стал - мы ж внимательные! (Подумаешь, 3 кондера взорвалось - так перепаял ведь, а что LM задымил - так я выдернуть успел, реакция есть, хе-хе). 595 и мега должны работать и так, остается вопрос с клавиатурой, хватит ли ей. Знатоки форума ответили - работать будет, только лампочки тускло гореть будут. Ладно, попробуем.

   Уже после разводки выяснились 2 правки. Во-первых, перемычку между INT1 у меги и PB7 у экрана кинул я все-таки со стороны дорожек, изолированным проводом. С лицевой стороны оказалось негде ее тянуть, там кварц и обвязка. Во-вторых, LED 4 у экрана (который я решил приспособить как индикацию питания) прицеплен к VCC, а полярность у них обратная. В итоге дорожки были подрезаны, LED 4 припаян к GND, а на питание PS/2 брошена перемычка.

   Под клавиатуру выведено просто 4 пина - типового разъема PS/2 не нашел, дефицит... (в отличие от самих клавиатур, коих на работе 16 (!) штук валяется в серверной. Проще свой разъем изобрести). А в матерях комбинированные разъемы, да и не влезут они мне. То же самое касается SD Push Fix - нет в продаже. Выпаял из старого кардридера (будете выпаивать - аккуратнее, плавится корпус под феном). Правда, они там урезанные, нет 2-х ног write enable и 2-х ног chip enable, то бишь двух с одного края и двух с другого - ну ничего, их функции решим программно. 

    Вот такое вот начало. В следующей статье травление и программатор.

Файлы:
Фотография

Все вопросы в Форум.