Zadání projektu č.2 Digitální binární hodiny
Digitální binární hodiny - podklady k úloze Úkolem bude navrhnout schéma zapojení celého zařízení, provést kompletní návrh plošného spoje, vyrobenou desku plošného spoje osadit a následně oživit. Řešení by mělo akceptovat předepsané mechanické provedení. Ověření správné funkce bude probíhat na kompletním zařízení. Binární hodiny slouží pro netradiční způsob zobrazování aktuálního času. Základem je mikrokontrolér ATMEGA8, dvoubarevný maticový displej 8x8 bodů, budič displeje s rozhraním I2C a obvod hodin reálného času. K napájení slouží síťový adaptér s napětím 9-12V. Nastavený čas je zálohován lithiovou baterií, takže zůstane zachován i po vypnutí napájení.
1. Co od nás dostanete
Obsah stavebnice Stavebnice obsahuje následující části. Reference jednotlivých součástek nejsou závazné, ale jsou doporučené. U1 Budič displeje HT16K33-28SOP (pouzdro SOP28) 1x U2 Mikrokontrolér ATMEGA8-16AU (pouzdro TQFP32) 1x U3 RTC obvod DS1307Z+ (pouzdro SO8) 1x U4 Lineární stabilizátor L78M05ACDT (pouzdro DPAK) 1x D1 Maticový displej TBA23-12SURKCGKWA 1x D2 Usměrňovací dioda M3 (pouzdro DO214AC) 1x T1 NPN tranzistor BC817-40 1x S1, S2, S3, S4 Mikrospínač TACTM-67N-F 4x Y1 Krystal SMD 12.00M-SMDHC49S 1x Y2 Hodinový krystal ABS25-32.768KHZ 1x LS1 Akustický měnič LD-BZEN-1205 1x R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 Rezistor 4k7 / 0805 8x R9 Rezistor 100R / 0805 1x C1, C2, C3, C4 Kondenzátor keramický 100n /0805 4x C5, C6 Kondenzátor keramický 22p / 0805 2x C7 Kondenzátor elektrolytický 100uF/16V (typ CE100/16-SMD) 1x C8 Kondenzátor elektrolytický 220uF/6,3V (typ UWT0J221MCL6GS) 1x BT1 Lithiová baterie BAT-CR2032-V/MT 1x J1 Pinová lišta 2,54mm 6 pinů 1x J2 Napájecí konektor PC-GK2.1/SMD 1x
Distanční sloupek M3/10mm Distanční sloupek M3/15m Šroub imbus M3x6mm Plexi 4x 2x 8x 1x
2. Cíl úlohy Navrhnou schéma zapojení celého zařízení, navrhnout desku plošných spojů (DPS), vyrobenou desku osadit a oživit. Řešení by mělo akceptovat předepsané mechanické provedení. Ověření správné funkce bude probíhat na kompletním zařízení. 3. Koncepce mechanického řešení Celkové řešení je patrné z následujících obrázků (pozor, jsou to obrázky prototypu, který má některé součástky mírně odlišné). Vzhledem k tomu, že krycí hotové plexi je součástí stavebnice, je nutné přesně dodržet rozměr PCB a hlavně rozteče rohových děr. Rozměr PCB musí být 77x77mm, v rozích pak musí být 4 montážní otvory o průměru 3.1mm s roztečí 69x69mm (umístěné symetricky k plošnému spoji).
Obrázek 1: Přední a boční pohled na hotové hodiny
Obrázek 2: Pohled na plošný spoj prototypu hodin
Obrázek 3: Pohled na plošný spoj prototypu hodin
4. Při návrhu PCB je dále nutné zohlednit tyto aspekty: Plošný spoj bude oboustranný, s nepájivou maskou a potiskem na straně SMD součástek. Téměř všechny součástky jsou v provedení SMD, kromě, programovacího konektoru, displeje, akustického měniče a zálohovací baterie. Všechny součástky budou umístěné na jedné straně PCB, pouze displej bude umístěn na straně druhé. Je nutné zohlednit také některá specifika ohledně umístění součástek Napájecí konektor musí být umístěn tak, aby bylo možné zapojit napájecí adaptér a přívodní kabel nepřekážel při postavení hodin na rovnou podložku. Jedna z možností je patrná z obrázku 2. Programovací konektor je vhodné umístit na kraji desky, aby bylo možné ho zapájet i při osazeném displeji. Podobně by měl být umístěn i akustický měnič (pozor, u prototypu na obrázku je odlišný typ). Pokud to nebude dodrženo, je pak nutné zapájet ho před tím, než bude zapájen displej. Problematická ale bude jakákoli oprava. Proto nedoporučujeme vývodové součástky umisťovat tak, že jejich vývody budou pod displejem. Baterie má poměrně vysoké nohy, je tedy možné ji umístit i nad některými součástkami. Jeho pájení je možné i ze strany součástek, nevadí zde tedy skutečnost, kdy jeho vývody budou pod displejem.
4. Návrh elektrické části Při návrhu se předpokládá využití všech přiložených komponent. Schéma zapojení by mělo obsahovat ochranu proti přepólování napájecího napětí. Zdroj 5V by měl obsahovat lineární stabilizátor a blokovací kondenzátory dle doporučeného katalogového zapojení. Dále se předpokládá zařazení elektrolytického kondenzátoru pro pokrytí špiček ve spotřebě před stabilizátor, a za něj (pozor na max. napětí kondenzátorů) Další blokovací kondenzátory je vhodné použít poblíž všech integrovaných obvodů. K mikrokontroléru musí být připojen krystal s příslušnými kondenzátory. Externí RTC obvod a budič displeje jsou připojeny pomocí sběrnice I2C, je nutné dodržet hardwarové požadavky na tuto sběrnici (pull-up rezistory). Pull-up rezistory jsou dále použity u každého tlačítka. Akustický měnič by měl být vzhledem k proudovému zatížení spínán pomocí tranzistoru. Sepnut je, když je na pinu mikrokontroléru logická 1. Bázový rezistor volte 4k7, stejně jako další rezistory v zapojení. U akustického měniče je potřeba dodržet polaritu. Vzhledem v tomu, že je určen pro napájecí napětí 3V, měl by v sérii s ním být vhodný omezovací rezistor. Aby byla zachována funkce dle programu, je nutné dodržet připojení displeje přesně dle obrázku 4. Součástí zapojení je také programovací konektor. Aby bylo umožněno pozdější nahrání programu, je nutné dodržet zapojení přesně dle obrázku 3. Signál RESET na mikrokontroléru musí mít zaručenou úroveň logickou 1 pomocí pull-up rezistoru. Nezapomeňte ho rovněž připojit na pin programovacího konektoru (viz obrázek 5).
Ostatní piny připojte k mikrokontroléru následujícím způsobem: I2C rozhraní (piny SDA, SCL) jsou jednoznačně dány v datasheetu mikrokontroléru, musí být tedy dodrženy. Akustický měnič je připojen na pin PB1. Tlačítko Mode je připojeno na pin PC3 Tlačítko Set je připojeno na pin PC2 Tlačítko + je připojeno na pin PC1 Tlačítko - je připojeno na pin PC0
Obrázek 4: Připojení displeje k budiči
Obrázek 5: Připojení programovacího konektoru k mikrokontroléru.
5. Funkce hotového výrobku Pokud se vše povede, měla by být funkce následující: Po zapnutí napájení se ihned začne zobrazovat čas v binární podobě (viz obrázek výše). Pomocí tlačítek + a - je možné měnit celkem 3 barevné kombinace zobrazení. Tlačítkem Mode je pak možné přepínat zobrazení mezi binární podobou a běžícím textem. Dlouhým stiskem tlačítka Set se vstoupí do režimu nastavení času. Rozbliká se nejprve první sloupec (tedy desítky hodin). Pomocí tlačítek + a - je možné nastavit požadovanou hodnotu. Tlačítkem Mode je možné přejít na další sloupec a opět nastavit požadovanou hodnotu. Po stisku tlačítka Set dojde k uložení času. Čas je zálohován baterií, takže hodiny neztratí nastavený čas ani po vypnutí napájení.
Deadline pro odevzdání technologických podkladů pro výrobu plošných spojů 15.4.2016 24:00
Na plošném spoji bude ve vrstvě servisního potisku (SilkScreen_Bottom) nebo ve vrstvě spojů (Bottom) následující nápis: Skupina_XX kde XX je číslo vaší skupiny Dále na plošném spoji bude ve vrstvě spojů (Bottom) tenkou čárou nakreslen obrys vlastního plošného spoje.
Strana spojů BOTTOM.ART Servisní potisk SILKSCREEN_BOTTOM.ART Nepájivá maska SOLDERMASK_BOTTOM.ART Data pro souřadnicové vrtání NCDRILL.DRL
Soubory s technologickými daty ve formátu GERBER RS-274X zazipovat do souboru PODKLADY_XX.ZIP, kde XX je číslo Vaší skupiny. Adresář Vašeho projektu se soubory zazipovat do souboru PROJEKT_XX.ZIP, kde XX je číslo Vaší skupiny.
Oba dva zazipované soubory poslat na e- mailovou adresu: martin.hlinovsky@fel.cvut.cz Do předmětu e-mailu zadejte: Aplikovaná elektronika projekt č.2 skupina xx