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文章 2023

啊鸡入坑硬件之《桌面屏幕》

桌面小屏幕

发布于Jun 10, 2023约 16 分钟阅读
嵌入式
本文目录17 节
  1. 简介
  2. 需求分析
  3. 开搞
  4. 1. 方案化
  5. 外设方案
  6. 软硬件接口方案
  7. 2. 外设选型
  8. 3. 原理图设计
  9. 主控与外设对应接口表
  10. 模块详细设计
  11. 4. PCB Layout
  12. 5. 元器件采购、PCB 生产
  13. 6. 焊接&验证
  14. 7. 代码编写
  15. 8. 烧录&调试
  16. 9. 整机安装
  17. 相关资料

简介

光阴似箭、日月如梭，一转眼马上要三十了，突然想起大学时还搞过一点 51 单片机摇摇棒项目，这门手艺不能拉下，二话不说重新入坑（感谢小智学长救我狗命）

需求分析

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  • 可以联网

  • 有 1-2 寸屏幕

  • 有电池

  • 有温湿度传感器

  • 可触摸屏

  • 带外壳

开搞

1. 方案化

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外设方案

  • wifi 芯片做主控

  • 墨水屏 + TP

  • 板载温湿度传感器

  • USB 充电方案

  • USB 转串口 - 下载固件、仿真、日志调试

软硬件接口方案

  • RTOS：实时操作系统

  • LOG：日志

  • GPIO：通用输入输出接口

  • TIMER：定时器

  • QUEUE：队列

  • FS：文件系统

  • NVS：非易失性存储(NVS) 库主要用于在 flash 中存储键值格式的数据

  • UART：通用异步收发器协议是一种简单的串行通信协议，通常用于连接微控制器、传感器和其他设备。UART只有两条信号线（TX和RX），可以使用较慢的波特率进行通信，通常用于短距离通信。

  • I2C：Inter-Integrated Circuit 协议是一种双向串行通信协议，它需要两条信号线（SCL和SDA）来连接主控制器和从设备。I2C通信速度相对较慢，但它可以与多个从设备通信，因此适用于连接多个传感器和其他设备。一般采用一主多从模式，见介绍视频

  • SPI： Serial Peripheral Interface 协议是一种高速全双工串行通信协议，需要至少四条信号线（SCKL、SDI、SDO和CS）来连接主控制器和外部设备。SPI通信速度较快，通常用于连接高速存储器、液晶屏幕和其他需要高速数据传输的设备。见介绍视频

  • HTTP：网络请求协议

  • WIFIAP：WIFI Access Point，将有线转为无线

  • WIFISTA：WIFI Station，客户端

  • Bluetooth：蓝牙

  • UI：可视化界面

2. 外设选型

💡 外设选型应该注意什么？

1、封装（是否好设计？尺寸是否合适？是否好焊接？）

2、方案通用性、稳定性（是否是通用方案？是否方便采购？）

3、电池（容量？充电电流？是否带充放电保护？）

4、主控（主频、RAM、ROM、IO资源是否够？）

主控 WIFI 芯片（ESP32-S） 简介：ESP32-S 是一款通用型 WiFi-BT-BLE MCU 模组，功能强大，用途广泛，可以用于低功耗传感器网 络和要求极高的任务，例如语音编码、音频流和 MP3 解码等。

立创商城：https://item.szlcsc.com/265264.html

制造商：Ai-Thinker(安信可)

制造商编号： ESP32-S

封装： SMD

供电范围：供电电压 3.0V ~ 3.6V，供电电流 >500mA

数据手册：

·接口定义：

  • EN：高电平：芯片使能；低电平：芯片关闭；注意：不能让 EN 管脚浮空。

  • GPIO：通用输入输出接口

  • ADC： Analog to Digital Converter，模数转换接口

  • DAC： Digital to Analog Converter，数模转换接口

  • RTC_GPIO：Real Time Clock，进入低功耗模式可以使用的 GPIO

USB 电池充电模块（TP4056） 简介：TP4056是一款性能优异的单节锂离子电池恒流/恒压线性充电器。

立创商城：https://item.szlcsc.com/772193.html

制造商：UMW(友台半导体)

制造商编号：TP4056

数据手册：

电池给板卡供电稳压模块（BL9110） 简介：BL9110 是一种高效的充电管理 IC，具有多种保护功能，包括过流保护、过压保护、欠压保护、短路保护等，可以确保电池在充电过程中安全可靠。它采用恒流充电和恒压充电相结合的技术，可以快速充电并保护电池。

立创商城：https://item.szlcsc.com/180631.html

制造商：BL(上海贝岭)

制造商编号：BL9110-330BPFB

数据手册：

USB 转串口芯片（CH340） - 下载固件、仿真、日志调试 简介：CH340 是一个 USB 总线的转接芯片，实现 USB 转串口或者 USB 转打印口。

立创商城：https://item.szlcsc.com/3390257.html

制造商：WCH(南京沁恒)

制造商编号：CH340N

数据手册：

墨水屏 + TP（GDEW15D67）
蜂鸣器（MLT-5020） 立创商城：[https://item.szlcsc.com/95796.html](https://item.szlcsc.com/95796.html)

制造商：华能

制造商编号：MLT-5020

数据手册：

SOT-23 塑封封装 N 道 MOS 场效应管（2SK3018） 立创商城：[https://item.szlcsc.com/9057.html](https://item.szlcsc.com/9057.html)

制造商：CJ（江苏长电/长晶）

制造商型号：2SK3018

数据手册：

注意项：

  • P 型 MOS 管箭头朝外，代表 Vgd 电压为低的时候，电子聚集在 g 端，sd 间导通；对于芯片的有源器件，一般使用 PMOS 作为上端控制

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  • N 型 MOS 管箭头朝内，代表 Vgd 电压为高的时候，电子远离 g 端，sd 间导通；对于无源功率器件，一般使用 NMOS 作为下端控制

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3. 原理图设计

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主控与外设对应接口表

💡 ESP32 哪些接口支持 I2C、SPI 可以查看《ESP32 技术规格书》

《ESP32­-WROOM­-32E、ESP32­-WROOM­-32UE 技术规格书》

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《ESP32 技术规格书》

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已跳过 Notion 表格块

模块详细设计

主控模块芯片上电、使能模块 - 使用了 RC 延时电路，和消抖电路
  • 在按钮按下的时候会拉低 EN 电平，芯片下电；松开时会拉高电平，芯片上电，会读取 IO0 的状态来进入正常运行模式或下载模式

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主控芯片启动模式模块 - 使用了上拉电阻，处于高电平，代表正常运行模式
  • 在开关按下的时候，处于低电平，代表下载模式

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主控芯片下载调试点模块 - 打三个 孔直连 TXD、RXD 串口 IO 与地

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主控芯片 USB 下载调试模块 - 充电管理左边是 USB 接口，输出 D+、D-线

  • USB 转串口是 D+、D- 转 CH_RXD、CH_TXD

  • CH_RXD、CH_TXD 使用上拉电阻（其实是防倒灌电路）连接到 U0TXD、U0RXD 接口

  • 由于电池上拉电源为 3.3v，USB 电源为 5V，为防止信号线从 **USB 转串口芯片 **灌入 **MCU **或断开 USB 的时候 电池 灌入 USB 转串口芯片，需要添加防倒灌电路

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防倒灌模块 - USB 向芯片传输消息（防 CH340 有电但 MCU 无电时的外灌）

  • USB_TXD 为高电平时，二极管截止，RXD 上拉电阻为高电平

  • USB_TXD 为低电平时，二极管反向导通，RXD 为低低电平

  • 芯片向 USB 传输消息（防 CH340 无电但 MCU 有电时的内灌，NMOS 管中 TXD 连 Drain、 USB_RXD 连 Source、 3V3 连 Gate）

  • 3V3 为高电平时，MOS 管导通

  • TXD 为高电平时，线路导通，USB_RXD 为 USB 转串口芯片内部上拉电压，为高电平

  • TXD 为低电平时，线路导通，USB_RXD 为低电平

  • 如果 3V3 为低电平时，MOS 管关闭，线路关闭，不浪费 CH340 电

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电池充电模块 -
电池供电模块

4. PCB Layout

5. 元器件采购、PCB 生产

6. 焊接&验证

7. 代码编写

8. 烧录&调试

9. 整机安装

相关资料

桌面小屏幕实战课程资料文档

AiPG（光打机三合一）项目指南

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