Прошивка микросхем памяти и микроконтроллеров Часть #1
Ps. Хотел сюда загрузить видео, но к сожалению ролик получился около 20 минут. Поэтому использую ссылку.
Поиграем в бизнесменов?
Одна вакансия, два кандидата. Сможете выбрать лучшего? И так пять раз.
Программаторы для прошивки микроконтроллеров а также микросхем памяти
Здравствуйте! В этом видео Вы можете узнать о программаторах, с помощью которых можно прошить микроконтроллер разных производителей, а также микросхемы памяти. А также об адаптерах переходниках для разных типов микросхем.
Пол — это лава: разработка прототипа интерактивной светодиодной игровой платформы
Дурная голова рукам покоя не даёт… история началась несколько месяцев назад: я увидел на Пикабу забавное видео игры в комнате с пиксельным светодиодным полом и решил сделать подобное для своих детей. За эти месяцы я получил массу удовольствия от процесса разработки и даже заразился идеей масштабирования проекта, но обо всём по порядку! Внимание, ниже будет много фото!
Идея
Идея в целом не уникальна, но я не нашёл в продаже каких-то готовых решений. В том же Китае продаются платформы без обратной связи и без игровых возможностей, у них это называется светодиодный танцевальный пол. Но это всё не то, что я хотел, а значит надо делать самому. Всегда любил работать со светодиодами, это приносит огромное эстетическое удовольствие, и в целом я скучал по работе с электроникой, так что решил сдуть пыль с паяльной станции и прикупить ещё некоторое оборудование.
Пара слов обо мне
Пользуясь случаем, позвольте кратко представиться, так текст будет менее обезличенным.
В жизни меня зовут Анатолием, в прошлом я более 5 лет проработал на крупном заводе инженером-схемотехником-программистом (нужное подчеркнуть), так что присутствует какой-никакой реальный опыт и понимание процесса массового производства электроники, надеюсь ещё пригодится. Последние 5 лет работаю фуллстек разработчиком. Так и решил совместить эти две области в одном проекте.
Меня весьма вдохновляет прорабатывать полный производственный цикл изделия: от разработки схемотехники и написания низкоуровневого ПО на микроконтроллеры до продумывания конструктива и поиска редких метизов для сборки (это когда ты немного ошибся в 3D модели крепления датчика, а их уже напечатано более 320 штук *facepalm*).
На Пикабу публикуюсь впервые, раньше немного писал на Хабре (аля Как я в армии в экселе сетевого Бомбермена писал или Как банкоматы взрывоопасным газом накачивал). Будем знакомы!
Концепция
Вот примерный концепт того, каким я видел проект:
Игровая комната:
пиксельный RGB-светодиодный интерактивный игровой пол с адекватным временем реакции на нажатие;
настенные кнопки для разнообразия игрового процесса;
табло с информацией по игре (название игры, общее время, время этапа, очки, жизни и т.п.);
колонки со звуковым сопровождением игры (озвучивать ошибки/победы/поражения, называть цели этапов, цвета и прочее).
Игровой контроллер:
приёмопередатчик для шины данных;
Ethernet / Wi-Fi канал для связи с внешним миром;
аудио выход для звукового сопровождения;
видео выход для табло.
Админ интерфейс:
отображение текущего состояния платформы и информации по игре;
запуск/остановка игр;
индивидуальная настройка пикселей (назначение адресов, коэффициентов, калибровка, дефектовка и т.д.);
конструктор игр;
всякого рода журналирование (игры, логи контроллера, ошибки и пр.).
Основная цель: на старте заложить техническую возможность масштабирования платформы до размеров средней комнаты ~20-30 м2. На этом этапе лбами сталкиваются проблемы частоты обновления платформы и надёжности связи. По своей сути это взаимовытесняющие вещи: хочешь надёжно — пожертвуй скоростью, хочешь быстро — будь готов к потерям данных. Я не хотел тупо гнать сигнал через адресную ленту на базе WS2812B, это путь в никуда.
* Скриншот из видео Activate Games
По итогу всех изысканий, в качестве интерфейса связи к пикселям, мной была выбрана шина CAN, я считаю она идеально ложится на вышеизложенную концепцию:
количество устройств в одной подсети может достигать до 120 шт. При группировке по 4 пикселя это обеспечит мне теоретический предел в 476 пикселей или примерно 34 м2, чего более чем достаточно на начальном этапе. Далее можно расширять путём введения дополнительных подсетей или увеличения количества пикселей в группах;
скорость передачи данных до 500 Кбит/с на 100 метров кабеля, чего как раз должно хватить, чтобы окольцевать 34 м2 площади. В эту скорость для тех же 476 пикселей, в зависимости от выбора протокола цветопередачи, можно будет уложить от 20 до 80 кадров в секунду;
возможность выстраивания приоритета сообщений в сети и разруливание коллизий через аппаратный механизм арбитража, что хорошо ложится на концепцию быстрого реагирования на нажатия. Короче говоря, сообщения о нажатии отправляются в шину вне очереди;
достаточно устойчивая связь вследствие использования дифференциального сигнала;
широкое распространение и дешевизна микросхем, что немаловажно.
Пессимистично делим все теоретические пределы на 4 и всё равно остаёмся в рамках разумного, жить будет. Поехали дальше!
Пиксель
Пиксель представляет собой классическую рамку с боковым расположением светодиодов, накрытую оргстеклом. Рамку выгрызали на ЧПУ фрезере из чёрной ламинированной фанеры толщиной 21 мм. Оргстекло мне тоже раскроили на ЧПУ при заказе, так доставка ТК обошлась в копейки, нежели доставлять лист 2х3 метра.
Первая сложность возникает при выборе типа датчика нажатия. Рассматривал несколько вариантов:
концевой переключатель;
тензодатчики (как в напольных весах).
Мне сразу не понравилась идея использовать механический переключатель, т.к. для этого потребуется обеспечить подпружиненный свободный ход оргстекла и при этом избежать залипаний. В эту же категорию идут и датчики из двух пластин, работающих на замыкание, как в танцевальных аппаратах.
То ли дело работа с аналоговыми тензодатчиками, когда свободный ход практически отсутствует (вспомните ваши напольные весы). К тому же есть пара идей, как применить аналоговый сигнал в играх…
Так и поступил: было решено собирать ~85 напольных весов собственной разработки с проводным каналом связи и RGB подсветкой. Крепления для датчиков рисовал сам и заказывал печать на 3D принтере. Было напечатано около 340 таких креплений. Конструкцией доволен, получилось весьма надёжно и доступно для массового производства, в т.ч. и для литья. Нижняя часть пикселя выглядит колхозно, но это прототип, да простят меня эстеты.
Электронная начинка и встроенное ПО пикселя
Как я упомянул ранее, я сгруппировал пиксели по 4 шт, а значит нужно два вида плат: групповая плата с модулем связи и контроллером и 4 маленьких платы просто с внешним АЦП для датчиков. По итогу я собрал 21 большую и 84 маленьких платы (на фото маленьких — это только половина от общего количества).
Основная идея была сделать пиксель максимально тупым. Он должен принимать/отображать цвет и отправлять нажатие. На словах это просто, а на деле, т.к. работа идёт с аналоговыми датчиками, нужен был периодический опрос с цифровыми фильтрами, всякими коэффициентами к ним, калибровками нуля и чувствительности и т.д., чтобы, в случае чего, можно было с бэкенда подкрутить параметры прямо на ходу, в т.ч. вывести пиксель из игры, если он начал неадекватно себя вести или залип.
Контроллер и управляющее ПО
Сначала у меня была идея делать собственный 3х канальный USB-CAN преобразователь и управлять платформой с обычного компьютера. Я даже успел развести и заказать платы, но потом передумал и в качестве контроллера выбрал обычную Raspberry Pi 4. В ней есть всё необходимое: Wi-Fi, аудио/hdmi выходы, а также к ней продаются готовые модули CAN шины. Сложной математики там нет, так что процессор справляется легко, я даже вывел метрики в админку на всякий случай.
Управляющее ПО писал сам полностью с нуля: фронтенд — Vue.js, бэкенд — Golang, база данных — SQLite. Из того, что реализовано на данный момент:
отображение текущего состояния платформы (подсветка нажатий и текущего веса в кг);
игровое табло (время, очки, жизни);
просмотр информации по каждому пикселю в отдельности и отправка индивидуальных команд;
отправка широковещательных команд;
вывод метрик контроллера (загрузка/температура CPU, потребление памяти, основные метрики бэкенда);
простой конструктор кадров для игр;
несколько игровых механик: пол — это лава (нужно собрать все синие, не наступая на красные), море волнуется/пиксель дуэль (соревновательные режимы по сбору своего цвета, побеждает самый ловкий), безопасный цвет (робот озвучивает цвет, нужно успеть его найти и занять), классики (пропрыгать случайный паттерн), несколько демо режимов;
старт/стоп/пауза игр с возможностью конфигурации непосредственно в момент старта игры (например, для детей я отключал контроль жизней и увеличивал время этапа);
имитация игр мышкой прямо через админку для непосредственного тестирования игры после конструктора (ну или вмешивания прямо в процесс игры… хе-хе, я так помогал своей дочке побеждать пару раз, чтоб не расстраивалась).
Сборка прототипа и выявленные проблемы
Сборка такого количества плат и пикселей в одиночку у меня заняла больше месяца: сверлить, прикручивать, приклеивать, паять, отлаживать и перепаивать сгоревшее. К расстановке компонентов на платы я привлекал даже дочь… как говорится, любишь играть, люби и платы собирать!
Какие ошибки допустил в процессе разработки:
Ошибка 1: Россыпь плат, а не панель
Я торопился и заказал платы не панелями, а россыпью… это было немного больно и приходилось наносить пасту на платы поштучно. Я купил трафаретный принтер для нанесения пасты и мини стол для оплавления припоя, это в десятки раз ускорило процесс. Трафаретный принтер — самоделка одного замечательного человека с ютуба, кому будет интересно, могу дать контакт в комментариях.
Ошибка 2: Оргстекло
Найти оргстекло или поликарбонат подходящей толщины оказалось проблемой. В наличии из импортного ничего нет, толстое вообще не в почёте, а если заказывать, то нужен объём + большие сроки. Взял лист оргстекла от какого-то российского производителя, а оно оказалось недостаточно молочным (см. фото), очень сильно просвечивал источник света, пришлось каждый квадратик вручную дополнительно матовать шлиф машинкой… то ещё удовольствие.
Ошибка 3: Танталовые конденсаторы
Танталовые конденсаторы сами по себе достаточно капризная штука, а заказывать их с Китая было вдвойне ошибкой… брака было около 40%: они просто взрывались при напряжении в половину от номинала. Я проверял их непосредственно перед пайкой, но даже это не помогло… несколько штук вышло из строя прямо в день мероприятия, проработав перед этим около месяца дома. В следующий раз поставлю бочонки, благо высота позволяет, они не так горят.
Ошибка 4: Таблица на фронтенде
Я ненастоящий фронтендер и умею клепать только админки для внутреннего использования. Как мне кажется, было ошибкой использовать на фронтенде простую таблицу. Хоть обновление ячеек и сделано реактивно на тегах, но рендер всего поля разом немного подтормаживает. Скорее всего нужно будет переходить на графику, проконсультируюсь чуть позже с опытными коллегами.
Ошибка 5: Экономия на протоколе передачи
Цветовые эффекты немного скудные, недостаточная цветопередача, т.к. сэкономил на протоколе. Рассчитать всё в теории — легко, но опыт подсказывал, что теоретические пределы скорости не практике недостижимы, боялся не получить требуемую частоту обновления, поэтому заранее ужимал протокол, хотя при таком размере поля можно было особо не беспокоиться.
Ошибка 6: Размытая граница пикселя и неравномерность засветки
Мне не нравятся размытые контура пикселей, хочется сделать их более чёткими, это будет смотреться гораздо круче. Качество засветки тоже можно улучшить, используя более глубокую рамку и правильное оргстекло.
Ошибка 7: Дешёвая светодиодная лента
Было куплено около 90 метров "высококлассной" китайской светодиодной ленты… которая оказалась явно б/у, имела разное свечение и много раз перегорала. Но тут вынужденная экономия на прототипе.
Идеи на будущее:
Расширение группы до 9 шт. — это будет явное удешевление, повышение надёжности связи за счёт уменьшения устройств на шине и расширение теоретического предела площади игровой зоны;
Соты! Очень хочу гексагональное игровое поле, это должно выглядеть весьма круто!
Настенные кнопки;
Быстрые соединения. Из-за использования в прототипе винтовых клеммников, сборка платформы перед детским праздником у меня заняла около 2.5 часов, что очень много. Буду прорабатывать быстрые соединения;
Ну и конечно, разные-разные механики игр! В голове масса идей: всякого рода змейки, пакман, эстафеты, арканоид, захват территорий, повтор рисунка, те же танцы и твистер…
Как корабль назовёшь… и заключение
При выборе кодового имени проекта было несколько разных вариантов. Больше всего мне симпатизирует название «Pixel Quest» ввиду широкого распространения в народе понятия «квест-комната». Сразу занял под это дело домен и, как это водится, завёл отдельный ТГ канал @pixel_quest для публикации прогресса разработки и дальнейших обсуждений с заинтересовавшимися читателями. Заходите в гости, буду держать в курсе событий.
На Пикабу пишу ради новых знакомств, поиска поддержки и идей для дальнейшего развития проекта. Я технарь, а не предприниматель, и, если честно, плохо представляю, как правильно превратить это в бизнес. Я не умею в эти ваши «найди инвестиции / собери команду / захвати мир» (но это пока что), не умею писать бизнес-планы, хочу просто делать интересный продукт и радовать людей. Буду рад любым советам! Личный телеграм для связи: @AnatoliyB
В ближайший планах найти подходящее помещение у себя в городе (Смоленске) для построения первой комнаты с увеличенной игровой зоной и полноценного тестирования. Хочу развивать идею как по направлению целых игровых квест-комнат, так и небольших игровых платформ 4-6 м2 для установки в детских комнатах или сдачи в аренду на детские праздники.
Итого:
Потрачено: ~300 тыс. руб.
Заработано: 0 руб.
Удовольствие от процесса разработки и праздника для детей: бесценно!
Спасибо всем, кто дочитал! Пишите свои мысли и идеи игр в комментариях!
Самый Простой Цифровой ВОЛЬТМЕТР на микроконтроллере Ардуино - Arduino практическая реализация
Давайте попробуем разобраться а потом создать на практике самый простой цифровой вольтметр с использованием микроконтроллера Arduino.
В этом видео. Я как вы и просили хочу показать и рассказать где покупаю микроконтроллеры я.
Нам для этих целей даже не понадобится никакой индикатор все показания мы будем выводить на экран компьютера
Готовы к Евро-2024? А ну-ка, проверим!
Для всех поклонников футбола Hisense подготовил крутой конкурс в соцсетях. Попытайте удачу, чтобы получить классный мерч и технику от глобального партнера чемпионата.
А если не любите полагаться на случай и сразу отправляетесь за техникой Hisense, не прячьте далеко чек. Загрузите на сайт и получите подписку на Wink на 3 месяца в подарок.
Реклама ООО «Горенье БТ», ИНН: 7704722037
PIC24, LCD, RAM, MP3/FM, SD, ESP, Bluetooth
В текущей статье, рассматривается конструкция сочетающая в себе подходы и знания полученные в более ранних проектах, поэтому, если покажется, что конструктив местами избыточен и не имеет под собой веской логики, для которой следовало бы использовать именно такую схему, то сразу хотел бы развеять предубеждения - да, именно так, основная цель, задачи преследовалась - обучение, отладка, выработка механизмов и процедур для дальнейшего использования в задачах.
В частности, основной идеологией к данной конструкции лежит пост Тест LCD 16bit , ОЗУ, SDCARD на PIC24 , где мною было проведена работа по изготовлению устройства на базе PIC24 и 8bit RAM. Отталкиваясь от прошлых наработок, были добавлены новые элементы схемы и учтены выявленные проблемы. (и получены новые проблемы, много новых проблем, но пост не об этом).
Основными функциями устройства являются:
1. Время (включая интернет-синхронизацию по произвольному GMT);
2. Текущая интернет-погода + Прогноз погоды + Погода с выносного Bluetooth-датчика;
3. FM-радио;
4. MP3 плеер;
5. Календарь (не рассматривается в текущей статье);
В данной конструкции используются:
1. PIC24HJ256GP610A (основной);
2. PIC18F28K20 (дополнительный, используется для mp3);
3. LCD 16bit (NT3551), работа с ним рассматривалась тут
4. RAM 16bit IS61WV102416ALL (1024K), аналогичная ссылка п.3
5. FM-radio (KT0915), радио на данной микросхеме рассматривалось тут.
6. MP3 (VS1053), ранее не применялось.
7. SD, применялось аналогично посту п.3, п.9.
8. ESP12 (на базе ESP8266), применялось тут и тут
9. Bluetooth (HC08), применялось тут (выносной Bluetooth-термометр и схема его, данной статьей не рассматривается, так как полностью переиспользован из предыдущего проекта)
Корпус напечатан на 3D принтере (на заказ).
Фотки готового устройства для масштаба:
Одним из усовершенствований схемы, от предыдущих частей данного проекта, заключается в добавлении еще одного контролера PIC18F28K20, для целей выноса на него задач чтения SD и проигрывания MP3, чтобы основной контроллер PIC24 не был занят постоянно циклом.
Целями задачи закладывался больший потенциал схемы, чем сейчас используется и описывается в статье, поэтому сэкономить\упростить задачу у меня не стояло.
Ввиду чего, сопряжение контроллеров и модулей осуществляется посредством CD405xB мультиплексоров, согласованных по определенным принципам работы и управляемых контроллером.
Синхронизация с ПК осуществляется по USB, через микросхему CP2102, где ее uart-выводы также сначала сопрягаются с мультиплексором, а затем с двумя контроллерами, это необходимо, чтобы реализовать функцию bootloader'a., как работать с bootloader для PIC18, я частично рассматривал тут.
На схеме (если ее кто будет смотреть), также имеется зарядка на базе TP4056 для аккумулятора 3.7v и повышающий DC-DC конвертор на базе MC34063, он предназначался для формирования 5v необходимых для схемы, но я просчитался с потреблением схемы, которое оказалось критично высоким и DC-DC попросту сгорел, на готовой плате этот участок схемы остался не распаянным. Если у кого есть примеры DC-DC конвертора (3.7v- > 5v) на нагрузку до 2A, сообщите.
(Примечание: нет никаких гарантий корректности предложенного решения, всё может быть с ошибками или иметь более лучшую\оптимальную реализацию).
Само же устройство базируется на контроллере PIC24 и сопряжено с RAM и периферийными устройствами . PIC24 осуществляет манипуляции переключения мультиплексоров, получает ответы от периферийных устройств, читает SD (bmp) и выводит графическую информацию., работает с микросхемой FM-радио.
ОЗУ в проекте требуется для:
1. импорта BMP картинок в ОЗУ, манипуляций с transparent (замещение фона);
2. импорта response от ESP и пост-обработки информации (прогноз);
Дополнительная функция устройства, как было уже обозначено в начале, это чтение и воспроизведение MP3 отдельно от основного PIC24, получается, как два устройства в одном, сопряженных между собой, связь между которыми осуществляется через UART, посредством мультиплексора.
Плата изготовлена на заказ. Обычно я сам делаю, но в этом случае, это было выше моих сил.
На главный экран выводится основная погода (интернет-погода и информация с выносного bluetooth-датчика), ну и часы само собой. Также, главный экран располагает важной функцией ярлыков - доступов к интерфейсам устройства, в действительности же это картинки, предварительно загруженные в RAM и выведенные с учетом замещения фона.
Фон, также естественно загружается в RAM и может быть любым, загруженным из BMP., а при инициировании тех или иных функций устройства, затирающих частично информацию на экране, фон автоматически восстанавливается по данных загруженным в RAM. Ярлыки могут скрываться с экрана, тем самым освобождая место под большую площадь экрана, которую можно использовать с пользой.
Дальше будет пояснительное видео некоторых функций, но сейчас ряд фотографий:
Прогноз погоды на 5 дней, выведенный в разбивке по два часа.
MP3-плеер (если у кого были ожидания увидеть тут winamp, как было на ярлыке, то извините, у меня была такая идея сделать, но было некогда ее реализовать).
Радио
Пояснительное видео.
Вот и всё., естественно статья не раскрывает всех особенностей проекта, некоторых деталей управления и прочего. Также, полного кода программы естественно не будет. Но, если кому то до зарезу что-то нужно, то я готов послушать специфику вопросов и потом, возможно сделать отдельный пост. Написано на C++, под XC16 и XC8.
Удачи.
Ссылки на предыдущие части (некоторые уже приводились в статье):
Тест LCD 16bit , ОЗУ, SDCARD на PIC24
Bluetooth термометр или вариации на тему
Радиоприемник на базе цифрового радиочипа и контроллера PIC
Многофункциональное устройство своими руками, часть 2