ЧАСЫ НА ГРИ И STM32

Данный проект разработан Дмитрием Кармановым, представляет собой одноплатные часы на ГРИ на базе микроконтроллера STM32. Все необходимые для создания платы и загрузки прошивки файлы вы найдёте в архиве, ссылка ниже. Там же есть таблица со списком компонентов и другая полезная информация.

1. Техническое описание

Часы цифровые электровакуумные предназначены для отображения текущего значения времени на четырех газоразрядных индикаторах. Основные параметры устройства:

  • Габариты печатной платы – 87 х 50 мм;
  • Высота устройства – не более 80 мм;
  • Напряжение питания – 5 В;
  • Ток потребления в режиме индикации времени – не более 250 мА;
  • Ток потребления в режиме прожига – не более 300 мА;

2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СБОРКЕ

2.1 Сборка часов

Сборку часов следует проводить в соответствии с приложенными схемами и спецификацией. Конструкция часов предполагает три варианта реализации питания: гальванически изолированное через разъем mini-USB, без гальванической изоляции через разъем mini-USB или через разъем XP4. От выбранного способа питания зависит необходимость установки компонентов G1, R23, R24, XP1 и XP4 (см. раздел «Спецификация»). В начале монтажа платы рекомендуется установить компоненты DD5 и U1, далее установку компонентов следует проводить по мере увеличения их габаритов. В последнюю очередь рекомендуется установить выводные компоненты. При необходимости допускается заменить тактовые кнопки SB1-SB4 на аналогичные по функционалу. В зависимости от выбранного способа загрузки в контроллер исполняемого кода следует установить перемычку BOOT0 (см. раздел «Загрузка и обновление прошивки»). Для установки перемычки достаточно нанести на площадки небольшое количество припоя таким образом, чтобы их замкнуть. Перед установкой индикаторов необходимо смыть остатки флюса отмывочным средством (рекомендуемая смесь: изопропанол и бензин «Калоша» в соотношении 1:1).

2.2 Модель индикаторов

В качестве газоразрядных индикаторов рекомендуется использовать индикаторы ИН-16, но при необходимости на плату могут быть установлены индикаторы ИН-14. Во избежание выхода из строя индикаторов необходимо соблюдать их цоколевку (стрелочный указатель на плате и газоразрядном индикаторе указывает на первый вывод). Не рекомендуется запускать часы без установленных индикаторов. После завершения сборки необходимо повторно смыть остатки флюса.

2.3 Дополнительная информация

Для предотвращения автоматического сброса времени при отключении часов от питающего напряжения рекомендуется установить элемент питания CR2032 в батарейный отсек XP3. Допускается использовать часы без указанного элемента. Перед первым подключением питания следует проверить цепи на наличие короткого замыкания. Также рекомендуется провести визуальный осмотр платы. При использовании устройства без корпуса следует установить в крепежные отверстия латунные стойки PCHSN-10 (H-L-1000-1600-5-03-1N1W) закрепив их гайками M3.

3. ЗАГРУЗКА И ОБНОВЛЕНИЕ ПРОШИВКИ

  • Загрузка исполняемого кода может осуществляться двумя способами: с помощью программатора ST-Link V2 или посредством USB-UART преобразователя, подключенного к ПК.
  • Загрузка с помощью ST-Link V2. Перед прошивкой должна быть установлена перемычка BOOT0. К разъему XP2 подключается программатор ST-Link в соответствии с указанной распиновкой. На ПК запускается ПО «STM32 ST-LINK Utility». В разделе «Target->Settings…->Reset Mode» необходимо установить режим «Software System Reset». Далее следует перейти в раздел «Target->Program…» и выбрать необходимый файл прошивки. Затем нажатием кнопки «Start» запускается прошивка. После завершения загрузки следует отключить программатор и закрыть ПО.
  • Загрузка с помощью USB-UART преобразователя. Перед прошивкой перемычка BOOT0 не должна быть установлена. К разъему XP4 подключается UART преобразователь в соответствии с указанной распиновкой (TXp->RXd и RXp->TXd, где TXp, RXp – выводы преобразователя, а TXd, RXp – выводы устройства). На ПК запускается ПО «Flash Loader Demonstrator». В разделе «Port Name» указывается номер подключенного преобразователя и нажимается «Next». После успешной инициализации устройства необходимо еще два раза нажать кнопку «Next». Далее необходимо выбрать пункт «Download from file» и указать путь к файлу прошивки. Затем следует вновь нажать кнопку «Next» и дождаться окончания загрузки. После завершения загрузки следует отключить программатор, закрыть ПО и установить перемычку BOOT0.

4. УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМАМИ ИНДИКАЦИИ

4.1 Режим отображения времени

Активируется по умолчанию после подключения питания устройства. В случае некорректного отображения следует изменить тип индикатора (см. пункт 4.3)

4.2 Режим установки времени

Активируется длительным удержанием центральной кнопки в режиме отображения времени. При переходе в указанный режим два левых индикатора отображения значения часов загораются чуть ярче индикаторов значения минут. Корректировка текущего параметра осуществляется нажатием левой или правой кнопки в меньшую или большую сторону соответственно. При длительном удержании одной из боковых кнопок увеличение или уменьшение параметра будет происходить автоматически с изменением на единицу через небольшие интервалы времени. Переключение между корректируемыми параметрами осуществляется кратковременным нажатием на центральную кнопку. При этом корректируемому параметру соответствует более интенсивное свечение индикаторов. Переключение происходит циклически: часы->минуты->секунды->часы… При корректировке значения секунд два левых индикатора отключаются. Возврат в режим отображения времени осуществляется длительным нажатием на центральную кнопку, при этом яркость индикаторов уравнивается.

4.3 Режим изменения типа индикаторов

Активируется длительным удержанием левой или правой кнопки в режиме отображения времени. Удержание левой кнопки соответствует переключению типа двух левых индикаторов, а удержание правой – двух правых индикаторов. Корректному выбору типа индикаторов соответствует индикация нулей в соответствующих индикаторах при дальнейшем удержании кнопки. При этом два других индикатора отключаются. Выход из режима происходит при отпускании удерживаемой кнопки. Установленный тип индикатора записывается в энергонезависимую память контроллера и стирается при повторном изменении типа индикаторов или при обновлении прошивки.

4.4 Режим установки скважности ШИМ

Активируется кратковременным нажатием одновременно двух крайних кнопок в режиме отображения времени. На четырех индикаторах отображается значение скважности ШИМ (отсчеты таймера с периодом 1500 ед. при частоте тактирования 36 МГц). Управление значением осуществляется подобным описанному в п. 4.2 образом. Для увеличения яркости необходимо увеличить отображаемое значение. При появлении «фантомных» цифр соседних индикаторов следует уменьшать отображаемое значение до полного пропадания «фантомного» эффекта. Выход из режима установки скважности ШИМ осуществляется кратковременным нажатием на центральную кнопку. При этом установленное значение скважности ШИМ записывается в энергонезависимую память контроллера и стирается при повторном изменении значения или при обновлении прошивки.

4.5 Режим прожига «отравленного» катода

Активируется длительным удержанием одновременно двух крайних кнопок в режиме отображения времени. При этом в крайнем левом индикаторе загорается катод, соответствующий цифре «0», а динамическая индикация полностью отключается. Если при переходе в режим прожига загорается другая цифра, следует изменить тип индикатора (см. пункт 4.3). Переключение индикаторов происходит циклически слева направо при нажатии левой кнопки. Выбор «отравленного» катода осуществляется нажатием правой кнопки. При этом возрастает потребление устройства, и увеличивается нагрев силовых элементов схемы (см. результаты температурных исследований). Выход из режима прожига «отравленного» катода осуществляется кратковременным нажатием на центральную кнопку.

СХЕМЫ, ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ

Схема

Плата

Плата Ч/Б

Монтажная схема

Чертёж

МАТЕРИАЛЫ И КОМПОНЕНТЫ

Спецификация платы GRIx4 – 2v1
Позиционное обозначение Параметр Корпус Наименование Ресурс Кол-во Цена Сумма
B1 50mm x 87mm FR4 PCB-Board https://jlcpcb.com/ 1 32.5 32.5
https://www.pcbway.com/
C1 10u SMD 0805 CC0805KKX5R6BB106 https://www.terraelectronica.ru/product/573665 1 5 5
C2, C3, C7, C12, C13, C14 1u SMD 0603 CC0603KRX5R7BB105 https://www.terraelectronica.ru/product/666832 6 1.5 9
C4, C9, C10, C11, C15 0,1u SMD 0603 CC0603KRX7R8BB104 https://www.terraelectronica.ru/product/326943 5 0.84 4.2
C5 4,7u HOLE JRB2G4R7M0 https://www.terraelectronica.ru/product/1936345 1 4.7 4.7
C6, C8 12p SMD 0603 CC0603JRNPO9BN120 https://www.terraelectronica.ru/product/326938 2 0.73 1.46
DD1, DD2, DD3, DD4 300V SMD-4 LTV-352T https://www.terraelectronica.ru/product/1930002 4 19.5 78
DD5 LQFP-48 STM32F101C6T6 https://www.terraelectronica.ru/product/450136 1 62 62
G1 5V SMD R1SE-0505 https://www.terraelectronica.ru/product/1325958 1 291 291
HL1 led SMD 0603 FYLS-0603UYC https://www.terraelectronica.ru/product/339748 1 2.3 2.3
IN1, IN2, IN3, IN4 13-pin ИН-16 Х/З 4 0 0
L1 470uH SMD 7.5×7.5 CDRH74NP-471MC https://www.terraelectronica.ru/product/225610 1 8.4 8.4
R1, R15, R16, R19 330 SMD 0603 RC0603JR-07330RL https://www.terraelectronica.ru/product/572977 4 0.14 0.56
R2, R18, R20, R21, R22, R25, R30 10k SMD 0603 RC0603JR-0710KL https://www.terraelectronica.ru/product/562124 6 0.14 0.84
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14 1k SMD 0603 RC0603JR-071KL https://www.terraelectronica.ru/product/555273 12 0.14 1.68
R17 300k SMD 0805 RC0805JR-07300KL https://www.terraelectronica.ru/product/556515 1 0.14 0.14
R23, R24 0 SMD 1206 CR1206-J/-000ELF https://www.terraelectronica.ru/product/1048386 2 0.38 0.76
R26, R27, R28, R29 510k SMD 0603 RC0603JR-07510KL https://www.terraelectronica.ru/product/605371 4 0.09 0.36
SB1, SB2, SB3 HOLE 1-1825027-1 https://www.terraelectronica.ru/product/953504 3 10.1 30.3
U1 3V3 SOT-23-5 TLV71333PDBVR https://www.terraelectronica.ru/product/1132061 1 12.6 12.6
VD1 600V DO-214AC ES1J https://www.terraelectronica.ru/product/983112 1 2.2 2.2
VT1, VT2, VT3, VT4, VT5, VT6, VT7, VT8, VT9, VT10, VT11, VT12, VT13 300V SOT-23 MMBTA42LT1 https://www.terraelectronica.ru/product/212940 13 1.5 19.5
VT14 600V DPAK IPD80R900P7 https://www.terraelectronica.ru/product/2304479 1 29.7 29.7
XP1 SMD 67503-1020 https://www.terraelectronica.ru/product/573971 1 29.9 29.9
XP2, XP4 HOLE PLS-4 https://www.terraelectronica.ru/product/2259320 1 0.65 0.65
XP3 HOLE KLS5-CR2032-01 https://www.terraelectronica.ru/product/1890409 1 5.9 5.9
ZQ1 32.768kHz SMD08038C4 ABS25-32.768KHZ-1-T https://www.terraelectronica.ru/product/573989 1 17 17
Себестоимость с DC/DC модулем 649.89
Себестоимость без DC/DC модуля 359.65
    Рекомендации по монтажу платы GRIx4: Указанные цены актуальны на конец февраля 2019 года
    Для полной изоляции источника питания от возможного проникновения высоковольтного напряжения в низковольтные цепи используется DC/DC преобразователь G1. Схема предполагает возможность замены компонента G1 на два резистора R23 и R24 нулевого сопротивления. Также компоненты R23 и R24 могут быть заменены проволочной перемычкой сечением не менее 0,2 мм^2. Одновременная установка компонентов G1 и R23, R24 недопустима. Разъемы XP2 и XP4 используются для единоразовой загрузки исполняемого кода, их установка необязательна. Разъем XP1 необходимо устанавить в случае, если предполагается питать устройство посредством USB кабеля. При необходимости допускается подключать питание к разъему XP4 с соблюдением полярности.
всё для пайки
аккумы, bms
arduino, модули
мультиметры
инструменты
бп и модули