גילבורד52 - שיקולי תכנון

בדף זה , תמצאו פירוט והסבר לשיקולי-תכנון שנעשו, במהלך התכנון של לוח-הפיתוח "גילבורד52". קריאת שיקולי-התכנון של פרויקט אלקטרוני, היא כמו "הצצה אל מאחורי הקלעים" של הצגת תיאטרון - אפשר ללמוד ממנה דברים מעניינים, שלא הייתם לומדים, מצפיה בהצגה על הבמה בלבד, או במקרה שלנו, מתוך בחינת המעגל החשמלי (הסכמה) בלבד.

מיהו קהל היעד של המאמר הזה?

  • מהנדסים, הנדסאים או חובבי אלקטרוניקה, שמעוניינים לעסוק בתכנון מערכות אלקטרוניות, מבוססות מיקרובקרים ורוצים לקבל הצצה אל האופן שבו מתוכננת חומרה. חלק חשוב במהלך התכנון, הוא נסיון לחשוב על כל-מיני נושאים שעלולים להיות "בעיתיים" במימוש, או לחילופין, תכנון פתרון לבעיות שהתגלו לאחר המימוש הראשוני והסתבר שיש צורך בשינויים בחומרה. לאחר שאתם מבינים את כל האתגרים העומדים לפניכם ואת מטרת התכנון, יש לעשות את השיקולים המתאימים ("שיקולי התכנון"), על-מנת שתוצאת התכנון, תתאים לגמרי, למטרת התכנון.
  • המאמר מיועד גם לכל מי שהחליט לבנות את גילבורד52 בעצמו, ויש לו שאלות או שהוא סקרן, לגבי הסיבה לכך שדברים מסויימים בחומרה, נעשו בדרך מסוימת ולא בדרך אחרת.
  • גם מקצוענים בתחום, ירצו לקרוא את שיקולי-התכנון. אם מי מכם עשוי לחפוץ לתרום מזמנו, לקידום פרויקט ה"חומרה הפתוחה" של גילבורד52, פירוט שיקולי התכנון, יוכל לעזור להבין, מדוע מומשה החומרה באופן שמומשה ומתוך ההבנה הזו, תוכלו לתרום מהידע שלכם ולהציע שיפורים בחומרה הקיימת.

 

Gilboard Voltage Regulator מייצב-מתח בגילבורד, הכולל גוף-קירור


שיקולי תכנון שנעשו בלוח-פיתוח "גילבורד"

ההחלטה השיקול
בחירת המיקרובקר הבקר שנבחר הוא זול יחסית, נפוץ וזמין לפיכך קל להשיגו, קיים זמן רב ומוכר, כלי-פיתוח זמינים וחינמיים, כמות גדולה יחסית של פיני I/O לפיכך מאפשר בקרה קלה יחסית, על כמות גדולה של רכיבים חיצוניים. מכיל זיכרון-תוכנית (Program) פנימי, חוסך את הצורך בחיבור זיכרון חיצוני. אינו דורש מתקן-תכנות (Programmer) יקר, לפיכך נגיש לכל.
 בחירת תדר הגביש

תדר פופולארי. מאפשר יצירת תיזמונים נוחים (בגלל שמחזור-מכונה בבקר הזה, מורכב מ-12 מחזורי-שעון). מתאים ל-RS232, מאפשר ליצור בקלות את כל קצבי-השידור (באוד) הנפוצים.

 שימוש בחוצץ (374') לשליטה על הלדים

לבקר יש יכולת דחיפת-זרם מועטה. הוא לא מסוגל להפעיל לד שמחוברת אליו ישירות. החוצץ מאפשר אספקת זרם מתאימה ללדים, מבלי להעמיס את יציאות הבקר.

החוצץ מגן על יציאות הבקר מפני קצרים (למשל לד שנשרפת במקרה והופכת לקצר לרגע).

 השימוש בנגדי Pull-up ביציאות של פורט 0
 פורט 0 של הבקר הוא מסוג Open-drain, לפיכך הוספו נגדי PU, לפינים ששולטים על התצוגה.
 בחירת סוג הקונקטור עבור מתקן-התכנות (ISP)
 נבחר קונקטור שבשימוש נפוץ בתעשיה, לחיבור מתקנים בעלי חיבור ISP.
 שימוש בלוגיקה (NAND-U4), כדי לאפשר תכנות הבקר, גם בזמן שמחוברת תצוגת LCD
בזמן שמתכנתים את הבקר, יש למנוע מהבקר של תצוגת ה-LCD לפעול במצב Read, כי הוא גורם להוצאת מידע אל פורט 1 וזה משבש את פעולת התכנות. לפיכך הוסף מעגל לוגי המתבסס על רכיב יחיד - 7400, שמכיל 4 שערים מסוג NAND. מומשה דרגה לוגית, שמזהה מצב Reset במעגל (במהלך שלב תכנות, הבקר נמצא במצב Reset מתמשך).
 חיבור הקווים של פורט 1 לשורת הלדים וגם לתצוגה האלפא-נומרית ומניעת הפרעה הדדית בינהם
 מכיוון שליחידת התצוגה וכן ליחידת הלדים, ישנו פין אפשור (Enable), זוהתה אופציה ל"חסכון" ברגלי I/O - תצוגת ה-LCD וגם תצוגת הלדים חוברו במקביל אל פורט והבחירה אל מי מהם לפנות, נעשית בקוד, על-ידי מתן אות אפשור מתאים, רק לתצוגה הרצויה (LCD או לדים).
 חיבור התאורה האחורית של ה-LCD לאספקת-מתח קבועה
 קל יותר לקרוא תצוגת LCD כשהתאורה האחורית פועלת. ניתן לבנות מעגל שיספק שליטה על כיבוי/הדלקת התאורה האחורית, אך מכיוון שלתאורה הזו אין צריכת-הספק משמעותית, הוחלט לחברה באופן קבוע לאספקת-כח. במקרה שמחליטים שלא לחבר את התאורה האחורית כלל (תהיה כבויה באופן קבוע), אין לכך שום השפעה על שאר המעגל ואף מתקבל חסכון מסוים בהספק (שיקול שיש להתחשב בו, במערכות המופעלות בסוללות).
 התקנת מייצב-מתח על-גבי הלוח
 על-מנת לפשט את אספקת המתח, מבחינת המשתמש, הוחלט להוסיף מייצב-מתח פשוט ל-5V. המייצב מאפשר לחבר אל הלוח אספקת מתח DC, בתחום מתחים רחב (7V עד 12V ואף יותר מכך, בהתאם לדפי-הנתונים). כמו-כן ניתן להשתמש במקורות-מתח שאינם מיוצבים מאד (כמו למשל ספקי-מתח זולים שנתקעים בשקע חשמלי) ועדיין לקבל על הלוח, 5V יציב.
הוספת גוף-קירור למייצב-מתח רכיב המייצב מתח 7805, מסוגל לספק זרם של עד 1A, לפי דפי-הנתונים שלו. באופן מעשי, ככל שצריכת הזרם ממנו עולה, כך הרכיב מתחמם יותר ויותר. במעגל הבסיסי המוצע של גילבורד, שכולל תצוגת LCD אלפא-נומרית וספר לדים, אין הכרח להשתמש בגוף-חימום על המייצב, אך עדיין זו המלצה הגיונית, בעיקר אם מחברים עומסים נוספים אל הלוח.
 הוספת לד ירוקה שמחוברת קבוע בין VCC ל-GND
 זוהי לד Power, שמספקת אינדיקציה למשתמש, לכך שהמעגל מקבל אספקת מתח (פועל).

השיקולים בטבלה לעיל, הם השיקולים העיקריים שנעשו במהלך התכנון של גילבורד. ישנם שיקולים נוספים, פחות מרכזיים שנעשו ולא מופיעים בהסבר, כי הם מובנים מאליהם או לחילופין, שימוש בהחלטה שונה, תסבך את המימוש של הלוח.

 

אם אתם רוצים לפנות אליי (גיל), ניתן לעשות זאת דרך האימייל: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.