# SimpleBedsideLamp 瑞薩?瑞士卷?披薩?傻傻分不清.只聞其名未能用過瑞薩的Arm芯片,恰好遇到這個機會那就不能錯過. 那...點個燈吧,問了下訓練營管理員.小白萌新能點燈就可以結營,太棒了! (下文為了便于理解,對于一些硬件參數和軟件環境等均使用流行的友商ST產品進行比較) ## 規劃分析 基本上就是對訓練營例程的簡單刪減.**希望橘子姐姐能評定為新手區** 先看一下訓練營案例功能 1. 采用R7FA2E1A72DFL作為電子時鐘的主控芯片 2. 采用一個四位0.56寸共陰極數碼管用來顯示時間 3. 通過DHT11溫濕度傳感器進行環境溫度采集 4. 采用四個按鍵進行時鐘設置按鍵 5. 引出一路復位按鍵、串口電路、SWD下載電路，方便下載調試 6. 瑞薩芯片集成了觸摸引腳，引出一路觸摸引腳出來用來作為觸摸按鈕使用 7. 通過無源蜂鳴器作為時間達到等提示 8. 通過AO3401A+1N5819二極管組成電源切換電路 9. 通過TP4056來給電池充電 ##### 芯:heart: 訓練營要求使用RA2E1系列的`R7FA2E1A72DFL`芯片,這點不能改. ##### 電:electric_plug: 要讓主控運行起來最重要的是什么? 嘉然!!! 咳咳.是電源.燈應該會很費電吧,所以先把訓練營里面的電池和充電部分刪掉!(●'?'●)電什么的最可怕了 直接插充電器,嘿嘿,無窮趨近的電能滾滾而來 ##### 光:sunny: 點燈自然要有燈.數碼管本質上也是燈,所以只能算是*平替*. *搞個亮亮的白光燈,亮堂堂* *搞個繽紛的小彩燈,加性能* 四位數碼管一共32個燈,這里進行了一點點小小的縮減數量11顆燈 ##### 測:eyes: 時鐘搭配溫濕*度傳感器*,怎么看都不那么搭配.**平替**成加速*度傳感器*,僅僅改動兩個字,小改動. 白天要看時鐘吧,亮度低肯定看不清.晚上也要看時鐘吧,那么亮很刺眼.是不是搞個自動適應環境亮度的功能好一點,加一個亮度傳感器.可是...官方例子也沒有,俺一個種田的,俺也不會,俺就留個位置等著官方吧.看清.**只是預留位置沒增加功能的啊** ##### 手:muscle: 總要有個手開燈吧(萬一拍不亮呢).例子有四個物理按鍵和一個觸摸按鍵.小刪除四個按鍵吧(*^_^*) ##### 亂&& 還剩下蜂鳴器,叫起來很吵哎,刪掉! 什么復位按鍵/串口電路/SWD下載電路奇奇怪怪的,都刪掉! 最后橘子說最好弄個外殼,那個建模小白也不會.只好搞個小月球啦 綜上所述,小燈本質上就是例子做了一點點小改動,這一定是個**新手營**的! ## 電路設計 ### MCU MCU是這塊電路的核心,因此優先看MCU手冊.看看DS,這顆:heart:有啥不一樣: - 推薦查看英文手冊!官方提供的中文機翻版本完全沒有校對,純純的機翻,強迫癥"狂喜" ![image.png] - 第一行開頭就是`Ultra Low Power`,哇,超低功耗芯片哎,那是不是可以搞一個紐扣電池供電的小家伙了?直接跳轉到電源參數部分查看.越看越感覺不對,掏出本ST的老版本M0+芯片對照一下,差距有點大.去瑞薩官網深造一番,了解到其低功耗系列是RA2L1(開頭也是UltraLowPower,猜測是同一個模板忘記改了),而RA2E1是入門線產品,其對標應當是ST的F0系列.查看RA2L1的價格,立創20+,淘寶6.50.好吧,還是乖乖用RA2E1吧(盡管也在訓練營期間漲價了) - M23內核,這點不錯,比很多國產廠還在用免費授權的古董M0/M3強.不過,M23也不算新,2016年末發布.M23定位還是低端入門MCU,同級別是M0<M0+<M23.因此可以理解M23就是M0ultra(據說M0固件可以直接燒M23,未測試).相較于M0支持硬除法,TZ安全擴展和MPU結構優化(這點是好事,MPU更靈活了,但是M23體現不大要看M33應用).后面兩點本次開源項目基本用不到 關注完整體與核心參數,開始關注細節外設. #### RTC&CGC 時鐘精度,內置SOSC(LSI)在DS中表明其在全電壓域時鐘范圍(DS內未提及溫度環境)在27.8528~37.6832KHz,按中心頻率32.768KHz計算誤差約為±15%.對比友商G030,其全電壓域(2.0~3.6V)全溫度域(-40~85℃)LSI范圍在29.5~34KHz,按范圍中心31.75計算誤差約為7%(按32.768KHz最大誤差約為10%).可見RA2E1這顆料內置RTC性能并不好,盡管訓練營例程使用內置RTC,這里仍使用外置晶振以提升精度(CGC: xcin&xcout). ![image.png] 掉電走時,畢竟誰也不想每次插拔電源都要重新設定時間,那就麻煩死了.RA2E1這顆料沒有外置Vbat引腳,一般小封裝或對芯片低功耗有信心的芯片都不會單獨將Vbat引出,而是要求軟件上識別到外部電源掉電切換到電池后立即進入低功耗模式,算是秀肌肉的強制要求吧.這對電路設計有些要求,必將電池將為整個MCU供電.由于使用固定電源供電因此外部電源恒為3.3V要固定高于紐扣電池電壓的,電路設計簡單了一些.唯一需要注意的就是二極管需要選擇正向壓降小漏電流小的.給予芯片一個外部電源插入信號來喚醒芯片(內置PVD檢測也可以).這里將信號給Wakeup引腳即NMI中斷引腳.官網上沒找到對應的應用手冊,因此具體電路參考友商的AN4718. 配置RTCOUT輸出1pps信號,用來測量RTC走時精準度. 便于測試新芯片一般都會把MCO引出,這里復用為白光LED的使能引腳. #### CTSU CTSU其實就是觸摸外設.雖然這顆芯片支持互電容方案,但查看官方幾塊開發板都沒有使用,想找個參考在訓練營群里問了兩次FAE都被忽略.官方都沒設計互電容的板子,俺也不冒失了,老老實實搞自電容方案吧 觸摸識別本質是對電容頻率檢查,芯片對觸摸電極充電(電容),引腳電壓低于低閾值開始充電,到達高閾值開始放電,一充一放為一個周期,每個周期捕獲一次計數.當系統靜態時電容恒定因此充放電周期恒定即計數值恒定.當手指/其他物品同電極靠近時,增加了系統電容進而導致充放電周期增加. 那么這個系統電容都包含哪些呢?PCB上一般存在Ctrace(線路同參考地),Cgroud(MCU參考地和大地),Celectrode(電極同參考地),Ccomponet(芯片內寄生電容),Ctouch(手指和電極在參考地和大地形成的電容)幾個電容,可見`ΔC==Ctouch`,Cgroud為固定值,其余可統稱為Cp.Cp增加則靈敏度降低,Ctouch增加則靈敏度提升,同時受限于芯片能力,C總值應小于芯片上限(50pF) 先說簡單的觸摸電極優化方向:(開源平臺Markdown沒有對公式的支持,公式就不貼了) - 電極需要緊密連接至覆蓋層,間隙大于2mm要使用彈簧等方式 - 覆蓋層的介電常數越大越好,通常使用介電常數2~8之間的材料,傳導材料不可用.**需小心含金屬微粒的油漆/涂層** - 覆蓋層厚度越小越好,觸摸電極的面積越大越好. 然后是重頭戲,PCB設計中減少寄生電容的方式: - 對于Cp影響大小的排序一般為:線路長度>電極附近覆銅>線路同覆銅距離>>過孔數量>電極面積≈線路寬度. - 芯片封裝影響,不同芯片封裝導致金線鍵合差異,芯片內部外設的電流變化以及高頻動作都會對觸摸外設部分造成影響.此部分需要對芯片進行測試,部分專業廠商會在手冊中進行提及(如ESP32的IO32).推薦選擇受此影響小的觸摸引腳以及其他設計上減小芯片上的瞬間電流波動. - PCB基材常見為FR4材質,當板厚降低時應減少電極背面覆銅或之間取消.這里討論的均是基于此,畢竟FPC啥的咱也沒用過. - 線路長度不應超過300mm(實際不會有這種案例吧),每增加100mm長度計數值下降15%左右 - 線路離覆銅(參考地)間隙應大于1mm. - 線路應被覆銅環繞以增加抗干擾能力.線路同覆銅應間隔1mm以上(此值受覆蓋層厚度影響),推薦覆銅比例20%下(6mil線寬,50mil間距)覆銅網格應同線路45度相交.同實心覆銅間隔5mm以上.電極底面使用實心覆銅時計數值下降15%左右,使用網格覆銅將降低10%左右.同時,覆銅應合理否則推薦分割覆銅區,免得實際覆銅成為某高頻信號的天線. > 覆銅這部分很多人對這點持反對態度,莫工就提醒過不要背面覆銅.因為覆銅圖案會同電極/線路電容耦合,進而增加Cp影響靈敏度.實際應用中推薦增加網格覆銅,可以抑制一些噪聲增加抗波動能力(電極此時可視為天線).應用環境存在電磁噪聲或射頻環境時應增加底面覆銅.但應嚴格按照手冊推薦設計,如RA的設計指南要求電極與網格覆銅間距5mm,覆銅寬度小于5mm. > > RA有芯片支持有源屏蔽,推薦使用.但訓練營指定芯片RA2E1不支持. - 線路過孔數量越少越好,過孔應在電極邊緣以減少不同層線路間寄生電容.增加10個過孔時計數值下降8%左右 - 線路/電極下方盡量不走線,走線應予觸摸線路90度相交,平行走線至少間隔4mm以上減少同線路的正對面積.高功率信號線(載波)如電極驅動電源線,射頻線路等應盡可能原理并做好屏蔽.(實際把觸摸電路按照弱模擬信號布線規則即可) - 多路線路間距1.27mm以上. - 電極尺寸應貼合手指尺寸,當覆蓋層厚度增加時應酌量增加電極尺寸,通常在12mm上下.電極造型圓形最佳,不推薦使用存在尖角造型(電荷會聚集在尖角).電極間距應大于5mm以上(覆蓋層厚度增加時也應增加) > 滑條中每條寬度應大于8mm,滑條間距0.5mm~2mm,高度12mm左右.常見造型為V,W型 > > 雙工滑條(一維矩陣),滑條上為同一個引腳布置兩個塊,軟件上比較相鄰塊值來確定實際觸摸位置. > > 矩陣鍵盤,同機械按鍵鍵盤,使用N+M個IO識別N*M個按鍵.電極圖案使用四葉草