Cortex-M微控制器電子定時(shí)器：無線電Shack混音器

在這個(gè)Radio Shack Classic Circuits Remix中，我們?yōu)榭茖W(xué)博覽會(huì)65-In-1套件的老式電子定時(shí)器項(xiàng)目添加了現(xiàn)代微控制器功能。

Radio Shack 1973年的目錄中引入了科學(xué)博覽會(huì)65-in-1電子項(xiàng)目套件。顧名思義，它附帶了65個(gè)項(xiàng)目的說明。在本文中，我們將構(gòu)建項(xiàng)目29的修改版本，即電子定時(shí)器。

在這個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)典版本中，按下科學(xué)博覽會(huì)套件上的按鍵開關(guān)時(shí)，會(huì)打開一個(gè)小燈泡。松開鑰匙開關(guān)后，通過旋轉(zhuǎn)電位器來控制燈泡亮起的時(shí)間。在混音版本中，我們將使用微控制器來控制燈何時(shí)打開。圖1顯示了混音電子定時(shí)器項(xiàng)目在運(yùn)行時(shí)的樣子。

已完成的電子定時(shí)器項(xiàng)目。

圖1.已完成的電子定時(shí)器項(xiàng)目。圖片由Don Wilcher提供

這個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)產(chǎn)品概念快速原型制作的練習(xí)。正如我們將看到的，我們只需使用科學(xué)博覽會(huì)套件、瑞薩微控制器板和附帶的免費(fèi)項(xiàng)目軟件以及晶體管繼電器模塊，就可以快速有效地構(gòu)建匯款電子定時(shí)器。然而，在我們進(jìn)一步討論我們的新添加內(nèi)容之前，讓我們先看看原始手冊(cè)中出現(xiàn)的電子定時(shí)器項(xiàng)目。

科學(xué)博覽會(huì)電子定時(shí)器項(xiàng)目65-in-1套件

科學(xué)博覽會(huì)65-in-1電子項(xiàng)目套件手冊(cè)在每個(gè)項(xiàng)目條目中包括以下信息：

項(xiàng)目的名稱。

接線圖。

接線圖和電路原理圖。

操作部分，提供運(yùn)行項(xiàng)目的步驟順序。

A工作原理部分，提供電路的技術(shù)說明。

圖2顯示了電子定時(shí)器的項(xiàng)目描述頁(yè)面，這是我們將要構(gòu)建然后修改的電路。這個(gè)經(jīng)典項(xiàng)目的目標(biāo)是展示晶體管RC（電阻電容）電路的基本應(yīng)用。

科學(xué)博覽會(huì)上的電子定時(shí)器項(xiàng)目65合1電子項(xiàng)目套件手冊(cè)。

圖2.科博會(huì)65合1電子項(xiàng)目套件手冊(cè)中的電子定時(shí)器項(xiàng)目。圖片由Don Wilcher提供

經(jīng)典電子定時(shí)器將被納入我們的最終項(xiàng)目，因此圖2是一個(gè)很好的參考。誰能抗拒那些卡通電容器上的笑容呢？

匯款電子定時(shí)器：項(xiàng)目概念與操作

當(dāng)我們構(gòu)建項(xiàng)目時(shí)，我們將使用科學(xué)博覽會(huì)工具包的以下部分：

鍺PNP晶體管。

電解電容器（×2）。

50 k?電位器。

信號(hào)燈。

鑰匙開關(guān)。

科學(xué)博覽會(huì)65-in-1電子項(xiàng)目套件的電子部件位于帶彈簧端子的紙板安裝表面上。彈簧端子允許點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接線。

除了科學(xué)博覽會(huì)套件，我們還需要一個(gè)Cortex-M微控制器。我選擇了具有Cortex-M23內(nèi)核的瑞薩EK-RA2E1板作為開箱即用的解決方案。該板將通過一個(gè)小型晶體管繼電器模塊連接到經(jīng)典電子定時(shí)器（科學(xué)博覽會(huì)套件）。

我們將在操作開始時(shí)使用科學(xué)博覽會(huì)套件的按鍵開關(guān)來測(cè)試電路。之后，我們將通過按下微控制器套件的表面貼裝設(shè)備（SMD）觸覺按鈕開關(guān)來打開電子定時(shí)器。圖3中的框圖說明了設(shè)備概念。

混音電子定時(shí)器框圖。

圖3.混音電子定時(shí)器框圖。圖片由Don Wilcher提供

請(qǐng)注意，圖3不包括項(xiàng)目的軟件部分。RA2E1中斷控制器單元（ICU）的示例軟件允許使用按鈕開關(guān)進(jìn)行ON/OFF控制。根據(jù)最初的電子定時(shí)器項(xiàng)目的教育目的，ICU軟件演示了中斷如何作為外部觸發(fā)器來啟動(dòng)切換和控制應(yīng)用程序中的事件。

當(dāng)混音電子定時(shí)器工作時(shí)，按下觸覺按鈕將切換SMD LED。該LED連接到R7FA2E1 Cortex-M23微控制器的P915端口引腳，并將作為指示燈。P915端口引腳提供約3.3V的控制信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)晶體管繼電器模塊。

繼電器模塊的常開（N.O）觸點(diǎn)將其連接到科學(xué)博覽會(huì)套件，該套件將接線以創(chuàng)建實(shí)際的定時(shí)器電路。測(cè)試開關(guān)和晶體管繼電器模塊的N.O觸點(diǎn)將并聯(lián)接線。

圖4顯示了匯款電子定時(shí)器的完整電路示意圖。

匯款電子定時(shí)器示意圖。

圖4.匯款電子定時(shí)器示意圖。圖片由Don Wilcher提供

示意圖的左半部分被EK-RA2E1套件和晶體管繼電器模塊占據(jù)。這些共同構(gòu)成了我們所說的啟用控制器。請(qǐng)注意，圖中僅顯示了EK-RA2E1套件的微控制器，未顯示套件的其余部分，包括觸覺按鈕開關(guān)。

示意圖的右半部分是經(jīng)典電子定時(shí)器。由于我們?cè)诒竟?jié)前面討論了啟用控制器的操作，讓我們簡(jiǎn)要地對(duì)電路的這一部分做同樣的操作。

當(dāng)按下按鍵開關(guān)（SW1）或啟用控制器的按鈕開關(guān)時(shí)，會(huì)向2SB鍺PNP晶體管（Q1）施加負(fù)偏壓。當(dāng)Q1接通時(shí)，向小型白熾燈泡（LA1）供電。

電容器（C1和C2）和旋轉(zhuǎn)電位器（R2）提供了一個(gè)時(shí)間常數(shù)，以允許晶體管——以及燈泡——在SW1被釋放或控制器的觸覺按鈕被切換后保持開啟狀態(tài)。

電位器作為變阻器（可變電阻器）連接。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)電位器會(huì)增加電阻；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)可以減小阻力。電阻越大，白熾燈泡保持點(diǎn)亮的時(shí)間就越長(zhǎng)。

除了觸覺按鈕開關(guān)外，這里提到的所有組件——SW1、Q1、LA1、C1、C2和R2——都包含在科學(xué)博覽會(huì)套件中。

構(gòu)建混音電子定時(shí)器

混音電子定時(shí)器的硬件組件可分為三個(gè)部分：

連接科學(xué)博覽會(huì)套件，創(chuàng)建經(jīng)典電子定時(shí)器。

將晶體管繼電器模塊和瑞薩微控制器套件連接在一起，以創(chuàng)建啟用控制器。

將啟用控制器和經(jīng)典電子定時(shí)器連接在一起，以創(chuàng)建最終項(xiàng)目。

對(duì)于步驟1，請(qǐng)按照?qǐng)D4中的示意圖進(jìn)行操作。圖2中重現(xiàn)的經(jīng)典項(xiàng)目說明也可能對(duì)您有所幫助

這就引出了啟用控制器。如果我們回頭參考圖4，很容易將晶體管繼電器模塊連接到EK-RA2E1板。步驟如下：

將信號(hào)引腳連接到EK-RA2E1板的端口引腳P915。

將跳線插入EK-RA2E1板的Arduino Uno母頭+5 V腔中，將另一端連接到晶體管繼電器模塊的+5 V公引腳。

要為晶體管繼電器模塊提供返回路徑，請(qǐng)將一根電線插入EK-RA2E1板Arduino Uno母頭GND腔。接地線的另一端將連接到晶體管繼電器模塊的GND引腳。

最后，將跨接導(dǎo)線連接到接線板上的N.O和公共端子點(diǎn)。兩根電線應(yīng)與測(cè)試開關(guān)（圖4中的SW1）并聯(lián)。

晶體管繼電器模塊需要+5 V和接地（GND）才能正常工作。圖5顯示了典型+5 VDC晶體管繼電器模塊的引腳。

典型晶體管繼電器模塊的引腳。

圖5.典型晶體管繼電器模塊的引腳。圖片由Don Wilcher提供

組裝好的啟用控制器如圖6所示。

組裝好的EK-RA2E1啟用控制器。

圖6.組裝好的EK-RA2E1啟用控制器。圖片由Don Wilcher提供

最后，

我們將啟用控制器連接到經(jīng)典電子定時(shí)器。完全組裝好的混音電子定時(shí)器如圖7所示。

完全組裝好的混音電子定時(shí)器設(shè)備。

圖7.完全組裝好的匯款電子定時(shí)器設(shè)備。圖片由Don Wilcher提供

添加項(xiàng)目軟件

為了啟用Cortex-M控制功能，我們需要為微控制器的中斷控制單元（ICU）安裝一些軟件。包含EK-RA2E1試劑盒ICU代碼的軟件包可以在瑞薩電子網(wǎng)站上找到。請(qǐng)注意，您必須先在瑞薩注冊(cè)一個(gè)免費(fèi)帳戶，然后才能訪問它。

注冊(cè)并登錄后，導(dǎo)航到EK-RA2E1文檔頁(yè)面，下載標(biāo)記為EK-RA2E1ExampleProjectBundle的應(yīng)用程序說明及其相關(guān)示例代碼。在圖8中，正確的應(yīng)用程序注釋用黑色圈出。

EK-RA2E1套件的示例項(xiàng)目包和示例代碼。

圖8.EK-RA2E1套件的示例項(xiàng)目包和示例代碼。圖片（修改）由瑞薩提供

要使用ICU代碼，需要在微控制器開發(fā)機(jī)器上安裝基于Eclipse的靈活軟件包。

最終測(cè)試和操作

軟件安裝完成后，匯款電子定時(shí)器應(yīng)完全正常工作，并準(zhǔn)備好讓我們按下按鈕。