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2019年05月31日 | STM32掌机教程2，掌机的原理
2019-05-31 来源：eefocus
打地鼠的逻辑
打地鼠的逻辑很简单：我点亮某个LED，然后开始计时。如果在规定的时间内按下了LED对应的按键，那么加分，点亮下一个LED。按错按键，或者规定时间内没有按下，则减命，点亮下一个LED。
那么如何点亮某个LED？如何检测按键是否按下呢？
我选择了一款带LED的按键。大小是12mm乘12mm，用手指按大小正好，手感也不错，就是有一点，真贵。
淘宝就1块钱了，我找的中发配单就更贵了。并且其实吧，，，，，灯和按键完全是分开的！两个器件，凑到一块了而已。
我把按键做成了一个集成库的封装。原理图就是这个样子：
SLED接到单片机的引脚上，只要单片机引脚给低电平，就能点亮LED。不同颜色的灯限流电阻值大小不一样，根据亮度稍微试一下就行。
SKEY也接到了单片机上，由于STM32可以设置为内部上拉输入，所以不需要外接上拉电阻。按键按下去以后，SKEY接到GND上。也就是没按下按键的时候，SKEY是高电平，按下按键以后，SKEY是低电平。
供电设计
电脑的USB口就是5V供电，所以生活中很容易得到5V的电源，我用microUSB来供电。就是以前的安卓充电头，不是快充那种。
除此之外，预留了插针P3，也可以改造为电池供电，4.5V，6V都可以工作。供电芯片是LDO，电源的质量比较有保障。
为了方便调试，也可以用Jlink OB供电和下载程序。板子预留了SWD下载方式，相对于JLink V8，OB便宜多了。并且的Jlink OB还送了一根microUSB线。
为了避免马大哈接错电源正负极，烧坏板子，电源部分用F1和D4的配合做了防反接设计。如果VCC_IN和GND接反了，那么D4导通，大电流通过保险丝，保险丝瞬间断开，保护电路。保险丝同志是不是因此牺牲了？并不，我们用的是自恢复保险丝，在通过高电流时并不是烧坏，而是变为“高阻态”，等故障排除以后，重新变为“低阻态”。在接线正常的情况下，D4反向截止，相当于断路。
D5是个TVS管，用于防静电，它有个特点，在它感受到两侧收到反向瞬态高能量冲击时，可以很块变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。 简单来说，就是它两端的电压不能超过这个预设值。而人体带的静电通常超过几百伏特，击穿小小的掌机轻而易举，所以，要加防护。再加上我这霹雳贝贝的体质，曾经玩无人机的时候，第一次触摸无人机就把主控芯片击穿了，累积击穿的器件估计超过1000块了，所以来个大只的TVS管，SMB封装，妥妥的。
屏幕显示设计
考虑到显示分数的需求，选用了一款0.96寸的OLED屏幕。这个屏幕应用很广泛，某宝上有很多，买来模块，通过杜邦线连接就能用。
而我把OLED画到PCB上了，因为对于我来说，可能画个PCB比接线还省事。实际上在企业里，几乎没有人用开发板，也没人用杜邦线跳来跳去接线。
至于具体的电路设计——太多了，我去网上找了几个方案，综合了一下，把IIC与SPI两种接口都保留了，图纸如下。
不过，，，后来发现屏幕可能太小了，0.96寸打个俄罗斯方块都有点费劲。以后要是升级的话，可以考虑1.44寸，还能全彩。话说，屏幕哪有够用的时候，做手机的那帮人想做个全面屏，刘海屏，水滴屏，都快疯了。
蜂鸣器的设计
用过蜂鸣器的同学可能都会有一个疑问，到底选用有源蜂鸣器，还是无源蜂鸣器？
这里的源指的不是电源，而是震荡源。有源蜂鸣器内部有震荡源，通电就会叫，控制起来很简单，也贵一些。无源蜂鸣器没有内部震荡源，便宜一些，不能通电就叫。
那么无源蜂鸣器怎么工作？写程序来控制引脚的电平变化周期，看似用起来复杂一点，其实能玩的花样就多得多了，频率可控，也就是音调可控，音调可控，那就唱歌呗。听说，只要采集人声，分析人声的频率，然后以极快的速度发送给蜂鸣器，蜂鸣器就可以模拟人声了。潜力无限啊。我们当然要选无源的蜂鸣器了。
以后让代码来播放背景音乐。也可以把掌机作为点唱机，按下某个按键，就播放某个音乐。虽然是简陋的电子音，但是，可以展现工科生的浪漫啊！
蜂鸣器算是大功率器件了，引脚不能直接驱动，要借助三极管。R22是个下拉电阻，可以让蜂鸣器在默认状态下不要发出声音。BEEP输出高电平时，三极管导通，蜂鸣器发出声音。但是由于是无源蜂鸣器，只能响一声；需要BEEP输出低电平，然后再输出高电平，才可以继续发出声响。
其实无源蜂鸣器没有正负极，引脚的状态不用太在意。
说到有源和无源了，晶振也分有源和无源。一般情况下，没有特殊要求的晶振，用的都是无源的。
整体电路设计大概就是这样，基本上就是最小系统板+OLED+带灯按键。
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