Projektowanie elektroniki - metody i strategie implementacji nowości technologicznych

| Technika

Współczesny rynek konsumencki wymusza nieustanny postęp, redukcję kosztów oraz przyczynia się do sukcesywnego skracania czasu życia produktów. Z jednej strony jest to zjawisko korzystne, gdyż pozwala konsumentom nabywać coraz nowsze i bardziej funkcjonalne urządzenia, a tym samym zwiększa sprzedaż i dochody firm elektronicznych. Z drugiej strony jednak przyczynia się do zwiększania presji wywieranej na konstruktorów, którzy muszą opracowywać coraz bardziej złożone urządzenia w coraz krótszym czasie. Tym samym dokładne zapoznanie się z dokumentacją podzespołów oraz pisanie oprogramowania jest coraz bardziej utrudnione przez brak czasu.

Projektowanie elektroniki - metody i strategie implementacji nowości technologicznych

Projektowanie na wyższym poziomie abstrakcji

Rys. 6. Efekt obsługi graficznego wyświetlacza - wyświetlono na nim fragment okładki magazynu "Elektronik"

Niekiedy rozwiązania, jakie mają zostać zastosowane w urządzeniu, są zbyt czasochłonne w implementacji lub zbyt złożone, aby mógł to zrobić dany zespół projektantów. W takiej sytuacji pozostaje wykorzystanie zintegrowanych modułów lub układów scalonych realizujących pożądaną funkcję: obsługę sieci Ethernet, Wi-Fi, GSM, GPRS, łącza USB czy dekodowanie strumienia MP3. Rozwiązania tego typu obsługują wybrany standard i udostępniają uproszczony interfejs od strony wejścia.

Przykładem może być sprzętowy dekoder strumienia MP3 - VS1011. Pobiera on cyfrowy strumień danych, dekoduje go i wystawia na wyjściu sygnał analogowy, dzięki czemu nie trzeba samodzielnie implementować dekodera, a projekt może zostać zakończony znacznie szybciej. Podobne ułatwienie w realizacji komunikacji z komputerem przez łącze USB można osiągnąć, stosując jeden z wielu scalonych konwerterów USB-RS232.

Komunikacja staje się wtedy znacznie prostsza i możliwa do zrealizowania nawet przez mniej doświadczony zespół. Warto zauważyć, że ubocznym efektem takiego działania jest uniknięcie problemów z pozyskaniem numeru VID i pisaniem sterowników. Konstruktorzy unikają zagłębiania się w szczegóły obsługi standardu USB i korzystają z przyjaznego interfejsu szeregowego bądź równoległego. Podobnie implementacja komunikacji sieciowej może być ułatwiona dzięki modułom Wi-Fi czy Ethernet, które od strony mikrokontrolera udostępniają standardowy port szeregowy.

Zwalnia to projektantów z konieczności implementowania warstwy fizycznej i pisania stosu TCP/IP. W tym przypadku oszczędność czasu także jest znacząca, a projekt może zostać doprowadzony do końca nawet przez mniej doświadczonych konstruktorów. Również komunikacja radiowa z wykorzystaniem Bluetooth czy ZigBee jest znacznie łatwiejsza do zrealizowania, gdy wykorzystywane są gotowe moduły odpowiedzialne za zestawienie połączenia i transmisję danych.

Wyświetlacze graficzne

Graficzny, kolorowy wyświetlacz pozwala unowocześnić wygląd oferowanego produktu i nadać mu nowy, innowacyjny charakter. Na rynku dostępna jest szeroka oferta tych elementów - począwszy od zwykłych matryc TFT bez wbudowanego kontrolera po zintegrowane rozwiązania mające własny sterownik dodany przez producenta. Przykładowe wyświetlacze wyszczególniono w tabeli 4. Wybór konkretnego modelu jest uwarunkowany przede wszystkim ceną oraz wymaganym stopniem złożoności obsługi i dostępną mocą obliczeniową.

Najłatwiejsze w obsłudze są wyświetlacze zawierające zintegrowany kontroler, a tym samym prosty interfejs komunikacyjny. Odpowiada on za odbieranie poleceń z mikrokontrolera lub układu programowalnego, pamiętanie stanu poszczególnych pikseli oraz odświeżanie obrazu. Dzięki temu obraz może być generowany również przez wolniejsze układy, gdyż obraz nie musi być odświeżany parędziesiąt razy na sekundę. Sterowanie sprowadza się w takiej sytuacji do wskazania adresu kolumny i wiersza, pod który ma być zapisana informacja o kolorze piksela.

Mimo prostoty interfejsu wybrany do testów wyświetlacz zapewnia możliwość wyświetlenia 256 kolorów w rozdzielczości 320×240 pikseli. Otrzymywany obraz sprawia, że docelowe urządzenie będzie miało czytelniejszy interfejs użytkownika oraz atrakcyjniejszy wygląd. Na rysunku 6 zaprezentowany efekt obsługi graficznego wyświetlacza - wyświetlono na nim fragment okładki magazynu "Elektronik". Obsługa rezystancyjnego panelu dotykowego również nie należy do skomplikowanych.

Można ją zrealizować w oparciu o scalone kontrolery lub wykorzystując porty mikrokontrolera współdzielone z przetwornikiem ADC. Problem ten został poruszony np. w nocie aplikacyjnej 4-Wire and 8-Wire Resistive Touch-Screen Controller (SLAA384 opublikowanej przez Texas Instruments). W ten sposób może powstać estetyczny i łatwy w obsłudze interfejs użytkownika bez nadmiernego skomplikowania projektu.

Podsumowanie

Opracowanie urządzenia nowoczesnego, cechującego się dużą funkcjonalnością, innowacyjnością i wyróżniającego się na rynku nie jest sprawą tanią ani prostą. O sukcesie decyduje m.in. dobre rozeznanie w ofercie podzespołów, doświadczony zespół projektantów, czas na przeprowadzenie niezbędnych testów oraz dobór poszczególnych komponentów. W sytuacji, gdy koszt nie jest krytycznym czynnikiem, można stosować układy scalone lub moduły, które realizują samodzielnie zadaną funkcję.

Tym samym najtrudniejsze problemy zostają rozwiązane przez producentów tych elementów i umożliwiają szybsze wprowadzenie produktu na rynek. Warto również przed zakupem konkretnych podzespołów zapoznać się z udostępnionymi materiałami, aby wybrać rozwiązanie możliwie najłatwiejsze w implementacji i mające bogatą dokumentację. Warto zwrócić uwagę na prezentacje producentów, które pozwolą zapoznać się z możliwościami wybranych rozwiązań.

Korzystając z ogólnie dostępnych forów internetowych można sprawdzić opinie innych osób o danym układzie, ustalić, jaką cieszą się popularnością oraz czy ich praca jest stabilna i wolna od nieprawidłowości. Dobrym pomysłem jest zakup zestawów ewaluacyjnych przed zastosowaniem wybranych podzespołów, aby przeprowadzić wstępne testy i ocenić, czy wybrane rozwiązanie będzie adekwatne do potrzeb.

Jakub Borzdyński

Zobacz również

Dostępne nowe wydanie
Pobierz bezpłatnie