G-BASIC Console. Финальное железо.

Все статьи по данной игровой консоли - по тегу G-BASIC

UPD: Вот тут обновление прошивки и дополнительное описание работы

Ну вот и настала пора готового устройства.

Аппаратная часть построена на базе отладочной платы STM32F411 и TFT-дисплея 240х240 пикселей с диагональю 1.54". 
Управление - 8 кнопок. Обратная связь - пьезопищалка и вибромотор. Программы хранятся на микроSD-карточке. Питание - литиевый аккумулятор.

Программная часть: Встроенный компилятор языка BASIC и среда выполнения скомпилированных программ. Доступно 60 000 байт для программы и 60 000 байт ОЗУ для переменных. Управление вибромотором, генератором звука, яркостью подсветки дисплея и скоростью работы процессора непосредственно из программы. Доступ из программы к файловой системе SD-карточки - чтение-запись данных, загрузка изображений в ОЗУ, прямая отрисовка изображений из файла непосредственно в дисплей, запуск других программ.

Оболочка: Поддержка категорий программ, возможность показа краткого описания и/или изображения для каждой программы. 
Глобальные настройки яркости дисплея, громкости звуков, запрет вибромотора. 
Автовыключение через 1..30 минут при отсутствии нажатий на кнопки. 
Настройка даты-времени (для работы с датой создания/изменения файлов).

Аппаратная часть - моя, программная - совместно с Fluffy.

Схема.

Схема в PDF.

Микроконтроллер.

Применен МК STM32F411 на отладочной плате. МК имеет не самый паябельный корпус, да и почему то отладочная плата на али стоит дешевле, чем отдельно покупать МК и всю обвязку.

Питание. 

Питание устройства производится от литиевого аккумулятора, подключенного к коннектору JP1.
Применено два 3.3-вольтовых LDO-стабилизатора. Через стабилизатор IC3 питаются встроенные в МК часы реального времени, этот стабилизатор включен все время. Через IC4 питается основная схема. Этот стабилизатор включается через транзисторный каскад Q1Q3 - управляемый выключатель. Выключатель управляется кнопкой SW8 и  сигналом с МК. Эти сигналы развязаны диодами D1D2.
R10R11 - делитель для измерения напряжения аккумулятора. 
IC2 - зарядная часть, TP4056 в классическом включении. 5 вольт для зарядки аккумулятора поступают с отладочной платы при её подключении к зарядному устройству. 
Резистор R14 задает ток зарядки аккумулятора. Резистор выбирается в зависимости от емкости  примененного аккумулятора и желаемого тока зарядки. Ток вычисляется по формуле Iзар.(мА) = 1200  / R14 (кОм). 

Средний ток потребления консоли - 60-70 мА. 

Управление.

Управление консолью осуществляется при помощи 8 кнопок. SW1-SW7 подключены к МК напрямую, SW8 - через диод. Диоды - это развязка управления ключом питания.

Звук и вибрация.

Пьезопищалка подключается к контактным площадкам W1 "buzzer". Лучше применить пищалку в корпусе-резонаторе. Оно звучит громче. Вибромотор применен плоский, диаметром 10 мм.

Дисплей.

В примененном дисплее управление подсветкой подтянуто к питанию. И при нажатии на кнопку включения, пока МК еще не запустился и не выставил на своих портах нужные логические уровни, подсветка включается на доли секунды. Что бы такого не происходило - добавлен резистор R16. Никакой другой роли этот резистор не несёт. От этого резистора можно смело отказаться, поскольку в рабочем режиме через него течет бесполезный ток в районе 3 мА. C7 - фильтр по питанию.

Картридер.

Применен слот для микроSD карты с дополнительным контактом наличия карты. R3-R7 - подтягивающие резисторы, они обязательны.
Q2 - управление питанием карты, C1C2 - фильтр по питанию.
Питание на карту подается только в моменты работы с файлами. Если нет открытых файлов, питание с карты снимается приблизительно через секунду после последнего обращения к ней.
Светодиод LED1 - индикация работы с картой. R9 задает ток через диод. При применении ярких диодов этот резистор может быть увеличен. У меня применен зеленый диод с резистором 8.2 кОм.

Примененные детали.

Дисплей  - Выбрать "PCB without font library"

Кнопки

Вибромоторчики

Держатель для microSD

Микроконтроллер на плате - выбрать "F411"

Печатная плата.

Плата размерами 86х54 мм разработана в двух вариантах - для заказа на фабрике и для ручного изготовления.

Особенности монтажа были описаны ранее - часть деталей монтируется под платой микроконтроллера.

Плата микроконтроллера устанавливается так, что бы не касаться смонтированных под ней деталей. Монтаж платы МК можно выполнять тонкими проводниками - 40 проводников дадут достаточную жесткость крепления. Я использовал обрезанные выводы от выводных резисторов. Монтаж нужно выполнять так, что бы на лицевую сторону проводники выступали минимально. В идеале - вообще не выступали, что бы не мешали ни пальцам, ни монтажу кнопок. 

Отверстие в середине платы - под детали на плате дисплея, что бы его можно было приклеить двусторонним скотчем непосредственно к плате консоли.

Половина нижней стороны платы отведена под размещение аккумулятора.

Аккумулятор можно применить до размеров 40х40 мм

либо до 33 х 54 мм

Герберы.

Основная плата для заказа на производстве.

Основная плата для ручного изготовления.

Декоративная плата-накладка.

Прошивка.

Здесь все просто. Прошивка заливается в МК при помощи программатора ST-Link и программы ST-LUNK Utility.

Для заливки прошивки необходимо, подключив плату к программатору, программатор к ПК, запустить программу ST-LINK Utility. 

В программе:
Выбрать Target - Connect
После успешного подключения выбрать Target - Erase chip
Выбрать File - Open file - выбрать файл с прошивкой.
Далее Target - Program & Verify
После успешной заливки программы в МК - Target - Disconnect

Прошивка лежит вот тут. Текущая версия 1.0.491. Прошивка однозначно будет обновляться, хотя бы для добавления встроенных игр. Сейчас их там две. Змейка и Зоникс (Ксоникс).

Ксоникс - мой, Змейку писала Fluffy, мои там только доделки некоторых идей.

Управление консолью.

Включение - длинное зажатие кнопки P (power).

Кнопки вверх-вниз - перемещение по списку программ или категорий.

Кнопка вправо - показ дополнительной информации о программе (при наличии).

Кнопка влево - возврат к списку категорий программ (если программы сгруппированы по категориям)

Кнопки A или B - запуск программы или выбор категории.

Краткое нажатие P - вход в режим настроек, длинное - выключение консоли.

Если карта не вставлена либо на ней нет программ - отображается список встроенных программ, иначе - список программ на SD-карте.

--

В режиме настроек стрелки вверх-вниз выбирают изменяемый параметр, стрелки влево-вправо изменяют выбранный параметр.

Настройки сохраняются в файл в корне SD-карты и в область памяти, получающую питание вместе с часами реального времени, через стабилизатор IC3. 
При включении консоли приоритет имеют настройки из памяти.

--

В режиме выполнения программ назначение кнопок определяется алгоритмом программы.

Кнопка P имеет дополнительную функцию - ее нажатие и удержание более 5 секунд принудительно завершает выполнение программы и консоль возвращается к отображению списка программ.