普冉PY32系列(十) 基于PY32F002A的6+1通道遥控小车I - 综述篇

目录

• 普冉PY32系列(一) PY32F0系列32位Cortex M0+ MCU简介
• 普冉PY32系列(二) Ubuntu GCC Toolchain和VSCode开发环境
• 普冉PY32系列(三) PY32F002A资源实测 - 这个型号不简单
• 普冉PY32系列(四) PY32F002A/003/030的时钟设置
• 普冉PY32系列(五) 使用JLink RTT代替串口输出日志
• 普冉PY32系列(六) 通过I2C接口驱动PCF8574扩展的1602LCD
• 普冉PY32系列(七) SOP8,SOP10,SOP16封装的PY32F002A/PY32F003管脚复用
• 普冉PY32系列(八) GPIO模拟和硬件SPI方式驱动无线收发芯片XN297LBW
• 普冉PY32系列(九) GPIO模拟和硬件SPI方式驱动无线收发芯片XL2400
• 普冉PY32系列(十) 基于PY32F002A的6+1通道遥控小车I - 综述篇
• 普冉PY32系列(十一) 基于PY32F002A的6+1通道遥控小车II - 控制篇
• 普冉PY32系列(十二) 基于PY32F002A的6+1通道遥控小车III - 驱动篇

基于PY32F002A的6+1通道遥控小车I - 综述篇

以下介绍基于 PY32F002A 和 XL2400 的低成本无线遥控实现. 因为内容较多, 分三篇说明.

实物图

先放上最终的实物

遥控器

• 遥控器包含两个十字电位器, 两个旋钮电位器, 六个轻触开关和两个滑动开关, 显示部分为12864LCD.
• 两个十字电位器, 两个旋钮电位器组成了六个模拟通道. 模拟通道数量受PY32F002A的PIN脚限制, 全部用上可以做到八个, 因为我想保留SWD口, 所以只做了六个. 普通应用只需要双摇杆加两个双调节, 基本够用了.
• 第七个通道是一组开关量, 六个轻触开关和两个滑动开关共8个bit, 是通过74HC165扩展实现的, 当前的设计只用了一片74HC165, 采集8个开关信号, 通过串联更多的74HC165可以扩展到16个或24个开关信号.
• 无线模块是可插拔设计, 便于替换XL2400和XN297LBW, 以及测试不同天线的性能

驱动器

• 中间9个通道为高速IO通道, 直接关联到PY32F002A的PIN脚, 这些PIN都关联到TIM1或TIM3(看下面的PIN分配表), 可以设置为原生PWM输出
• 两侧的8PIN排针一共16个通道为扩展IO通道, 使用74HC595扩展产生, 可以输出开关量或低速PWM
• 当前的小车的电机控制仅用到扩展IO
• 无线模块是可插拔设计
• 驱动端可以控制的通道并不受6+1限制, 驱动器并不局限于驱动小车, 9路高速IO加16路扩展IO可以驱动很多设备
• 模块的螺丝孔位是针对这种小车底盘设计的, 但是只能上一边, 不能全上

设计目标

看完实物, 回到最初的设计思路. 因为是从零开始, 在这一阶段设计中为快速验证, 先确定结构, 避免复杂设计, 只考虑数显和单向传输, 不考虑回传数据.

无线控制端

• 双十字摇杆加双调节, 需要至少共6个模拟通道
• 2+6或4+4开关按键, 共8个开关信号
• LCD屏显

电机驱动端

• 至少8个高速IO通道, 支持原生PWM信号输出
• 16个低速IO通道, 支持开关信号输出, 或模拟PWM信号输出

硬件部分

主要组件

硬件选型

• MCU: PY32F002A TSSOP20
• 2.4GHz: XL2400 or XN297LBW
• IO Ext: 74HC165, 74HC595
• LCD: ST7567 12864
• Motor Driver: YX-1818

PIN分配

控制板

• 为保持调试的便利, 保留SWD口PA13, PA14作为SWD, SWC使用, 在开发中使用JLink RTT输出日志. JLink RTT日志输出可以参考这篇 使用JLink RTT代替串口输出日志.
• 将NRST口复用为IO, 屏蔽RST功能, 参考 SOP8,SOP10,SOP16封装的PY32F002A/PY32F003管脚复用
• 使用ST7567是因为正好手里有不少1寸的ST7567LCD屏, 而且能和XL2400复用SPI口(其实也就复用了两个PIN), 可以换成I2C接口的SD1306.
• XL2400使用了硬件方式的SPI通信, 具体可以看前一篇GPIO模拟和硬件SPI方式驱动无线收发芯片XL2400
• ST7567和XL2400合用一个硬件SPI口, 通信时使用PB2和PB3进行选择
• 模拟信号的输入使用 PA0, PA1, PA2, PA3, PA4, PA5 这六个ADC通道
• 开关信号的输入使用一片74HC165进行转换, 理论上可以级联2~3片, 每片能扩充出8个开关信号

具体的PIN分配如下

		ST7567	XL2400	摇杆1	摇杆2	调节1	调节2	74HC165
PA0				X
PA1				x
PA2					X
PA3					X
PA4						X
PA5							X
PA6								CLK
PA7								QH
PA13	SWD
PA14	SWC
PB0		RESET
PB1		DC/AO
PB2			CSN
PB3		CSN/CE
PF0		SCK	SCK
PF1			DATA
PF2	NRST	MOSI	DATA
PF4/PB6	BOOT0							SH/LD

驱动板

• 保留SWD口PA13, PA14作为SWD, SWC
• 将NRST口复用为IO, 屏蔽RST功能
• ST7567和XL2400合用一个硬件SPI口, 通信时使用PB2和PB3进行选择
• 一共9个高速IO输出通道, 都有对应的时钟, 可以产生PWM信号. 使用PIN脚: PA0, PA1, PA2, PA3, PA6, PA7, PB0, PB1, PB3
• 使用两片74HC595作为IO输出扩展, 产生16个低速IO输出通道

具体的PIN分配如下

		XL2400	原生PWM	74HC595
PA0			TIM1_3
PA1			TIM1_4
PA2			TIM3_1
PA3			TIM1_1
PA4				SER/DS
PA5				SRCLK/SHCP
PA6			TIM3_1
PA7			TIM3_2
PA13	SWD
PA14	SWC
PB0			TIM3_3
PB1			TIM3_4
PB2		CSN
PB3			TIM1_2
PF0		SCK
PF1		DATA
PF2	NRST	DATA
PF4/PB6	BOOT0			RCLK/STCP

电路原理图

遥控器

• 遥控器使用了一片PY32F002A TSSOP20和一片74HC165D SOP16,
• 手柄输入使用的是两个16x16的摇杆电位器. 摇杆电位器有13x13和16x16两种尺寸, 如果需要使用13x13可以自行更换.
• 电源部分使用的是一节18650. 除了XL2400耐压为3.6V以外, PY32F002A和其它元件都可以工作在5V, 因为满电电压会超过4V, 为了防止损坏XL2400, 这里使用一颗二极管做简单降压兼反接保护. 经实测验证 XL2400 可以工作在 3.8V.
• 如果需要严格意义上的3.3V输入, 可以替换成低压降的XC6206P332MR.
• 微动开关都加了上拉电阻
• 两侧摇杆电位器的开关和对应最外侧的开关相通, 按压等效
• 遥控面板不包含无线模块

驱动控制

• 驱动端使用的是一片 PY32F002A TSSOP20 和两片 74HC595D SOP16
• PY32F002A 和 74HC595D 供电由一片AMS1117提供, 工作在3.3V. 因此电源输入不能低于4V, 不能使用单节18650
• 电机供电部分与电源输入直通. 为避免复杂度, 电路中未内建DC-DC转换, 如果电机/舵机需要5V或6V的准确电压, 需要外接DC-DC模块供电
• 电源部分有一个1A的自恢复保险
• 控制板不包含无线模块, 不包含电机驱动

电机驱动

电机驱动使用的是 YX-1818, 支持两组有刷直流电机, 外围元件简单, 也可以采用成品的 MX1616 驱动模块或者L9110, L298等. 驱动玩具DC电机只需要几百毫安, 选择哪种都可以.

无线模块

无线部分使用的是 XL2400, 也可以换成XN297LBW, 这两个芯片的电路是兼容的. 具体可以参考GPIO模拟和硬件SPI方式驱动无线收发芯片XL2400, 这里的电路一样但是PCB部分做了改进, 占用尺寸更小. 注意模块的PIN脚和遥控器, 驱动板的排针孔位是对应的, 如果买成品的XN297LBW模块, 需要自行修改PIN脚顺序.

PCB

在一块 10cm x 10cm 的 PCB 上集中了上面提到的所有模块, 可以在嘉立创上一次打印, 但是需要自行分割. PCB上包含的内容

• 遥控面板 * 1
• 驱动控制板 * 1
• 电机驱动 * 2
• 无线模块 * 3

正面

反面

参考

• PY32F002A+Ci24R1遥控器
  
  在立创开源广场搜到的一个同类设计, 参考了部分元件选择(例如YX-1818驱动).