Синтезатор на ESP32 и Si5351 c графическим дисплеем на ILI9341 и сенсорным экраном

[IG_58]

Техзадание:

- Дисплей будет цветной, графический, сенсорный, на базе чипа ILI9341, размер 3,2“, разрешающая способность 320х240 пикселей, шина SPI.
- Переключение диапазонов будет реализовано несколькими способами: тактильными кнопками, от сенсорного экрана, а также автоматически: при вращении ручки настройки за пределы диапазона вверх или вниз по частоте, должен автоматически включаться, соответственно, следующий или предыдущий диапазон.
- Частота настройки будет отображаться в цифровом виде. Кроме того, будет реализована динамическая графическая шкала с цифрами, рисками, с подвижным указателем настройки.
- Настройка частоты будет осуществляться оптическим энкодером, и/или перемещением указателя динамической шкалы в желаемую позицию, а также указанием желаемой частоты настройки на шкале методом тыка непосредственно в дисплей.
- Будет кнопка быстрой перестройки, задающая увеличенный шаг настройки при перемещении из конца в конец диапазона или между диапазонами.
- Будет кнопка, при нажатии на которую частота настройки автоматически округляется до целых килогерц.
- Будет реализован режим RIT, управляемый отдельным энкодером. Включение и выключение режима RIT – двойное, от тактильной кнопки и с помощью сенсорного ввода непосредственно на экране.
- S-метр будет отображаться в цифровом виде и в виде барграфа с логарифмической шкалой (как вариант - в виде стрелочного индикатора).
- Будет реализован VU-метр с цифровой индикацией и графической осциллограммой уровня принимаемого сигнала (как вариант - со стрелочным индикатором).
- На экране должны отображаться режимы работы: SSB/AM, Широкая / Узкая полоса ПЧ, Включение/Выключение аттенюатора, Включение / Выключение АРУ.
- Переключение режимов работы будет предусмотрено тактильными кнопками, а также с помощью сенсорного ввода непосредственно на экране.
- Частота настройки и диапазон будут запоминаться при выключении питания.
- Будут обеспечены блокировки, не позволяющие изменять рабочую частоту и переключать диапазоны в режиме передачи (по сигналу PTT). Режим передачи должен заметно отображаться на экране.
- Будет предусмотрен сервисный режим, в котором будут задаваться значения настройки по умолчанию, выбираться цветовая гамма отображения информации и т.п.
- На первом этапе развития системы для синтеза частоты будет применяться Si5351a. В дальнейшем будет обеспечена возможность подключения драйверов второго и/или третьего модуля Si5351, а также Si570, AD9850/AD9851.
- На следующем этапе развития системы при необходимости будет обеспечена возможность реализации CAT.
- Будет предусмотрено достаточное количество резервных сигналов ввода-вывода для дальнейшего расширения системы. Это будет реализовано с помощью расширителей интерфейса PCF8574.
- Будут предусмотрены выходы для управления реле ДПФ и реле переключения режимов работы. Это будет реализовано с помощью расширителей интерфейса PCF8574 и ключей ULN2003.
- В качестве среды разработки будет применяться Arduino IDE.
- Параметры системы (диапазоны, частота ПЧ, значения по умолчанию и т.п.) будут задаваться в отдельном файле конфигурации.
- Код системы будет открыт и подробно откомментирован специально для того, чтобы в нем можно было разобраться, изменить, дописать и т.п.

Видео синтезатора (см. описание на Youtube):



Лучше смотреть на полном экране.
Тактильные кнопки будут другие, с длинными осями - едут из Китая.
Реле ДПФ пока к плате ввода-вывода не подключены, их имитируют светодиоды.
Входной сигнал S-метра на видео имитируется.

Плата процессора (основная):



"Сэндвич" состоит из платы процессора и опциональной платы ввода-вывода:



Печатные платы процессора и ввода-вывода:



Cсылка на платы, файлы Sprint LayOut внизу.

Для достижения высокой динамики при отработке графики понадобились вычислительная мощность и значительный объём памяти. Первоначально планировалось использовать Arduino Nano, но очень быстро выяснилось, что у этого контроллера не хватает ни памяти, ни быстродействия, поэтому
был использован контроллер ESP-WROOM-32 от Espressif, мощность которого неизмеримо выше, чем у ATmega328.


Это 32-битный 2-ядерный контроллер на базе Tensilica Xtensa LX6, 520 Кб памяти SRAM и 448 Кб флеш-памяти, 4 Мб внешней флеш-памяти. Тактовая частота - до 240 МГц в зависимости от режима энергопотребления. Имеются встроенный температурный датчик, датчик Холла, инфракрасный контроллер на приём и на передачу, контроллер сенсорных кнопок, Bluetooth (BLE v4.2 BR/EDR), Wi-Fi (стандарты связи Wi-Fi 802.11 b/g/n (2,4 ГГц)). Вся эта красота для планируемого проекта (пока) не была востребована, была нужна только высокая вычислительная мощность, большой объём памяти и больше количество вводов-выводов. Всего этого вполне хватило, чтобы реализовать мои планы.

Паять под микроскопом SMD-детали у меня нет возможности, поэтому был использован готовый модуль на базе ESP32. Модуль представляет собой гибридную микросборку и имеет два ряда штырьковых разъёмов со стандартным расстоянием 2,54мм, что позволяет легко устанавливать его в плату синтезатора. На модуле, кроме собственно чипа ESP32, смонтирован коммуникационный интерфейс USB на базе CP1201, позволяющий комфортно загружать в контроллер программу и мониторить его состояние средствами Arduino IDE Serial Monitor, а также стабилизатор питания, необходимая обвязка и 2 тактильные кнопки - Reset и Boot.
На рынке существует великое множество исполнений такого модуля. Есть различные варианты - модуль поменьше с 30 контактами и модуль побольше, с 38 контактами. Не было никакого смысла выбирать минимальный вариант, поэтому использован 38-контактный модуль.


Дисплей питается от напряжения 3,3В, для чего на него устанавливается вот такая перемычка:



Номиналы простые:
Все резисторы, кроме LED - 2,2кОм.
Резистор в цепи питания LED дисплея - 390 Ом
Все конденсаторы, кроме электролитов - керамика 0,1мкФ
Все электролиты - от 100 до 470мкФ, не имеет значения.
Всё остальное подписано на платах.
Защитный стабилитрон на входе S-метра - 3,3В.
Резисторы в цепях светодиодов - индикаторов питания - на килоом-полтора, в зависимости от светодиодов.

Скетч распространяется бесплатно по запросам в личке.

[sergejbelyj]

А кардиограмма для чего?

[IG_58]

Для того же, для чего S-метр, только в тренде. Не пробовали наблюдать за динамикой входного сигнала? Может оказаться интересно, и настраиваться удобно.

[RV9OZ]

Наверно сайт на платформе Вашей, теперь закрытой для РФ и не открывается. Мы и это переживем. Прошу прислать схему соединения плат(чтобы чего не спалить). Ведь еще чуть осталось...
Мне удосужилось посмотреть проект UT3MK на том же контроллере. Но ничего кроме ютуб посмотреть нельзя. Я сочувствую жителям
Северодвинска! Терпеть надо -война!

[IG_58]

RV9OZ, Попробуйте видео вот здесь посмотреть:
https://youtu.be/QN0ueiFyrlM

Плата процессора:



Плата ввода-вывода:



Файлы для Sprint Layout и Gerber ниже, во вложении.

Схема соединений, любезно нарисованная коллегой Mantrid с моими корректировками:



Добавлено через 5 минут(ы):

На второй плате установлены два стаба 7805 на 5 В и LM1117-3,3V.

Стаб на 5В питается от входного напряжения 8 - 9 вольт и потребляет ток до 340-350мА (без учёта выходных реле).

Стаб 3,3В питается с выхода стаба 5В. Соответственно по 3,3В потребляется этот же ток 340-350мА.

От 5В еще питается оптический энкодер, но это всего пара миллиампер.

[IG_58]

Пожалуйста, обратите внимание на пару корректировок на второй печатной плате - в верхней ее части появились две вертикальные перемычки правее и чуть ниже LM1117-3,3В.

[RV9OZ]

Эти перемычки ни к каким дорожкам не ведут. Для чего они?

[IG_58]

Они объединяют участки фольги. Если бы их не было, то некоторые цепи не были бы соединены с общим проводом:

[UY3IG]

Написано: "

Дисплей будет ..., сенсорный

. На видео не увидал ни одного касания на дисплей. Все на кнопках.

[IG_58]

UY3IG, внимательнее смотрите с 05:30, 06:14, 8:35 и далее:


https://www.youtube.com/watch?v=QN0ueiFyrlM

https://youtu.be/QN0ueiFyrlM


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - --

Схема чуть-чуть скорректирована, исправлены некоторые неточности: