DOOM Watch на ESP32. Часть 1

Что не сделано или требует доработки:

1. Индикатор батареи
2. Схема барьера зарядки реализована на Schottky диоде
3. Антена расположена не совсем удачно и на другом слое от ESP32

Не туториал!

По дисплею

Я применил цветной дисплей на контроллере ST7789 с разрешением 240×240. Он довольно компактный и дешевый. В сети все больше появляется драйверов и портов. Например есть порт для LittlevGL, но на этом дисплее нет тача. Думаю его можно докупить и приклеить. Может у кого-то есть опыт? Поделитесь

Я разработал на ST7789 одну плату и она «завелась» без каких либо проблем

По заливке программ и debug

Я использовал USB-TO-UART BRIDGE преобразователь CP2102. Во первых он компактный и во вторых схема подключения очень простая и почти не требуется дополнительных деталей.

Option 2: A 4.7 μF capacitor can be added if powering other devices from the on-chip regulator.

Если подключить REGIN и VBUS к питанию USB 5V то потребуется только шунтирующий конденсатор на входе. Хотя думаю может работать и без него. VDD на чипе в этом случае это выход! Я сделал ошибку и подключил его к 3.3V питания схемы и не мог понять почему у меня на питании 4.65V ?!

По ссылке в документации внизу есть варианты подключения к 3.3V питания. Но думаю совершенно не надо питать CP2102 когда нам не надо заливать или дебажить девайс

По модулю зарядки батареи

Резистор на LTC4054 устанавливает ток зарядки:

По питанию

Питание осуществляется от батарей 3.7V со стабилизатором HT7833. Выходной ток 500mA. Он имеет малое ~300mV падение напряжения. LD1117-3.3 имеет «немного» больше.

Замечание про выводы VDD_SDIO. Этот пин выход питания 1.8V или 3.3V в зависимости от того в каком состоянии находится IO12 микроконтроллера при старте. 3.3V GPIO12 is 0 (default)

VDD_SDIO works as the power supply for the related IO, and also for an external device.

When VDD_SDIO operates at 1.8 V, it can be generated from ESP32’s internal LDO. The maximum currentthis LDO can offer is 40 mA, and the output voltage range is 1.65 V~2.0 V.

When the VDD_SDIO outputs 1.8 V, the value of GPIO12 should be set to 1 when the chip boots and it is recommended that users add a2 kΩ ground resistor and a 4.7 mF filter capacitor close to VDD_SDIO.

When VDD_SDIO operates at 3.3 V, it is driven directly by VDD3P3_RTC through a 6Ωresistor, therefore,there will be some voltage drop from VDD3P3_RTC.

When the VDD_SDIO outputs 3.3 V, the value of GPIO12 is 0 (default) when the chip boots and it is recommended that users add a 1mF capacitor close to VDD_SDIO

Это очень удобно если у вас flash 1.8V. Но в моем случае я забил на этот вывод и подключил мою 3V3 flash и PSRAM к общему питанию

Некоторые модули ESP32 используют VDD_SDIO поэтому на IO12 нельзя ничего вешать из перефирии при старте. Можно например повесить кнопку. В одном из моих решений я повесил на IO12 ногу SPI и модуль не стартовал. Видимо на IO12 попала единица с этого порта SPI, а нужен был 0 или наоборот. Это надо учитывать!

All together:

8MB PSRAM

8MB PSRAM Upgrade Mod
Support for external RAM

PCB antenna

Я использовал Small Size 2.4 GHz PCB antenna. Она есть в библиотеке Eagle Autodesk и занимает небольшую площадь. Можно наверное применить CERAMIC DIELECTRIC ANTENNA но ее надо покупать, а цена PCB антенны это немного бОльшее занимаемое место. Однако керамическая антенна менее эффективна. Для проверки концепта пойдет

Antenna Design and RF Layout Guidelines

Немного о с согласовании антенны

В документации ESP32 Hardware Design Guidelines на стр 7 дается рекомендация по реализации RF фильтра:

The output impedance of the RF pins of ESP32 (QFN 6*6) and ESP32 (QFN 5*5) are (30+j10) Ω and (35+j10) Ω, respectively

Для расчета воспользуемся Online Smith Chart Tool. Основная идея попасть в центр круга при (30+j10). Однако это расчетные данные и на реальное использование параметров может повлиять толщина дорожек и текстолита, а также расположение относительно других компонентов схемы

Это не единственная схема согласования антенны. Например согласование на плате esp32-pic выполнено немного иначе:

esp32-pico-kit-v4_schematic

Smith Chart and Impedance Matching

Так же важно расположение антенны и свободная область вокруг нее. Как я написал ранее, в моем случае положение выбрано не оптимально. Но для первой итерации платы и проверки концепта пойдет

Вторая часть будет посвящена самой плате а третья портированию софта. Возможно все уместится в одну.

Я немного забегу вперед по порту Doom от компании производителя Espressif Systems. В порте применяется ILI9341 у нас ST7789. Но поскольку инициализация и вывод буфера вынесен в отдельный файл и разбит на отдельные методы, адаптация под мой дисплей не должно вызвать большие сложности.

• За инициализацию дисплея отвечает ili_init и displayTask
• За отображения на дисплее отвечает displayTask

void IRAM_ATTR displayTask(void *arg) { 	int x, i; 	int idx=0; 	int inProgress=0; 	static uint16_t *dmamem[NO_SIM_TRANS]; 	spi_transaction_t trans[NO_SIM_TRANS]; 	spi_transaction_t *rtrans;      esp_err_t ret;     spi_bus_config_t buscfg={         .miso_io_num=-1,         .mosi_io_num=PIN_NUM_MOSI,         .sclk_io_num=PIN_NUM_CLK,         .quadwp_io_num=-1,         .quadhd_io_num=-1,         .max_transfer_sz=(MEM_PER_TRANS*2)+16     };     spi_device_interface_config_t devcfg={         .clock_speed_hz=26000000,               //Clock out at 26 MHz. Yes, that's heavily overclocked.         .mode=0,                                //SPI mode 0         .spics_io_num=PIN_NUM_CS,               //CS pin         .queue_size=NO_SIM_TRANS,               //We want to be able to queue this many transfers         .pre_cb=ili_spi_pre_transfer_callback,  //Specify pre-transfer callback to handle D/C line     };  	printf("*** Display task starting.\n");      //Initialize the SPI bus     ret=spi_bus_initialize(HSPI_HOST, &buscfg, 1);     assert(ret==ESP_OK);     //Attach the LCD to the SPI bus     ret=spi_bus_add_device(HSPI_HOST, &devcfg, &spi);     assert(ret==ESP_OK);     //Initialize the LCD     ili_init(spi);  	//We're going to do a fair few transfers in parallel. Set them all up. 	for (x=0; x<NO_SIM_TRANS; x++) { 		dmamem[x]=pvPortMallocCaps(MEM_PER_TRANS*2, MALLOC_CAP_DMA); 		assert(dmamem[x]); 		memset(&trans[x], 0, sizeof(spi_transaction_t)); 		trans[x].length=MEM_PER_TRANS*2; 		trans[x].user=(void*)1; 		trans[x].tx_buffer=&dmamem[x]; 	} 	xSemaphoreGive(dispDoneSem);  	while(1) { 		xSemaphoreTake(dispSem, portMAX_DELAY); //		printf("Display task: frame.\n"); #ifndef DOUBLE_BUFFER 		uint8_t *myData=(uint8_t*)currFbPtr; #endif  		send_header_start(spi, 0, 0, 320, 240); 		send_header_cleanup(spi); 		for (x=0; x<320*240; x+=MEM_PER_TRANS) { #ifdef DOUBLE_BUFFER 			for (i=0; i<MEM_PER_TRANS; i+=4) { 				uint32_t d=currFbPtr[(x+i)/4]; 				dmamem[idx][i+0]=lcdpal[(d>>0)&0xff]; 				dmamem[idx][i+1]=lcdpal[(d>>8)&0xff]; 				dmamem[idx][i+2]=lcdpal[(d>>16)&0xff]; 				dmamem[idx][i+3]=lcdpal[(d>>24)&0xff]; 			} #else 			for (i=0; i<MEM_PER_TRANS; i++) { 				dmamem[idx][i]=lcdpal[myData[i]]; 			} 			myData+=MEM_PER_TRANS; #endif 			trans[idx].length=MEM_PER_TRANS*16; 			trans[idx].user=(void*)1; 			trans[idx].tx_buffer=dmamem[idx]; 			ret=spi_device_queue_trans(spi, &trans[idx], portMAX_DELAY); 			assert(ret==ESP_OK);  			idx++; 			if (idx>=NO_SIM_TRANS) idx=0;  			if (inProgress==NO_SIM_TRANS-1) { 				ret=spi_device_get_trans_result(spi, &rtrans, portMAX_DELAY); 				assert(ret==ESP_OK); 			} else { 				inProgress++; 			} 		} #ifndef DOUBLE_BUFFER 		xSemaphoreGive(dispDoneSem); #endif 		while(inProgress) { 			ret=spi_device_get_trans_result(spi, &rtrans, portMAX_DELAY); 			assert(ret==ESP_OK); 			inProgress--; 		} 	} } 

Заказ на плату отправлен на фабрику Jlcpcb.

Челенж запущен!