Как подружить планшет с микроконтроллером (МК)? Какие способы проводного и беспроводного соединения доступны? Какие новинки появились в микроконтроллерном мире ? Как написать и отла -дить программу под OCAndroid? На эти и другие вопросы будут даны ответы в новом цикле статей.
Почему планшет?
Радиолюбители, осваивающие МК разных типов, используют для программирования, отладки и вывода информации персональный компьютер. Это удобно и практично. Однако есть целый ряд приложений, в которых хотелось бы иметь «умный» переносной прибор, наделенный интеллектом не хуже, чем у стационарного компьютера. Ноутбук такую проблему не решает, нужно что-то более легкое, дешевое и менее габаритное.
На помощь придет планшетный компьютер или, по-простому, планшет. Само слово — французского происхождения (фр. planchette).В вычислительной технике оно обозначает плоский мобильный компьютер со встроенным аккумулятором и сенсорным дисплеем (тачскрином) небольшого размера. Планшеты с диагональю экрана 7…11 дюймов занимают промежуточное положение между более мелкими смартфонами и более крупными ультрабуками.
Современный планшет, как правило, содержит одну или две цифровые камеры, микрофон, стереодинамики, акселерометр, Wi-Fi, Bluetooth, USB-OTG и другие интерфейсы. Управление ведется вручную, нажатием на виртуальные чекбоксы, но имеются и физические кнопки для включения питания, регулирования громкости и т.д.
Учитывая доступность и низкую цену планшетов, сейчас у каждого члена семьи может быть свой аппарат с отдельным доступом к Интернету, и это нормально. Наличие связи с Всемирной паутиной подразумевается априори, ведь еще с первых образцов за этими изделиями закрепилось название «интернет-планшет»
Критерии выбора планшета.
Габаритные размеры и масса:
- планшеты с диагональю 7-8 дюймов весят около 300 г, легко помещаются во внутренний карман куртки или в дамскую сумочку, что ценно при поездках. Их удобно держать в одной руке на весу;
- планшеты с диагональю 9-10 дюймов весят 500-600 г (новейший SonyXperiaZ2 с рекордом 426 г не в счет). Это вариант домашнего пользования. Экрану них большой, соответственно, картинки смотрятся привлекательнее, текст читать легче, да и нажимать пальцами на сенсорные кнопки проще.
Характеристики дисплея:
- подавляющее большинство планшетов имеют «длинный» экран с соотношением сторон 16:9 или 16:10. Это позволяет в полном размере и без искажений смотреть кинофильмы, что немаловажно для досуга. Аппараты с экраном 4:3 в микроконтроллерных экспериментах тоже можно применять;
- разрешающая способность для экранов 7-8 дюймов желательно 1024×600, для экранов 9-10 дюймов — 1280×800. Разумеется, чем больше число пикселей, тем лучше, но верхнюю границу определяет толщина кошелька покупателя;
- лучшей яркостью при солнечном свете обладают дисплеи с технологией IPS или PLS, но такие планшеты дороже по цене. Для домашнего (не уличного) применения подойдут и самые бюджетные модели с обычным TN-экраном;
- тип сенсорной матрицы у современных дисплеев будет однозначно емкостной с мультитачем на 10 касаний, резистивные матрицы уходят в прошлое, их доля на рынке составляет 1:20.
Встроенные интерфейсы:
- Wi-Fi присутствует во всех моделях планшетов (а как же без него!);
- разъем USB служит для подключения к компьютеру и подзарядки питания. Его роль может играть и системный разъем, что не принципиально. Весьма желательна функция USB-host или, по-другому, USB-OTG, которая позволяет через кабель-переходник подключать флешки, клавиатуру, мышь, картридер;
- модем 3G (2G) превращает планшет в смартфон с выходом в Интернет. Это полезно, если отсутствует поблизости сеть Wi-Fi;
- Bluetooth предназначен для отправки и получения файлов на мобильные телефоны, другие планшеты, ноутбуки и компьютеры. Различают Bluetooth версии 2.1, 3.0 и 4.0. Последние две разновидности существенно быстрее;
- GPS служит для определения географических координат по навигационным спутникам. Чудесная вещь в поездках, турпоходах и даже в самолетах, если сидеть в кресле у окна;
- ИК-порт (IR) позволяет использовать планшет вместо пульта ДУ для телевизоров и другой бытовой техники, в том числе самодельной на основе МК. Функция относительно редкая, но она получила вторую «реинкарнацию» в самых современных планшетах фирм Sony, Samsung.
Операционная система (ОС):
- Google Android;
- Apple iOS;
- MS Windows Phone;
- Blackberry OS.
Именно в таком порядке они делят пальму первенства по состоянию на 2013 год (рис.1 ). Остальные ОС, в частности, Symbian, Bada, MeeGo, webOS, по разным причинам распространены мало. За два последних года, как и предсказывали аналитики, Android «обошел на повороте» iOS. Чтобы понять причину — небольшой экскурс в историю.
В 2010 году фирма Apple первой вышла на рынок современных сенсорных планшетов со своим знаменитым iPad, основанном на iOS. Но пользователи быстро сообразили, что хорошая аппаратная начинка сама по себе ничего не стоит, а прикладные программы и игры надо либо покупать (достаточно дорого), либо тратиться на лицензию разработчика, ввиду закрытости исходных кодов.
Второй крупный игрок, фирма Microsoft, выпустила мобильную версию ОС Windows. Правда, для нормальной работы на ней планшетов требуется специфическое «железо» с высокими техническими характеристиками. На «абы-какой» прибор такую ОС не поставишь, соответственно, и желающих внедрять ее в повседневную практику не так много.
Фирма Google пошла совсем другим путем. Исходные коды ОС Android изначально являются открытыми (в отличие от iOS). Аппаратные ограничения не ставятся (в отличие от Windows Phone). Следовательно, ни программисты, ни электронщики дискомфорта в работе с Android не ощущают. В итоге эта ОС успешно внедряется не только в мобильную связь, но и во многие бытовые приборы: телевизоры, игровые приставки, роботы, наручные часы, кофеварки, пылесосы, смартбуки и т.д.
В США платформа Android занимает 51% рынка мобильных устройств, в Европе 68%, в Китае 78%, в Южной Америке 83%. Именно ОС Android стала популярной среди радиолюбителей стран СНГ, и именно она будет применяться в дальнейших экспериментах.
- если хочется иметь меньше хлопот с совместимостью программного обеспечения, то лучше выбрать Android-планшет известных марок (в порядке популярности и массовости): Samsung, Asus, Lenovo,Huaiwei;
- сверхнизкая цена планшета должна настораживать, обычно это связано с какими-то техническими ограничениями или с морально устаревшей моделью.
Версии ОС Android.
В 2005 году стратап-проект «Android», созданный 8 программистами под руководством Энди Рубина, был выкуплен фирмой Google за 50 млн. долларов. Интересный факт, что за 2 недели до этой сделки разработчики Android обращались в фирму Samsung, но корейцев подвело чутье, и они отказались от сотрудничества.
В 2008 году появилась первая рабочая версия Android, которую в дальнейшем окрестили «вкусным» названием яблочного пирога. Практика наделения новых версий ОС нарицательными именами согласно латинскому алфавиту А…К сохранилась и в последующем (табл.1). Активными на сегодняшний день являются версии, старше 4.0, на что и надо рассчитывать при выборе планшета.
ОС Android (по-русски, Андроид) основана на ядре Linux и собственной реализации Java от Google. Впоследствии был создан альянс OpenHandsetAlliance, состоящий из 84 фирм под предводительством Google, который в настоящее время профессионально занимается поддержкой и развитием платформы.
Android использует стандартизованные библиотеки функций. Мощные программные инструменты (бесплатные!) позволяют портировать компоненты из других библиотек, написанных на Си и прочих языках программирования высокого уровня.
Основные причины популярности Android -большое количество бесплатного софта, открытая архитектура «а-ля» Linux и относительная простота создания приложений. Здесь все легко подстраивается под свои нужды, имеется огромное количество примеров и литературы.
Таблица 1
| Версия ОС | Название ОС | Перевод | Дата випуска | Примечание |
| Android 1.0 | “Apple pie” | Яблочный пирог | 23.09.2008 | Первая стабильная версия |
| Android 1.1 | “Banana Bread” | Баановый хлеб | 09.02.2009 | Исправление мелких ошибок |
| Android 1.5 | “Capcake” | Кекс | 30.04.2009 | Добавление возможностей |
| Android 1.6 | “Donut” | Пончик | 15.09.2009 | Поддержка сети СDMA |
| Android 2.0Android 2.1 | “Eclar” | Эклер | 26.10.200911.01.2010 | Поддержка HTML5Добавление ”живых обоев” |
| Android 2.2 | “Froyo” | Замороженый йогурт | 20.05.2010 | Версия для смартфонов |
| Android 2.3 | “Gingerbread” | Имбирьный пряник | 09.02.2011 | Обновление и улучшение |
| Android 3.0Android 3.1Android 3.2 | “Honeycomb” | Медовые соти | 22.02.201110.05.201115.07.2011
|
Учет особенностей интернет-планшетов |
| Android 4.0 | “Ice Cream Sandwich” | Вафельное мороженое | 16.12.2011 | Универсальная платформа для интернет-планшетов и для смартфонов |
| Android 4.1Android 4.2Android 4.3 | “Jelly Bean” | Желейная конфета | 09.07.201213.11.201224.07.2013 | |
| Android4.4 | “KitKat” | Шоколадный батончик | 31.10.2013 | Требуется 512 Мбайт ОЗУ |
Микроконтроллерный мир.
Если среди радиолюбителей провести референдум, то выявится два мощных направления в микроконтроллерных предпочтениях. Во-первых, нестареющие душой 8-разрядные МК. Во-вторых, набирающие популярность 32-разрядные контроллеры.
Для тех, и других типов МК выпускаются оценочные платы. Они дают пользователю программный доступ к цифровым и аналоговым портам, при этом гарантируют отсутствие ошибок в схеме и надежность пайки сверхмелких SMD-элементов. Надо признать, что миниатюрность корпусов современных микросхем реально отбивает у людей охоту «возиться» с пайкой, ведь проще купить готовое изделие и осуществить «быстрый старт».
Наиболее популярными среди моделей 8-бит являются многочисленные клоны Arduino. Их можно подключить к планшету, используя накладки-шилды. Ценно то, что выпускаемые промышленностью шилды Wi-Fi, Ethernet, Bluetooth обладают универсальностью. Их можно состыковать с оценочными платами МК любой разрядности, поскольку связь ведется по двух- или трехпроводной схеме цифровыми сигналами.
Оценочные платы для 32-разрядных «кристаллов» выпускают многие фирмы, но по разнообразию ассортимента и низкой цене нет равных фирме STMicroelectronics (STM). Ее продукцию массово используют самодельщики, ориентируясь на МК с ядром CORTEX (табл.2, рис.2).
- Nucleo — начального уровня, совместимые с Arduino(табл.3, рис.3);
- Discovery — начального уровня общего применения (табл.4, рис.4);
- Evaluation Board — профессиональные, очень «навороченные» и дорогие.
Любую из них можно использовать для связи с планшетом, но особое внимание следует обратить на высокопродуктивные МК семейства STM32F4xx и на новейшую линейку Nucleo.
Таблица 2
| Линейка МК |
Тактовая частота, МГц |
Ядро | Особенности,назначение |
| STM32F030…072 | 48 | Cortex-M0 | МК начального уровня, низкая цена, малоразмерный корпус |
| STM32F100 | 24 | Cortex-МЗ | МК общего применения для промышленности, медицинского оборудования, изделий потребительского рынка |
| STM32F101 | 36 | ||
| STM32F1Ö2 | 48 | ||
| STM32F103…107 | 72 | ||
| STM32F205…217 | 120 | Cortex-МЗ | Высокопроизводительные МК общего применения |
| STM32F3Ö2…383 | 72 | Cortex-M4 | МК с функциями сигнального процессора (DSP, FPU) |
| STM32F401 | 84 | Cortex-M4 | Высокопроизводительные МК с функциями сигнального процессора |
| STM32F405…417 | 168 | ||
| STM32F427…439 | 180 | ||
| STM32L051…063 | 32 | Cortex-M0+ | МК с ультранизким энергопотреблением |
| STM32L100…162 | 32 | Cortex-M3 | МК с низким энергопотреблением |
| STM32TS60 | 72 | Cortex-МЗ | МК с встроенным контроллером резистивных сенсорных панелей |
| STM32W108 | 24 | Cortex-МЗ | МК с встроенным радиотрактом 2,4 ГГц (стандарт ZigBee) |
Таблица 3
| Оценочная плата Nukleo | Встроенный МК (параметры) | Функциональный состав |
| NUCLEO-F030R8 | STM32F030R8T6 (48 MHz, 64 KB Flash, 8 KB RAM) | ST-LINK/V2-1, USB-mini (Virtual СОМ-порт, Mass Storage), SWD, 3 светодиода, 2 кнопки, LQFP-64,питание 3,3; 5,0; 7…12 В, контакты под Arduino-Uno и под STMorpho (полный доступ к портам), цена на сайте изготовителя 10,1.-10,3 USD |
| NUCLEO-F072RB | STM32F072RBT6 (48 MHz, 128 KB Flash, 16 KB RAM) | |
| NUCLEO-F103RB | STM32F103RBT6 (72 MHz, 128 KB Flash, 20 KB RAM) | |
| NUCLEO-F401RE | STM32F401RET6 (84 MHz, 512 KB Flash, 96 KB RAM) | |
| NUCLEO-L152RE | STM32L152RET6 (32 MHz, 512 KB Flash, 48 KB RAM, 12 KB EEPROM) |
Для сведения, платы Nucleo были представлены мировому сообществу в феврале 2014 года. Они построены по упрощенной схеме и служат гибридом, программно и аппаратно совместимым с Arduino-UNO. Их низкая фирменная стоимость объясняется, во-первых, рекламной политикой (цена, близкая к себестоимости), во-вторых, использованием радиоэлементов собственного производства, в-третьих, отсутствием затрат дилеров на транспортирование, растаможивание, торговую наценку.
Новым веянием последнего времени становится встраивание оценочных плат прямо в любительские конструкции. С одной стороны, это экономит массу времени и нервов, поскольку заказывать в Интернете одну печатную плату — дорого, делать самостоятельно «утюгом» — проблематично. С другой стороны, это хобби, а за него, как известно, не жалко и немного переплатить.
Таблица4
| Оценочная плата Discovery | МК (параметры) | Функциональный состав | Цена,USD |
| 32F0308DISCOVERY (STM32F0308-DISCO) | STM32F030R8T6 (48 MHz, 64 KB Flash, 8 KB RAM) | ST-LINK/V2, 4 светодиода, 2 кнопки, 66 контактов | 8,9 |
| 32F072BDISCOVERY (STM32F072B-DISCO) | STM32F072RBT6 (48 MHz, 128 KB Flash. 16 KB RAM) | ST-LINK/V2, гироскоп, сенсорная панель, USB-User, 6 светодиодов, 2 кнопки, 66 контактов | 10,4 |
| 32F401CDISCOVERY (STM32F401C-DISCO) | STM32F401VCT6 (84 MHz, 256 KB Flash, 64 KB RAM) | ST-LINK/V2, гироскоп, компас, микрофон, USB-OTG, аудиоЦАП, 8 светодиодов, 2 кнопки, 106 контактов | 14,2 |
| 32F429IDISCOVERY (STM32F429I-DISCO,рис.4) | STM32F429ZIT6 (180 MHz, 2 MB Flash, 256 KB RAM) | ST-LINK/V2, цветной дисплей 2,4″, ОЗУ 64 Мбит, гироскоп, USB-OTG, 6 светодиодов, 2 кнопки, 134 контакта | 28,8 |
| 32L100CDISCOVERY (STM32L100C-DISCO) | STM32L100RCT6 (32 MHz, 256 KB Flash, 16 KB RAM) | ST-LINK/V2,4 светодиода, 2 кнопки, 66 контактов | 7,7 |
| 32L152CDISCOVERY (STM32L152C-DISCO) | STM32L152RCT6 (32 MHz, 256 KB Flash, 32 KB RAM, 8 KB EEPROM) | ST-LINK/V2, черно-белый LCD 24×4, сенсорная панель, 4 светодиода, 2 кнопки, 60 контактов | 14,8 |
| STM32F0DISCOVERY | STM32F051R8T6 (32 MHz, 64 KB Flash, 8 KB RAM) | ST-LINK/V2,4 светодиода, 2 кнопки, 66 контактов | 8,7 |
| STM32F3 DISCOVERY | STM32F303VCT6 (72 MHz, 256 KB Flash, 48 KB RAM) | ST-LINK/V2, гироскоп, компас, USB-USER, 10 светодиодов, 2 кнопки, 102 контакта | 10,7 |
| STM32F4DISCOVERY | STM32F407VGT6 (168 MHz, 1 MB Flash, 192 KB RAM) | ST-LINK/V2,3-осевой акселерометр, микрофон, USB-OTG, аудиоЦАП, 8 светодиодов, 2 кнопки, 104 контакта | 14,6 |
| STM32L-DISCOVERY | STM32L152RBT6 (32 MHz, 128 KB Flash, 16 KB RAM, 4KB EEPROM) | ST-LINK/V2, черно-белый LCD 24×4, сенсорная панель, 4 светодиода, 2 кнопки, 60 контактов | Снято с произв. |
| STM32VLDISCOVERY | STM32F100RBT6 (24 MHz, 128 KB Flash, 8 KB RAM) | ST-LINK, 4 светодиода, 2 кнопки, 62 контакта | 9,7 |
Автор: Сергей Рюмик, г. Чернигов
Источник: Радиоаматор №4, 2014