Cortex-M微控制器电子定时器：无线电Shack混音器

在这个Radio Shack Classic Circuits Remix中，我们为科学博览会65-In-1套件的老式电子定时器项目添加了现代微控制器功能。

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Radio Shack 1973年的目录中引入了科学博览会65-in-1电子项目套件。顾名思义，它附带了65个项目的说明。在本文中，我们将构建项目29的修改版本，即电子定时器。

在这个项目的经典版本中，按下科学博览会套件上的按键开关时，会打开一个小灯泡。松开钥匙开关后，通过旋转电位器来控制灯泡亮起的时间。在混音版本中，我们将使用微控制器来控制灯何时打开。图1显示了混音电子定时器项目在运行时的样子。

已完成的电子定时器项目。

图1.已完成的电子定时器项目。图片由Don Wilcher提供

这个项目是一个产品概念快速原型制作的练习。正如我们将看到的，我们只需使用科学博览会套件、瑞萨微控制器板和附带的免费项目软件以及晶体管继电器模块，就可以快速有效地构建汇款电子定时器。然而，在我们进一步讨论我们的新添加内容之前，让我们先看看原始手册中出现的电子定时器项目。

科学博览会电子定时器项目65-in-1套件

科学博览会65-in-1电子项目套件手册在每个项目条目中包括以下信息：

项目的名称。

接线图。

接线图和电路原理图。

操作部分，提供运行项目的步骤顺序。

A工作原理部分，提供电路的技术说明。

图2显示了电子定时器的项目描述页面，这是我们将要构建然后修改的电路。这个经典项目的目标是展示晶体管RC（电阻电容）电路的基本应用。

科学博览会上的电子定时器项目65合1电子项目套件手册。

图2.科博会65合1电子项目套件手册中的电子定时器项目。图片由Don Wilcher提供

经典电子定时器将被纳入我们的最终项目，因此图2是一个很好的参考。谁能抗拒那些卡通电容器上的笑容呢？

汇款电子定时器：项目概念与操作

当我们构建项目时，我们将使用科学博览会工具包的以下部分：

锗PNP晶体管。

电解电容器（×2）。

50 kΩ电位器。

信号灯。

钥匙开关。

科学博览会65-in-1电子项目套件的电子部件位于带弹簧端子的纸板安装表面上。弹簧端子允许点对点接线。

除了科学博览会套件，我们还需要一个Cortex-M微控制器。我选择了具有Cortex-M23内核的瑞萨EK-RA2E1板作为开箱即用的解决方案。该板将通过一个小型晶体管继电器模块连接到经典电子定时器（科学博览会套件）。

我们将在操作开始时使用科学博览会套件的按键开关来测试电路。之后，我们将通过按下微控制器套件的表面贴装设备（SMD）触觉按钮开关来打开电子定时器。图3中的框图说明了设备概念。

混音电子定时器框图。

图3.混音电子定时器框图。图片由Don Wilcher提供

请注意，图3不包括项目的软件部分。RA2E1中断控制器单元（ICU）的示例软件允许使用按钮开关进行ON/OFF控制。根据最初的电子定时器项目的教育目的，ICU软件演示了中断如何作为外部触发器来启动切换和控制应用程序中的事件。

当混音电子定时器工作时，按下触觉按钮将切换SMD LED。该LED连接到R7FA2E1 Cortex-M23微控制器的P915端口引脚，并将作为指示灯。P915端口引脚提供约3.3V的控制信号，用于驱动晶体管继电器模块。

继电器模块的常开（N.O）触点将其连接到科学博览会套件，该套件将接线以创建实际的定时器电路。测试开关和晶体管继电器模块的N.O触点将并联接线。

图4显示了汇款电子定时器的完整电路示意图。

汇款电子定时器示意图。

图4.汇款电子定时器示意图。图片由Don Wilcher提供

示意图的左半部分被EK-RA2E1套件和晶体管继电器模块占据。这些共同构成了我们所说的启用控制器。请注意，图中仅显示了EK-RA2E1套件的微控制器，未显示套件的其余部分，包括触觉按钮开关。

示意图的右半部分是经典电子定时器。由于我们在本节前面讨论了启用控制器的操作，让我们简要地对电路的这一部分做同样的操作。

当按下按键开关（SW1）或启用控制器的按钮开关时，会向2SB锗PNP晶体管（Q1）施加负偏压。当Q1接通时，向小型白炽灯泡（LA1）供电。

电容器（C1和C2）和旋转电位器（R2）提供了一个时间常数，以允许晶体管——以及灯泡——在SW1被释放或控制器的触觉按钮被切换后保持开启状态。

电位器作为变阻器（可变电阻器）连接。顺时针旋转电位器会增加电阻；逆时针旋转可以减小阻力。电阻越大，白炽灯泡保持点亮的时间就越长。

除了触觉按钮开关外，这里提到的所有组件——SW1、Q1、LA1、C1、C2和R2——都包含在科学博览会套件中。

构建混音电子定时器

混音电子定时器的硬件组件可分为三个部分：

连接科学博览会套件，创建经典电子定时器。

将晶体管继电器模块和瑞萨微控制器套件连接在一起，以创建启用控制器。

将启用控制器和经典电子定时器连接在一起，以创建最终项目。

对于步骤1，请按照图4中的示意图进行操作。图2中重现的经典项目说明也可能对您有所帮助

这就引出了启用控制器。如果我们回头参考图4，很容易将晶体管继电器模块连接到EK-RA2E1板。步骤如下：

将信号引脚连接到EK-RA2E1板的端口引脚P915。

将跳线插入EK-RA2E1板的Arduino Uno母头+5 V腔中，将另一端连接到晶体管继电器模块的+5 V公引脚。

要为晶体管继电器模块提供返回路径，请将一根电线插入EK-RA2E1板Arduino Uno母头GND腔。接地线的另一端将连接到晶体管继电器模块的GND引脚。

最后，将跨接导线连接到接线板上的N.O和公共端子点。两根电线应与测试开关（图4中的SW1）并联。

晶体管继电器模块需要+5 V和接地（GND）才能正常工作。图5显示了典型+5 VDC晶体管继电器模块的引脚。

典型晶体管继电器模块的引脚。

图5.典型晶体管继电器模块的引脚。图片由Don Wilcher提供

组装好的启用控制器如图6所示。

组装好的EK-RA2E1启用控制器。

图6.组装好的EK-RA2E1启用控制器。图片由Don Wilcher提供

最后，

我们将启用控制器连接到经典电子定时器。完全组装好的混音电子定时器如图7所示。

完全组装好的混音电子定时器设备。

图7.完全组装好的汇款电子定时器设备。图片由Don Wilcher提供

添加项目软件

为了启用Cortex-M控制功能，我们需要为微控制器的中断控制单元（ICU）安装一些软件。包含EK-RA2E1试剂盒ICU代码的软件包可以在瑞萨电子网站上找到。请注意，您必须先在瑞萨注册一个免费帐户，然后才能访问它。

注册并登录后，导航到EK-RA2E1文档页面，下载标记为EK-RA2E1ExampleProjectBundle的应用程序说明及其相关示例代码。在图8中，正确的应用程序注释用黑色圈出。

EK-RA2E1套件的示例项目包和示例代码。

图8.EK-RA2E1套件的示例项目包和示例代码。图片（修改）由瑞萨提供

要使用ICU代码，需要在微控制器开发机器上安装基于Eclipse的灵活软件包。

最终测试和操作

软件安装完成后，汇款电子定时器应完全正常工作，并准备好让我们按下按钮。