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zoom RSS ゲーム機の薄型化 その2(回路図編)

<<   作成日時 : 2010/08/21 15:49   >>

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 前回に引き続き薄型ゲーム機の紹介です。
今回は回路図や使用部品、薄型前のゲーム機(以下、旧ゲーム機)との変更点を解説します。

1.マイコン、LCD制御部

(1)概要

 マイコン、LCD制御部は基本的に旧ゲーム機の回路と同じですが、今回は44ピンのdsPICを使用し、ピンに余裕があるため、以下を変更しています。

 @LCDのリセットをPICで制御
  旧ゲーム機は28ピンのPICを使用したため、ピンに余裕がなく、LCDのリセットピンを電源(3V)に接続していまし
  た。今回はピンに余裕があるので普通にPICで制御できます。

 ALCDバックライトのON/OFFをPICで制御
  これもピン数制限から、旧ゲーム機はPICからバックライトの制御ができませんでした。
  今回は時計として常に装置電源ONで使う予定なので、節電のためにバックライト制御は必須です。

 BRTC用XTAL(32.768KHz)を搭載
  ピンに余裕があり、また充電可能なバッテリを搭載することから時計として使えるようにXTALを搭載しました。

 C圧電スピーカをDAC出力ピンに接続
  よく調べてないので、使えるかどうか不明ですが、とりあえずDAC出力に圧電スピーカを接続しました。
  PCM形式のサウンドが再生できるかも?

(2)回路図

 画像クリックで拡大します
画像


(3)主要部品一覧
 部品単価は購入当時の値段です。

       部品名          型名             単価  購入先
  @dsPIC           dsPIC33FJ128GP804-I/PT  \695  digikey
  ATFT LCD 128x128  ZY-FGD1442701V1       \900 Aitendo
  B4方向+1タクトスイッチ  TPA511GLFS           \149 digikey 
    キャップ          BOUTON TPA           \ 81 digikey
  C圧電スピーカ       CPE-163              \ 94 digikey
  DXTAL(32.768KHz)    FC-255              \ 50  秋月(4個 \200)
  ENch MOS-FET      2N7002-7-F           \ 5  秋月(40個 \200)      


XTALの発信周波数を評価していないため、コンデンサ容量の妥当性は不明です。
また、4方向+1タクトスイッチに接続のdsPICピンは内部プルアップ抵抗をONで使います。

2.電源部

(1)概要

 dsPIC、LCD等の主要部品が3Vで動作可能なため、旧ゲーム機のように乾電池を使うのが簡単で安上がりな方法なのですが、電池の太さが邪魔でゲーム機の薄型化ができません。
そこで小型、小容量のリポ電池を使うことにしたのですが、リポ電池を使うためには充電制御ICや3Vレギュレータが必要で、さらに低電圧(過放電)の監視が必須となります。 面倒なのは嫌いなのですが、極力安く、簡単に作るため以下の部品を選択しました。

 @リポ充電制御IC
 以前の記事、リポに挑戦で使用の充電ICMAX1555は今現在、単価\395です。PIC、LCD等の価格と比べると高価
 に感じます。 今回は価格重視でMCP73832T 単価 \68を採用しました。

 A低電圧検出(バッテリ充電要求)機能
 リポに挑戦(電圧監視編)ではPICのADC機能で電圧監視をしていましたが、今回は電圧検出ICMCP111Tを使う
 ことにしました。
 このICは低電圧時にマイコンのリセット用として使うことを想定しているようですが、リセット信号出力用のピンに
 LEDをつなげば充電要求を通知させることができます。単価\54とお安いのが採用の決め手でした。
 MCP111Tは品番で検出電圧を選べます。今回は検出電圧=3.08Vのものを選びました。


(2)回路図

画像


2010.09.04追記
 回路図のMCP73832T PROGピン接続の抵抗値を誤記していました。
 誤:1.5KΩ 正:15KΩ
 1.5KΩではMCP73832Tの充電電流設定範囲を外れており、大変危険です。
 もし、本回路図通りに製作した方がいましたら直ちに抵抗を変更してください。
 大変失礼致しました。



 MCP73832T はMAX1555と違い、リポ電池(MCP73832Tの充電ピン)に直接システム回路の接続を禁止しています。こちらのAN1149を参照。

 
画像


禁止の理由は以下です。

 1.充電ICはバッテリの電流を監視し、充電完了を判定しているため、システム回路により負荷が変動すると
   充電完了の検出が正しくできない可能性がある。

 2.充電ICは充電電流が一定になるよう制限しているため、システム全体がこの電流制限を受けてしまう。
   例えば100mAhのリポ電池を1Cで充電するために、充電電流を100mAとなるように設定した場合、
   システム全体が100mAの電流制限を受ける。
   (MCP73832TはPROGピンの外付け抵抗で充電電流を設定可能)

回避策として、外部電源接続時は外部電源でシステム動作するよう、MOS-FETで電源を切り替える方法が提示されています。
ということで回路図にPch MOS-FET&SBDの統合ICがいるわけです。

(3)主要部品一覧
 部品単価は購入当時の値段です。

       部品名             型名             単価  購入先
  @リポ充電管理制御IC      MCP73832T-2DFI/OT     \ 68  digikey
  APchMOS-FET&SDB統合IC  US5U38              \ 57  digikey
  B電圧検出IC            MCP111T-315E/LB       \ 54  digikey 
  Cレギュレータ(3V 250mA)    XC6221B302MR-G       \ 50  digikey
  DUSB miniBコネクタ        UX60A-MB-5ST        \ 67  秋月(3個 \200)
  E小型スライドスイッチ(表面実装)                   \ 50  千石店頭      
  F2色チップLED           SEC2764C            \ 10  秋月(20個 \200)
  Gリポ電池 100mAh         シングルLipo 1S-0100    \ 620  ROSA's Homepage

 リポ電池は厚さ約2.5mmと販売ページに記載があり、薄さに惹かれて購入したのですが、現物は約5mmでした。この厚さではケースに収まらないため、しかたなく、電池に巻き付けの保護フィルムを外し、なんとかケースに収めました。それでもケースが少し膨らんだ状態になります。厚さ3.5mm程度の薄いリポでなければ収まりが悪いです。
寸法30x20x3.5mm程度で安くて、薄くて、容量の大きいリポ電池が理想です。

3.ケース

ケースの情報も忘れてはいけませんね。
LCDがピッタリ収まり、且つ透明なケースを探しました。透明だと画面の穴を切り抜く手間が省けます。
ケース加工がど下手な私には大事なことです。

  半透明 プラスチックケース 薄型 32x64x10mm  \50 CraftShop qoopy (2個 \100)

 少しケースを削る必要がありますがZY-FGD1442701V1がピタリと収まります。
 本体価格&送料が安いのも魅力です。

画像



4.終わりに

リポ電池は過充電や過放電で発火炎上の危険性があります。
上記回路はとりあえず動いていますが、安全である保証はありません。
ここまで書いておいてなんですが、回路図はあくまで参考程度としてください。

また、今のところ次の不具合が見つかっています。危険のない不具合と思われますがご注意ください。

 @充電途中/完了後にUSBコネクタを取外すとdsPICがリセットする。
   USB電源→リポ電池の切替え時に電圧が落ち込み、dsPICが一時的に電源OFFになるようです。
   ゲーム機として使う分にはあまり問題になりませんが、時計として使うには致命的な問題です。

 A充電要求LED点灯後、すぐに装置電源が落ちる
   LDOレギュレータとは言え、3.0V出力に対し、3.08Vの検出電圧は流石に低すぎました。
   充電要求LEDが点灯する頃にはLCDバックライトがかなり暗くなり、すぐに充電を開始しないとdsPICの
   動作電圧を下回り、電源OFF/ONを繰り返す不安定な状態になります。


以上



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