基于NXP i.MX RT1021制作的环境温湿度数据采集

内容介绍

一、项目介绍

基于NXP i.MX RT1020单片机芯片，使用 KiCAD 7.0 绘制原理图和PCB。
完成PCB打样并焊接。
编写单片机程序，实现读取环境温湿度数据，并通过TFT-LCD进行展示。

二、项目设计思路

由于是以芯片为核心进行开发设计，因此需要先对芯片有所了解，例如最小系统的原理，芯片数据手册，硬件设计手册等等。

然后在最小系统的基础上，根据最终需求以及参考现有案例的原理图，进行外围电路的拓展设计，以满足最终需求的电路。

2.1 设计框图

FgzKmqA_bNVRvGLnK90Asyf9hZYR

2.2 器件选型

2.2.1 供电

恩智浦官方的开发板供电电路略显复杂，根据芯片手册可得知只需要给芯片供电3.3v即可。考虑供电可以直接从USB或DAP-LINK进行供电，因此供电电压考虑使用5V。因此电源芯片选用简单的AMS1117-3.3。只需要搭配两个电容即可实现电压从5V到3.3V的转换，需要注意的是输出端最好选用坦电容，这点在数据手册中有相应说明。

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2.2.2 传感器

温湿度传感器的选择就比较随意了，使用了上个项目买的器件 DHT11。这里有些失算，在RT1021的基础上完全不知道该如何读取数据，后面在做软件调试的时候浪费了挺长时间。

FnoIkTA8pXIHNpQP_hHj70PLp6DI

2.2.3 灯光

灯光部分使用了两种，一种是普通GPIO驱动的LED灯，高电平亮，低电平灭。这一步在后续程序调试的时候实现了闪烁。第二种是WS2812B LED灯，这种是单线制支持多个串连也只占用一个GPIO口。遗憾的是后续软件部分未能调试成功。

2.2.4 Flash

Flash的选型使用的是 Winbond 的 W25QXXJV 系列芯片。这款芯片应用广泛，容易找到相应教程。

2.2.5 显示屏

基于想学习SPI驱动的目标，显示屏的选择是淘宝上很容易买到的基于ST7735S驱动芯片的0.96寸TFT LCD屏幕，这款屏幕使用的是插接式，使用FPC座进行安装。

三、搜集素材的思路

从恩智浦官网查找 i.MX RT1020 系列芯片的硬件设计手册和芯片数据手册
根据硬件设计手册以及官方评估板案例进行外围电路设计选型。
通过项目设计思路章节 2.2 的器件选型，获取各芯片、器件的数据手册和封装规格书。
通过封装网站查找选型器件的封装。

四、成果展示

硬件实物展示

Flvs7_4Xu1PJ5Ljf6oKjw2h_KvXd FqSLQ6cgkiObh6TsEPb5etLN13VB

五、关键代码及说明

LED闪烁

...

while (1)
{
    /* Delay 1000 ms */
    SysTick_DelayTicks(1000U);
    if (g_pinSet)
    {
        GPIO_PinWrite(EXAMPLE_LED_GPIO, EXAMPLE_LED_GPIO_PIN, 0U);
        GPIO_PinWrite(EXAMPLE_LED2_GPIO, EXAMPLE_LED2_GPIO_PIN, 1U);
        g_pinSet = false;
    }
    else
    {
        GPIO_PinWrite(EXAMPLE_LED_GPIO, EXAMPLE_LED_GPIO_PIN, 1U);
        GPIO_PinWrite(EXAMPLE_LED2_GPIO, EXAMPLE_LED2_GPIO_PIN, 0U);
        g_pinSet = true;
    }
}

...

六、心得体会

原理图设计

这次的芯片引脚数量比较多，因此在使用 KiCad 进行原理图绘制的时候使用了分页功能。这样从原理图第一页来看，会有一个概览的效果。使用分页绘制原理图的过程中也遇到了很多的问题，好在使用的人比较多，基本都能解决。但有一个仿真相关的检测错误一直未能解决，最后只能通过忽略的方式跳过检查。其次是任务使用的芯片 MIMXRT1021DAF5B 能找到的参考资料均为 LQFP144 封装的，在进行原理图绘制时供电部分设计犹豫了很久，最终找到了一份 LQFP100 封装的原理图才最终定型。

PCB设计

在使用 KiCad 进行PCB绘制的时候，这次有几个芯片是从 UltraLibrarian 网站下载的封装文件。但还是有一些接插件不知道如何查找现成的封装，只能在基本库中使用相近的封装。

PCB焊接

打板回来第一次进行焊接时，由于粗心大意把 WS2812B 供电的两个电阻都焊接上了，导致芯片的 BOOT_CFG_5 对 VCC短路（这个问题在编写程序测试的时候折磨了我好久）。去掉一个电阻之后，芯片暂时工作正常（供电，DCDC1.1v，晶振起振，DAP-LINK能识别到芯片）。

当查到 BOOT_CFG_5 与芯片 VCC 短路之后，更换芯片之后，出现的现象是 DCDC1.1V 没有输出， 24M晶振不起振（原因不明，群里有一个小伙伴也遇到同样现象）。无奈只能重新焊接一块板子，好在最后一块板子硬件工作正常。

程序编写与调试

当看到该任务时，纠结了好久要不要参加。原因是从未学习过 NXP，STM32 这类单片机的相关知识，在小伙伴及工作人员的鼓励下勇跃报名了。果然在搭建开发环境时遇到挺多的问题。在小伙伴都很乐于帮助与耐心解答下才把开发环境安装好。

根据 MCUXPresso IDE 的示例，修改了一个 GPIO 引脚后，编译正常通过。但烧录过程简直是一种折磨，一开始真是完全不懂，对于一个从未用过JLink、STLink、这类工具的我来说完全不知所措。最终经群友的指导下使用USB将点灯程序烧录进去，并成功点亮板载LED灯和示例中的LED灯。由于示例自带的LED灯管脚我未焊接，所以通过外接的形式也成功点亮。

非常遗憾的是原本设计的功能未能实现，总的来说 NXP 芯片的开发难度是我目前遇到的门槛最高的。对于我这种从 Arduino 入门电子的人来说要学习的东西还很多。