• 项目介绍

稚晖君的Holocubic相信喜欢电子制作的小伙伴都已经不陌生。这个项目计划重制稚晖君的Holocubic，修复原版供电及自动下载问题，将不使用的元件精简，更换不容易购买的元件，并将所有0402封装的阻容换成0603，更适合新手焊接完成。

 

• 市场应用介绍

Holocubic是一个伪全息透明的桌面天气站，不但可以联网显示天气，时间等信息，还可以利用其自带的mpu-6050六轴运动传感器实现一些简单的游戏。除此之外，这块屏幕还可以被拿来做电子相册使用。

 

 

• 项目设计思路

在原版基础上一共做了下面几个修改：

1. 取消原设计中并未使用到的光传感器和麦克风外设
2. 将电阻和电容封装换为0603
3. 拓展板的屏幕换成插接屏，方便安装
4. 在拓展板上增加独立的供电电路，增加LDO和BUCK两种选择，可以通过拓展板给主板供电，多种供电方案可选。
5. 修复原版下载固件异常的问题。

• 项目方案框图和原理图解释

先看一下主板的完整原理图。

接下来我们分功能看看原理图的设计。首先是串口部分，使用的串口芯片是CP2102，这颗串口芯片可直接使用USB进行供电。USB使用的是TYPE-C，额外用了两个三极管实现自动下载功能。

 

MCU部分仅将需要使用的引脚引出。在EN上我加了一个大电容，确保足够的延迟以满足上电时序，同时修复了原版下载模式无法稳定进入的问题。供电使用的是Microchip Technology的MIC5365-3.3YD5-TR进行。当然实际上这个项目支持多种供电方案，不一定要使用这颗主板上的LDO。具体会在下面拓展板部分进行解释。

 

接下来看外设部分。首先是拓展板FPC排线和一颗WS2812B灯珠。注意WS2812B需要用5V进行供电。拓展板FPC需要引出是供电电路引脚和LCD显示屏引脚。

 

接着是MPU-6050运动传感器。这颗传感器与MCU的通信使用的是I2C接口，因此还需要两颗上拉电阻。

 

最后是TF卡槽。TF卡使用的SPI串口进行通讯，对所有串口引脚进行了上拉处理，以确保引脚电平稳定，并增加MISO的输出能力。

 

接着我们看看拓展板的设计。拓展板上的FPC引脚中的3.3V上接了一颗0欧电阻做桥接使用，用来选择不同的供电方式。下面是具体不同供电方式的焊接方法：

1，全部由主板LDO供电：焊接0欧电阻，不焊接拓展板上供电电路。

2，拓展板与主板独立供电：不焊接0欧电阻，拓展板上BUCK电路与LDO电路二选一进行焊接。

3，使用BUCK开关电源进行供电：焊接0欧电阻，主板上不焊接LDO电路，拓展板焊接BUCK电路。

除了电源部分外，拓展板上还有一个24P的FPC座，负责连接插接屏。

 

• 设计中用到规定厂商的元器件介绍

项目中的LDO使用的是Microchip Technology的MIC5365-3.3YD5-TR，它是一款先进的通用线性稳压器。该芯片采用超小的1mm × 1mm封装，具有较高的电源抑制比（PSRR）。

MIC5365还包含自动放电功能，当使能引脚为低电平时激活。MIC5365能够提供150mA的输出电流，并具有较高的PSRR，使其成为任何便携式电子应用的理想解决方案。它非常适用于电池供电的应用，具有2%的初始精度，低的压降电压（在150mA时为155mV）和低的地线电流（通常为29µA）。当禁用时，MIC5365还可以进入零关闭模式，几乎不消耗电流。

MIC5365提供多种先进封装选项，包括符合RoHS标准的无铅（lead-free）1mm × 1mm薄型MLF®封装，仅占据1mm²的PCB面积，与SC-70和2mm × 2mm MLF封装相比，板载面积减小了75%。它还提供薄型SOT23-5封装。

MIC5365的工作结温范围为-40°C至125°C

 

项目的核心MCU使用的是乐鑫的ESP32-PICO-D4，这是一款基于ESP32的系统级封装(SIP)模组，可提供完整的Wi-Fi和蓝牙功能。该模组的外观尺寸仅为7.0±0.1mm×7.0±0.1mm×0.94±0.1mm，整体占用的PCB面积最小，已集成1个4MB串行外围设备接口(SPI)flash。

ESP32-PICO-D4的核心是ESP32芯片*。ESP32是集成2.4GHzWi-Fi和蓝牙双模的单芯片方案，采用台积电（TSMC）超低功耗的40纳米工艺。ESP32-PICO-D4模组已将晶振、flash、滤波电容、RF匹配链路等所有外围器件无缝集成进封装内，不再需要外围元器件即可工作。此时，由于无需外围器件，模组焊接和测试过程也可以避免，因此ESP32-PICO-D4可以大大降低供应链的复杂程度并提升管控效率。

ESP32-PICO-D4具备体积紧凑、性能强劲及功耗低等特点，适用于任何空间有限或电池供电的设备，比如可穿戴设备、医疗设备、传感器及其他IoT设备。

 

• PCB绘制打板介绍及遇到的问题和解决方法

我在绘制PCB时特别在QFN封装的中心焊盘上留了一个大过孔，由于我是手动焊接并没有做钢网，因此无法确保焊盘上的上锡量均匀，因此通过这种方式来帮助排除多余的焊锡。但最后实际焊接时发现并不需要，而且反而因为中心焊盘锡太少导致焊接时元件自动归位略有困难。因此在PCB文件中又修改回了常规的焊盘。

 

主板我使用的是常规的绿油，拓展板我用了紫色，想看看实际焊接中有什么不同。测试下来，发现紫色的组喊层明显不耐高温，一不小心就会脱落，因此还是建议大家使用常规的绿色。

焊接好板子，装好排线，再打印好外壳，买好分光棱镜，所有的东西就算齐全了，只要组装上就大功告成。

 

• 软件部分说明

软件部分使用的是ClimbSnail大佬开源的HoloCubic_AIO。只需要按照下图方法，烧录上已编译好的固件就可以了。编译好的文件在开源项目的github中有。

 

• 功能展示及说明

固件中有非常多的功能，这里我只展示了一部分，其余的功能大家自行探索吧。

 

• 对本活动的心得体会

Fastbond大赛给了我十足的动力去仔细研究一些有趣的开源项目。通过这个项目，我们可以完整的学习到原版Holocubic的硬件结构，并对已有的一些问题进行解决，优化整个硬件设计。希望这个活动能继续办下去，还有第三期，第四期……，祝愿大赛越办越好。