多功能USB2.0拓展坞 Dog-on-Fork - 嘉立创EDA开源硬件平台

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专业版 多功能USB2.0拓展坞 Dog-on-Fork

简介:基于CH334的USB拓展坞,内置STC8H单片机,支持USB口电压电流检测和通断控制,并带有RGB灯、旋钮、FLASH和2.4G模块等

开源协议: GPL 3.0

(未经作者授权,禁止转载)

已参加:星火计划2024

创建时间: 2024-05-13 17:44:22
更新时间: 2024-05-16 13:25:20
描述

本项目已参加【星火计划】,感谢嘉立创支持

B站展示视频:https://www.bilibili.com/video/BV12w4m1Q7YJ

基本信息

本设备为基于CH334和STC8H8K的USB2.0拓展坞,支持USB口电压电流检测通断控制,并带有RGB灯、旋钮、FLASH和2.4G模块。

编写了QT上位机,可读取并显示电压电流,可自由配置开关、按键和旋钮的功能,如配置为键盘按键、音量控制、USB口控制等。

设计初衷是调试单片机时USB口经常不够,还担心误操作损坏USB口,于是设计了这个USB口可控的HUB,同时其还支持HID,使用方便。

硬件

HUB芯片 CH334R,QSOP16封装,支持MTT模式,支持外部复位,使用12M晶振

主控 STC8H8K64U,LQFP32封装,使用3.3V电源工作,支持USB直接烧录。

主USB接口使用 TYPEC-306DDW-ARP16,注意此型号为针脚型,和常见的TYPE-C口有所不同,更易焊接。

HUB有4路USB口,其中1号2号口直通到两个卧式USB接口,3号口经过PMOS后通到立式USB接口,4号口连接到主控。

3号口为可控USB口(下文简称 CUSB)支持电源通断控制、电压电流检测、数据引脚上拉电阻操作,电流检测基于 INA199 运放。

123号口的VBUS共同使用一个自恢复保险丝,防止过流,保险丝可以选1.5A的,也可以选其他值。

5V转3.3V的LDO使用 662K. 芯片,为主控、无线模块和FLASH供电。

在5V和GND之间接了TVS管,型号为 CESD5V0D3,用于静电防护。

FLASH使用 W25Q128,SOP8封装,16M字节空间。若改用更小的需要修改代码宏定义。

无线模块使用基于 Si24R1 的2.4G模块(基本兼容NRF24L01),某宝优信电子搜Si24R1可找到。

一个EC11编码器;一个拨动开关;一个无声按键,优信搜6*6*5按键可找到。

3个LED:LED1为电源指示灯;LED2连接到主控;LED3为CUSB的开关指示,注意LED3必须用红色(导通电压合适)。

一个4P接口,默认用于接直插WS2812灯珠,不过也可以用于接串口。

外壳

设计了3D打印的外壳,为LED1~3都留了3mm的通光孔,可以买透明导光柱塞上,也提供无孔的版本。

没有给WS2812留通光孔,因为它的亮度较高一般能穿透外壳(白色的光固化或FDM一般都可以),若需要孔可自行添加。

设计了一些刻字,如下图中 I II III,是打印后用油墨描黑,也提供无刻的版本,要使刻字的打印效果较好最好用光固化。

外壳的上下两部分用三对螺丝螺母连接,螺丝为M2、长22mm的沉头螺丝,螺母为M2、外径3mm、高2mm的嵌入螺母。

此外,按键的凸出部分也是打印件。

软件

为主控开发了两种模式:1、HID模式,2、U盘模式:

1、HID模式

配置为键鼠及媒体控制等的复合HID设备,同时开启一对端点用于CustomHID通信,包括配置数据的传输或读取电压电流等。

按键和旋钮均可自由配置功能,包括:设置为 键鼠媒体按键、CUSB开关、HUB复位、HID配置切换、USB模式切换 等。

用 QT 编写了配套的上位机,可读取并显示CUSB的电压电流,设置限流值等,以及对开关、按键、旋钮的各类功能进行配置。

上位机使用CustomHID通信,因此仅能在HID模式下使用。上位机软件和具体使用说明请见相关附件。

此外,HID模式下可以从2.4G模块接收数据,并作为HID数据包发给电脑,实现无线接收器的功能。

2、U盘模式

以FLASH为存储介质,配置为一个仅16MB的U盘,速度较慢,适合存一些文本文件。好处是不开启U盘模式时文件都是隐藏的。

也可以将上位机软件压缩后存到里面,虽然比较慢,但这样即使HUB接到别的电脑也有上位机用了。

按照W25Q128手册,其数据保持能力为20年,每扇区擦除次数为10万次。

没有在单片机端挂载文件系统,因此首次进U盘模式需要在电脑上对其进行格式化,建议用 FAT 格式,并选择最小的单元大小

存储操作要慎重,退出时建议先在电脑上弹出U盘,总之不要在有文件传输时退出,防止数据受损。

在U盘模式下,所有HID相关的功能(键鼠媒体按键等)均无效,其他控制类的功能(CUSB开关、HUB复位等)仍有效。

灯光

如上文所述,有4个灯,其中LED1为电源指示,LED3为CUSB的开关指示,因此用户可用的就是 LED2 和 WS2812灯珠

这两个灯可自由配置,可作为数字锁定、大写锁定、滚动锁定、CUSB开关、HUB复位、配置切换或无线接收等的指示灯。

此外WS2812还可以进行色彩变幻,或作为CUSB电流大小的指示灯。

主要功能如下图所示:

烧录

使用STC-ISP软件烧录,软件可到STC官网获取。烧录方式为STC8H8K64U的USB直接烧录。

烧录时先打开hex固件文件,将芯片型号选为STC8H8K64U,注意要按下图设置硬件选项

先把旋钮往下按住,然后再接入USB上电,再松开旋钮。若成功进入烧录模式,则软件中会显示STC-USB Writer,点击下载即可。

其他

外壳3D文件、单片机固件和代码、QT上位机软件和代码均开源,加上说明文档,都放在附件中。

PCB工程的备份也放在附件中(假如以后更新,老版本的内容就可以在附件中获取)。

如自行开发软件,则务必注意原理图中提及的特殊连接,以防造成引脚冲突等。

PS:这个看上去有些怪的名称的由来:是因为HUB犹如分岔路,而主控管理之,就像是看守之犬,故而叫Dog-on-Fork

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