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Wissenschaftlichen Taschenrechner Selbst Bauen

Wissenschaftlichen Taschenrechner Selbst Bauen

Die BuFaTa ET möchte eine Alternative für die gebräuchlichen wissenschaftlichen Taschenrechner an Hochschulen entwickeln und zur Verfügung stellen. Dabei geht es um die Programmierung bei der die Funktionen eines Taschenrechners implementiert werden und die spätere Bestückung einfacher Hardware mit dieser selbst erstellten Software.

Vorkenntnisse der Teilnehmer*innen sind für eine gute Durchführbarkeit wichtig.

Protokolle

Aktueller Stand

Tiva Board läuft mit Energia IDE
Software Eclipse MCU GNU Emulator wurde in Virtual Box aufgesetzt und funktioniert
- zugehöriger Container steht bald auf Anfrage zur Verfügung
- Die Anleitung für die VM ist hier zu finden: Protokoll Aachen

Zusammenfassung

es soll ein TR zunächst für angehende Ingenieur*innen an Hochschulen selbst angefertigt werden
basierend auf Open Source und Open Hardware, soweit wie möglich
- z.B. mit speziellen Engineering-Funktionen
bei Erfolg wäre Bereitstellung für Schulen und auch andere Studiengänge später denkbar
bisher wurden vor allem die Grundlagen der technischen Anforderungen und gewünschter Software Features festgelegt
rechtliche Rahmenbedingungen wurden im Ansatz angeschaut
ToDos wurden gesammelt
gesucht werden noch freiwillige Unterstützer*innen, bei Interesse Mail an robert@fsret.de
Es sollen Breakout-Prototypen bis zur nächsten BuFaTa entstehen
Interessenten: Maximilian (TU Chemnitz), Robert (Alumnus, TU Dresden), Christian (KIT), Daniel (TU Darmstadt)

"Konkurrenz" / ähnliche Projekte

https://www.numworks.com

Aufgaben

Open Source für TR Mathe suchen (Georg, David)
Library für Mathematik https://www.gnu.org/software/gsl/
Open Source für GUI suchen oder selbst schreiben
- https://ugfx.io/
- Features: https://ugfx.io/features
- Unterstützte Hardware: https://ugfx.io/platforms
- Wurde z.B. auch von der SHA2017 (Chaos Computer Club nahes Event) Badge verwendet: https://github.com/SHA2017-badge/ugfx (E-Paper Display)
- Lizenz eher fragwürdig, da selbst geschrieben. Angeblich 100% Open Source. https://ugfx.io/license.html
- Bieten auch eine Software an (ugfx-Studio), mit der man sich einfach die entsprechenden GUI Views klicken kann
- STM GUI Tool https://www.st.com/content/st_com/en/stm32-graphic-user-interface.html
  - Eventuell µC mit LCD Treiber
- TODO Evaluieren: Sinnvoll verwendbar ab welcher Displayauflösung?
Open Source für Display auf Dotmatrix suchen oder selbst schreiben
- Display Controller? Falls ein zu ugfx kompatibler verwendet wird dann ist der Treiber dort schon enthalten
Mikrocontroller raussuchen
- doch FPGA nehmen? → nur, wenn man einen ASIC bauen will
- mal bei herkömmlichen TR gucken um MC Anforderungen „reverse zu engineeren“ ?
Tastenmultiplexing überlegen
Display raussuchen
- 84x48px Nokia 5110 3mA mit SPI Interface https://www.ebay.at/itm/LCD-Blau-Display-Screen-fur-Nokia-5110-LCD-Module-fur-Arduino-DIY-project-SPI-GE/182076317392 –> müsste größer sein, die höhe könnte passen, ist aber viel zu schmal (ist halt aus nem Nokia 5110 und ein Handy ist selten so breit wie ein Taschenrechner)
- Casio FX 991 DE z.B. hat 192×63 Pixel
- oder Display aus vorigem Protokoll mit HD44780 (4 Daten + 2 Controlpins) http://www.pollin.de/shop/dt/NTE0OTc4OTk-/Bauelemente_Bauteile/Aktive_Bauelemente/Displays/LCD_Modul_DATAVISION_DG_12232.html (ziemlich dick, aber gute Größe)
- Akkuladeregler https://www.ebay.com/itm/2Pcs-1A-5V-TP4056-Lithium-Battery-Charging-Module-USB-Board-Electronic-Component/302255054546
Hardware Mainboard Layout
- KiCad (Open Source PCB Design)
Toolchain
Projektmanagement/-hosting
- GitHub
- Alternative könnte GitLab bei Fachschaft werden, oder: https://gitlab.com
Tests für numerische Berechungen
Finanzierung
- bei ST (µController) gibts vielleicht für studentische Projekte auch irgendeine Unterstützung (ST hat sich allerdings in der Vergangenheit bei der Unterstützung der bastelnden Menschen als sehr restriktiv herausgestellt)
- z.B. vielleicht mit Werbennennung auf Gehäuse

Hardware

µC

STM32 Reihe STM32L4
- https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32l4-series.html
Alternativ NXP Kinetis LCP45000
- https://www.nxp.com/products/processors-and-microcontrollers/arm-based-processors-and-mcus/general-purpose-mcus/lpc54000-cortex-m4-:MC_1414576688124
RISK V GD32VF103CBT6 (braucht 20-30ma im Betrieb)
- https://www.seeedstudio.com/Sipeed-Longan-Nano-RISC-V-GD32VF103CBT6-Development-Board-p-4205.html

Display

Graphic LCD-Modul DATAVISION DG-12232
Graphic LCD WCG12864B6FSDEWG
OLED
DisplayController, der mit der verwendeten GUI Software kompatibel ist
- Evtl. integrierter Controller in µC

Akku

https://de.aliexpress.com/item/wholesale-10pcs-1000mAh-lithium-polymer-lipo-Rechargeable-battery-3-7V-F-102050-KTV-household-wired-microphone/32804820802.html?spm=a2g0x.search0204.3.35.68d616dfXFgSkM&ws_ab_test=searchweb0_0,searchweb201602_9_10065_10068_10547_319_10546_317_10548_10696_10084_453_10083_454_10618_10304_10307_10820_537_536_10843_10059_10884_10887_321_322_10103,searchweb201603_52,ppcSwitch_0&algo_expid=7706ec13-bf30-402b-bd1a-500c95adb757-5&algo_pvid=7706ec13-bf30-402b-bd1a-500c95adb757&transAbTest=ae803_3
- Lithium Ionen 3,7V mit Schutzschaltung
- Annahme 10mA bei aktivem Gebrauch und 20% Sicherheitsreserve nach unten → ca 80h Benutzungszeit
- Annahme 1mA bei Standby und 20% Sicherheitsreserve nach unten → ca 30 Tage Standby

Tastatur

Conduktive Rubber Keypad
- https://www.instructables.com/id/DIY-6-Button-Silicone-Rubber-Keypad/
- http://www.jw-electronic-components.de/pdf/Design%20guide%20for%20rubber%20keypads.pdf
- Oder beim Chinesen machen lassen, je nach Stückzahl
- rubber-keypad.com (Preise für Kleinserie angefragt)(die wollen 3d Zeichnungen für ein Angebot)
Ruber Dome Matte
- anfangs teuer
- kein Bestückungsaufwand
- weniger Bauteile
- Xiamen Xin Lu Yao Rubber & Plastic Co., Ltd. (Alibaba)
  - https://www.alibaba.com/product-detail/Customized-Conductive-Silicone-Membrane-Keyboard_360899415.html?spm=a2700.7724857.normalList.105.3d7e1f23Wt2aHt
Metal Key-Pad Dome Switch
- https://www.pannam.com/blog/rubber-metal-dome-keypad/
- https://www.digikey.de/de/product-highlight/k/keystone/metal-key-pad-dome-switches
- extrem schlecht zu platzieren
Soft Tactile Buttons
- https://www.exp-tech.de/zubehoer/tasterschalter/7719/soft-tactile-button-8-mm-10-stueck
- einfach
- hoher Bestückungsaufwand
- geeignet für niedrige Stückzahl
- 3D Gedruckte Tasten
  - Wie beschriften?
Einfach als X/Y also X+Y Pins nötig

Gehäuse

Spritzguss (teure Form)
3D Druck (schwer überhange sauber hinzubekommen)

Erwartungen

Fertiges „Produkt“ in 12-18 Monaten.