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 hilfreich.

Protokolle

Protokoll 80. BuFaTa in Ulm 2017

Protokoll 81. BuFaTa in München 2017

Protokoll 82. BuFaTa in Dresden 2018

Protokoll 83. BuFaTa in Aachen 2018

Protokoll 84. BuFaTa in Karlsruhe 2019

Protokoll 85. BuFaTa in Darmstadt 2019

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.