YYDS！大神自己动手制造游戏机

文末送5本书，千万不要错过 ！

MAKER: JuanF92/译：趣无尽 相遇已经是初识了

MicroByte 能够运行的微型主机 NES、GameBoy、GameBoy Color、Game Gear 和 Sega Master 这里设计了系统游戏和所有组件 78 x 17 x 40 mm 在包装中。虽然成品尺寸很小，但符合要求 SNES 游戏板的布局和操作按钮。

它还配有一个清晰的 1.3 英寸 IPS 游戏的所有细节都可以在显示屏上看到。

然后更新 Python 和 Arduino 库以便进行游戏以外的开发工作。

固件、PCB 设计、外壳 3D 本项目文件库可下载文件等：
https://make.quwj.com/project/359

BOM 清单：
https://github.com/jfm92/microByte_PCB/blob/main/microByte_BOM.xlsx

项目架构

通常，在启动电子项目时，首先创建一个框图，设置项目所需的功能和交互方式，然后绘制原理图。在原理图上，选择符合要求的组件并进行电气连接 PCB 布局设计。最后，根据设计规则和物理设计标准，设置各部件基座的位置。

以面包板为原型的原版，以下是最终版。

项目开发将按照模块化思想进行，辅以原理图设计和 PCB 布局设计。

项目原理图和 PCB 布局是用 Kicad 下载链接：
https://github.com/jfm92/microByte_PCB/tree/5cb0fcf7a9658e331d677588a7f35327a7d491d7

只需安装即可打开 Kicad 并双击 .pro 文件。

ESP32 微控制器

首先选择合适的微控制器，选择项目 ESP32 Wrover E 模块 240 MHZ 双核、16 MB 闪存、8 MB RAM、超低功耗协处理器、支持 Wi-Fi 蓝牙及全套外围设备及 GPIO，仿真性能极佳。

可参考设计 Espressif，数据表如下：
https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32-wrover-e_esp32-wrover-ie_datasheet_en.pdf

电路板模块原理图：

中间与外围设备连接 ESP32 模块。

引脚 25 是 IO 0 引脚。引脚是选择设备的引导状态，可以闪存新固件或启动闪存固件。信号高，启动闪存固件；信号低，启动引导模式，等待新固件。

引脚 3 启用引脚(又称复位)。如果引脚是高电平的，微控制器会工作，否则不会工作。这里有一个避免信号弹跳的地方 RC 电路(电阻/电容)在板启动或跳转时产生清洁信号，防止意外复位。因为电路没有复位按钮，所以不完全必要，但最好谨慎。

引脚 24 是 IO 2 带电阻器的蓝色引脚 LED，起到显示通知的作用。
让我们看看引脚 2 或 VDD 3V3.这个引脚是为芯片和电压供电的 3.3 V。注意并联电容器，它们是去耦电容器，用于清除寄生干扰。

下面是 PCB 设计布局和 PCB 板的重点研究部分。

此外，相关组件必须尽可能靠近。

添加 USB 模块

USB 收发器是将军 USB 信号转换为串行，RS232 或者其他类似协议的芯片。市场上有各种型号可供选择，在这里使用 CH340C。

CH340C 不需要像 CH340G 同样的外部时钟使用简单，价格是 CP2102 或 FT232 一小部分。

图右侧显示。它的设计很简单，只有一个芯片，上面有两个去耦电容和一个 0 欧姆的电阻。如果不确定是否必须连接，则使用该电阻作为电桥。

右边是 USB-C 连接器的示意图。其功能是连接到 PC 并给电池充电 PCB 布线时，使用 USB-C 更具挑战性，因为需要添加双连接，导线可以在任何方向使用。

提示：USB 信号是并行高速信号，必须尽量平行布线，避免信号之间的串扰，并尽量将信号布线靠近数字逻辑芯片。

电池和电源管理

这里分为电池充电和保护电路、电源管理和电池电量控制三部分。
电池充电保护电路：

对于 Li-Po 使用电池，安全第一，需要制作正确的恒流充电控制器，使其不在 4.2 V 以上充电或在 2.8 V 以下电池放电，以免损坏电池。

TP4056 锂聚合物电池充电器芯片可提供恒定的线性电压电流，也可修改 R 2 充电电流设置为电阻值。切记充电电流应为电池容量 25 % 左右。芯片连接 LED D1.显示电池的充电状态。

FS312F-G 它是一种电池保护电路芯片，如果检测到电池过度充电或过度放电，就会切断电池的使用。这样可以避免损坏电池。

FS8205 两个一体化 MOSFET 晶体管选择电路功率芯片。如果电池在适当的范围内，它将从电池中获得能量，如果设备连接到 USB 它将直接使用端口 USB 能量工作。

电源管理：

该模块为电压转换器的升压电路 3.3 V 恒定电压。锂电池的最大充电电压是 4.2 V，最小安全电压为 2.8 V。因此，需要提供恒定电压，以避免微控制器不稳定或显示器亮度低。这里用来解决这个问题。 MT3608，它是一种可配置的升压电压转换器。在电路的输出端，电压为 4.2 V，高于设备所需 3.3 V，所以使用 MCP1700 电压转换器将电压从 4.2 V 转换为 3.3 V。

该方案可能存在过度设计或效率低下的问题，但这是最便宜、最有效的解决方案。

电池电量控制：

就像升压电路前的分压器一样简单。这一点的最大电压将达到 4.2 V，因此，只需要设计一个 3.3 V 遵守分压器 ESP32 并将其连接到逻辑电平 ADC GPIO 可测量模拟电平信号。

设计 SD 卡模块

SD 卡使用 SPI 该协议是一种可以实现高速通信的双向通信。使用外设时，不要担心串扰，因为它的速度不足以产生磁场（至少这里没有问题）。

电路也很简单，连接到每条线 MCU 的 SPI GPIO 并添加上拉电阻。该电阻对于保持线路上的恒定高电平，避免损坏数据传输的中间电平信号非常重要。

还有我们的老朋友去耦电容器。

音频输出

使用 ESP32.输出音频的方法有两种。通过检查数据表，可以在这里使用集成 I2S 到 DAC 转换器或直接使用 I2S 外设。

获得音频输出最简单的方法是使用它 I2S 到 DAC 因为扬声器可以直接连接到转换器 GPIO，如果音频音量很低，可以使用模拟音频放大器，这很容易实现。但这种解决方案也带来了一些不便。DAC 仅使用 I2S 16 位中的 8 这意味着大量的音频信息会丢失，导致音频质量差。

I2S 在不造成质量损失或噪音的情况下，是一种数字音频协议。但是转换器需要模拟转换器和放大器收到的东西。此处采用 MAX98357 音频放大器。该放大器将 I2S 将信号转换为模拟信号，并将其放大，直接用于连接扬声器或耳机。放大器/转换器可以为我们提供 6.4W 输出功率，并有可配置的输出选择——单声道或立体声音频之间的选择和阻抗选择。

免责声明：我对音频了解不多，所以有些音频数据可能是错误的，仅供参考。

添加按键

ESP32 这是一个很好的模块，但它的 GPIO 端口很少。但别担心，我们有 TCA9555 解决方案。

TCA9555 是 I2C GPIO 多路复用器。该器件最多允许使用 18 个额外的 GPIO。这些 GPIO 可用作输入或输出，并可通过 I2C 控制或检查。所以，只用两个 GPIO（I2C SDA 和 I2C SCLK），就有了 18 个额外的 GPIO！延迟不是问题，因为它可以读取或写入高达 400 Khz这意味着每秒的数据 400000 次！

让我们来看看原理图。多路复用器可与 I2C 一起使用，所以每个信号都需要上拉以避免线路上的噪音。它还有一个中断引脚，但没有使用。I2C 信号为 SCL 和 SDA 引脚（19 和 20）。设置引脚需要硬件配置设备地址 A0、A1 和 A2 完成逻辑电平。这里只有一个 I2C 因此，给出设备地址 0x00。

最后，所有的开关按钮都直接连接到芯片上，我们通过软件配置设置拉或下拉电阻，因为多路复用器具有可配置的内部电阻。

其中一个有趣的设备是电感按钮，它们没有丝印层 PCB 布线，所以带碳膜的橡胶按钮可以用作开关按钮。这是游戏手柄上的常规配置。如果要设计的话使用，可以在项目附带的库中找到。

配一款亮丽的显示屏

显示器采用 IPS 1.3 英寸屏幕，分辨率为 240 x 240 px，可以提供非常漂亮的色彩和清晰的图像。通信协议是 SPI，可以实现高达 70 FPS 的帧速率（数据表中注明）。另一方面，可以控制显示器的背光以选择亮度等级。通过 BS138 MOSFET 晶体管完成控制显示屏上嵌入的 LED 的电流。

完成

现在就可以运行这台复古游戏机了，开启你的复古游戏回忆之旅吧！

项目所用的代码在本项目文件库中可以下载：
https://make.quwj.com/project/359

- 完 -

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