Concevoir la carte de la console
Concevoir sous KiCad le schéma puis le routage de la carte de la console, en deux étapes validées par l'encadrant.
Logiciels :
Pendant les TD, la console vivait sur une breadboard. Pour le projet, elle passe sur un circuit imprimé (PCB) : plus de fils qui se débranchent, une console qui tient dans la main. C’est la première étape du projet : chaque binôme conçoit sa carte sous KiCad, en deux étapes validées par l’encadrant, puis soude la carte finale fournie avant d’écrire le code du Snake :
flowchart LR
A["Cahier des charges"] --> B["Schéma\n(Eeschema)"]
B --> V1{"Validation 1\npar l'encadrant"}
V1 -->|corrections| B
V1 -->|validé| C["Routage\n(Pcbnew)"]
C --> V2{"Validation 2\npar l'encadrant"}
V2 -->|corrections| C
V2 -->|validé| D["Carte finale fournie\npar l'encadrant"]
D --> E["Soudure et tests"]
E --> F["Code du Snake"]
Fabriquer un PCB chez un fournisseur prend une à trois semaines, souvent plus que la durée du projet. Une fois votre routage validé, l’encadrant vous remet donc sa carte finale, déjà fabriquée selon le même cahier des charges, que vous souderez avant d’écrire le code du projet. Votre conception reste un livrable à part entière : elle est évaluée, et comparée à la carte finale lors de la revue.
La carte doit être compatible avec le code des TD : un programme qui fonctionne sur la breadboard doit fonctionner tel quel sur la carte. Le brochage est donc imposé ; le reste est à concevoir et à justifier.
| Fonction | Composant imposé | À concevoir |
|---|---|---|
| Microcontrôleur | Seeed Studio XIAO ESP32S3, sur ses barrettes | |
| Affichage | Module écran TFT SPI 14 broches, branché sur un connecteur 1 × 14 au pas de 2,54 mm | Câblage du connecteur (voir plus bas) |
| Commande du joueur 1 | Joystick analogique SparkFun (thumb joystick), à souder sur la carte | |
| Commande du joueur 2 | Deux boutons poussoirs CMS 6 × 6 mm | Protection de la broche D6 |
| Extension | Connecteur I2C 4 broches (3V3, SDA, SCL, GND) | Résistances de tirage du bus |
| Témoin | Une LED qui s’allume quand la carte est alimentée | Résistance série |
| Alimentation | Par l’USB-C de la XIAO, distribuée en 3,3 V | Découplage |
C’est le câblage des TD ; il ne doit pas changer.
| Broche XIAO | Signal |
|---|---|
| D0 | Joystick, axe X |
| D1 | Joystick, axe Y |
| D2 | Joystick, bouton (appui sur le stick) |
| D3 | I2C : SDA |
| D4 | I2C : SCL |
| D5 | Bouton SW1 (gauche), vers GND |
| D6 | Bouton SW2 (droite), vers GND |
| D7 | Écran : RESET |
| D8 | Écran : DC |
| D9 | Écran : SCK |
| D10 | Écran : MOSI |
Le connecteur de l’écran suit le brochage standard des modules TFT SPI 14 broches. Vérifiez-le sur la sérigraphie de votre module avant de dessiner le schéma :
| Broche du module | Signal | À relier à |
|---|---|---|
| 1 | VCC | 3V3 |
| 2 | GND | GND |
| 3 | CS | GND (l’écran est seul sur le bus SPI) |
| 4 | RESET | D7 |
| 5 | DC | D8 |
| 6 | SDI (MOSI) | D10 |
| 7 | SCK | D9 |
| 8 | LED (rétroéclairage) | 3V3 |
| 9 | SDO (MISO) | Non connecté |
| 10 à 14 | Dalle tactile (T_CLK, T_CS, T_DIN, T_DO, T_IRQ) | Non connectés |
Chacun de ces choix doit apparaître dans votre schéma, avec sa justification dans la documentation de la carte :
| Contrainte | Valeur |
|---|---|
| Dimensions | 90 × 50 mm |
| Couches | 2 (cuivre dessus et dessous) |
| Fixation | 4 trous de montage M3, un dans chaque coin |
| Composants CMS | Boîtier 1206 au minimum (soudure au fer) |
| Largeur de piste | 0,2 mm minimum ; plus large pour l’alimentation |
| Isolement entre pistes | 0,2 mm minimum |
| Vias | Diamètre 0,7 mm, perçage 0,3 mm |
Ce sont les limites d’un fabricant comme AISLER, qui publie ses règles de vérification pour KiCad : vous pouvez les importer dans les règles de conception de votre projet.
Créez un projet KiCad dans le dossier de votre repo prévu pour la carte. La XIAO et le joystick ne font pas partie des librairies standard de KiCad :
Ajoutez-les au projet (et non à votre installation) : le repo reste alors autonome, et votre binôme l’ouvre sans rien installer. La méthode est détaillée dans KiCAD : importer des librairies.
Commencez par un schéma bloc sur papier : la XIAO au centre, l’écran, les commandes, le connecteur I2C et l’alimentation autour. Puis, dans Eeschema :
SCK, MOSI, SDA…) plutôt qu’avec de longs fils : le schéma reste lisible ;+3V3, GND) et les éléments de vos choix de conception (résistances, LED, condensateurs) ;Les bases sont dans KiCAD Eeschema : les bases.
Lancez la vérification des règles électriques (ERC) et corrigez chaque erreur : broche non connectée, alimentation non pilotée (ajoutez un symbole PWR_FLAG là où l’alimentation entre sur la carte), conflit de sorties. Une broche volontairement libre (les broches tactiles de l’écran) reçoit un marqueur de non-connexion.
Exportez ensuite le schéma en PDF et présentez-le à l’encadrant avec votre liste de contrôle remplie.
Une fois le schéma validé, mettez à jour le PCB depuis le schéma (les empreintes arrivent en vrac, reliées par le chevelu). Puis :
Edge.Cuts ;Pour le placement, pensez à l’usage : la console se tient à deux mains. Le joystick sous un pouce, les boutons sous l’autre, l’écran visible entre les deux, le connecteur USB-C de la XIAO accessible depuis un bord. Vérifiez sur la fiche de votre module écran son encombrement réel : il ne doit recouvrir ni le joystick ni les boutons. Le visualiseur 3D de KiCad aide beaucoup à juger le résultat.
Tracez les pistes en suivant le chevelu :
Ajoutez une sérigraphie utile : nom des boutons (SW1, SW2), broche 1 de chaque connecteur, nom du binôme et révision de la carte. Les bases sont dans KiCAD Pcbnew : les bases.
Lancez la vérification des règles de conception (DRC) et corrigez toutes les erreurs : pistes trop proches, connexions manquantes, éléments hors du contour. Remplissez le plan de masse (raccourci B) avant la dernière vérification.
Présentez ensuite à l’encadrant la carte dans le visualiseur 3D, le résultat du DRC et votre liste de contrôle.
La carte se documente dans votre repo comme le firmware : schéma en PDF, captures du routage et de la vue 3D, tableau du brochage, et surtout la justification de vos choix de conception. Le tutoriel Documenter une carte électronique détaille ce qui est attendu.
Une fois votre routage validé, l’encadrant vous remet la carte finale à souder : voir Souder et tester la carte.
