Naučite kako dizajnirati prilagođenu PCB s EasyEDA mrežnim alatima: 12 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Uvijek sam želio dizajnirati prilagođenu PCB, a s mrežnim alatima i jeftinim prototipovanjem PCB -a nikad nije bilo lakše nego sada! Moguće je čak i jeftino i jednostavno sastaviti komponente za površinsko montiranje u malim količinama kako biste spasili težak zadatak lemljenja! Naručio sam 10x PCB -e sa montažom za manje od 50 USD. Iako PCB -i imaju važnu funkciju, izgled komponenti važan je dio izgleda. Okrenuo sam komponente na ploči kako bih ih poravnao s točkama zvijezde.

Ova instrukcija će vas naučiti:

• Kako nacrtati prilagođeni oblik PCB -a u InkScape -u (besplatni grafički alat otvorenog koda)
• Kako koristiti EasyEDA alate za projektiranje sklopova i PCB -a (besplatno i na mreži, nije potrebna instalacija!)
• Kako uvesti SVG u EasyEDA za prilagođeni oblik PCB -a i sitotisak
• Kako dizajnirati jednostavan 'Arduino' programabilni MCU dizajn
• Kako koristiti JLCPCB sklop za površinsko montiranje za izradu i montažu ploča

Značajke "Zvijezde"

• Prilagođena PCB u obliku zvijezde s 5 točaka
• Animirano osvjetljenje - 10x LED dioda po strani, dvostrano
• arduino programabilni mikrotem za upravljanje ATMEGA328P
• 2x tipke za interaktivnost - mogli biste napraviti jednostavnu igru
• napaja se mikro USB -om (opcija)
• Umrežite više zvjezdica za veće animacije (opcija) sa serijskom komunikacijom

AŽURIRANO 02APR2020 nakon primitka ploča.

Pribor

Pogledajte datoteku BOM (Bill of Materials) i shematski PDF u privitku.

Cijelu shemu pogledajte u privitku.

Evo poveznice na projekt EasyEDA iz kasnijeg koraka -

Korak 1: Izradite dizajn u InkScapeu

Prvo osmislimo oblik PCB-a i bilo koje umjetnosti na sitotisku za PCB.

1. Preuzmite i instalirajte inkscape
2. Izradite novi dokument
3. Pomoću alata pravokutnika stvorite pravokutnik 100x100 mm. JLCPCB nudi jeftinije PCB -ove ispod ove veličine.
4. Pomoću alata poligon stvorite oblik zvijezde koji se uklapa u pravokutnik

5. Dodajte druge pojedinosti, npr. male zvjezdice unutar obrisa na koje ću postaviti LED diode

   1. Počnite dodavanjem oblika za jednu točku zvijezde, npr. vrh
   2. Dodajte zaobljeni kut (radi sigurnosti!) Pomoću Bezierove krivulje
   3. Odaberite sve oblike na ovoj točki i grupirajte ih zajedno

   4. Zatim možemo kopirati i rotirati ovu grupu do drugih točaka zvijezde

      "Uredi -> Kloniraj -> Stvori popločane klonove"

6. Ako ste zaokružili, moramo ukloniti točke koje više nisu potrebne

   1. Da bih to učinio, ručno sam nacrtao ravne crte koje povezuju krivulje
   2. Zatim uklonite izvornu zvjezdicu

Spremite 2 verzije ove slike

• O: sitotisak - Potpuna slika sa svim detaljima koji će se koristiti za sitotisak
• B: obris ploče - kao gore, ali uklonite sve detalje u sredini ostavljajući samo obris. To će definirati oblik PCB -a.

Spremite. DXF verzije obje datoteke

• datoteka -> Spremi kao ->.dxf
• Iskoristite detalje

Primjer priloženih inkscape.svg i.dxf datoteka.

Korak 2: Uvezite.dxf u EasyEDA za stvaranje prilagođenog oblika

Ovaj korak će stvoriti novi projekt na mrežnom alatu EasyEDA i uvesti.dxf za postavljanje oblika PCB -a i svilenog zaslona. EasyEDA je besplatni mrežni uređivač shema i PCB -a. Odabrao sam ovo jer je bilo lakše nego preuzeti i instalirati jedan od mnogih dostupnih alata. Čini se da je odličan za moje potrebe i dobro se integrira s JLCPCB za prototipe PCB -a i LCSC dijelove.

Izradite projekt i PCB

1. Posjetite https://easyeda.com/ i stvorite besplatni račun.

2. Izradite novi projekt u svom radnom prostoru

   Datoteka spremi shemu

3. Desnom tipkom miša kliknite naziv projekta i "Nova PCB"

   1. U redu, zadane postavke (100x100 mm)
   2. Napomena - kasnije se možemo vratiti i urediti shemu te dodati komponente

4. Uvezite obris ploče

   1. Datoteka -> uvoz DXF -a
   2. Odaberite datoteku s prikazom.dxf ploče iz inkscapea
   3. Provjerite je li sloj postavljen na 'BoardOutLine'
   4. Kliknite "Uvoz"
   5. Postavite ga unutar postojećeg pravokutnika 100x100
   6. Izbrišite pravokutnik, novi oblik zvijezde je BoardOutLine
   7. Provjerite nalazi li se na ružičastom BoardOutLine sloju, ako nije, odaberite ga i promijenite sloj na ploči u gornjem desnom kutu
5. Uvezite sliku svilenog zaslona
   1. Datoteka -> uvoz DXF -a
   2. Odaberite.dxf datoteku svilenog sita iz inkscapea
   3. Provjerite je li sloj postavljen na "TopSilkLayer"
   4. Kliknite "Uvoz"
   5. Postavite ga na vrh obrisa ploče (zumirajte kotačićem miša za točnost)
6. Provjerite rezultate pregledom 3D pregleda

   Kliknite ikonu 'kamere' i '3D prikaz'

Sljedeći korak - dodajte komponente:)

Korak 3: Planirajte komponente koje ćete koristiti, uključujući montažu SMD -a

Sada kada imamo prilagođeni oblik, možemo početi dodavati komponente.

Komponente možete jednostavno postaviti izravno u uređivač PCB -a, ali bolje je dodati ih u shematski prikaz, a zatim pritisnuti 'Update PCB' kako biste ih dodali na PCB.

Napomena - da biste iskoristili usluge sastavljanja PCB -a koje nudi JLCPCB (https://jlcpcb.com/smt-assembly), važno je koristiti komponente s određenog popisa koji imaju.

• Preuzmite popis dijelova XLS

  • Trenutno -
  • Koje je povezano sa:

Izbor dijelova:

• baza

  Najjeftinija opcija je korištenje dijelova s njihovog 'osnovnog' popisa jer su oni već učitani na njihove strojeve za odabir

• produžiti

  Postoje dodatni "prošireni" dijelovi, ali za svaki postoji dodatni trošak. npr. LED diode i ATMEG328P koje koristim u ovom projektu su proširene, međutim svi diskretni otpornici, kondenzatori i keramički rezonator standardni su dijelovi

• ostalo - kasnije ručno dodano na ploču

  Odlučio sam ručno dodati USB priključak, gumbe i zaglavlje za programiranje

Priložena slika je snimak zaslona podskupa dijelova koje sam koristio u projektu. Dodao sam stupac "MyProject" koji će mi pomoći da se filtriram prema komponentama do kojih mi je stalo. Odabrao sam uglavnom 0805 otisaka radi lakšeg lemljenja. Kristalno/keramički rezonator može biti teško lemiti rukom.

Broj dijela LCSC -a, npr. C14877, može se koristiti izravno u uređivaču shema (i PCB -a).

Sažetak BOM -a

• C84258. - hladna bijela LED, vrlo svijetla (čak i sa 2x LED diode koje dijele otpornik od 150R na 5V) i lijep difuzor
• C7171 - 10uF kapa za odvajanje x2
• C17444 - 12K otpornik za povlačenje PIN -a RESET x1
• C17471 - 150R otpornik u seriji sa LED diodama x10
• C21120 - kapa za odvajanje 220nF x2
• C13738 - 16MHz keramički rezonator s integriranim poklopcima
• C14877 - ATMEGA328P MCU

Korak 4: Izgradite shemu i učinite je Arduino programabilnom

U središtu ovog dizajna je ATMEGA328P koji se koristi u mnogim Arduinima, uključujući Uno, Nano i Pro Mini. To znači da je moguće koristiti Arduino IDE za pisanje koda i programiranje ploče.

Dizajnirao sam ovu ploču tako da koristi minimalni broj komponenti kako bi smanjio troškove i održao ploču jednostavnom, ali ipak omogućio njezino programiranje kroz zaglavlje ISP -a 'U sustavnom programiranju' kao da je u pitanju Arduino Nano.

Shvatite pinout

Pogledajte dijagram iscrtavanja priložen s https://github.com/MCUdude/MiniCore da biste vidjeli kako se fizičke pinove MCU preslikavaju u nazive pinova arduino. npr. fizički MCU pin 1, (gore lijevo) također je arduino pin 3 (označen D3 na nano), kojim upravlja PD3 unutar MCU -a. S gledišta arduino IDE -a, trebate znati samo arduino pin '3'.

Minimalne komponente koje oponašaju nano:

• ATMEGA328P
• Odvajanje kondenzatora za glatko napajanje
• ISP zaglavlje "U sustavnom programiranju" umjesto USB programiranja
  • 6-pinsko zaglavlje koje se može programirati s drugog arduina sa slikom programera ISP-a
  • Napomena - USB/serijsko programiranje nije moguće bez USB -serijskog pretvarača
• Pogledajte

• 16MHz keramički rezonator

  • To je potrebno ako oponašate Nano jer su to uvijek 5V i 16MHz vanjski rezonator
  • Imajte na umu da većini 3 ili 4 pinskih rezonatora nisu potrebni posebni kondenzatori koji su potrebni kristalu

Alternativni, još minimalniji set komponenti s MiniCoreom

Ako ne želite ili nemate kristal ili rezonator, tada možete koristiti unutarnji oscilator od 8 MHz unutar ATMEGA328P. Morate učitati drugi pokretački program da biste to omogućili, npr. pokretač MiniCore, za više informacija pogledajte GitHub.

https://github.com/MCUdude/MiniCore

Sada počnite dodavati komponente:

• Desni klik na "mjesto komponente"
• U okvir za pretraživanje unesite broj dijela iz proračunske tablice / LCSC, npr. C14877 za ATMEGA328P-AU
• Postavite ga na shemu

• Ponovite za ostale komponente - kape, otpornike, LED diode

  jednu od svake komponente u početku, zatim ih prema potrebi kopirajte i zalijepite oko dizajna

Korak 5: Dodajte ove komponente na PCB pomoću "Ažuriraj PCB"

Jedna zgodna značajka EasyEDA mrežnog uređivača je mogućnost izmjene sheme i ažuriranje PCB -a.

• U uređivaču shema pritisnite datoteku spremi

• Zatim, gumb "Ažuriraj PCB" na alatnoj traci

  • Pojavljuje se prozor koji vam govori što se promijenilo
  • 'Primijeni promjene'
• Nove komponente sada su smještene u donji desni kut

• Premjestite ih tamo gdje ih želite

  • pritisnite prostor za rotiranje za 90 stupnjeva
  • kotačić miša za zumiranje

• Obratite pažnju na "štakorske linije" koje pokazuju gdje se komponente trebaju spojiti

  upotrijebite rotaciju komponente kako biste ožičenje učinili jednostavnijim

• Za postavljanje komponenti na donju stranu kliknite komponentu i u gornjem desnom kutu promijenite TopLayer u Donji sloj

Korak 6: Usmjerite komponente na PCB

Sada spojite komponente kako je naznačeno na linijama štakora

• Upotrijebite gumb 'track' na alatnoj traci
• Pritisnite jednu komponentu, a zatim sljedeću
• Za povezivanje slojeva koristite vias

• Dodajte ravninu uzemljenja preko cijelog gornjeg sloja da biste automatski spojili sve uzemljene igle

  • Pomoću gumba 'bakreno područje' nacrtajte pravokutnik koji pokriva cijelu ploču. Alat će automatski ispuniti ispravno područje i prema zadanim postavkama spojiti se na GND mrežu
  • Dodajte još jednu ravninu na donji sloj za VCC
• Otvorite 3D prikaz da biste provjerili napredak

Odlučio sam držati usmjeravanje vrlo izravnim i urednim. Pogledao sam raspored PCB -a kako bih odabrao pin MCU -a za spajanje na svaku LED lampicu kako bih pojednostavio usmjeravanje i učinio ga dijelom procesa projektiranja.

Lako se možete vratiti na preglednik shema i pin -u dodati neto ime, npr. U1 pin 23 spaja se na mrežnu LED4. Stavite istu mrežnu oznaku na LED, ažurirajte PCB i usmjerite stazu.

** Evo veze do projekta na web stranici EasyEDA:

easyeda.com/neil.parris/thestar-instructab…

Korak 7: Dodajte još komponenti dok dizajn ne bude dovršen, rotirajte po potrebi

Nastavite dodavati LED diode, gumbe itd.

Svaku komponentu možete prilagođavati, npr. za zvijezdu s 5 točaka svaka je točka udaljena 72 stupnja. Da biste unijeli ispravne kutove za LED diode i druge komponente, unesite 72 u okvir za rotaciju i pritisnite razmaknicu za okretanje za 90 stupnjeva odjednom dok ne dobijete rezultat koji tražite. Ponekad su vam potrebni drugi kutovi povezani sa 72, npr. 90 - 72 = 18. Ili 2x 18 = 36. S 18/36/72 i rotacijama za 90 stupnjeva možete poravnati sve glavne osi zvijezde.

Pogledajte priloženi PDF sa potpunom shemom [imajte na umu da je ovo malo drugačiji dizajn od ranijih snimaka zaslona, ali isti principi]

Korak 8: Naručite PCB i po želji dodajte SMD Build

Nakon što dovršite dizajn, pregledate ga i provjerite nema li grešaka, nastavite i generirajte Gerber datoteke. Od vas će se zatražiti da izvršite provjeru pravila dizajna (DRC). Provjerite nema grešaka i spremite Gerberove datoteke za proizvodnju ili otvorite JLCPCB izravno iz uređivača.

Ako želite koristiti usluge proizvodnje SMD -a, spremite i BOM (materijal) i odaberite i postavite datoteku (to govori strojevima gdje smjestiti vaše komponente)

Prođite kroz postupak naručivanja i dvaput provjerite orijentaciju bilo koje polarizirane komponente poput LED -a, kondenzatora, rezonatora i samog MCU -a!

Za 10 sklopljenih ploča (bez USB -a i programskog zaglavlja) otpremio sam oko 35 GBP (približno 45 USD ovisno o tečaju).

Pratite ažuriranu e -poštu, pratite svoju ploču i izrađujte je putem web stranice JLCPCB.

Korak 9: Prototip softvera (.ino datoteka u privitku)

Dok čekate da ploče stignu, vrijeme je za početak pisanja softvera:)

Postavio sam Arduino Nano na ploču i ožičio LED diode na istom mjestu, te iste veze za oponašanje PCB -a. Taj bi isti softver tada trebalo biti moguće učitati izravno na PCB, iako s ISP programerom Arduino.

Kod koristi nizove kako bi programiranje bio jednostavniji. Također sam uvezao biblioteku "FastLED.h" jer ima neke korisne pomoćne funkcije poput sin8 ()

Evo nekih naglasaka:

Ovaj niz preslikava Arduino pinove na LED1 do 10. LED1 je spojen na ekvivalent Arduino A2, a LED10 spojen na D4

• // stvoriti niz naziva fizičkih pinova spojenih na LED1, LED2 itd. na LED10
• const byte ledpins = {A2, A3, A1, A0, 9, 10, 6, 5, 3, 4};

Glavna petlja je jednostavna softverska PWM rutina koja provjerava 'pwm_now' u odnosu na trenutnu vrijednost 'led_brightness'.

Ovo je trenutno testni kôd za eksperimentiranje s nekoliko uzoraka osvjetljenja.

Korak 10: Uklonite okvir i divite se svojim novim PCB-ovima! Izborno - dodatni dijelovi za lemljenje

Uživajte u un-boxingu i divite se vlastitoj prilagođenoj PCB-u:)

Uz SMD sklop imao sam lemljenje svih važnih komponenti s jedne strane kako bih dobio radni uređaj.

Opcionalno - lemite dodatne komponente:

• Mikro-USB priključak za napajanje (ne programira)
• Pritisnite gumbe - kako biste bili interaktivni
• LED diode na stražnjoj strani - neka budu dvostrane!

Korak 11: Programirajte ploču pomoću ArduinoISP programera

Ovo je zabavno. Učitavanje Arduino bootloadera i koda na PCB!

Par dana nakon prvog pisanja ovog uputstva stigle su ploče! 10x ploča, sve fantastično dobro izrađene, a komponente su lijepo lemljene i sve rade savršeno.

Povežite rezervni Arduino kao ArduinoISP programer

Koristim Arduino Nano na maloj ploči ožičenoj kao ArduioISP programer. To znači da se povezuje s IDE-a putem USB-a na nano, koji se zatim povezuje s ciljnim uređajem putem 6-pinskog konektora za programiranje.

Isključivanje je isto kao i nano IP konektor, u osnovi samo MISO/MOSI/RST/SCK/5V/GND

Za više detalja pogledajte ovu vezu:

1 - MISO

2 - +5V

3 - SCK

4 - MOSI

5 - RST => pogonjeno s Pin 10 Arduino nano

6 - GND

Umetnite ArduinoISP skicu u programator

• Primjeri -> 11. ArduinoISP -> ArduinoISP
• Napomena - prilikom učitavanja ove slike u programer potrebno je ukloniti kondenzator između pinova RST i GND. Vratite ovo prije korištenja programatora.

Prenesite učitani sustav i kôd na ciljnu ploču

• Spojite programator na cilj pomoću 6-polnog priključka

  Možete samo držati 6 -pinsko zaglavlje na PCB -u bez lemljenja držeći ga pod kutom kako bi imao dobar kontakt

• Ako na ploči imate keramički rezonator od 16 MHz i sretni ste što možete preslikati ispis tako da odgovara arduino nano, jednostavno programirajte ploču kao Arduino nano, ali sa sljedećim postavkama:

  • Ploča: "Arduino Nano"
  • Procesor: "ATmega328P"
  • Programer: "Arduino kao ISP"

• Učitajte bootloader

  Ovo postavlja osigurače u MCU -u na omogućavanje 16MHz vanjskog kristala ili rezonatora. Ako to nemate, upotrijebite alternativni pokretač za pokretanje, npr. minicore

• Prenesite svoj kôd

  Važno - budući da kod preuzimamo kôd s programatorom, morate pritisnuti SHIFT kada pritisnete gumb UPLOAD (=>). Ovo mijenja programiranje s uobičajenog 'upload' preko serijskog porta, umjesto toga koristi 'upload with programmer' u ISP pinove

Ako je gore navedeno bilo uspješno, sada biste trebali imati puno treperećih LED dioda!:

Korak 12: Uživajte u svom projektu

Nadam se da vam je ovo uputstvo bilo korisno. Proveo sam mnogo sati eksperimentirajući s tim alatima za izradu zanimljivih PCB-a, a mrežni alati su mi se učinili vrlo prikladnima.

Ovaj je dizajn relativno jednostavan u smislu kruga, ali zanimljiv u smislu fizičkog izgleda. Također bi bio dobar ukras za blagdane!

Druga nagrada u PCB Design Challengeu