DIY Arduino-kompatibilan klon: 21 korak (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Arduino je vrhunski alat u arsenalu Tvorca. Trebali biste moći izgraditi vlastiti! U prvim danima projekta, oko 2005. godine, dizajn je bio sastavljen od dijelova kroz sve rupe, a komunikacija se odvijala putem serijskog kabela RS232. Datoteke su još uvijek dostupne, pa ih možete sami izraditi, a ja ih imam, ali nema mnogo računala starije serijske portove.

Uskoro je uslijedila Arduino USB verzija, koja je vjerojatno uvelike pridonijela uspjehu projekta jer je omogućila jednostavno povezivanje i komunikaciju. To je ipak imalo svoju cijenu: komunikacijski čip FTDI došao je samo u paketu za površinsko montiranje. Za njega su i dalje dostupni planovi, ali lemljenje na površini ne nadmašuje većinu početnika.

Novije Arduino ploče koriste čipove 32U4 s ugrađenim USB -om (Leonardo) ili odvojene Atmelove čipove za USB (UNO), koji nas i dalje ostavljaju na teritoriju površinske montaže. U jednom trenutku pojavio se "TAD" iz Opasnih uređaja koji je koristio probni PIC za USB, ali ne mogu pronaći ništa na webu od njih.

Pa tu smo. Čvrsto vjerujem da bi početnik, poput Jedi Viteza, trebao biti u mogućnosti izgraditi vlastiti Arduino (laka sablja). "Elegantno oružje iz civiliziranijeg doba". Moje rješenje: napravite FTDI čip kroz rupu koristeći paket za površinsku montažu! To mi omogućuje da izvedem površinsko montiranje i ponudim preostali projekt kao DIY prolazna rupa! Dizajnirao sam ga i u otvorenom izvornom kodu KiCad, tako da možete proučavati datoteke dizajna, mijenjati ih i okretati vlastitu verziju.

Ako mislite da je ovo glupa ideja, ili volite lemljenje na površinskoj ploči, pogledajte moj Leonardo Clone, inače čitajte dalje…

Korak 1: Dijelovi i potrošni materijal

Cijeli popis materijala nalazi se na

Jedinstveni dijelovi ovoga su ploče, jedna za Arduino, a jedna za FTDI čip. Možete naručiti OSH Park da ih izradi za vas ili koristiti datoteke dizajna s vašom omiljenom kućom na pansionu.

Komplet za ovaj projekt dostupan je na Tindie.com. Kupnjom kompleta uštedjet ćete vrijeme i troškove naručivanja od nekoliko različitih dobavljača i izbjeći ćete minimalnu premiju za naručivanje PCB -a. Također će vam pružiti testirani površinski montirani čip FDTI kroz otvor, kao i unaprijed bljeskajuću Atmegu.

Alati i pribor: Za svoje radionice koristim SparkFunov početnički alat koji ima većinu onoga što vam je potrebno:

• Lemilica.
• Lem
• Kliješta za žice
• Raspletanje pletenice (nadam se da nije potrebno, ali nikad se ne zna).

Korak 2: Dame i gospodo, počnite glačati

Neću vas pokušavati naučiti lemljenju. Evo par mojih omiljenih video zapisa koji to prikazuju mnogo bolje nego što mogu:

• Carrie Ann iz Geek Girl Diaries.
• Colin iz Adafruta

Općenito:

• Pronađite mjesto na PCB -u pomoću oznaka svilenog zaslona.
• Savijte dijelove komponenti tako da odgovaraju otisku stopala.
• Lemiti elektrode.
• Odrežite vodiče

Korak 3: Otpornici

Počnimo s otpornicima budući da su oni najbrojniji, najniži i najjednostavniji za lemljenje. Otpornije su na toplinu i pružit će vam priliku da osvježite svoju tehniku. Također nemaju polaritet, pa ih možete postaviti na bilo koji način.

• Počnite s tri 10K ohma (smeđa - crna - narančasta - zlatna), koji se nalaze na nekoliko mjesta na ploči (vidi sliku). To su "pull-up" otpornici koji drže signal na 5V, osim ako se aktivno ne povuku nisko.
• Par od 22 ohma (crveno - crveno - crno - zlato) nalazi se u gornjem lijevom kutu. Oni su dio USB komunikacijskog kruga.
• Par od 470 ohma (žuta, ljubičasta, smeđa, zlatna) sljedeći je u padu. Ovo su otpornici za ograničavanje struje za RX/TX LED diode.
• Pojedinačni 4.7K ohm (žuta, ljubičasta, crvena, zlatna). Neparna lopta za FTDI VCC signal.
• I na kraju, par 1K ohma (smeđa, crna, crvena, zlatna). Ovo su otpornici za ograničavanje struje za napajanje i D13 LED diode (330 ohma bi radilo, ali ne volim ih previše svijetle).

Korak 4: Dioda

Sljedeća je dioda koja štiti krug od obrnute struje iz utičnice. Većina, ali ne i sve komponente će loše reagirati na obrnuti polaritet.

Ima polaritet koji je označen srebrnom trakom na jednom kraju.

Uskladite ga s oznakom svilenog ekrana i lemljenjem na mjestu.

Korak 5: Regulator napona (5V)

Postoje dva regulatora napona, a glavni je 7805 koji će regulirati dvanaest volti od utičnice do 5 volti koje Atmega 328 treba. Na ploči s tiskanim pločicama nalaze se velike bakrene značajke koje pomažu raspršiti toplinu. Savijte elektrode tako da stražnja strana dodiruje ploču s rupom koja je djelomično poravnana s rupom i lemite je na mjestu.

Korak 6: Utičnice

Utičnice omogućuju umetanje i uklanjanje IC čipova bez lemljenja. Mislim na njih kao na osiguranje jer su jeftini i omogućuju vam zamjenu pregorelog čipa ili preusmjeravanje IC -a ako ga vratite unatrag. Na jednom kraju imaju zavoj koji pokazuje smjer čipa, pa ga uskladite sa svilenom mrežom. Lemite dva igla, a zatim provjerite jesu li pravilno postavljeni prije lemljenja preostalih igala.

Korak 7: Gumb

Arduino obično ima gumb za resetiranje za ponovno pokretanje čipa ako prekine vezu ili ga treba ponovno pokrenuti. Vaš je u gornjem lijevom kutu. Pritisnite ga na mjesto i lemite.

Korak 8: LED diode

Postoji nekoliko LED dioda za označavanje statusa. LED diode imaju polaritet. Duga noga je anoda, ili pozitivna, i ide u okrugli jastučić sa "+" pored. Kratka noga je katoda, ili negativna, i ide u kvadratnu podlogu.

Boja je proizvoljna, ali obično koristim:

• Žuta za RX/TX koji trepere dok čip komunicira ili se programira.
• Zeleno za LED D13 koje program može koristiti za označavanje događaja.
• Crvena za prikaz napona od 5 V dostupna je putem USB -a ili utičnice.

Korak 9: Keramički kondenzatori

Keramički kondenzatori nemaju polaritet.

Kondenzatori za izglađivanje snage obično se koriste za uklanjanje prijelaznih stanja iz napajanja na čipove. Vrijednosti su tipično navedene u podatkovnom listu komponente.

Svaki IC čip u našem dizajnu ima 0,1uF kondenzator za ujednačavanje snage.

Postoje dva kondenzatora od 1uF za ujednačavanje snage oko regulatora od 3,3 V.

Dodatno, postoji 1uF kondenzator koji pomaže u određivanju vremena funkcije resetiranja softvera.

Korak 10: Elektrolitički kondenzatori

Elektrolitički kondenzatori imaju polaritet koji se mora poštivati. Obično dolaze u većim vrijednostima od keramičkih kondenzatora, ali u ovom slučaju imamo kondenzator od 0,33 uF za ujednačavanje snage oko regulatora 7805.

Duga noga uređaja je pozitivna i ide u kvadratnu podlogu označenu s "+". Oni imaju tendenciju da postanu "pop" ako se stave unatrag, pa ispravite to ili ćete trebati zamjenu.

Korak 11: 3.3 Regulator napona

Dok čip Atmega radi na 5 volti, USB čip FTDI treba 3,3 volta za ispravan rad. Da bismo to osigurali, koristimo MCP1700, a budući da zahtijeva vrlo malo struje, nalazi se u malom paketu TO-92-3 poput tranzistora umjesto u velikom paketu TO-220 poput 7805.

Uređaj ima ravno lice. Uskladite ga sa svilenim ekranom i podesite visinu komponente oko četvrtine inča iznad ploče. Lemljenje na mjestu.

Korak 12: Zaglavlja

Ljepota Arduina je standardizirani otisak i ispis. Zaglavlja omogućuju uključivanje "štitova" koji omogućuju brzu promjenu hardward konfiguracija po potrebi.

Obično lemim po jedan zatik svakog zaglavlja, a zatim provjeravam poravnanje prije lemljenja preostalih pinova.

Korak 13: Resonator

Atmega čipovi imaju unutarnji rezonator koji može raditi na različitim frekvencijama do 8 Mhz. Vanjski izvor vremena omogućuje čipu rad do 20 Mhz, ali standardni Arduino koristi 16 Mhz što je bila najveća brzina čipova Atmega8 korištenih u originalnom dizajnu.

Većina Arduino koristi kristale, koji su točniji, ali zahtijevaju dodatne kondenzatore. Odlučio sam koristiti rezonator, koji je dovoljno točan za većinu posla. Nema polaritet, ali obično se suočavam s oznakama prema van kako bi znatiželjni proizvođači mogli reći da koristite standardno postavljanje.

Korak 14: Osigurač

Većina Arduina nema osigurače, ali svaki Proizvođač koji uči prilično će često (barem u mom slučaju) spojiti stvari pogrešno. Jednostavan ponovno podesivi osigurač pomoći će spriječiti oslobađanje "čarobnog dima" koji zahtijeva zamjenu čipova. Ovaj osigurač će se otvoriti ako se povuče prevelika struja, a sam će se resetirati kada se ohladi. Nema polaritet, a pregibi u nogama drže ga iznad daske.

Korak 15: Zaglavlja

Još dva zaglavlja, ovo s muškim iglama. U blizini USB priključka nalaze se tri pina koji omogućuju prebacivanje između USB napajanja i utičnice pomoću kratkospojnika. UNO ima kružnost da to učini automatski, ali to nisam uspio ponoviti u obliku kroz rupu.

Drugo zaglavlje je šest-pinsko zaglavlje "u sistemskom programiranju". To omogućuje povezivanje vanjskog programera za reprogramiranje Atmege izravno ako je potrebno. Ako kupite moj komplet, na čipu je već učitan firmver ili se Atmega može izvaditi iz utičnice i postaviti izravno u utičnicu za programiranje, pa se ovo zaglavlje rijetko koristi i stoga je izborno.

Korak 16: Power Jack

Umjesto USB -a, za priključivanje vanjskog napajanja može se koristiti standardni priključak 5,5 x 2,1 mm. Ovim se napaja pin s oznakom "Vin" i napaja regulator napona 7805 koji čini 5 volti. Središnji pin je pozitivan i ulaz može biti do 35V, iako je 12V tipičnije.

Korak 17: USB

Noviji Arduinovi poput Leonarda koriste USB mikro vezu, ali izvorna USB B veza je robusna i jeftina i vjerojatno imate mnogo kablova u blizini. Dvije velike pločice nisu električno povezane, već su lemljene radi mehaničke čvrstoće.

Korak 18: Čips

Vrijeme je za ugradnju čipova. Provjerite orijentaciju. Ako je utičnica okrenuta prema natrag, samo provjerite odgovara li čip oznakama svilenog zaslona. U orijentaciji s kojom smo radili, donja dva čipa su okrenuta naopačke.

Umetnite čip tako da su noge poravnate s držačima. IC dolazi iz proizvodnje s lagano raširenim nogama, pa će ih trebati saviti u okomito. To se obično već radi za vas u mojim setovima. Nakon što ste sigurni u orijentaciju, nježno pritisnite obje strane čipa. Provjerite jesu li noge slučajno preklopljene.

Korak 19: Bljeskalica Bootloader

Bootloader je mali dio koda na čipu koji omogućuje jednostavno učitavanje koda putem USB -a. Pokreće se prvih nekoliko sekundi pri uključivanju u potrazi za ažuriranjima, a zatim pokreće postojeći kôd.

Arduino IDE olakšava bljeskanje firmvera, ali zahtijeva vanjski programer. Koristim svoj AVR programator i naravno da ću vam za to prodati komplet. Ako imate programera, ne trebate Arduino jer možete izravno programirati čip. Nešto poput pilića i jaja.

Druga je mogućnost kupiti Atmegu s već pokretačkim programom:

Pokazat ću vam službene upute za Arduino jer bi se lako mogle pretvoriti u vlastiti Instructable ako ne budemo oprezni:

Korak 20: Instalirajte Power Jumper i povežite se

Kratkospojnik za napajanje je ručni način odabira izvora napajanja između 5 volti s USB -a ili utičnice. Standardni Arduino imaju sklop za automatsko prebacivanje, ali nisam ga mogao lako implementirati s dijelovima kroz rupe.

Ako kratkospojnik nije instaliran, nema napajanja. Ako odaberete utičnicu i nemate ništa priključeno, nema napajanja. Zato postoji crvena LED dioda koja vam pokazuje imate li snagu.

U početku želite vidjeti komunicira li Arduino putem USB -a, pa postavite kratkospojnik na tu postavku. Pažljivo priključite svoj Arduino u računalo na satu. Ako dobijete "neprepoznati USB uređaj", isključite utikač i počnite rješavati probleme.

Inače, upotrijebite svoj Arduino IDE za prijenos osnovne skice o treptaju. Koristite "Arduino UNO" kao ploču. Slijedite upute ovdje:

Korak 21: Rješavanje problema

Prilikom početnog uključivanja uvijek tražite naznake uspjeha ili neuspjeha i spremni ste brzo isključiti ploču ako stvari ne idu kako se očekivalo. Ne gubite srce ako uspjeh nije odmah. Na svojim radionicama pokušavam potaknuti:

• Strpljenje, ovo nije uvijek jednostavno, ali obično se isplati.
• Upornost, nećete riješiti problem ako odustanete.
• Pozitivan stav, možete to shvatiti, čak i ako vam za to treba pomoć.

Kad god se borim s problemom, uvijek si govorim da je teže riješiti, veća će nagrada ili učenje biti za njegovo rješavanje.

Imajući to na umu, počnite s jednostavnim stvarima:

• Pregledajte lemne spojeve na stražnjoj strani ploče retuširajući sve spojeve koji izgledaju sumnjivo.
• Provjerite jesu li IC čipovi ispravno orijentirani i nijedan od kabela se nije presavio nakon umetanja.
• Je li crvena LED lampica uključena kad je uključena? Ako ne, provjerite spojeve napajanja i USB lemne spojeve.
• Provjerite jesu li ostale komponente s polaritetom ispravno usmjerene.
• Potražite druge tragove poput poruka o pogrešci ili zagrijavanja komponenti.

Ako i dalje imate problema, zatražite pomoć. Pišem Instructables jer želim podučavati i pomagati onima koji žele učiti. Navedite dobar opis koji su simptomi i koje ste korake poduzeli da pronađete greške. Može pomoći i fotografija visoke razlučivosti prednje i stražnje strane ploče. Nikada ne odustaj. Svaka borba je lekcija.