Naučite se oblikovati PCB po meri s spletnimi orodji EasyEDA: 12 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Vedno sem si želel oblikovati PCB po meri in s spletnimi orodji in poceni izdelavo prototipov PCB nikoli ni bilo lažje kot zdaj! Možno je celo poceni in enostavno sestaviti komponente za površinsko montažo v majhni količini, da prihranite težko nalogo spajkanja! Naročil sem 10 -kratne tiskane vezje z montažo za manj kot 50 USD. Medtem ko tiskana vezja opravljajo pomembno funkcijo, je postavitev komponent pomemben del izgleda. Sestavil sem komponente na plošči, da se poravnajo s točkami zvezde.

Ta navodila vas bodo naučila:

• Kako narisati obliko tiskanega vezja po meri v InkScape (brezplačno, odprtokodno grafično orodje)
• Kako uporabljati orodja za oblikovanje vezij in tiskanih vezij EasyEDA (brezplačno in na spletu, namestitev ni potrebna!)
• Kako uvoziti SVG v EasyEDA za obliko tiskanega vezja po meri in sitotisk
• Kako oblikovati preprosto "Arduino" programabilno zasnovo MCU
• Kako uporabiti sklop površinskega vgradnje JLCPCB za izdelavo in montažo plošč

Značilnosti "Zvezde"

• 5-točkovno tiskano vezje v obliki zvezde po meri
• Animirana osvetlitev - 10x LED na vsaki strani, dvostransko
• arduino programabilni mikrokrmilnik ATMEGA328P
• 2x gumba za interaktivnost - lahko naredite preprosto igro
• Napajanje z mikro USB (opcija)
• Povežite več zvezdic za večje animacije (možnost) s serijsko komunikacijo

Posodobljeno 02APR2020 po prejemu plošč.

Zaloge

Glejte datoteko BOM (Bill of Materials) in shematski PDF v priponki.

Oglejte si celotno shemo v priponki.

Tukaj je povezava do projekta EasyEDA iz poznejšega koraka -

1. korak: Ustvarite dizajn v InkScapeu

Najprej oblikujmo obliko tiskanega vezja in katero koli umetnost iz sitotiska, ki bo šla na tiskano vezje.

1. Prenesite in namestite inkscape
2. Ustvarite nov dokument
3. Z orodjem pravokotnika ustvarite pravokotnik 100x100 mm. JLCPCB ponujajo cenejše tiskane vezje pod to velikostjo.
4. Z orodjem poligon ustvarite obliko zvezde, ki se prilega pravokotniku

5. Dodajte druge podrobnosti, npr. majhne zvezdaste grafike v orisu, kamor bom postavil LED

   1. Začnite z dodajanjem oblik za eno točko zvezde, npr. vrh
   2. Dodajte zaobljen kot (za varnost!) Z uporabo Bezierjeve krivulje
   3. Izberite vse oblike na tej točki in jih združite skupaj

   4. Nato lahko to skupino kopiramo in zavrtimo na druge točke zvezde

      "Uredi -> Kloniraj -> Ustvari popločane klonove"

6. Če ste zaokrožili, moramo odstraniti točke, ki niso več potrebne

   1. V ta namen sem ročno narisal ravne črte, ki povezujejo krivulje
   2. Nato odstranite prvotno zvezdo

Shranite 2 različici te slike

• O: sitotisk - popolna slika z vsemi podrobnostmi, ki bodo uporabljene za sitotisk
• B: oris deske - kot zgoraj, vendar odstranite vse podrobnosti na sredini in pustite le obris. To bo določilo obliko tiskanega vezja.

Shranite različici. DXF obeh datotek

• datoteka -> Shrani kot ->.dxf
• Uporabite podrobnosti

Primeri priloženih datotek.svg in.dxf inkscape.

2. korak: Uvozite.dxf v EasyEDA, da ustvarite obliko po meri

Ta korak bo ustvaril nov projekt na spletnem orodju EasyEDA in uvozil.dxf, da nastavi obliko tiskanega vezja in sitotiska. EasyEDA je brezplačen spletni urejevalnik shem in tiskanih vezij. To sem se odločil, saj je bilo lažje kot nalaganje in namestitev enega od številnih razpoložljivih orodij. Zdi se mi odlično za moje potrebe in se dobro integrira z JLCPCB za prototipe PCB in dele LCSC.

Ustvarite projekt in tiskano vezje

1. Obiščite https://easyeda.com/ in ustvarite brezplačen račun.

2. Ustvarite nov projekt v svojem delovnem prostoru

   Datoteka shrani shemo

3. Z desno miškino tipko kliknite ime projekta in "Novo tiskano vezje"

   1. V redu privzete nastavitve (100x100 mm)
   2. Opomba - pozneje se lahko vrnemo in uredimo shemo ter dodamo komponente

4. Uvozite oris plošče

   1. Datoteka -> uvoz DXF
   2. Izberite datoteko orisa plošče.dxf v inkscapeu
   3. Preverite, ali je Layer nastavljen na 'BoardOutLine'
   4. Kliknite »Uvozi«
   5. Postavite ga v obstoječi pravokotnik 100x100
   6. Izbrišite pravokotnik, nova oblika zvezde je BoardOutLine
   7. Preverite, ali je na rožnati plasti BoardOutLine, če ne, jo izberite in spremenite plast na plošči zgoraj desno
5. Uvozi sliko svilenega zaslona
   1. Datoteka -> uvoz DXF
   2. Izberite datoteko.dxf s sitotiskom iz programa inkscape
   3. Preverite, ali je Layer nastavljen na 'TopSilkLayer'
   4. Kliknite »Uvozi«
   5. Postavite ga na vrh orisa plošče (za natančnost povečajte z miško)

6. Preverite rezultate tako, da si ogledate predogled 3D

   Kliknite ikono »fotoaparat« in »3D pogled«

Naslednji korak - dodajte komponente:)

3. korak: Načrtujte komponente, ki jih boste uporabljali, vključno s sestavljanjem SMD

Zdaj, ko imamo obliko po meri, lahko začnemo dodajati komponente.

Komponente lahko preprosto postavite neposredno v urejevalnik tiskanih vezij, vendar je bolje, da jih dodate v shematski pogled in nato pritisnete »Posodobi tiskano vezje«, da jih dodate na tiskano vezje.

Opomba - če želite izkoristiti storitve sestavljanja tiskanih vezij, ki jih ponuja JLCPCB (https://jlcpcb.com/smt-assembly), je pomembno, da uporabite komponente s posebnega seznama, ki ga imajo.

• Prenesite seznam delov XLS

  • Trenutno -
  • S katerim je povezava na:

Izbira delov:

• bazo

  Najcenejša možnost je uporaba delov z njihovega "osnovnega" seznama, saj so ti že naloženi na njihove stroje za izbiro in namestitev

• podaljšati

  Obstajajo dodatni "razširjeni" deli, vendar so za vsakega dodatni stroški. npr. LED in ATMEG328P, ki jih uporabljam v tem projektu, sta razširjena, vendar so vsi diskretni upori, kondenzatorji in keramični resonator standardni deli

• drugo - pozneje ročno dodano na ploščo

  Odločil sem se, da ročno dodam priključek USB, potisne gumbe in programsko glavo

Priložena slika je posnetek zaslona podskupine delov, ki sem jih uporabil v projektu. Dodal sem stolpec "MyProject", ki mi je pomagal filtrirati komponente, ki so mi pomembne. Za lažje spajkanje sem izbral večinoma 0805 odtisov. Kristalno/keramični resonator je težko spajkati ročno.

Številka dela LCSC, npr. C14877, se lahko uporablja neposredno v urejevalniku shem (in tiskanih vezij).

Povzetek BOM

• C84258. - hladno bela LED, zelo svetla (tudi z 2x LED diodami, ki si delijo upor 150R na 5V) in lep difuzor
• C7171 - 10uF pokrovček za ločevanje x2
• C17444 - 12K upor za vlečenje pina RESET x1
• C17471 - 150R upor z LED diodami x10
• C21120 - 220nF pokrovček za ločevanje x2
• C13738 - 16MHz keramični resonator z vgrajenimi pokrovi
• C14877 - ATMEGA328P MCU

4. korak: Zgradite shemo in jo naredite Arduino programabilno

V središču te zasnove je ATMEGA328P, ki se uporablja v številnih Arduino, vključno z Uno, Nano in Pro Mini. To pomeni, da je za pisanje kode in programiranje plošče mogoče uporabiti Arduino IDE.

To ploščo sem zasnoval tako, da uporablja minimalno število komponent, da zmanjša stroške in ohrani enostavnost plošče, vendar še vedno omogoča programiranje prek glave ponudnika internetnih storitev "V sistemskem programiranju", kot da je Arduino Nano.

Razumeti pinout

Oglejte si diagram pinout, priložen na https://github.com/MCUdude/MiniCore, da vidite, kako fizični zatiči MCU preslikajo imena arduino pin. npr. fizični MCU pin 1, (zgoraj levo) je tudi arduino pin 3 (označen z D3 na nano), ki ga nadzoruje PD3 znotraj MCU. Z vidika arduino IDE morate poznati le arduino pin '3'.

Najmanjše komponente, ki posnemajo nano:

• ATMEGA328P
• Ločevanje kondenzatorjev za nemoteno napajanje

• Glava ponudnika internetnih storitev "V sistemskem programiranju" namesto programiranja USB

  • 6-polna glava, ki jo je mogoče programirati iz drugega arduina s sliko programerja ISP
  • Opomba - USB/serijsko programiranje ni mogoče brez pretvornika USB v serijski
• Glej

• 16MHz keramični resonator

  • To je potrebno, če posnemate Nano, saj sta to vedno 5V in 16MHz zunanji resonator
  • Upoštevajte, da večina 3 ali 4 -polnih resonatorjev ne potrebuje ločenih kondenzatorjev, ki jih potrebuje kristal

Alternativni, še bolj minimalni komplet komponent z MiniCorejem

Če ne želite ali nimate kristala ali resonatorja, lahko uporabite notranji 8MHz oscilator v ATMEGA328P. Če želite to omogočiti, morate naložiti drug zagonski nalagalnik, npr. zagonski nalagalnik MiniCore, za več informacij glejte GitHub.

https://github.com/MCUdude/MiniCore

Zdaj začnite dodajati komponente:

• Z desno tipko miške kliknite "komponenta mesta"
• V iskalno polje vnesite številko dela iz preglednice / LCSC, npr. C14877 za ATMEGA328P-AU
• Postavite ga na shemo

• Ponovite za ostale komponente - kape, upore, LED

  najprej eno od vsake komponente, nato pa jih po potrebi kopirajte in prilepite po načrtu

5. korak: Dodajte te komponente na tiskano vezje z možnostjo »Posodobi tiskano vezje«

Ena čedna lastnost spletnega urejevalnika EasyEDA je možnost spreminjanja sheme in posodobitve tiskanega vezja.

• V urejevalniku shem pritisnite shrani datoteko

• Nato v orodni vrstici gumb »Posodobi tiskano vezje«

  • Odpre se okno, ki vam pove, kaj se je spremenilo
  • "Uporabi spremembe"
• Nove komponente so zdaj postavljene v spodnji desni kot

• Premaknite jih tja, kamor želite

  • pritisnite prostor za vrtenje za 90 stopinj
  • za povečavo uporabite kolesce miške

• Upoštevajte "podgane", ki prikazujejo, kje se morajo komponente povezati

  uporabite ožičenje komponent, da olajšate ožičenje

• Če želite komponente postaviti na spodnjo stran, kliknite komponento in v zgornjem desnem kotu spremenite TopLayer v spodnjo plast

Korak 6: Postavite komponente na tiskano vezje

Sedaj priključite komponente, kot kažejo podstavki

• V orodni vrstici uporabite gumb 'track'
• Kliknite eno komponento, nato naslednjo
• Za povezovanje med plastmi uporabite vias

• Dodajte ozemljitveno ravnino po celotni zgornji plasti, da samodejno povežete vse ozemljitvene zatiče

  • Z gumbom 'bakreno območje' narišite pravokotnik, ki pokriva celotno ploščo. Orodje bo samodejno zapolnilo pravilno območje in se privzeto povezalo z mrežo GND
  • Dodajte drugo ravnino na spodnjo plast za VCC
• Odprite 3D pogled in preverite napredek

Odločil sem se, da bo usmerjanje zelo neposredno in urejeno. Pogledala sem postavitev tiskanega vezja, da sem izbrala, kateri pin MCU -ja priključim na vsako LED, da poenostavim usmerjanje in ga vključim v proces oblikovanja.

Preprosto se lahko preklopite nazaj v pregledovalnik shem in čepu dodate neto ime, npr. U1 pin 23 se poveže z omrežno LED4. Na LED prilepite isto mrežno oznako, posodobite tiskano vezje in usmerite pot.

** Tukaj je povezava do projekta na spletnem mestu EasyEDA:

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

Korak 7: Dodajte več komponent, dokler načrtovanje ni končano, zavrtite po potrebi

Nadaljujte z dodajanjem LED, gumbov itd.

Vsako komponento lahko zasukate po meri, npr. za 5 -točkovno zvezdo je vsaka točka 72 stopinj narazen. Če želite v okno za vrtenje vnesti pravilne kote za LED in druge komponente, pritisnite tipko Space, da se zasukate za 90 stopinj hkrati, dokler ne dobite želenega rezultata. Včasih potrebujete druge kote, povezane s 72, npr. 90 - 72 = 18. Ali 2x 18 = 36. Z 18/36/72 in rotacijami za 90 stopinj lahko poravnate vse glavne osi zvezde.

Oglejte si celotno shemo v priloženem PDF -ju [upoštevajte, da je to nekoliko drugačen dizajn od prejšnjih posnetkov zaslona, vendar enaka načela]

8. korak: Naročite tiskano vezje in po želji dodajte SMD Build

Ko končate oblikovanje, ga pregledate in preverite, ali ni napak, nadaljujte in ustvarite datoteke Gerber. Pozval vas bo, da izvedete preverjanje pravil oblikovanja (DRC). Preverite, ali ni napak in shranite datoteke Gerber za izdelavo ali odprite JLCPCB neposredno iz urejevalnika.

Če želite uporabiti storitve izdelave SMD, shranite tudi BOM (kosovnico) in izberite datoteko (to pove strojem, kam naj namestijo vaše komponente)

Pojdite skozi postopek naročanja in dvakrat preverite usmerjenost vseh polariziranih komponent, kot so LED, kondenzatorji, resonatorji in sam MCU!

Za 10 sestavljenih plošč (brez USB -ja in programske glave) sem imel odpremljenih približno 35 GBP (približno 45 USD, odvisno od menjalnega tečaja).

Bodite pozorni na posodobitev e -pošte in sledite deski ter gradite na spletnem mestu JLCPCB.

9. korak: Prototip programske opreme (datoteka.ino priložena)

Med čakanjem na prihod plošč je čas, da začnete pisati programsko opremo:)

Arduino Nano sem postavil na ploščo in na isto mesto ožičil LED diode ter iste povezave, ki posnemajo tiskano vezje. Ta ista programska oprema bi morala biti nato naložena neposredno na tiskano vezje, čeprav s programerjem ponudnika internetnih storitev Arduino.

Koda uporablja matrike za poenostavitev programiranja. Uvozil sem tudi knjižnico "FastLED.h", saj ima nekaj uporabnih pomožnih funkcij, kot je sin8 ()

Tukaj je nekaj poudarkov:

Ta matrika preslika zatiče Arduino na LED1 do 10. LED1 je priključen na enakovreden Arduino A2, LED10 pa na D4

• // ustvari niz fizičnih imen pinov, povezanih z LED1, LED2 itd. na LED10
• const byte ledpins = {A2, A3, A1, A0, 9, 10, 6, 5, 3, 4};

Glavna zanka je preprosta programska PWM rutina, ki preveri 'pwm_now' glede na trenutno vrednost 'led_brightness'.

To je trenutno preskusna koda za eksperimentiranje z nekaj svetlobnimi vzorci.

10. korak: Odstranite polje in občudujte svoje nove tiskane vezje! Neobvezno - Spajkajte dodatne dele

Uživajte v un-boxingu in občudujte lastno PCB po meri:)

Z montažo SMD sem imel vse pomembne komponente spajkane na eni strani, da sem dobil delujočo napravo.

Neobvezno - spajkajte dodatne komponente:

• Priključek Micro-USB za napajanje (ne programiranje)
• Potisni gumbi - za interaktivnost
• LED na hrbtni strani - obojestransko!

11. korak: Programirajte ploščo s programerjem ArduinoISP

To je zabavno. Nalaganje zagonskega nalagalnika Arduino in kode na tiskano vezje!

Nekaj dni po prvem pisanju tega navodila so prispele plošče! 10x plošče, vse fantastično dobro izdelane, komponente pa lepo spajkane in vse delujejo odlično.

Priključite rezervni Arduino kot programer ArduinoISP

Arduino Nano uporabljam na majhni plošči, ki je povezana kot programer ArduioISP. To pomeni, da se poveže z IDE-jem prek USB-ja na nano, ki se nato poveže s ciljno napravo prek 6-polnega priključka za programiranje.

Odklop je enak priključku nano IP, v bistvu samo MISO/MOSI/RST/SCK/5V/GND

Za več podrobnosti glejte to povezavo:

1 - MISO

2 - +5V

3 - SCK

4 - MOSI

5 - RST => poganjano iz Pin 10 Arduino nano

6 - GND

Naložite skico ArduinoISP na programer

• Primeri -> 11. ArduinoISP -> ArduinoISP
• Opomba - ko naložite to sliko v programer, je treba odstraniti kondenzator med zatiči RST in GND. To vrnite pred uporabo programatorja.

Naložite zagonsko datoteko in kodo na ciljno ploščo

• Priključite programer na cilj s 6-polnim priključkom

  6 -polno glavo lahko pritrdite na tiskano vezje brez spajkanja, tako da jo držite pod kotom, da omogoča dober stik

• Če imate na plošči 16MHz keramični resonator in z veseljem preslikate pinout, ki ustreza arduino nano, potem preprosto programirajte ploščo kot Arduino nano, vendar z naslednjimi nastavitvami:

  • Tabla: "Arduino Nano"
  • Procesor: "ATmega328P"
  • Programer: "Arduino kot ponudnik internetnih storitev"

• Naložite zagonski nalagalnik

  To nastavi varovalke v MCU, da omogočijo 16MHz zunanji kristal ali resonator. Če tega nimate, uporabite alternativni zagonski nalagalnik, npr. minicore

• Naložite svojo kodo

  Pomembno - ker kodo prenašamo s programerjem, morate pritisniti SHIFT, ko pritisnete gumb UPLOAD (=>). S tem se programiranje spremeni iz običajnega "naloži" prek serijskih vrat, namesto tega se v nožice ponudnika internetnih storitev uporabi "naloži s programerjem"

Če je bilo zgoraj navedeno uspešno, bi morali imeti zdaj veliko utripajočih LED!:

12. korak: Uživajte v svojem projektu

Upam, da vam je bilo to navodilo koristno. Veliko ur sem eksperimentiral s temi orodji za izdelavo zanimivih tiskanih vezij in ugotovil, da so spletna orodja zelo priročna.

Ta posebna zasnova je relativno preprosta v smislu vezja, vendar zanimiva v smislu fizične postavitve. Prav tako bi bila dobra dekoracija za praznike!

Druga nagrada na PCB Design Challenge