DIY Arduino združljiv klon: 21 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Arduino je vrhunsko orodje v arzenalu izdelovalca. Morali bi biti sposobni zgraditi svojega! V prvih dneh projekta, okoli leta 2005, so bili vsi deli skozi luknje, komunikacija pa je potekala prek serijskega kabla RS232. Datoteke so še na voljo, zato si jih lahko naredite sami, jaz pa jih imam, vendar nima veliko računalnikov starejših serijskih vrat.

Kmalu je sledila različica Arduino USB, ki je verjetno močno prispevala k uspehu projekta, saj je omogočala enostavno povezavo in komunikacijo. Vendar je to imelo svojo ceno: komunikacijski čip FTDI je prišel le v paketu za površinsko montažo. Tudi zanj so na voljo načrti, vendar spajkanje na površino presega večino začetnikov.

Novejše plošče Arduino uporabljajo čipe 32U4 z vgrajenim USB -jem (Leonardo) ali ločene Atmelove čipe za USB (UNO), ki nas še vedno puščata na ozemlju površinske montaže. Nekoč je prišlo do "TAD -a" iz nevarnih naprav, ki je uporabil vmesnik PIC skozi USB za povezavo, vendar na spletu ne najdem ničesar.

Torej smo tu. Trdno verjamem, da bi moral začetnik, kot je Jedi Knight, zgraditi svoj Arduino (lahka sablja). "Elegantno orožje iz bolj civilizirane dobe". Moja rešitev: naredite čip FTDI skozi luknjo s paketom za površinsko montažo! To mi omogoča, da opravim površinsko montažo in ponudim preostali projekt kot DIY skoznjo luknjo! Oblikoval sem ga tudi v odprtokodnem KiCadu, tako da lahko preučite oblikovalske datoteke, jih spremenite in zavrtite svojo različico.

Če menite, da je to neumna ideja, ali imate radi spajkanje s površinsko montažo, si oglejte moj Leonardo Clone, sicer pa berite naprej…

1. korak: Deli in potrebščine

Celoten material je na voljo na

Edinstveni deli tega so vezja, eno za Arduino in eno za čip FTDI. Lahko jih naredite za OSH Park ali pa uporabite oblikovalske datoteke s svojo najljubšo hišo.

Komplet za ta projekt je na voljo na Tindie.com. Z nakupom kompleta boste prihranili čas in stroške naročanja pri več različnih prodajalcih ter se izognili najnižji naročnini na PCB. Zagotovil vam bo tudi preizkušen površinsko nameščen čip FDTI skozi luknjo in vnaprej utripajočo Atmego.

Orodja in potrebščine: Za svoje delavnice uporabljam SparkFunov komplet orodij za začetnike, ki vsebuje večino tistega, kar potrebujete:

• Spajkalnik.
• Spajkanje
• Žične ščipalke
• Odpajkanje pletenice (upam, da ni potrebno, vendar nikoli ne veš).

2. korak: Gospe in gospodje, začnite likati

Ne bom vas poskušal naučiti spajkanja. Tukaj je nekaj mojih najljubših videoposnetkov, ki to prikazujejo veliko bolje kot jaz:

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

Na splošno:

• Poiščite lokacijo na tiskanem vezju z oznakami svilenega zaslona.
• Upognite vodnike sestavnih delov, da se prilegajo odtisu stopala.
• Spajkajte kable.
• Odrežite žice

3. korak: Upori

Začnimo z upori, saj jih je največ, najnižjih sedežev in jih je najlažje spajkati. So bolj odporni na toploto in vam bodo dali priložnost, da izboljšate svojo tehniko. Prav tako nimajo polarnosti, zato jih lahko postavite tako ali drugače.

• Začnite s tremi 10K ohmi (rjava - črna - oranžna - zlata), ki so na par mestih na plošči (glejte sliko). To so "pull-up" upori, ki ohranjajo signal pri 5V, razen če so aktivno potegnjeni nizko.
• Par 22 ohmov (rdeča - rdeča - črna - zlata) je v zgornjem levem kotu. Ti so del komunikacijskega vezja USB.
• Naslednji par je 470 ohmov (rumena, vijolična, rjava, zlata). To so upori, ki omejujejo tok za LED RX/TX.
• Enojni 4,7K ohm (rumena, vijolična, rdeča, zlata). Neparna krogla za signal FTDI VCC.
• In na koncu par 1K ohmov (rjava, črna, rdeča, zlata). To so trenutni omejevalni upori za moč in diode D13 (330 ohmov bi delovalo, vendar mi niso všeč preveč svetli).

4. korak: Dioda

Naslednja je dioda, ki ščiti vezje pred povratnim tokom iz vtičnice. Večina, vendar ne vse komponente se bodo slabo odzvale na obratno polarnost.

Ima polarnost, ki je na enem koncu označena s srebrnim trakom.

Ujemajte ga z oznako svilenega zaslona in spajkanjem.

5. korak: Regulator napetosti (5V)

Obstajata dva regulatorja napetosti, glavni pa je 7805, ki bo reguliral dvanajst voltov od vtičnice do 5 voltov, ki jih potrebuje Atmega 328. Na tiskanem vezju so velike bakrene lastnosti, ki pomagajo odvajati toploto. Upognite vodi tako, da se hrbtna stran dotika plošče z luknjo, ki je delno poravnana z luknjo, in jo spajkajte.

6. korak: Vtičnice

Vtičnice omogočajo vstavljanje in odstranjevanje čipov IC brez spajkanja. Mislim na njih kot na zavarovanje, ker so poceni in vam omogočajo, da zamenjate prepihan čip ali preusmerite IC, če ga postavite nazaj. Na enem koncu imajo razdelek, ki prikazuje smer čipa, zato ga ujemajte s svilenim zaslonom. Spajkajte dva zatiča in nato preverite, ali sta pravilno nameščena, preden spajkate preostale zatiče.

7. korak: Gumb

Arduino ima običajno gumb za ponastavitev, da znova zažene čip, če prekine slušalko ali ga je treba znova zagnati. Vaš je v zgornjem levem kotu. Pritisnite ga na mestu in spajkajte.

8. korak: LED

Obstajajo številne LED diode, ki označujejo stanje. LED diode imajo polarnost. Dolga noga je anoda ali pozitivna in gre v okroglo blazinico z "+" poleg. Kratka noga je katoda ali negativna in gre v kvadratno podlogo.

Barva je poljubna, vendar običajno uporabljam:

• Rumena za RX/TX, ki utripajo, ko čip komunicira ali se programira.
• Zelena za LED D13, ki ga lahko program uporabi za prikaz dogodkov.
• Rdeča za prikaz 5 -voltnega napajanja je na voljo prek USB -ja ali vtičnice.

9. korak: Keramični kondenzatorji

Keramični kondenzatorji nimajo polarnosti.

Kondenzatorji za glajenje moči se običajno uporabljajo za odstranjevanje prehodnih tokov iz napajanja na čipe. Vrednosti so običajno navedene v podatkovnem listu komponente.

Vsak IC čip v naši zasnovi ima 0,1uF kondenzator za glajenje moči.

Obstajata dva 1uF kondenzatorja za izravnavo moči okoli 3,3 -voltnega regulatorja.

Poleg tega obstaja 1uF kondenzator, ki pomaga pri časovni razporeditvi funkcije ponastavitve programske opreme.

10. korak: Elektrolitski kondenzatorji

Elektrolitski kondenzatorji imajo polarnost, ki jo je treba upoštevati. Običajno so v večjih vrednostih kot keramični kondenzatorji, v tem primeru pa imamo 0,33 uF kondenzator za glajenje moči okoli regulatorja 7805.

Dolga noga naprave je pozitivna in gre v kvadratno ploščico z oznako "+". Te se ponavadi "pop", če jih postavite nazaj, zato jih popravite, sicer boste potrebovali zamenjavo.

11. korak: 3.3 Regulator napetosti

Medtem ko čip Atmega deluje na 5 voltov, čip USB FTDI za pravilno delovanje potrebuje 3,3 volta. Za to uporabljamo MCP1700 in ker potrebuje zelo malo toka, je v majhnem paketu TO-92-3, kot so tranzistorji, namesto v velikem paketu TO-220, kot je 7805.

Naprava ima ravno površino. Ujemajte ga s svilenim zaslonom in nastavite višino komponente približno četrt palca nad ploščo. Spajka na mestu.

12. korak: Glave

Lepota Arduina je standardiziran odtis in izpis. Glave omogočajo priključitev "ščitov", ki omogočajo hitro spreminjanje trdih konfiguracij po potrebi.

Običajno vtaknem en zatič vsake glave in nato preverim poravnavo, preden spajkam preostale zatiče.

13. korak: Resonator

Čipi Atmega imajo notranji resonator, ki lahko deluje pri različnih frekvencah do 8 Mhz. Zunanji časovni vir omogoča, da čip deluje do 20 Mhz, vendar standardni Arduino uporablja 16 Mhz, kar je največja hitrost čipov Atmega8, uporabljenih v prvotni zasnovi.

Večina Arduino uporablja kristale, ki so natančnejši, vendar potrebujejo dodatne kondenzatorje. Odločil sem se za uporabo resonatorja, ki je za večino dela dovolj natančen. Nima polarnosti, vendar se običajno soočim z oznako navzven, tako da lahko radovedni proizvajalci povedo, da uporabljate standardno nastavitev.

14. korak: Varovalka

Večina Arduina nima varovalk, vendar se bo vsak izdelovalec, ki se uči, pogosto (vsaj v mojem primeru) napačno povezal. Preprosta nastavljiva varovalka bo preprečila sproščanje "čarobnega dima", ki zahteva zamenjavo čipov. Ta varovalka se bo odprla, če se potegne preveč toka, in se ponastavi, ko se ohladi. Nima polarnosti in pregibi v nogah ga držijo nad desko.

Korak 15: Glave

Še dve glavi, ta z moškimi zatiči. V bližini priključka USB so trije zatiči, ki omogočajo preklapljanje med napajanjem USB in vtičnico s pomočjo mostička. UNO ima krožnost, da to naredi samodejno, vendar mi tega ni uspelo ponoviti v obliki luknje.

Druga glava je šest-polna glava "v sistemskem programiranju". To omogoča priključitev zunanjega programerja, da po potrebi neposredno programira Atmego. Če kupite moj komplet, je čip že naložil vdelano programsko opremo ali pa lahko Atmego odstranite iz vtičnice in jo postavite neposredno v programsko vtičnico, zato se ta glava redko uporablja in je zato neobvezna.

Korak: Power Jack

Namesto USB -ja lahko za priključitev zunanjega napajanja uporabite standardni priključek 5,5 x 2,1 mm. Ta napaja pin z oznako "Vin" in napaja regulator napetosti 7805, ki daje 5 voltov. Sredinski zatič je pozitiven in vhod je lahko do 35 V, čeprav je 12 V bolj tipično.

17. korak: USB

Novejši Arduino, kot je Leonardo, uporabljajo mikro povezavo USB, vendar je prvotna povezava USB B robustna in poceni in verjetno imate naokoli veliko kablov. Dva velika jezička nista električno povezana, ampak sta spajkana zaradi mehanske trdnosti.

18. korak: čips

Čas je za namestitev čipov. Preverite orientacijo. Če je vtičnica obrnjena nazaj, se prepričajte, da se čip ujema z oznakami svilenega sita. V usmeritvi, s katero smo delali, sta spodnja dva žetona obrnjena na glavo.

Vstavite čip tako, da so noge poravnane z držali. IC prihajajo iz proizvodnje z rahlo razmaknjenimi nogami, zato jih je treba upogniti navpično. To se običajno v mojih kompletih že naredi za vas. Ko ste prepričani v orientacijo, nežno pritisnite obe strani čipa. Preverite, ali so se pomotoma zložile noge.

Korak 19: Utripanje zagonskega nalagalnika

Bootloader je majhen del kode na čipu, ki omogoča enostavno nalaganje kode prek USB -ja. Prvih nekaj sekund teče ob vklopu in išče posodobitve, nato pa zažene obstoječo kodo.

Arduino IDE olajša utripajočo vdelano programsko opremo, vendar zahteva zunanjega programerja. Uporabljam svojega AVR programerja in za to vam bom seveda prodal komplet. Če imate programerja, ne potrebujete Arduina, saj lahko čip programirate neposredno. Nekako kot piščanec in jajce.

Druga možnost je, da kupite Atmego z zagonskim nalagalnikom, ki je že na njej:

Opozoril vas bom na uradna navodila za Arduino, saj bi se lahko zlahka spremenili v svoj Instructable, če ne bomo pozorni:

20. korak: Namestite Power Jumper in se povežite

Mostični mostiček je ročni način izbire vira napajanja med 5 volti iz USB -ja ali vtičnice. Standardni Arduinos ima vezje za samodejno preklapljanje, vendar ga z deli skozi luknje nisem mogel enostavno izvesti.

Če mostiček ni nameščen, ni napajanja. Če izberete vtičnico in nimate nič priključenega, ni napajanja. Zato je rdeča LED lučka, ki vam pokaže, ali imate moč.

Sprva želite preveriti, ali Arduino komunicira prek USB -ja, zato postavite mostiček na to nastavitev. Arduino previdno priključite na računalnik. Če dobite "neprepoznano napravo USB", odklopite napajanje in začnite odpravljati težave.

V nasprotnem primeru uporabite svoj Arduino IDE za nalaganje osnovne skice utripa. Kot ploščo uporabite "Arduino UNO". Sledite navodilom tukaj:

21. korak: Odpravljanje težav

Ob prvem vklopu vedno iščete znake uspeha ali neuspeha in ste pripravljeni hitro odklopiti ploščo, če stvari ne bodo potekale po pričakovanjih. Ne obupajte, če uspeh ni takojšen. Na svojih delavnicah poskušam spodbujati:

• Potrpežljivost, to ni vedno lahko, vendar je običajno vredno.
• Vztrajnost, če obupate, ne boste rešili problema.
• Pozitiven odnos, to lahko ugotovite, tudi če za to potrebujete pomoč.

Kadar koli se borim s težavo, si vedno rečem, da je težje rešiti, večja bo nagrada ali učenje za njeno rešitev.

S tem v mislih začnite s preprostimi stvarmi:

• Preglejte spajkalne spoje na zadnji strani plošče in retuširajte vse spoje, ki so videti sumljivi.
• Preverite, ali so čipi IC pravilno usmerjeni in ali se noben od vodnikov ni zložil, ko so vstavljeni.
• Ali rdeča LED sveti, ko je priključena? Če ne, preverite mostiček in spajkalne spoje USB.
• Preverite, ali so druge komponente s polarnostjo pravilno usmerjene.
• Poiščite druge namige, kot so sporočila o napakah ali segrevanje komponent.

Če imate še vedno težave, prosite za pomoč. Pišem Instructables, ker želim poučevati in pomagati tistim, ki se želijo učiti. Navedite dober opis simptomov in korake, ki ste jih naredili, da bi našli napake. Pomaga lahko tudi fotografija sprednje in zadnje strani plošče z visoko ločljivostjo. Nikoli ne obupaj. Vsak boj je lekcija.