Budowanie PSLab: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Pracowity dzień w laboratorium elektronicznym, co?

Czy kiedykolwiek miałeś jakieś problemy z obwodami? Do debugowania wiedziałeś, że potrzebujesz multimetru, oscyloskopu, generatora fal, zewnętrznego precyzyjnego źródła zasilania lub powiedzmy analizatora logicznego. Ale jest to projekt hobbystyczny i nie chcesz wydawać setek dolarów na takie drogie narzędzia. Nie mówiąc już o tym, że cały zestaw powyżej zajmuje dużo miejsca. Możesz skończyć z multimetrem o wartości 20-30 dolarów, ale debugowanie obwodu nie jest dobrą robotą.

Co jeśli powiem, że istnieje urządzenie typu open source, które zapewnia wszystkie funkcje oscyloskopu, multimetru, analizatora stanów logicznych, generatora fal i źródła zasilania, które nie będzie cię kosztować setek dolarów i nie będzie wziąć cały stół do wypełnienia. Jest to urządzenie PSLab firmy FOSSASIA open source. Oficjalną stronę internetową można znaleźć pod adresem https://pslab.io/ oraz repozytoria open source pod następującymi linkami;

• Schematy sprzętu:
• Oprogramowanie MPLab:
• Aplikacja komputerowa:
• Aplikacja na Androida:
• Biblioteki Pythona:

Utrzymuję repozytoria sprzętu i oprogramowania układowego, a jeśli masz jakiekolwiek pytania podczas korzystania z urządzenia lub innych powiązanych rzeczy, możesz mnie zapytać.

Co daje nam PSLab?

To kompaktowe urządzenie o kształcie Arduino Mega ma mnóstwo funkcji. Zanim zaczniemy, jest wykonany w formacie Mega, dzięki czemu można go bez problemu umieścić w swojej wymyślnej obudowie Arduino Mega. Przyjrzyjmy się teraz specyfikacji (wyciągniętej z oryginalnego repozytorium sprzętu);

• 4-kanałowy oscyloskop do 2MSPS. Wybierane programowo etapy wzmocnienia
• 12-bitowy woltomierz z programowalnym wzmocnieniem. Zakresy wejściowe od +/-10 mV do +/-16 V
• 3x 12-bitowe programowalne źródła napięcia +/-3,3 V, +/-5 V, 0-3 V
• 12-bitowe programowalne źródło prądu. 0-3,3 mA
• 4-kanałowy, 4 MHz, analizator stanów logicznych
• 2x generatory fal sinusoidalnych/trójkątnych. 5 Hz do 5 kHz. Ręczna kontrola amplitudy dla SI1
• 4x generatory PWM. Rozdzielczość 15 nS. Do 8 MHz
• Pomiar pojemności. Zakres pF do uF
• Magistrale danych I2C, SPI, UART dla modułów Accel/żyroskopu/wilgotności/temperatury

Teraz, gdy wiemy, czym jest to urządzenie, zobaczmy, jak możemy je zbudować..

Krok 1: Zacznijmy od schematów

Sprzęt Open Source idzie w parze z oprogramowaniem Open Source:)

Ten projekt jest w otwartych formatach, gdzie tylko jest to możliwe. Ma to wiele zalet. Każdy może zainstalować oprogramowanie za darmo i wypróbować. Nie każdy ma siłę finansową, by kupować oprogramowanie własnościowe, co sprawia, że nadal można wykonać zadanie. Więc schematy zostały wykonane w KiCAD. Możesz używać dowolnego oprogramowania, które lubisz; po prostu uzyskaj prawidłowe połączenia. Repozytorium GitHub zawiera wszystkie pliki źródłowe schematów pod adresem https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m… a jeśli masz zamiar korzystać z KiCAD, możemy od razu sklonować repozytorium i mieć źródło do siebie, wpisując następujące polecenie w oknie terminala Linux.

$ klon git

Lub jeśli nie znasz poleceń konsoli, po prostu wklej ten link w przeglądarce, a pobierze plik zip zawierający wszystkie zasoby. Wersję PDF plików schematów można znaleźć poniżej.

Schemat może wyglądać na nieco skomplikowany, ponieważ zawiera dużo układów scalonych, rezystorów i kondensatorów. Przeprowadzę cię przez to, co jest tutaj.

Na środku pierwszej strony znajduje się mikrokontroler PIC. To jest mózg urządzenia. Jest połączony z kilkoma wzmacniaczami operacyjnymi, kryształem oraz kilkoma rezystorami i kondensatorami, aby wykrywać sygnały elektryczne z pinów I/O. Połączenie z komputerem PC lub telefonem komórkowym odbywa się poprzez mostek UART, którym jest MCP2200 IC. Posiada również otwór do wyłamywania dla układu ESP8266-12E z tyłu urządzenia. Schemat zawiera również podwajacz napięcia i układy scalone falownika napięcia, ponieważ urządzenie może obsługiwać kanały oscyloskopu, które mogą osiągać +/-16 V

Gdy schemat jest gotowy, następnym krokiem jest zbudowanie prawdziwej płytki drukowanej…

Krok 2: Konwersja schematu na układ

OK tak, to jest bałagan, prawda? Dzieje się tak, ponieważ na małej płytce umieszczone są setki małych elementów, a konkretnie po jednej stronie małej płytki wielkości Arduino Mega. Ta deska jest czterowarstwowa. Tyle warstw użyto, aby uzyskać lepszą integralność toru.

Wymiary płytki mają być dokładne jak w Arduino Mega, a wyprowadzenia pinów są umieszczone w tych samych miejscach, w których Mega ma swoje wyprowadzenia. Na środku znajdują się listwy pinowe do podłączenia programatora i modułu Bluetooth. Na górze znajdują się cztery punkty testowe, a na dole cztery, aby sprawdzić, czy przy prawidłowych połączeniach osiągane są prawidłowe poziomy sygnału.

Po zaimportowaniu wszystkich footprintów pierwszą rzeczą jest umieszczenie mikrokontrolera w centrum. Następnie umieść rezystory i kondensatory, które są bezpośrednio połączone z mikrokontrolerem, wokół głównego układu scalonego, a następnie postępuj aż do umieszczenia ostatniego elementu. Lepiej mieć zgrubną trasę przed właściwą trasą. Tutaj zainwestowałem więcej czasu w porządne rozmieszczenie elementów w odpowiednich odstępach.

W następnym kroku przyjrzyjmy się najważniejszemu zestawieniu materiałów..

Krok 3: Zamawianie PCB i wykazu materiałów

Załączam zestawienie materiałów. Zasadniczo zawiera następujące treści;

1. PIC24EP256GP204 - Mikrokontroler
2. MCP2200 - mostek UART
3. TL082 - Wzmacniacze operacyjne
4. LM324 - wzmacniacze operacyjne
5. MCP6S21 - Wzmacniacz operacyjny z kontrolą wzmocnienia
6. MCP4728 - Konwerter cyfrowo-analogowy
7. TC1240A - falownik napięcia
8. TL7660 - Podwajacz napięcia
9. Rezystory, kondensatory i cewki o rozmiarze 0603
10. Kryształy SMD 12 MHz

Składając zamówienie na PCB, upewnij się, że masz następujące ustawienia

• Wymiary: 55mm x 99mm
• Warstwy: 4
• Materiał: FR4
• Grubość: 1,6 mm
• Minimalny odstęp między ścieżkami: 6 mil
• Minimalny rozmiar otworu: 0,3 mm

Krok 4: Zacznijmy od montażu

Gdy płytka drukowana jest gotowa, a komponenty dotarły, możemy rozpocząć montaż. W tym celu lepiej mieć szablon, aby proces był łatwiejszy. Najpierw umieść szablon wyrównany z padami i nałóż pastę lutowniczą. Następnie zacznij umieszczać komponenty. Film tutaj pokazuje poklatkową wersję umieszczania komponentów.

Po umieszczeniu każdego elementu, lutuj go ponownie przepływowo za pomocą stacji naprawczej SMD. Uważaj, aby nie nagrzać płyty zbyt mocno, ponieważ elementy mogą ulec uszkodzeniu w obliczu intensywnego ciepła. Również nie zatrzymuj się i rób wiele razy. Zrób to za jednym zamachem, ponieważ pozostawienie komponentów do ostygnięcia, a następnie ich nagrzanie, zawiedzie integralność strukturalną zarówno komponentów, jak i samej płytki drukowanej.

Krok 5: Prześlij oprogramowanie układowe

Po zakończeniu montażu kolejnym krokiem jest wypalenie oprogramowania układowego na mikrokontrolerze. W tym celu potrzebujemy;

• Programator PICKit3 - Aby wgrać oprogramowanie
• Przewody połączeniowe męskie-męskie x 6 - Do połączenia programatora z urządzeniem PSLab
• Kabel USB typu Mini B - Do połączenia programatora z komputerem PC
• Kabel USB typu Micro B - Do połączenia i zasilania PSLab z komputerem

Firmware jest rozwijany przy użyciu MPLab IDE. Pierwszym krokiem jest podłączenie programatora PICKit3 do nagłówka programowania PSLab. Dopasuj pin MCLR w programatorze i urządzeniu, a pozostałe piny zostaną umieszczone prawidłowo.

Sam programator nie może zasilić urządzenia PSLab, ponieważ nie może zapewnić dużej mocy. Musimy więc zasilić urządzenie PSLab z zewnętrznego źródła. Podłącz urządzenie PSLab do komputera za pomocą kabla typu Micro B, a następnie podłącz programator do tego samego komputera.

Otwórz MPLab IDE i kliknij „Make and Program Device” z paska menu. Otworzy się okno wyboru programisty. Wybierz „PICKit3” z menu i naciśnij OK. Rozpocznie się nagrywanie oprogramowania układowego na urządzenie. Uważaj na komunikaty drukowane na konsoli. Powie, że wykrywa PIC24EP256GP204 i wreszcie programowanie jest zakończone.

Krok 6: Włącz i gotowe

Jeśli oprogramowanie układowe pali się prawidłowo, zaświeci się zielona dioda LED, co oznacza pomyślny cykl rozruchu. Teraz jesteśmy gotowi do użycia urządzenia PSLab do wszelkiego rodzaju testów obwodów elektronicznych, przeprowadzania eksperymentów itp.

Obrazy przedstawiają wygląd aplikacji komputerowej i aplikacji na Androida.