Złota płytka Arduino: 12 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Cel, powód

Celem tej płyty jest posiadanie dokładnie takiej samej funkcjonalności jak Arduino Uno, ale z ulepszonymi cechami konstrukcyjnymi. Będzie zawierał cechy konstrukcyjne zmniejszające hałas, takie jak ulepszone kondensatory routingu i odsprzęgania. Zachowamy standardowe rozmieszczenie pinów płyty Arduino, aby była kompatybilna z osłonami; jednak poza tym śladem zostanie dodany rząd kołków powrotnych, aby poprawić układ płytki poprzez zmniejszenie przesłuchów dla sygnałów wychodzących z płytki. Ponadto do zegara systemowego zamiast rezonatora zostanie użyty kryształ 16 MHz, aby zwiększyć dokładność i stabilność zegara

Budżet mocy

Moc wejściowa będzie taka sama jak wymagana do zasilania Arduino Uno. Zalecany zakres napięcia wejściowego wynosi od 7 do 12 woltów. Jeśli jest zasilany napięciem niższym niż 7 V, pin wyjściowy 5 V może dostarczać mniej niż pięć woltów, a płyta może stać się niestabilna. Jeśli użyjesz więcej niż 12 V, regulator napięcia może się przegrzać i uszkodzić płytę. Atmega 328 będzie wykorzystywać 5 V zamiast 3,3 V, aby uzyskać najszybsze taktowanie.

Zarządzanie ryzykiemPotencjalne zagrożenia:

Odbieranie wadliwych komponentów to potencjalne ryzyko, które można złagodzić zamawiając dodatki.

Niewłaściwa orientacja układów scalonych, takich jak Atmega 328, może skutkować nieprawidłowymi połączeniami z pinami. Sprawdzimy poprawność orientacji przed wlutowaniem.

Naprężenia mechaniczne wywierane na piny wyjściowe mogą spowodować zerwanie połączeń. Użyjemy mocowań przelotowych, aby upewnić się, że tak się nie stanie.

Podczas lutowania istnieje możliwość zimnych połączeń lutowniczych. Możemy to złagodzić, sprawdzając każde połączenie po utworzeniu połączenia.

Identyfikacja, gdzie części trafiają na tablicę, może być trudna.

Włączenie identyfikacji sitodruku ułatwi to.

Plan wychowania:

Przełączniki zostaną umieszczone w celu odizolowania obwodów podrzędnych płyty i pozwolą nam zmontować i przetestować elementy płytki pojedynczo i upewnić się, że każdy element działa poprawnie przed przejściem i złożeniem reszty dzika

Krok 1: Schemat

Schemat został stworzony przez odniesienie do schematów Arduino Uno o otwartym kodzie źródłowym i dostosowanie go w celu poprawy integralności sygnału.

Krok 2: Układ PCB

Krok 3: Montaż

Zaczęliśmy montować płytkę drukowaną z kondensatorami odsprzęgającymi i bezpiecznikami.

Następnie przylutowaliśmy układy zasilania i układ diody ESD. Chip zabezpieczający ESD był trudny do lutowania ze względu na mały rozmiar chipa i małe pady, ale pomyślnie zakończyliśmy montaż.

Napotkaliśmy problem polegający na tym, że nasza tablica nie resetowała się, ale to dlatego, że nasz przycisk miał słaby kontakt. Po naciśnięciu przycisku z pewną siłą wrócił do stanu funkcjonalnego i działał normalnie

Krok 4: Przełączanie szumów: styk 9

Oto dwa obrazy, na których porównane są szumy przełączania z pinów 9-13. Zielone ujęcia z lunety reprezentują tablicę komercyjną, żółte ujęcia z lunety reprezentują naszą wewnętrzną tablicę, a niebieskie sygnały reprezentują sygnały wyzwalające, aby uzyskać czysty, spójny ujęcie z lunety.

Trudno jest zobaczyć etykiety na zdjęciach z lunety, ale tablica reklamowa (zielona) ma szum przełączania między szczytami wynoszący około cztery wolty. Nasza płyta in House ma hałas przełączania około dwóch woltów. Jest to 50% redukcja szumów przełączania na pinie 9.

Krok 5: Przełączanie szumów: styk 10

Na styku 10 szum przełączania na płycie komercyjnej jest większy niż cztery wolty. Siedzi na około 4,2 wolta od szczytu do szczytu. Na naszej wewnętrznej płycie szum przełączania jest nieco powyżej dwóch woltów od szczytu do szczytu. Oznacza to zmniejszenie hałasu przełączania o około 50%.

Krok 6: Przełączanie hałasu: styk 11

Na styku 11 na płycie komercyjnej szum przełączania na poziomie od wysokiego do niskiego wynosi około 800 mV, a szum przełączania od niskiego do wysokiego wynosi około 900 mV. Na naszej płycie głównej szum przełączania na poziomie od wysokiego do niskiego wynosi około 800 mV, a nasz szum przełączania na poziomie od niskiego do wysokiego wynosi około 200 mV. Znacznie zmniejszyliśmy szum przełączania od niskiego do wysokiego, ale tak naprawdę nie wpłynęło to na szum przełączania z wysokiego na niski.

Krok 7: Przełączanie hałasu: styk 12

Na pinie 12 użyliśmy przełączania IO do wyzwalania strzałów lunetą zarówno na tablicy komercyjnej, jak i na tablicy wewnętrznej. W płycie komercyjnej szum przełączania wynosi około 700 mV od szczytu do szczytu, a płyta wewnętrzna ma od szczytu do szczytu 150 mV. Jest to około 20% spadek szumu przełączania.

Krok 8: Przełączanie hałasu: styk 13

Na pinie 13 płyta komercyjna pokazuje szum przełączania o wartości czterech woltów od szczytu do szczytu, a nasza płyta główna nie wykazuje szumu przełączania. To ogromna różnica i powód do świętowania

Krok 9: Tworzenie nowej tablicy funkcji specjalnych przy użyciu naszego ulepszonego projektu

Celem tej płyty jest rozszerzenie naszej płyty Golden Arduino o ulepszone funkcje konstrukcyjne i dodatkowe komponenty, takie jak diody LED zmieniające kolor i czujnik bicia serca. Będzie zawierał funkcje projektowe mające na celu zmniejszenie szumów, takie jak ulepszony routing, użycie 2 dodatkowych warstw PCB, aby uczynić ją płytą 4-warstwową, oraz kondensatory odsprzęgające wokół szyn zasilających i przełączające wejścia/wyjścia. Do stworzenia czujnika bicia serca wykorzystamy fotodiodę umieszczoną pomiędzy dwiema diodami LED, która będzie mierzyć światło odbite od krwi w palcu umieszczonym nad czujnikiem bicia serca. Dodatkowo dodamy indywidualnie adresowalne diody LED sterowane przez I2C.

Moc wejściowa będzie taka sama jak wymagana do zasilania Arduino Uno. Zalecany zakres napięcia wejściowego wynosi od 7 do 12 woltów. Jeśli jest zasilany napięciem niższym niż 7 V, pin wyjściowy 5 V może dostarczać mniej niż pięć woltów, a płyta może stać się niestabilna. Jeśli użyjesz więcej niż 12 V, regulator napięcia może się przegrzać i uszkodzić płytę. Atmega 328 będzie wykorzystywać 5 V zamiast 3,3 V, aby uzyskać najszybsze taktowanie.

Krok 10: Schemat

Krok 11: Układ tablicy

Warstwa mocy Wlać i Warstwa gruntu Wlać Ukryta, aby zobaczyć ślady. Kiedy ta płyta została zaprojektowana, ślad USB został przypadkowo skierowany do tyłu. Powinien być odwrócony, aby kabel mógł być prawidłowo podłączony.

Krok 12: Montaż

Zdjęcia nie były robione na każdym etapie, ale poniższe zdjęcie pokazuje ostateczne przywołanie tablicy. Piny nagłówka nie zostały dodane, ponieważ podstawową funkcją tej płyty jest dodanie diod LED i ADC. Port USB powinien być skierowany w przeciwnym kierunku, aby kabel nie musiał sięgać po płytce.