Klon kompatybilny z Arduino: 21 kroków (ze zdjęciami)

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

Arduino to najlepsze narzędzie w arsenale twórców. Powinieneś być w stanie zbudować własny! Na początku projektu, około 2005 roku, projekt składał się wyłącznie z części przewlekanych, a komunikacja odbywała się za pomocą kabla szeregowego RS232. Pliki są nadal dostępne, więc możesz zrobić własne, a ja mam, ale niewiele komputerów ma starsze porty szeregowe.

Wkrótce pojawiła się wersja Arduino USB, która prawdopodobnie znacznie przyczyniła się do sukcesu projektu, ponieważ umożliwiała łatwe połączenie i komunikację. Miało to jednak swoją cenę: układ komunikacyjny FTDI był dostępny tylko w pakiecie do montażu powierzchniowego. Plany są nadal dostępne, ale lutowanie powierzchniowe jest poza zasięgiem większości początkujących.

Nowsze płyty Arduino wykorzystują układy 32U4 z wbudowanym USB (Leonardo) lub oddzielne układy Atmel dla USB (UNO), które nadal pozostawiają nas na terytorium montażu powierzchniowego. W pewnym momencie pojawił się "TAD" z Dangerous Devices, który używał przelotowego PIC do zrobienia USB, ale nie mogę znaleźć niczego w ich sieci.

A więc jesteśmy. Głęboko wierzę, że początkujący, taki jak rycerz Jedi, powinien być w stanie zbudować własne Arduino (lekka szabla). „Elegancka broń z bardziej cywilizowanego wieku”. Moje rozwiązanie: zrób przewlekany chip FTDI za pomocą pakietu do montażu powierzchniowego! To pozwala mi wykonać montaż powierzchniowy i zaoferować pozostały projekt jako otwór przelotowy DIY! Zaprojektowałem go również w programie Open Source KiCad, dzięki czemu możesz studiować pliki projektowe, modyfikować je i tworzyć własną wersję.

Jeśli uważasz, że to głupi pomysł lub kochasz lutowanie powierzchniowe, sprawdź mój Leonardo Clone, w przeciwnym razie czytaj dalej…

Krok 1: Części i materiały

Pełny wykaz materiałów znajduje się pod adresem

Unikalne części to płytki drukowane, jedna dla Arduino, a druga dla układu FTDI. Możesz zlecić wykonanie ich przez OSH Park lub użyć plików projektowych z ulubionym domem.

Zestaw do tego projektu jest dostępny na Tindie.com. Zakup zestawu pozwoli zaoszczędzić czas i koszty zamawiania od kilku różnych dostawców i uniknąć minimalnej premii za zamówienie PCB. Dostarczy również przetestowany chip do montażu powierzchniowego FDTI z otworami przelotowymi, a także wstępnie naświetloną Atmegę.

Narzędzia i materiały: Do moich warsztatów używam zestawu narzędzi dla początkujących SparkFun, który zawiera większość tego, czego potrzebujesz:

• Lutownica.
• Lutować
• Szczypce do drutu
• Rozlutownica (mam nadzieję, że nie jest potrzebna, ale nigdy nie wiadomo).

Krok 2: Panie i Panowie, włączcie żelazka

Nie mam zamiaru uczyć cię lutowania. Oto kilka moich ulubionych filmów, które pokazują to znacznie lepiej niż ja:

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

Ogólnie:

• Znajdź lokalizację na płytce drukowanej za pomocą oznaczeń sitodrukowych.
• Zagnij przewody komponentu, aby pasowały do śladu stopy.
• Przylutuj przewody.
• Przytnij przewody

Krok 3: Rezystory

Zacznijmy od rezystorów, ponieważ są one najliczniejsze, najniżej i najłatwiej je lutować. Są bardziej odporne na ciepło i dają szansę na odświeżenie swojej techniki. Nie mają również polaryzacji, więc możesz je umieścić w dowolny sposób.

• Zacznij od trzech 10K omów (brązowy - czarny - pomarańczowy - złoty), które znajdują się w kilku miejscach na planszy (patrz zdjęcie). Są to rezystory „podciągające”, które utrzymują sygnał na poziomie 5 V, chyba że są aktywnie podciągnięte.
• Para 22 omów (czerwony - czerwony - czarny - złoty) znajduje się w lewym górnym rogu. Są one częścią obwodu komunikacyjnego USB.
• Para 470 omów (żółty, fioletowy, brązowy, złoty) to kolejne w dół. Są to rezystory ograniczające prąd dla diod LED RX/TX.
• Pojedynczy 4,7 kiloomów (żółty, fioletowy, czerwony, złoty). Dziwna piłka dla sygnału FTDI VCC.
• I wreszcie para 1K ohm (brązowy, czarny, czerwony, złoty). Są to rezystory ograniczające prąd dla diod LED mocy i D13 (330 omów by zadziałało, ale nie podobają mi się zbyt jasne).

Krok 4: Dioda

Następnie mamy diodę, która chroni obwód przed prądem wstecznym z gniazda zasilania. Większość elementów, ale nie wszystkie, źle zareaguje na odwrotną polaryzację.

Posiada biegunowość oznaczoną srebrną opaską na jednym końcu.

Dopasuj go do oznaczenia sitodruku i lutuj na miejscu.

Krok 5: Regulator napięcia (5V)

Istnieją dwa regulatory napięcia, a główny to 7805, który reguluje dwanaście woltów od gniazda do 5 woltów, których potrzebuje Atmega 328. Na płytce drukowanej znajdują się duże miedziane elementy, które pomagają rozpraszać ciepło. Zagnij przewody tak, aby tył dotykał płytki z otworem wyrównanym z otworem w części i przylutuj na miejscu.

Krok 6: Gniazda

Gniazda umożliwiają wkładanie i wyjmowanie chipów IC bez lutowania. Myślę o nich jako o ubezpieczeniu, ponieważ są tanie i umożliwiają wymianę uszkodzonego chipa lub zmianę orientacji układu scalonego, jeśli zostanie włożony do tyłu. Mają wcięcie na jednym końcu, aby pokazać kierunek chipa, więc dopasuj go do sitodruku. Przylutuj dwa kołki, a następnie sprawdź, czy jest prawidłowo osadzony przed przylutowaniem pozostałych kołków.

Krok 7: Przycisk

Arduino zazwyczaj ma przycisk resetowania, aby zrestartować układ, jeśli się zawiesza lub musi zostać zrestartowany. Twój jest w lewym górnym rogu. Wciśnij go na miejsce i przylutuj.

Krok 8: diody LED

Istnieje kilka diod LED wskazujących stan. Diody LED mają polaryzację. Długa noga jest anodą, czyli dodatnią, i przechodzi w okrągłą podkładkę z „+” obok niej. Krótka noga jest katodą lub ujemną i przechodzi w kwadratową podkładkę.

Kolor jest dowolny, ale zazwyczaj używam:

• Żółty dla RX/TX, które migają, gdy układ się komunikuje lub jest programowany.
• Zielony dla diody LED D13, która może być używana przez program do wskazywania zdarzeń.
• Czerwony, aby pokazać, że zasilanie 5 V jest dostępne przez USB lub gniazdo zasilania.

Krok 9: Kondensatory ceramiczne

Kondensatory ceramiczne nie mają polaryzacji.

Kondensatory wygładzające moc są zwykle używane do usuwania transjentów z zasilacza do układów scalonych. Wartości są zazwyczaj określone w arkuszu danych komponentu.

Każdy układ scalony w naszym projekcie ma kondensator 0,1uF do wygładzania mocy.

Istnieją dwa kondensatory 1uF do wygładzania mocy wokół regulatora 3,3 wolta.

Dodatkowo jest kondensator 1uF, który pomaga w synchronizacji funkcji resetu oprogramowania.

Krok 10: Kondensatory elektrolityczne

Kondensatory elektrolityczne mają polaryzację, której należy przestrzegać. Zazwyczaj występują w większych wartościach niż kondensatory ceramiczne, ale w tym przypadku mamy kondensator 0,33 uF do wygładzania mocy wokół regulatora 7805.

Długa noga urządzenia jest dodatnia i wchodzi w kwadratową podkładkę oznaczoną „+”. Te mają tendencję do „wyskakiwania”, jeśli zostaną włożone do tyłu, więc zrób to dobrze, albo będziesz potrzebować wymiany.

Krok 11: 3.3 Regulator napięcia

Podczas gdy układ Atmega działa na 5 woltach, układ USB FTDI potrzebuje 3,3 wolta do poprawnej pracy. Aby to zapewnić, używamy MCP1700, a ponieważ wymaga bardzo małego prądu, znajduje się on w małej obudowie TO-92-3, takiej jak tranzystory, zamiast dużej obudowie TO-220, takiej jak 7805.

Urządzenie ma płaską twarz. Dopasuj go do sitodruku i dostosuj wysokość elementu około ćwierć cala nad płytą. Przylutuj na miejscu.

Krok 12: Nagłówki

Piękno Arduino to ustandaryzowana powierzchnia i pinout. Nagłówki umożliwiają podłączenie „osłon”, które pozwalają na szybką zmianę konfiguracji sprzętowych w razie potrzeby.

Zazwyczaj lutuję jeden pin każdej główki, a następnie sprawdzam wyrównanie przed wlutowaniem pozostałych pinów.

Krok 13: Rezonator

Chipy Atmega mają wewnętrzny rezonator, który może pracować na różnych częstotliwościach do 8 MHz. Zewnętrzne źródło taktowania pozwala chipowi działać do 20 Mhz, ale standardowe Arduino używa 16 Mhz, co było maksymalną prędkością układów Atmega8 użytych w oryginalnym projekcie.

Większość Arduino wykorzystuje kryształy, które są dokładniejsze, ale wymagają dodatkowych kondensatorów. Postanowiłem użyć rezonatora, który jest wystarczająco dokładny do większości prac. Nie ma polaryzacji, ale zwykle kieruję się oznaczeniem na zewnątrz, więc ciekawscy twórcy mogą powiedzieć, że używasz standardowej konfiguracji.

Krok 14: Bezpiecznik

Większość Arduino nie ma bezpieczników, ale każdy Maker, który się uczy, dość często (przynajmniej w moim przypadku) podłącza rzeczy nieprawidłowo. Prosty, resetowalny bezpiecznik pomoże uniknąć uwalniania „magicznego dymu” wymagającego wymiany chipa. Ten bezpiecznik otworzy się, jeśli zostanie pobrany zbyt duży prąd i zresetuje się, gdy się ochłodzi. Nie ma polaryzacji, a załamania w nogach utrzymują go nad deską.

Krok 15: Nagłówki

Jeszcze dwa nagłówki, te z męskimi pinami. W pobliżu złącza USB znajdują się trzy piny, które umożliwiają przełączanie między zasilaniem USB a gniazdem za pomocą zworki. UNO ma obwody, które robią to automatycznie, ale nie byłem w stanie odtworzyć tego w formie przelotowej.

Drugi nagłówek to sześciostykowy nagłówek "w programowaniu systemowym". Pozwala to na podłączenie zewnętrznego programatora, aby w razie potrzeby bezpośrednio przeprogramować Atmegę. Jeśli kupisz mój zestaw, chip ma już załadowany firmware lub Atmegę można wyjąć z gniazda i umieścić bezpośrednio w gnieździe programistycznym, więc ten nagłówek jest rzadko używany, a zatem opcjonalny.

Krok 16: Gniazdo zasilania

Zamiast USB można użyć standardowego gniazda 5,5 x 2,1 mm do podłączenia zewnętrznego zasilania. To zasila pin oznaczony „Vin” i zasila regulator napięcia 7805, który wytwarza 5 woltów. Środkowy pin jest dodatni, a napięcie wejściowe może wynosić do 35 V, chociaż 12 V jest bardziej typowe.

Krok 17: USB

Nowsze Arduino, takie jak Leonardo, używają złącza micro USB, ale oryginalne złącze USB B jest solidne i tanie i prawdopodobnie masz dużo kabli. Dwie duże wypustki nie są połączone elektrycznie, ale są przylutowane dla wytrzymałości mechanicznej.

Krok 18: Frytki

Czas zainstalować żetony. Sprawdź orientację. Jeśli gniazdo jest odwrócone, upewnij się, że chip pasuje do oznaczeń sitodruku. W orientacji, z którą pracowaliśmy, dwa dolne żetony są do góry nogami.

Włóż chip tak, aby nogi były wyrównane z uchwytami. Układy scalone pochodzą z produkcji z lekko rozstawionymi nogami, więc trzeba je wygiąć do pionu. Zwykle jest to już zrobione w moich zestawach. Po upewnieniu się co do orientacji delikatnie naciśnij obie strony chipa. Upewnij się, że żadne nogi nie zostały przypadkowo złożone.

Krok 19: Flashowanie bootloadera

Bootloader to mały fragment kodu na chipie, który umożliwia łatwe ładowanie kodu przez USB. Działa przez pierwsze kilka sekund po uruchomieniu, szukając aktualizacji, a następnie uruchamia istniejący kod.

Arduino IDE ułatwia flashowanie oprogramowania układowego, ale wymaga zewnętrznego programatora. Używam własnego programatora AVR i oczywiście sprzedam ci zestaw do tego. Jeśli masz programistę, tak naprawdę nie potrzebujesz Arduino, ponieważ możesz zaprogramować układ bezpośrednio. Coś w rodzaju kurczaka i jajka.

Inną opcją jest zakup Atmegi z już zainstalowanym bootloaderem:

Wskażę ci oficjalne instrukcje Arduino, ponieważ mogą one łatwo przekształcić się we własne instrukcje, jeśli nie będziemy ostrożni:

Krok 20: Zainstaluj zworkę zasilania i podłącz

Zworka zasilania to ręczny sposób wyboru źródła zasilania między 5 woltami z USB lub gniazda zasilania. Standardowe Arduino mają obwody, które przełączają się automatycznie, ale nie byłem w stanie łatwo go zaimplementować za pomocą części przewlekanych.

Jeśli zworka nie jest zainstalowana, nie ma zasilania. Jeśli wybierzesz gniazdo i nic nie jest podłączone, nie ma zasilania. Dlatego jest czerwona dioda LED, która pokazuje, czy masz zasilanie.

Początkowo chcesz sprawdzić, czy Arduino komunikuje się przez USB, więc ustaw zworkę na to ustawienie. Ostrożnie podłącz Arduino do komputera w zegarku. Jeśli otrzymasz „nierozpoznane urządzenie USB”, odłącz je i rozpocznij rozwiązywanie problemów.

W przeciwnym razie użyj swojego Arduino IDE, aby przesłać podstawowy szkic migania. Użyj "Arduino UNO" jako płytki. Postępuj zgodnie z instrukcjami tutaj:

Krok 21: Rozwiązywanie problemów

Przy pierwszym uruchomieniu zawsze szukasz oznak sukcesu lub porażki i jesteś gotowy do szybkiego odłączenia płyty, jeśli coś nie pójdzie zgodnie z oczekiwaniami. Nie trać serca, jeśli sukces nie jest natychmiastowy. Na moich warsztatach staram się zachęcać:

• Cierpliwość nie zawsze jest łatwa, ale zazwyczaj warto.
• Wytrwałość, nie rozwiążesz problemu, jeśli się poddasz.
• Pozytywne nastawienie, możesz to rozgryźć, nawet jeśli potrzebujesz w tym pomocy.

Kiedy zmagam się z jakimś problemem, zawsze powtarzam sobie, że im trudniej jest go rozwiązać, tym większa nagroda lub nauka za jego rozwiązanie.

Mając to na uwadze, zacznij od prostych rzeczy:

• Sprawdź połączenia lutowane z tyłu płyty, retuszując każde połączenie, które wygląda podejrzanie.
• Sprawdź, czy układy scalone IC są w prawidłowej orientacji i czy żaden z przewodów nie złożył się po włożeniu.
• Czy czerwona dioda LED świeci po podłączeniu? Jeśli nie, sprawdź zworkę zasilania i złącza lutowane USB.
• Sprawdź, czy inne elementy, które mają polaryzację, są prawidłowo zorientowane.
• Poszukaj innych wskazówek, takich jak komunikaty o błędach lub nagrzewanie się komponentów.

Jeśli nadal masz problemy, poproś o pomoc. Piszę Instructables, ponieważ chcę uczyć i pomagać tym, którzy chcą się uczyć. Podaj dobry opis objawów i czynności, które wykonałeś, aby znaleźć błędy. Pomocne może być również zdjęcie przedniej i tylnej części tablicy w wysokiej rozdzielczości. Nigdy się nie poddawaj. Każda walka to lekcja.