Jak zbudować programator USBTiny ISP: wykorzystując frezarkę CNC PCB: 13 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Czy myślałeś o tym, jak zbudować własny projekt elektroniczny od podstaw?

Robienie projektów elektronicznych jest dla nas, twórców, ekscytujące i zabawne. Jednak większość twórców i entuzjastów sprzętu, którzy dopiero wkraczają w kulturę twórców, budowali swoje projekty za pomocą płytek rozwojowych, płytek prototypowych i modułów. W ten sposób możemy zbudować szybką wersję prototypową naszego projektu. Ale powinien mieć duże rozmiary i być pomieszany z okablowaniem płytki stykowej. Podobny przypadek podczas korzystania z płytki PCB Generic, również wygląda niechlujnie i nieprofesjonalnie!

Jak więc budować nasze projekty w wygodniejszy sposób?

Najlepszy sposób na wykorzystanie płyt Standalone w naszym projekcie!

Zaprojektowanie i wyprodukowanie PCB do naszego projektu to lepszy i wygodny sposób na wyrażenie swojego profesjonalizmu i fachowości!. Możemy zminimalizować rozmiar naszego projektu do kompatybilnego rozmiaru i niestandardowych kształtów, płytki drukowane wyglądają schludnie, a solidne połączenia to tylko niektóre z zalet.

Zatem ważne jest, w jaki sposób budujemy płytkę PCB opłacalnie i efektywnie czasowo?

Możemy wysłać nasz projekt do producenta PCB, aby wyprodukował nasz projekt PCB, ale powinno to zająć trochę czasu i rozwalić twoją kieszeń. Inną metodą jest wykonanie metody transferu tonera za pomocą drukarki laserowej i papieru fotograficznego. Ale jest to również czasochłonne i testowanie poziomu pacjentów, a także potrzebujesz trwałego markera, aby załatać niewytrawione części. Używałem tej metody dużo czasu i nienawidzę tego.

Jaki jest więc najlepszy sposób?

W moim przypadku najlepszy sposób na wykorzystanie frezarek CNC do budowy PCB. Frezarki do PCB zapewniają dobrą jakość PCB, a produkcja prototypów PCB zajmuje mniej czasu, mniej zasobów i najtańszy sposób!

Zbudujmy więc programistę USBtiny ISP za pomocą frezarki CNC!

Bez dalszych czyn, zaczynajmy!

Krok 1: Nie chcesz być bogaty

Naprawdę! nie chcesz kupować frezarki do PCB. Większość z nas nie ma środków na zakup tak drogiej maszyny. Nawet nie mam.

Jak więc uzyskać dostęp do maszyny? Po prostu idę do fablabu, makerspace lub hackerspace w mojej lokalizacji! W moim przypadku po prostu idę do fablabu i korzystam z maszyny za niską cenę. Znajdź więc miejsce takie jak fablab lub makerspace w swojej okolicy. Dla mnie cena to 48¢/godz. za korzystanie z frezarki do PCB. Cena może się różnić w Twojej okolicy. Tak więc, jak powiedziałem, nie chcesz być bogaty!

Krok 2: Zestawienie materiałów

Lista komponentów

• 1 x mikrokontroler Attiny 45/85 (pakiet SOIC)
• 2 x 499 omów
• 2 x 49 omów
• 2x1K
• 2x3.3 dioda Zenera
• 1 x kondensator 0,1 mf
• 1 x niebieska dioda led
• 1 x zielona dioda led
• 1 x 2x3 męskie wtyki nagłówka (smd)
• 1x20 cm 6-przewodowy kabel taśmowy
• Złącze przejściowe kabla taśmowego IDC 2x2x3 żeńskie
• 1x4cm x 8cm FR4 platerowany miedzią

Uwaga: (rezystory, kondensatory, diody i diody LED są używane w tych projektach to pakiet 1206)

Wymagania dotyczące narzędzi

• Stacja lutownicza lub lutownica (mikro grot)
• Drut lutowniczy
• Pęseta (mikrokońcówka)
• Knot rozlutowujący
• Narzędzie z trzeciej ręki
• Multimetr
• Narzędzie do ściągania izolacji
• Odciąg oparów (opcjonalnie)

Wymagania dotyczące maszyn

Modela MDX20 (dowolna frezarka PCB wykonuje pracę, ale oprogramowanie do kontroli zadań ulegnie zmianie)

Pobierz materiały do tego projektu!

Krok 3: Co to jest frezarka do PCB?

Frezarka PCB to maszyna CNC (Computer Numerical Control), która służy do wytwarzania prototypów PCB. Frezarki PCB frezują miedziane części platerowanej miedzią, aby rozróżnić ślady i podkładki PCB. Frezarka do PCB posiada trzyosiowy ruch mechaniczny (X, Y, Z). Każda oś jest kontrolowana przez silnik krokowy, co zapewnia precyzyjne ruchy. Te ruchy osi są kontrolowane przez program komputerowy, wydając polecenia kodu G. Gcode jest szeroko stosowany w językach programowania sterowania numerycznego, większość maszyn używa kodu g do sterowania osią maszyn. Głowica narzędzia (zwykle frez) jest podłączona do tych osi, aby wyfrezować płytki PCB.

:- Używana przeze mnie maszyna to frezarka CNC MODELA MDX20.

Frezarka PCB Modela MDX 20

Modela MDX20 to frezarka do PCB. Modela MDX20 jest zwykle używana do produkcji płytek PCB, ale możemy również tworzyć listwy, akwaforty itp. Modela może być frezowana na różnych materiałach, takich jak sklejka, wosk, akryl, różne materiały PCB, takie jak Fr1 Fr4 itp. Modela jest lekka i ma niewielkie rozmiary. Możemy go postawić nawet na niewielkim biurku. Łoże (powierzchnia frezowania) jest przymocowana do osi Y, a głowica narzędzia do X i Z. Oznacza to, że ruch łoża jest kontrolowany przez oś Y, a ruch głowicy narzędzia jest kontrolowany przez oś X i głowicę narzędzia jest kontrolowany przez oś Z. Modela posiada własny program komputerowy. Ale używam programu linuksowego o nazwie FABModules. Moduły FAB komunikują się z Modelą w celu sterowania procesem cięcia i frezowania. Moduły Fab nigdy nie ustawiają osi X, Y, Z automatycznie, musimy ustawić je ręcznie.

Krok 4: Zacznij korzystać z Modela MDX20

Jeśli chcę wyfrezować moją płytkę drukowaną, w tym przypadku programator FabISP. Najpierw potrzebuję układu projektu PCB i układu zarysu PCB. Frezowanie PCB jest procesem dwuetapowym. W pierwszym etapie muszę wyfrezować ślady i pady płytki, a w drugim wyciąć obrys płytki. Za pomocą modułów fab możemy przekonwertować układ projektu PCB w formacie-p.webp

Ogólna specyfikacja

• Obszar roboczy: 203,2 x 152,4 mm
• Skok osi Z: 60,5 mm
• Prędkość wrzeciona: 6500 obr./min

Frezy do użycia

• Frez: bit 1/64 cala (0,4 mm)
• Bit tnący: bit 1/32 cala (0,8 mm)

Krok 5: Co to jest ISP (IN - System - Programista)?

In System Programmer (ISP) znany również jako In-Circuit Serial Programmer (ICSP) jest programatorem mikrokontrolerów. Dostawca usług internetowych odczyta instrukcje i polecenia z komputera USB i wyśle je do mikrokontrolera przez szeregowy interfejs peryferyjny (SPI). Po prostu urządzenia ISP pozwalają nam komunikować się z mikrokontrolerem za pomocą linii SPI. SPI to sposób komunikacji w mikrokontrolerze. Wszystkie podłączone urządzenia peryferyjne i interfejs komunikują się z mikrokontrolerami poprzez SPI. Jako entuzjasta elektroniki, pierwszą rzeczą, która przychodzi mi do głowy, gdy mówię o ISP jest MISO, MOSI SCK. Te trzy piny są ważnymi pinami.

Po prostu ISP służy do nagrywania programów na mikrokontroler, a także do komunikacji z mikrokontrolerem!

Krok 6: USBTiny ISP: Schematy i układ PCB

USBTiny ISP

USBTiny ISP to prosty programator USB AVR o otwartym kodzie źródłowym i interfejs SPI. Jest tani, łatwy w wykonaniu, świetnie współpracuje z avrdude, jest kompatybilny z AVRStudio i przetestowany pod Windows, Linux i MacOS X. Idealny dla studentów i początkujących lub jako programista kopii zapasowych.

Wszystkie komponenty są wykorzystywane w tym projekcie Komponenty SMD. Mózgiem USBTinyISP jest mikrokontroler Attiny45.

ATtiny 45 mikrokontroler

Mikrokontroler używany w USBTinyISP to Attiny 45. Attiny45 jest 8-bitowym mikrokontrolerem AVR o wysokiej wydajności i niskim poborze mocy, pracującym w oparciu o architekturę RISC firmy Atmel (microchip przejęty niedawno przez firmę Atmel). Attiny 45 jest dostarczany w 8-pinowym opakowaniu. Attiny 45 ma 6 pinów I/O, trzy z nich to piny ADC (10 bit ADC), a pozostałe dwa to piny cyfrowe obsługujące PWM. Jest wyposażony w pamięć flash 4KM, 256 programowalnej pamięci EEPROM w systemie i 256B SRAM. Napięcie robocze około 1,8V do 5,5V 300mA. Attiny 45 obsługuje uniwersalny interfejs szeregowy. Na rynku dostępne są zarówno wersje SMD, jak i THT. Attiny 85 to wyższa wersja Attiny 45, są prawie takie same. Jedyną różnicą jest pamięć Flash, Attiny 45 ma 4KB flash, a Attiny 85 ma 8KB flash. Możemy wybrać Attiny 45 lub Attiny 85. Nie jest to wielka sprawa, ale Attiny 45 wystarczy, aby stworzyć FabTinyISP. Zobacz oficjalną dokumentację stąd.

Krok 7: Skonfiguruj maszynę

Teraz zbudujmy PCB za pomocą frezarki do PCB. Dołączyłem układ Trace i Cut w pliku zip, możesz pobrać plik zip poniżej.

Wymagania wstępne: Pobierz i zainstaluj Fabmodules z tego linku

Fabmodules obsługiwane tylko na maszynach z systemem Linux, używam Ubuntu!

Krok 1: Warstwa ofiarna

Przede wszystkim płyta robocza frezarki PCB (łoże frezujące AKA) to płyta metalowa. Jest solidny i dobrze zbudowany. Ale w niektórych przypadkach może ulec uszkodzeniu podczas omyłkowego cięcia na zbyt dużą głębokość. Tak więc kładę warstwę protektorową na górze łoża frezującego (pokryte miedzią umieszczoną na górze łoża frezującego, aby uniknąć dotykania bitów w metalowej płycie).

Krok 2: Zamocuj frez 1/62 w głowicy narzędzia

Po umieszczeniu warstwy protektorowej, teraz muszę naprawić frez (zazwyczaj używa się frezu 1/62) w głowicy narzędzia. Wyjaśniłem już dwuetapowy proces frezowania PCB. Do wyfrezowania śladów i padów płytki PCB użyj frezu 1/64 i umieść go na głowicy narzędzia za pomocą klucza imbusowego. Podczas wymiany bitów zawsze zwracaj szczególną uwagę na bity. Końcówka wędzidła jest tak cienka, że ma większe szanse na złamanie wędzidła podczas wyślizgnięcia się z dłoni nawet przy niewielkim upadku. aby przezwyciężyć tę sytuację, pod głowicę narzędzia umieściłem mały kawałek pianki, aby zabezpieczyć się przed przypadkowym upadkiem.

Krok 3: Wyczyść miedziany płaszcz

Do tego projektu używam miedzi FR1 platerowanej. FR-1 są odporne na ciepło i trwalsze. Ale miedziane okładziny szybko się utleniają. Miedziaki to magnesy na odciski palców. Tak więc przed użyciem miedzi platerowanej, nawet jeśli jest ona nowa, zalecam wyczyszczenie PCB środkiem do czyszczenia PCB lub acetonem przed i po frezowaniu PCB. Do czyszczenia PCB użyłem środka do czyszczenia PCB.

Krok 4: Zamocuj pokrytą miedzią podkładkę do frezowania

Po oczyszczeniu platerowanego miedzią, umieść platerowane miedzią na górze łoża frezującego. Za pomocą dwustronnej taśmy klejącej umieściłem platerowaną miedzią podkładkę do frezowania. Dwustronne taśmy klejące są tak łatwe do usunięcia i są dostępne w niskiej cenie. Przyklejam dwustronną taśmę na wierzchu warstwy protektorowej. Następnie umieść miedzianą powłokę na wierzchu taśmy klejącej.

Krok 8: Konfiguracja modułów Fab i procesu frezowania

Krok 1: Włącz maszynę i załaduj FabModules

włączony komputer, a następnie otwórz oprogramowanie modułu Fab w systemie Linux (używam Ubuntu), wpisując poniższe polecenie w terminalu Linux.

fab

Następnie pojawi się nowe okno. Wybierz obraz (.png) jako format pliku wejściowego i format wyjściowy jako Roland MDX-20 mill(rml). Następnie kliknij przycisk Make_png_rml.

Krok 2: Załaduj projekt PCB Obraz

W górnej części nowego okna wybierz bit, którego zamierzasz użyć. następnie załaduj swój format.png, klikając przycisk Load.png. Następnie kliknij przycisk Make.path, aby wygenerować ścieżkę do młyna. Teraz kliknij Make.rml, aby wygenerować instrukcje i polecenia dla maszyny. Na górze pojawi się nowy przycisk Wyślij to, a następnie przycisk Make.rml. Nie klikaj teraz przycisku.

Krok 3: Ustaw osie X, Y i Z

Jeszcze nie skończyliśmy. Teraz naciśnij przycisk View na panelu sterowania Modela MDX20. upewnij się, że bit jest dobrze napięty. naciśnij jeszcze raz przycisk widoku, aby wrócić do domyślnej pozycji. Teraz ustaw pozycje X, Y, wprowadzając wymiary (w zależności od pozycji planszy) w żądanych polach tekstowych. Polecam zanotować gdzieś pozycje X i Y. Jeśli coś poszło nie tak i musisz zacząć od początku, powinieneś potrzebować dokładnych pozycji X i Y, aby kontynuować proces frezowania, w przeciwnym razie będzie to bałagan.

Opuść głowicę narzędzia, naciskając przycisk W dół. Zatrzymaj się, gdy głowica narzędzia zbliży się do powłoki miedzianej. Następnie poluzuj śrubę z łbem narzędziowym i opuść końcówkę nieco w dół, aż dotknie miedzianej warstwy platerowanej miedzią. Następnie ponownie dokręć śrubę i przywróć głowicę narzędzia do pozycji wyjściowej, naciskając przycisk Widok. Teraz wszyscy jesteśmy gotowi. Zamknij pokrywę bezpieczeństwa Modela i kliknij przycisk Wyślij. Modela rozpocznie proces frezowania.

Frezowanie śladów i padów zajmuje co najmniej 10–13 minut. Po zakończeniu frezowania uzyskałem dobry wynik.

Krok 4: Wycinanie układu Outline

Po zakończeniu frezowania Trace, wytnij obrys PCB (po prostu kształt PCB). Proces jest prawie taki sam. Aby wyciąć układ, zmień bit 1/64 na 1/32 bit w głowicy narzędzia. Następnie załaduj plik układu cięcia-p.webp

Krok 9: Gotowa płytka drukowana

Oto płytka PCB po frezowaniu!

Krok 10: Lutowanie komponentów na płytce drukowanej

Teraz mam gotową płytkę drukowaną. wszystko, co muszę zrobić, to przylutować elementy na płytce drukowanej. Dla mnie to zabawne i łatwe zadanie.

Jeśli chodzi o lutowanie, komponenty przewlekane są tak łatwe do lutowania w porównaniu z komponentami SMD. Komponenty SMD mają niewielkie rozmiary. lutowanie jest trochę trudne dla początkujących. Istnieje wiele możliwości popełnienia błędów, takich jak błędne rozmieszczenie komponentów na zimno, a najczęstsza rzecz lub tworzenie mostków między śladami a padami. Ale każdy ma swoje własne wskazówki i triki lutownicze, których nauczył się z własnych doświadczeń. to sprawi, że to zadanie będzie łatwe i przyjemne. Więc nie spiesz się, aby przylutować komponenty!

Tutaj jak robię lutowanie

Zwykle najpierw lutuję mikrokontrolery i inne układy scalone. Następnie lutuję małe elementy, takie jak rezystory, kondensatory itp…

Nareszcie elementy przewlekane, przewody i kołki rozgałęźne. Aby przylutować moje USBTinyISP, wykonuję te same kroki. Aby łatwo lutować SMD, Najpierw rozgrzewam lutownicę do 350°C. Następnie dodaj trochę topnika lutowniczego na pady. Następnie podgrzej pad, do którego chcę przylutować elementy, a następnie dodaj niewielką ilość lutu do jednego padu elementu. Za pomocą pęsety zerwij element, umieść go na podkładce i podgrzej podkładkę przez 2-4 sekundy. Następnie przylutuj pozostałe podkładki. Jeśli tworzysz mostki między pinami i ścieżkami lub dajesz dużo lutowia do elementu, użyj taśmy lutowniczej, aby usunąć niechciany lut. Kontynuuję te same kroki, aż PCB w pełni się zlutuje bez żadnego problemu. Jeśli coś poszło nie tak, najpierw dokładnie sprawdzam wszystkie ślady i elementy posiadające przerwy lub mostki za pomocą lupy i multimetru. Jeśli znalazłem, to naprawiam!

Krok 11: Wykonanie kabla ISP

Aby podłączyć mikrokontroler lub inny programator ISP w celu flashowania oprogramowania układowego. potrzebujemy sześcioliniowego drutu wstążkowego z dwoma złączami żeńskimi 2x3. Użyłem 6-kanałowego drutu wstążkowego o długości 4/3 stopy i ostrożnie podłączyłem żeńskie złącze po obu stronach. Aby ładnie zrobić, użyłem zacisku G. Zobacz zdjęcie.

Krok 12: Flashowanie oprogramowania układowego

Teraz możemy sflashować oprogramowanie do naszego dostawcy usług internetowych. Aby to zrobić, potrzebujemy innego programisty ISP. Użyłem innego USBTinyISP, ale możesz użyć Arduino jako ISP, aby wykonać to zadanie. Połącz obu dostawców usług internetowych za pomocą złącza ISP, które wcześniej stworzyliśmy. Następnie podłącz USBinyISP (ten, którego używamy do programowania) do komputera. Upewnij się, że dostawca usług internetowych został wykryty w twoim systemie, wpisując poniższe polecenie w terminalu Linux.

lsusb

Krok 1: Zainstaluj łańcuch narzędzi AVR GCC

Przede wszystkim musimy zainstalować łańcuch narzędzi. Aby to zrobić, otwórz terminal Linux i wpisz.

sudo apt-get install avrdude gcc-avr avr-libc make

Krok 2: Pobierz i rozpakuj oprogramowanie

Teraz pobierz i rozpakuj pliki oprogramowania układowego. Możesz go pobrać stąd. Po pobraniu pliku zip rozpakuj go w dobrej lokalizacji, którą możesz łatwo znaleźć (aby uniknąć niepotrzebnych pomyłek).

Krok 3: Utwórz plik

Przed wypaleniem oprogramowania. musimy upewnić się, że plik makefile jest skonfigurowany dla mikrokontrolerów Attiny. Aby to zrobić, otwórz Makefile w dowolnym edytorze tekstu. następnie potwierdź MCU = Attiny45. Zobacz obrazek poniżej.

Krok 4: Zaktualizuj oprogramowanie układowe

Teraz możemy sflashować oprogramowanie do naszego dostawcy usług internetowych. Aby to zrobić, potrzebujemy innego programisty ISP, jak powiedziałem wcześniej. Użyłem FabTinyISP, który zrobiłem wcześniej. Ale możesz użyć dowolnego ISP lub użyć Arduino jako programisty ISP. Połącz obu dostawców usług internetowych za pomocą złącza ISP, które wcześniej wykonałem. Następnie podłącz FabTinyISP (ten, którego używam do programowania mojego ISP) do komputera. Upewnij się, że dostawca usług internetowych jest wykryty w twoim systemie, wpisując poniższe polecenie w terminalu Linux.

lsusb

Teraz jesteśmy gotowi do flashowania. Otwórz terminal w ścieżce folderu oprogramowania układowego i wpisz „make”, aby utworzyć plik.hex. To wygeneruje. plik szesnastkowy, który musimy wypalić w Attiny 45.

Wpisz poniższe polecenie w terminalu Linux, aby sflashować oprogramowanie układowe do mikrokontrolera.

zrobić błysk

Krok 5: Włączenie Fusebit

To wszystko, zakończyliśmy flashowanie oprogramowania. Ale musimy aktywować bezpiecznik. Wystarczy wpisać

zrobić bezpiecznik

zacisk do aktywacji wewnętrznego bezpiecznika.

Teraz musimy albo usunąć zworkę, albo wyłączyć pin resetujący. Usunięcie zworki nie jest obowiązkowe, możemy wyłączyć pin resetujący. To zależy od Ciebie. Postanawiam wyłączyć pin resetowania.

Uwaga: - Jeśli wyłączysz pin resetowania, pin reset zostanie wewnętrznie odłączony. Oznacza to, że nie możesz go już zaprogramować po wyłączeniu pinu resetującego.

Jeśli chcesz wyłączyć pin resetowania, wpisz poniższe polecenie w terminalu.

rstdisbl

Otrzymasz wiadomość o sukcesie. Po pomyślnym wgraniu oprogramowania muszę sprawdzić czy USBTinyISP działa poprawnie, w tym celu należy wpisać komendę w terminalu

sudo avrdude -c usbtiny -b9600 -p t45 -v

Po wpisaniu polecenia otrzyma zwrotną informację zwrotną w oknie terminala.

Krok 13: Skończyliśmy

Teraz możesz usunąć oba urządzenia z komputera i użyć wbudowanego USBtiny do programowania mikrokontrolerów od teraz. Używam tego dostawcy usług internetowych do flashowania moich szkiców Arduino.