Budowanie DIY Arduino na płytce drukowanej i kilka wskazówek dla początkujących: 17 kroków (ze zdjęciami)

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

Jest to przewodnik dla każdego, kto lutuje własne Arduino z zestawu, który można kupić w A2D Electronics. Zawiera wiele wskazówek i trików, aby z powodzeniem ją zbudować. Dowiesz się również, co robią poszczególne komponenty.

Czytaj dalej i dowiedz się, jak zbudować własne Arduino!

Możesz również obejrzeć ten projekt na mojej stronie tutaj.

Krok 1: Złącze Mini USB

Pierwszą częścią do lutowania jest złącze mini USB. Zapewni to zasilanie arduino po zakończeniu, ale do jego zaprogramowania potrzebny będzie adapter RS232 / USB na szeregowy. Gniazdo mini USB wchodzi jako pierwsze, aby można było je włożyć, odwróć płytkę tak, aby piny były skierowane do góry, a następnie połóż ją na stole. Przed włożeniem wygnij lekko minizestaw 2 pinów w kierunku przodu płytki, aby ładnie pasował do otworów na płytce drukowanej. Waga PCB utrzyma złącze na miejscu i możesz je tam przylutować.

Krok 2: Nagłówki pinów

Nagłówki pinów to kolejne elementy, które należy wprowadzić. Powinieneś mieć nagłówki żeńskie w 6pin x2, 8pin x2 i 10pin x1. Męski nagłówek 3×2 jest również wymagany dla nagłówka ICSP (In Circuit Serial Programming). Wszystkie one krążą po zewnętrznej stronie planszy i idealnie pasują na swoich właściwych miejscach. Wlutuj je tą samą metodą, co gniazdo USB, wykonując jeden nagłówek na raz. Wszystkie nagłówki powinny być idealnie prostopadłe do PCB. Aby to osiągnąć, przylutuj tylko jeden pin główki, a następnie trzymając główkę ręką, ponownie stop lut i ustaw główkę w pozycji prostopadłej. Upewnij się, że również przylega do deski na całej długości. Przytrzymaj go w tej pozycji, aż lut stwardnieje, a następnie kontynuuj lutowanie pozostałych pinów.

Krok 3: gniazdo IC

Szybka wskazówka dotycząca lutowania pozostałych elementów: Wszystkie wyprowadzenia elementów można najpierw przełożyć przez płytkę, a następnie wygiąć na bok, aby elementy pozostały w płytce podczas jej odwracania. Ułatwi to lutowanie, ponieważ komponenty będą się trzymać na swoim miejscu.

Zacznij od umieszczenia 28-pinowego gniazda IC. Upewnij się, aby wyrównać podziałkę na jednym końcu z rysunkiem na płytce drukowanej. Dzięki temu dowiesz się, w jaki sposób wstawić mikrokontroler AtMega328P. Mimo że styki w tym gnieździe są krótsze niż rezystory lub kondensatory, nadal można je zgiąć, aby utrzymać element na miejscu podczas lutowania.

Krok 4: Rezystory

3 rezystory mogą iść dalej. Nie ma znaczenia, w którą stronę są umieszczone – oporniki nie są spolaryzowane. Istnieją dwa rezystory 1 kΩ jako rezystory ograniczające prąd dla diod LED i rezystor 10 kΩ jako rezystor podciągający na linii resetowania. Dla diody wybrano rezystory 1 kiloomowe zamiast zwykłych 220-omowych, dzięki czemu diody LED będą miały niższy prąd przepływający przez nie, działając w ten sposób bardziej jako wskaźniki niż latarka.

Krok 5: Diody LED

Istnieją 2 diody LED, jedna jako wskaźnik zasilania, a druga na styku 13 Arduino. Dłuższa noga na diodach oznacza stronę dodatnią (anodę). Pamiętaj, aby umieścić dłuższą nóżkę po stronie oznaczonej + na płytce drukowanej. Ujemny przewód diody LED jest również spłaszczony z boku, dzięki czemu nadal można odszyfrować przewody dodatnie (anoda) i ujemne (katoda), jeśli zostały przecięte.

Krok 6: Oscylator

Dalej jest oscylator kwarcowy i 2 kondensatory ceramiczne 22pF. Nie ma znaczenia, w którą stronę się włożymy – kondensatory ceramiczne i oscylatory kwarcowe nie są spolaryzowane. Te elementy zapewnią Arduino zewnętrzny sygnał zegara 16 MHz. Arduino może wytworzyć wewnętrzny zegar 8 MHz, więc te elementy nie są bezwzględnie potrzebne, ale pozwalają mu działać z pełną prędkością.

Krok 7: Zresetuj przełącznik

Przełącznik resetowania może przejść dalej. Nóżki na włączniku nie muszą być zginane, powinien sam trzymać się w gnieździe.

Krok 8: Kondensatory ceramiczne

4 kondensatory ceramiczne 100nF (nano Farad) mogą iść dalej. C3 i C9 pomagają wygładzić małe skoki napięcia na liniach 3,3 V i 5 V, aby zapewnić czystą energię Arduino. C7 jest połączony szeregowo z zewnętrzną linią resetowania, aby umożliwić urządzeniu zewnętrznemu (konwerter USB na szeregowy) zresetowanie Arduino we właściwym czasie w celu jego zaprogramowania. C4 znajduje się na styku AREF (Analog Reference) i GND Arduino, aby zapewnić, że Arduino mierzy dokładne wartości analogowe na swoich wejściach analogowych. Bez C4 AREF byłby uważany za „pływający” (nie podłączany do zasilania lub uziemienia) i powodowałby niedokładności w odczytach analogowych, ponieważ pływający pin przejmie dowolne napięcie wokół niego, w tym małe sygnały prądu przemiennego w twoim ciele, które się pojawiły od okablowania wokół ciebie. Ponownie, kondensatory ceramiczne nie są spolaryzowane, więc nie ma znaczenia, w którą stronę je włożysz.

Krok 9: Bezpiecznik PTC

Teraz możesz zainstalować bezpiecznik PTC (dodatni współczynnik temperaturowy). Bezpiecznik PTC nie jest spolaryzowany, więc można go umieścić w dowolny sposób. To idzie tuż za gniazdem USB. Jeśli twój obwód próbuje pobierać więcej niż 500mA prądu, ten bezpiecznik PTC zacznie się nagrzewać i zwiększać rezystancję. Ten wzrost rezystancji obniży prąd i ochroni port USB. Ta ochrona jest w obwodzie tylko wtedy, gdy Arduino jest zasilane przez USB, więc podczas zasilania Arduino przez gniazdo DC lub zewnętrzne zasilanie upewnij się, że obwód jest poprawny. Pamiętaj, aby przeciągnąć nogi przez otwory, nawet za zakrętami. Pomocna będzie tutaj para szczypiec.

Krok 10: Kondensatory elektrolityczne

Następnie można włożyć 3 kondensatory elektrolityczne 47uF (microFarad). Dłuższa noga na tych nogach to noga dodatnia, ale częstszą identyfikacją jest kolorystyka osłonki po stronie nogi ujemnej. Upewnij się, że kiedy je wkładasz, dodatnia noga idzie w kierunku znaku + na planszy. Kondensatory te wygładzają większe nieregularności napięcia wejściowego, a także linie 5 V i 3,3 V, dzięki czemu Arduino otrzymuje stałe napięcie 5 V/3,3 V zamiast zmiennego napięcia.

Krok 11: Gniazdo prądu stałego

Dalej jest gniazdo wejściowe DC. Tak samo jak w przypadku wszystkich innych komponentów, włóż go i odwróć płytkę na wierzch, aby pozostała na miejscu podczas lutowania. Zginanie nóżek może być trochę trudne, ponieważ są grube, więc zawsze możesz utrzymać tę na miejscu tak samo, jak wlutowane wcześniej złącze mini USB. Ten pójdzie tylko w jeden sposób – z waletem skierowanym na zewnątrz planszy.

Krok 12: Regulatory napięcia

Teraz dwa regulatory napięcia. Upewnij się, że umieściłeś je we właściwych miejscach. Oba są oznakowane, więc wystarczy dopasować napis na tablicy do napisu na regulatorach. Regulator 3.3V to LM1117T-3.3, a regulator 5V to LM7805. Oba są liniowymi regulatorami napięcia, co oznacza, że prąd wejściowy i prąd wyjściowy będą takie same. Załóżmy, że napięcie wejściowe wynosi 9 V, a napięcie wyjściowe 5 V, oba przy prądzie 100 mA. Różnica napięć wejściowych i wyjściowych będzie rozpraszana przez regulator w postaci ciepła. W tej sytuacji (9V-4V) x 0,1A = 0,4W ciepła do odprowadzenia przez regulator. Jeśli zauważysz, że regulator nagrzewa się podczas użytkowania, jest to normalne, ale jeśli pobierasz duży prąd i występuje duża różnica napięć, może być konieczny radiator na regulatorze. Teraz, aby przylutować je do płytki, metalowa wypustka z jednej strony powinna iść w kierunku strony płytki, która ma podwójną linię. Aby zabezpieczyć je na miejscu, dopóki ich nie przylutujesz, zegnij jedną nogę w jedną stronę, a pozostałe dwie w drugą stronę. Po przylutowaniu wygnij regulator 5 V na zewnątrz płyty, a regulator 3,3 V do wnętrza płyty.

Krok 13: Wkładanie układu AtMega328P IC

Ostatnią częścią jest umieszczenie mikrokontrolera w gnieździe. Dopasuj divoty w gnieździe i na IC, a następnie wyrównaj wszystkie styki. Po umieszczeniu możesz go wcisnąć. Wymaga to nieco większej siły, niż można by się spodziewać, więc upewnij się, że naciskasz równomiernie, aby nie zgiąć żadnego z kołków.

Krok 14: Kilka uwag dotyczących ostrożności z Arduino

• NIGDY nie podłączaj jednocześnie zasilania USB i zewnętrznego zasilania do Arduino. Chociaż oba mogą być oceniane na 5 V, często nie są dokładnie 5 V. Niewielka różnica napięcia między dwoma źródłami zasilania powoduje zwarcie na płycie.
• NIGDY nie pobieraj więcej niż 20mA prądu z jakiegokolwiek pinu wyjściowego (D0-D13, A0-A5). To usmaży mikrokontroler.
• NIGDY nie pobieraj więcej niż 800mA z regulatora 3.3V lub więcej niż 1A z regulatora 5V. Jeśli potrzebujesz więcej energii, użyj zewnętrznego zasilacza (power bank działa dobrze na 5V). Większość Arduino generuje swoje zasilanie 3,3 V z układu USB na szeregowy na pokładzie. Są one zdolne tylko do wyjścia 200mA, więc jeśli używasz innego Arduino, upewnij się, że nie pobierasz więcej niż 200mA z pinu 3,3V.
• NIGDY nie wkładaj więcej niż 16V do gniazda DC. Zastosowane kondensatory elektrolityczne mają tylko 16V.

Krok 15: Kilka wskazówek / ciekawych faktów

• Jeśli okaże się, że Twój projekt wymaga dużej ilości pinów, analogowe piny wejściowe mogą być również używane jako cyfrowe piny wyjściowe. A0 = D14, do A5 = D19.
• Polecenie analogWrite() jest w rzeczywistości sygnałem PWM, a nie napięciem analogowym. Sygnały PWM są dostępne na pinach 3, 5, 6, 9, 10 i 11. Są one przydatne do sterowania jasnością diody LED, sterowania silnikami lub generowania dźwięków. Aby uzyskać sygnał audio na pinach wyjściowych PWM, użyj funkcji tone().
• Cyfrowe piny 0 i 1 to sygnały TX i RX dla układu AtMega328. Jeśli to możliwe, nie używaj ich w swoich programach, ale jeśli musisz, może być konieczne odłączenie części od tych pinów podczas programowania Arduino.
• Piny SDA i SCL do komunikacji i2c to w rzeczywistości odpowiednio piny A4 i A5. W przypadku korzystania z komunikacji i2c, piny A4 i A5 nie mogą być używane do innych celów.

Krok 16: Programowanie Arduino

Najpierw odłącz zewnętrzne zasilanie, aby uniknąć zwarcia 2 różnych zasilaczy. Teraz podłącz adapter USB do portu szeregowego do nagłówka tuż za zasilaniem mini USB. Podłącz go zgodnie z poniższym:

Przejściówka Arduino USB na szeregowy

GND GND (masa)

VCC VCC (moc)

DTR DTR (kołek resetujący)

TX RX (dane)

RX TX (dane)

Tak, piny TX i RX są odwracane. TX to pin nadawczy, a RX to pin odbiorczy, więc gdybyś miał połączone ze sobą 2 piny nadawcze, niewiele by się wydarzyło. To jedna z najczęstszych pułapek dla początkujących.

Upewnij się, że zworka na adapterze USB do portu szeregowego jest ustawiona na 5V.

Podłącz przejściówkę USB do portu szeregowego do komputera, wybierz odpowiedni port COM (zależy to od komputera) i płytkę (Arduino UNO) w menu Narzędzia Arduino IDE (pobrane z Arduino.cc), a następnie skompiluj i wgraj swój program.

Krok 17: Testowanie za pomocą mrugającego szkicu

Pierwszą rzeczą, którą powinieneś zrobić, to mrugnąć diodą LED. Dzięki temu zapoznasz się z Arduino IDE i językiem programowania oraz zapewnisz prawidłowe działanie płyty. Przejdź do przykładów, znajdź przykład Blink, a następnie skompiluj i prześlij na płytkę Arduino, aby upewnić się, że wszystko działa. Powinieneś zobaczyć, jak dioda LED dołączona do pinu 13 zacznie migać w odstępach 1 sekundy.