Clonă compatibilă DIY Arduino: 21 de pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Arduino este instrumentul suprem din arsenalul Maker. Ar trebui să poți să-ți construiești propriul! În primele zile ale proiectului, în jurul anului 2005, proiectarea era a tuturor pieselor orificiale și comunicarea se făcea printr-un cablu serial RS232. Fișierele sunt încă disponibile, deci vă puteți crea propriile dvs., și eu am, dar nu multe computere au porturile seriale mai vechi.

Versiunea USB Arduino a urmat în scurt timp și probabil a contribuit foarte mult la succesul proiectului, deoarece a permis conexiunea și comunicarea ușoară. Cu toate acestea, a avut un cost: cipul de comunicație FTDI a venit doar într-un pachet de montare pe suprafață. Planurile sunt încă disponibile și pentru acesta, dar lipirea pe suprafață este dincolo de majoritatea începătorilor.

Plăcile Arduino mai noi folosesc cipuri 32U4 cu USB încorporat (Leonardo) sau cipuri separate Atmel pentru USB (UNO), ambele care încă ne lasă pe teritoriul de montare la suprafață. La un moment dat a existat „TAD” de la Dangerous Devices care folosea un orificiu PIC pentru a face USB, dar nu găsesc nimic rămas pe rețeaua lor.

Deci aici suntem. Cred cu tărie că un începător, ca un Cavaler Jedi, ar trebui să-și poată construi propriul Arduino (sabie de lumină). „O armă elegantă dintr-o epocă mai civilizată”. Soluția mea: faceți un cip FTDI prin gaură folosind un pachet de montare pe suprafață! Asta îmi permite să fac montarea pe suprafață și să ofer proiectul rămas ca o gaură prin bricolaj! De asemenea, l-am proiectat în Open Source KiCad, astfel încât să puteți studia fișierele de proiectare, să le modificați și să vă rotiți propria versiune.

Dacă credeți că aceasta este o idee stupidă sau lipiți lipirea montării pe suprafață, verificați Clona mea Leonardo, altfel, citiți mai departe…

Pasul 1: Piese și consumabile

Lista completă de materiale se află la

Părțile unice ale acestui lucru sunt plăcile de circuite, una pentru Arduino și una pentru cipul FTDI. Puteți face ca OSH Park să le confecționeze pentru dvs. sau să utilizați fișierele de proiectare cu pensiunea preferată.

Un kit pentru acest proiect este disponibil pe Tindie.com. Achiziționarea kitului vă va economisi timpul și cheltuielile pentru a comanda de la mai mulți furnizori diferiți și va evita prima minimă pentru comanda PCB. Vă va oferi, de asemenea, un cip FDTI montat la suprafață testat, precum și un Atmega pre-fulgerat.

Instrumente și consumabile: pentru atelierele mele, folosesc SparkFun’s Beginner’s ToolKit, care are cea mai mare parte din ceea ce aveți nevoie:

• Ciocan de lipit.
• Solder
• Foarfece de sârmă
• Panglică dezlipitoare (sperăm că nu este necesară, dar nu se știe niciodată).

Pasul 2: Doamnelor și domnilor, începeți-vă fiarele

Nu am de gând să încerc să te învăț să lipesc. Iată câteva dintre videoclipurile mele preferate care îl arată mult mai bine decât pot:

• Carrie Ann din Geek Girl Diaries.
• Colin de la Adafruit

În general:

• Găsiți locația pe PCB folosind marcajele de serigrafie.
• Îndoiți cablurile componente pentru a se potrivi cu amprenta piciorului.
• Lipiți cablurile.
• Tundeți cablurile

Pasul 3: Rezistențe

Să începem cu rezistențe, deoarece acestea sunt cele mai abundente, cele mai scăzute locuri și cel mai ușor de lipit. Sunt mai rezistente la căldură și vă vor oferi șansa de a vă perfecționa tehnica. De asemenea, nu au polaritate, așa că le puteți pune în orice mod.

• Începeți cu cei trei 10K ohm (maro - negru - portocaliu-auriu), care se află în câteva locuri de pe tablă (a se vedea imaginea). Acestea sunt rezistențe de tip „pull-up” care mențin semnalul la 5V, cu excepția cazului în care sunt trase activ în jos.
• Perechea de 22 ohmi (roșu - roșu - negru - auriu) se află în colțul din stânga sus. Acestea fac parte din circuitul de comunicație USB.
• O pereche de 470 ohm (galben, violet, maro, auriu) sunt următoarele în jos. Acestea sunt rezistențe de limitare a curentului pentru LED-urile RX / TX.
• Singur 4.7K ohm (galben, violet, roșu, auriu). O minge impara pentru semnalul FTDI VCC.
• Și, în sfârșit, o pereche de 1K ohm (maro, negru, roșu, auriu). Acestea sunt rezistențe care limitează curentul pentru LED-urile de putere și D13 (330 ohmi ar funcționa, dar nu-mi plac prea luminos).

Pasul 4: Diodă

În continuare avem dioda care protejează circuitul de curentul invers de la mufa de alimentare. Majoritatea componentelor, dar nu toate, vor reacționa prost pentru a inversa polaritatea.

Are o polaritate care este marcată de o bandă argintie la un capăt.

Potriviți-l cu marcajul de ecran de mătase și lipirea la locul său.

Pasul 5: Regulator de tensiune (5V)

Există două regulatoare de tensiune, iar principalul este un 7805 care va regla doisprezece volți de la mufa până la 5 volți de care are nevoie Atmega 328. Există caracteristici mari de cupru pe placa de circuit imprimat pentru a ajuta la disiparea căldurii. Îndoiți cablurile astfel încât partea din spate să atingă placa cu orificiul aliniat cu orificiul parțial și lipit în loc.

Pasul 6: prize

Soclurile permit introducerea și îndepărtarea cipurilor IC fără lipire. Mă gândesc la ele ca la asigurări, deoarece sunt ieftine și vă permit să înlocuiți un cip suflat sau să reorientați IC-ul dacă este pus înapoi. Au un divot într-un capăt pentru a arăta direcția cipului, așa că potriviți-l cu ecranul de mătase. Lipiți doi pini și apoi verificați dacă este așezat corect înainte de a lipi pinii rămași.

Pasul 7: Buton

Arduino are de obicei un buton de resetare pentru a reporni cipul dacă acesta închide sau trebuie să repornească. A ta se află în colțul din stânga sus. Apăsați-l în poziție și lipiți.

Pasul 8: LED-uri

Există un număr de LED-uri pentru a indica starea. LED-urile au o polaritate. Piciorul lung este anodul sau pozitiv și intră în perna rotundă cu „+” lângă el. Piciorul scurt este catodul sau negativ și intră în tamponul pătrat.

Culoarea este arbitrară, dar de obicei folosesc:

• Galben pentru RX / TX care clipesc când cipul comunică sau este programat.
• Verde pentru LED-ul D13 care poate fi folosit de program pentru a indica evenimentele.
• Roșu pentru a arăta că puterea de 5 volți este disponibilă fie prin USB, fie prin mufa de alimentare.

Pasul 9: Condensatoare ceramice

Condensatoarele ceramice nu au polaritate.

Condensatorii de netezire a puterii sunt de obicei folosiți pentru a elimina tranzitorii de la sursa de alimentare la cipuri. Valorile sunt specificate de obicei în foaia de date a componentei.

Fiecare cip IC din designul nostru are un condensator 0.1uF pentru netezirea puterii.

Există doi condensatori 1uF pentru netezirea puterii în jurul regulatorului de 3,3 volți.

În plus, există un condensator 1uF care ajută la sincronizarea funcției de resetare a software-ului.

Pasul 10: Condensatoare electrolitice

Condensatoarele electrolitice au o polaritate care trebuie respectată. De obicei, acestea au valori mai mari decât condensatoarele ceramice, dar în acest caz avem un condensator de 0,33 uF pentru netezirea puterii în jurul regulatorului 7805.

Piciorul lung al dispozitivului este pozitiv și intră în tamponul pătrat marcat cu „+”. Acestea tind să devină „pop” dacă sunt introduse înapoi, așa că corectați-le sau veți avea nevoie de un înlocuitor.

Pasul 11: 3.3 Regulator de tensiune

În timp ce cipul Atmega funcționează pe 5 volți, cipul USB FTDI are nevoie de 3,3 volți pentru a funcționa corect. Pentru a furniza acest lucru, folosim un MCP1700 și, deoarece necesită foarte puțin curent, se află într-un pachet mic TO-92-3, cum ar fi tranzistoare, în loc de pachetul mare TO-220, cum ar fi 7805.

Dispozitivul are o față plată. Potriviți-l cu ecranul de mătase și reglați înălțimea componentei cu aproximativ un sfert de inch deasupra plăcii. Lipire în loc.

Pasul 12: Anteturi

Frumusețea Arduino este amprenta și pinout-ul standardizat. Anteturile permit conectarea „scuturilor” care permit schimbarea rapidă a configurațiilor hardward, după cum este necesar.

De obicei, lipesc câte un pin din fiecare antet și apoi verific alinierea înainte de a lipi pinii rămași.

Pasul 13: rezonator

Cipurile Atmega au un rezonator intern care poate funcționa la diferite frecvențe de până la 8 Mhz. O sursă de sincronizare externă permite cipului să ruleze până la 20 Mhz, dar, standardul Arduino folosește 16 Mhz, care a fost viteza maximă a cipurilor Atmega8 utilizate în designul original.

Majoritatea Arduino utilizează cristale, care sunt mai precise, dar necesită condensatori suplimentari. Am decis să folosesc un rezonator, care este suficient de precis pentru majoritatea muncii. Nu are o polaritate, dar de obicei mă confrunt cu marcajul spre exterior, astfel încât producătorii curioși să vă spună că executați o configurare standard.

Pasul 14: Siguranță

Majoritatea Arduino nu au siguranțe, dar orice Maker care învață destul de des (cel puțin în cazul meu) conectează lucrurile incorect. O siguranță simplă reglabilă va ajuta la evitarea „fumului magic” care necesită înlocuirea cipului. Această siguranță se va deschide dacă se trage prea mult curent și se va reseta singură când se răcește. Nu are nicio polaritate, iar coturile din picioare o țin deasupra plăcii.

Pasul 15: Anteturi

Încă două anteturi, acestea cu pini masculi. În apropierea conectorului USB sunt trei pini care permit comutarea între alimentarea USB și mufa folosind un jumper. Un ONU are circuite pentru a face acest lucru în mod automat, dar nu am reușit să reproduc acest lucru în formă de gaură.

Al doilea antet este un antet cu șase pini "în programarea sistemului". Acest lucru permite conectarea unui programator extern pentru a reprograma Atmega direct, dacă este necesar. Dacă cumpărați kitul meu, cipul are deja firmware-ul încărcat sau Atmega poate fi scos din soclu și plasat direct într-un soclu de programare, astfel că acest antet este rar folosit și, prin urmare, opțional.

Pasul 16: Power Jack

În loc de USB, o mufă standard de 5,5 x 2,1 mm poate fi utilizată pentru a aduce energie externă. Aceasta alimentează pinul marcat „Vin” și alimentează regulatorul de tensiune 7805, care face 5 volți. Pinul central este pozitiv și intrarea poate fi de până la 35V, deși 12V este mai tipic.

Pasul 17: USB

Arduino-urile mai noi, precum Leonardo, folosesc o conexiune micro USB, dar conexiunea originală USB B este robustă și ieftină și probabil aveți o mulțime de cabluri așezate în jur. Cele două file mari nu sunt conectate electric, ci sunt lipite pentru rezistență mecanică.

Pasul 18: jetoane

Este timpul să instalați cipurile. Verificați orientarea. Dacă soclul este în spate, asigurați-vă că cipul se potrivește cu marcajele de serigrafie. În orientarea cu care am lucrat, cele două jetoane de jos sunt cu susul în jos.

Introduceți cipul astfel încât picioarele să fie aliniate cu suporturile. CI-urile provin din fabricare cu picioarele ușor strânse, așa că va trebui să fie îndoite pe verticală. Acest lucru este de obicei făcut deja pentru dvs. în trusele mele. Odată ce sunteți sigur de orientare, apăsați ușor ambele părți ale cipului. Verificați pentru a vă asigura că niciun picior nu a fost pliat accidental.

Pasul 19: intermitent bootloader

Bootloader-ul este un mic fragment de cod pe cip care permite încărcarea cu ușurință a codului prin USB. Acesta rulează în primele câteva secunde la pornire în căutarea actualizărilor și apoi lansează codul existent.

Arduino IDE simplifică firmware-ul intermitent, dar necesită un programator extern. Folosesc propriul meu programator AVR și, desigur, vă voi vinde un kit pentru asta. Dacă aveți un programator, nu aveți nevoie de un Arduino, deoarece puteți programa cipul direct. Un fel de chestie cu pui și ouă.

O altă opțiune este de a cumpăra Atmega cu un bootloader deja pe el:

Vă voi arăta instrucțiunile oficiale Arduino, deoarece s-ar putea transforma cu ușurință în propriul instructabil dacă nu suntem atenți:

Pasul 20: Instalați Power Jumper și conectați-vă

Jumperul de alimentare este un mod manual de selectare a sursei de alimentare între 5 volți de la USB sau de la mufa de alimentare. Arduino-urile standard au circuite pentru a comuta automat, dar nu am reușit să-l implementez cu ușurință prin piese prin găuri.

Dacă jumperul nu este instalat, nu există alimentare. Dacă selectați mufa și nu aveți nimic conectat, nu există alimentare. De aceea există un LED roșu care să vă arate dacă aveți putere.

Inițial, doriți să vedeți dacă Arduino comunică prin USB, așa că așezați jumperul la acea setare. Conectați-vă cu atenție Arduino la computer. Dacă primiți un „dispozitiv USB nerecunoscut”, deconectați-l și începeți depanarea.

În caz contrar, utilizați ID-ul dvs. Arduino pentru a încărca schița de bază pentru clipire. Folosiți „Arduino UNO” ca placă. Urmați instrucțiunile de aici:

Pasul 21: Depanare

La pornirea inițială, căutați întotdeauna indicații de succes sau eșec și sunteți gata să deconectați placa rapid dacă lucrurile nu merg așa cum vă așteptați. Nu pierde inima dacă succesul nu este imediat. În atelierele mele, încerc să încurajez:

• Răbdare, acest lucru nu este întotdeauna ușor, dar de obicei merită.
• Persistență, nu veți rezolva problema dacă renunțați.
• Atitudine pozitivă, vă puteți da seama, chiar dacă aveți nevoie de ajutor pentru a face acest lucru.

Ori de câte ori mă lupt cu o problemă, îmi spun mereu cu cât este mai greu de rezolvat, cu atât va fi mai mare recompensa sau învățarea pentru rezolvarea ei.

În acest sens, începeți cu lucrurile simple:

• Inspectați îmbinările de lipit din spatele plăcii, retușând orice îmbinare care pare suspectă.
• Verificați dacă cipurile IC sunt în orientarea corectă și dacă niciunul dintre cabluri nu s-a pliat când a fost introdus.
• LED-ul roșu este aprins când este conectat? Dacă nu, verificați jumperul de alimentare și îmbinările de lipire USB.
• Verificați dacă alte componente care au polaritate sunt corect orientate.
• Căutați alte indicii, cum ar fi mesajele de eroare sau componentele care se încing.

Dacă aveți în continuare probleme, cereți ajutor. Scriu Instructables pentru că vreau să predau și să îi ajut pe cei care doresc să învețe. Oferiți o descriere bună a simptomelor și a pașilor pe care i-ați făcut pentru a găsi erori. O fotografie de înaltă rezoluție a părții din față și din spate a plăcii poate ajuta, de asemenea. Nu cedati niciodata. Fiecare luptă este o lecție.