Apreneu a dissenyar un PCB en forma personalitzada amb eines en línia EasyEDA: 12 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Sempre he volgut dissenyar un PCB personalitzat i amb eines en línia i prototipatge de PCB barats mai no ha estat tan fàcil com ara. Fins i tot és possible que els components de muntatge superficial es muntin de manera barata i senzilla en petit volum per estalviar la difícil tasca de soldadura. He demanat 10x PCB amb muntatge per menys de 50 dòlars EUA. Tot i que les PCB tenen una funció important, el disseny dels components és una part important del seu aspecte. He girat els components del tauler per alinear-los amb els punts de l'estrella.

Aquesta instrucció us ensenyarà:

• Com dibuixar la forma de PCB personalitzada a InkScape (eina gràfica gratuïta de codi obert)
• Com s'utilitzen les eines de disseny de circuits EasyEDA i PCB (gratuïts i en línia, no cal instal·lar-hi!)
• Com importar el SVG a EasyEDA per obtenir una forma de PCB personalitzada i serigrafia
• Com dissenyar un senzill disseny de MCU programable 'Arduino'
• Com utilitzar el muntatge de superfície JLCPCB per fer i muntar les taules

Característiques de "The Star"

• PCB personalitzat en forma d’estrella de 5 punts
• Il·luminació animada: 10 leds per costat, de doble cara
• microcontrolador ATMEGA328P programable arduino
• 2 botons d'interactivitat: podeu fer un joc senzill
• alimentat per micro USB (opció)
• Xarxa de múltiples estrelles per a animacions més grans (opció) amb comunicacions en sèrie

ACTUALITZAT el 02 APR2020 després de rebre els taulers.

Subministraments

Vegeu el fitxer BOM (llista de materials) i el PDF esquemàtic adjunt.

Vegeu l’esquema complet adjunt.

Aquí teniu un enllaç al projecte EasyEDA d’un pas posterior:

Pas 1: creeu el disseny a InkScape

Primer, dissenyem la forma del PCB i qualsevol imatge de serigrafia per anar al PCB.

1. Descarregueu i instal·leu inkscape
2. Creeu un document nou
3. Utilitzeu l'eina rectangle per crear un rectangle de 100x100mm. JLCPCB ofereix PCB més barats en aquesta mida.
4. Utilitzeu l'eina de polígons per crear una forma d'estrella que s'adapti al rectangle

5. Afegiu altres detalls, p. Ex. petits gràfics estrella dins del contorn que és on col·locaré els LED

   1. Comenceu afegint les formes d’un punt de l’estrella, per exemple. la part superior
   2. Afegiu una cantonada arrodonida (per seguretat!) Amb una corba bezier
   3. Seleccioneu totes les formes d’aquest punt i agrupeu-les
   4. A continuació, podem copiar i girar aquest grup cap als altres punts de l'estrella

      "Edita -> Clona -> Crea clons en mosaic"

6. Si heu arrodonit les cantonades, hem d’eliminar els punts que ja no són necessaris

   1. Per fer-ho, he dibuixat manualment les línies rectes que connecten les corbes
   2. A continuació, traieu l'estrella original

Deseu 2 versions d'aquesta imatge

• A: serigrafia: imatge completa amb tots els detalls que s’utilitzaran per a la serigrafia
• B: esquema del tauler: com es va esmentar anteriorment, però elimineu tots els detalls al centre deixant només l'esquema. Això definirà la forma del PCB.

Deseu les versions. DXF d'ambdós fitxers

• fitxer -> Desa com ->.dxf
• Utilitzeu els detalls

Exemple de fitxers inkscape.svg i.dxf adjunts.

Pas 2: importeu.dxf a EasyEDA per crear la forma personalitzada

Aquest pas crearà un nou projecte a l'eina en línia EasyEDA i importarà el fitxer.dxf per definir la forma del PCB i de la pantalla de seda. EasyEDA és un editor esquemàtic i PCB gratuït en línia. Vaig triar-ho, ja que era més fàcil que descarregar i instal·lar una de les moltes eines disponibles. Sembla ser fantàstic per a les meves necessitats i s’integra bé amb JLCPCB per a prototips de PCB i peces LCSC.

Crear projecte i PCB

1. Visiteu https://easyeda.com/ i creeu un compte gratuït.

2. Creeu un projecte nou al vostre espai de treball

   Arxiu desar l’esquema

3. Feu clic amb el botó dret al nom del projecte i feu clic a "Nou PCB"

   1. D'acord, els valors predeterminats (100x100mm)
   2. Nota: podem tornar a editar l'esquema més endavant i afegir components

4. Importeu l'esquema del tauler

   1. Fitxer -> importa DXF
   2. Seleccioneu el fitxer d’esquema del tauler.dxf a inkscape
   3. Comproveu que la capa estigui configurada com a "BoardOutLine"
   4. Feu clic a "Importa"
   5. Col·loqueu-lo dins del rectangle 100x100 existent
   6. Suprimiu el rectangle, la nova forma d'estrella és la línia BoardOutLine
   7. Comproveu que estigui a la capa rosa BoardOutLine, si no, seleccioneu-la i canvieu la capa al tauler de la part superior dreta
5. Importeu la imatge de la pantalla de seda
   1. Fitxer -> importa DXF
   2. Seleccioneu el fitxer de serigrafia.dxf a inkscape
   3. Comproveu que Layer estigui configurat com a "TopSilkLayer"
   4. Feu clic a "Importa"
   5. Col·loqueu-lo a la part superior del contorn del tauler (amplieu-lo amb la roda del ratolí per obtenir una precisió més gran)

6. Comproveu els resultats previsualitzant la previsualització en 3D

   Feu clic a la icona de "càmera" i a "Vista en 3D"

Pas següent: afegiu components:)

Pas 3: planifiqueu els components que utilitzarà, inclòs el conjunt SMD

Ara que tenim una forma personalitzada, podem començar a afegir components.

Podeu col·locar components directament a l’editor de PCB, però és millor afegir-los a la vista esquemàtica i, a continuació, premeu “Actualitzar PCB” per afegir-los al PCB.

Nota: per aprofitar els serveis de muntatge de PCB que ofereix JLCPCB (https://jlcpcb.com/smt-assembly), és important utilitzar components d'una llista específica que tinguin.

• Baixeu-vos la llista de peces XLS

  • Actualment -
  • Que està enllaçat des de:

Elecció de peces:

• base

  L'opció més barata és utilitzar peces de la llista "base", ja que aquestes ja estan carregades a les màquines de recollida i col·locació

• estendre

  Hi ha parts "esteses" addicionals, però hi ha un cost incremental per a cada una. per exemple. els LEDs i l'ATMEG328P que faig servir en aquest projecte estan ampliats, tot i que totes les resistències discretes, condensadors i el ressonador ceràmic són parts estàndard

• altres: s’afegeixen manualment al tauler

  Vaig escollir afegir el connector USB, els botons i la capçalera de programació manualment

La imatge adjunta és una captura de pantalla del subconjunt de parts que he utilitzat al projecte. He afegit una columna "El meu projecte" per ajudar-me a filtrar els components que més m'importen. He triat sobretot petjades de 0805 per facilitar la soldadura. El resonador de vidre / ceràmica pot ser difícil de soldar a mà.

El número de peça LCSC, per exemple C14877, es pot utilitzar directament a l’editor esquemàtic (i PCB).

Resum de la llista de material

• C84258. - LED blanc fresc, molt brillant (fins i tot amb LEDs 2x que comparteixen una resistència 150R en 5v) i un bon difusor
• C7171 - Tap de desacoblament 10uF x2
• C17444 - Resistència de 12K per al pin de RESET x1
• C17471 - Resistència 150R en sèrie amb LEDs x10
• C21120 - Tap de desacoblament 220nF x2
• C13738 - Ressonador ceràmic de 16 MHz amb taps integrats
• C14877 - ATMEGA328P MCU

Pas 4: creeu l’esquema, feu-lo programable per Arduino

Al centre d’aquest disseny hi ha un ATMEGA328P que s’utilitza en molts Arduinos, inclosos l’Uno, el Nano i el Pro Mini. Això significa que és possible utilitzar l'IDE Arduino per escriure el codi i programar la placa.

He dissenyat aquesta placa per utilitzar un recompte mínim de components per reduir els costos i mantenir la placa senzilla, però permetre que es pugui programar a través de la capçalera ISP "In System Programming" com si fos un Arduino Nano.

Entendre el pinout

Consulteu el diagrama de fixació adjunt de https://github.com/MCUdude/MiniCore per veure com els pins físics del MCU mapen els noms dels pins arduino. per exemple. El pin 1 de la MCU física (a la part superior esquerra) també és el pin 3 d’arduino (etiquetat amb D3 en un nano), controlat per PD3 a l’interior de la MCU. Des del punt de vista IDE arduino només cal conèixer el pin arduino '3'.

Components mínims per imitar un nano:

• L’ATMEGA328P
• Desacoblament dels condensadors per suavitzar la font d'alimentació

• Capçalera ISP 'In System Programming' en lloc de programació USB

  • Capçalera de 6 pins que es pot programar des d'un altre arduino amb imatge del programador ISP
  • Nota: la programació USB / sèrie no és possible sense un convertidor USB a sèrie
• Consulteu

• Ressonador ceràmic de 16 MHz

  • Això és obligatori si imiteu un Nano, ja que sempre són ressonadors externs de 5V i 16MHz
  • Tingueu en compte que la majoria dels ressonadors de 3 o 4 pins no necessiten condensadors separats que requereix un cristall

Conjunt alternatiu, encara més mínim, amb MiniCore

Si no voleu o no teniu el cristall o el ressonador, podeu utilitzar l'osciallador intern de 8 MHz a l'ATMEGA328P. Per habilitar-lo, heu de carregar un carregador d’arrencada diferent, per exemple. el carregador d’arrencada MiniCore, consulteu GitHub per obtenir més informació.

https://github.com/MCUdude/MiniCore

Ara comenceu a afegir els components:

• Feu clic amb el botó dret a "col·loca el component"
• Al quadre de cerca, introduïu el número de peça del full de càlcul / LCSC, per exemple. C14877 per a l'ATMEGA328P-AU
• Col·loqueu-lo a l'esquema

• Repetiu per a la resta de components: taps, resistències, LED

  un de cada component inicialment, a continuació, copieu-los i enganxeu-los al voltant del disseny segons calgui

Pas 5: afegiu aquests components al PCB amb "Actualitza PCB"

Una característica pròpia de l'editor en línia EasyEDA és la possibilitat de fer canvis a l'esquema i actualitzar el PCB.

• A l'editor d'esquemes, premeu desa el fitxer

• A continuació, feu clic al botó "Actualitza PCB" a la barra d'eines

  • Apareix una finestra que us indica el que ha canviat
  • "Aplica els canvis"
• Els nous components es col·loquen a l'extrem inferior dret

• Moveu-los on vulgueu

  • colpeja l’espai per girar 90 graus
  • utilitzeu la roda del ratolí per fer zoom

• Fixeu-vos en les "línies de rata" que mostren on s'han de connectar els components

  utilitzeu la rotació de components per facilitar el cablejat

• Per col·locar components a la part inferior, feu clic a un component i, a l'extrem superior dret, canvieu Capa superior a Capa inferior

Pas 6: enruteu els components al PCB

Ara connecteu els components tal com s’indica a les ratlines

• Utilitzeu el botó "pista" a la barra d'eines
• Feu clic a un component i, a continuació, al següent
• Utilitzeu vias per connectar-vos entre capes
• Afegiu un pla de terra a tota la capa superior per connectar automàticament tots els pins de terra
  • Utilitzeu el botó "àrea de coure" per dibuixar un rectangle que cobreixi tot el tauler. L'eina omplirà automàticament l'àrea correcta i es connectarà a la xarxa GND per defecte
  • Afegiu un altre pla a la capa inferior per a VCC
• Obriu la vista 3D per comprovar el vostre progrés

Vaig escollir mantenir l’encaminament molt directe i ordenat. Vaig mirar el disseny del PCB per triar quin pin de l'MCU connectar a cada LED per simplificar l'encaminament i fer-lo part del procés de disseny.

És fàcil tornar al visualitzador esquemàtic i afegir un nom de xarxa al pin, p. Ex. El pin 23 U1 es connecta al LED4 net. Poseu la mateixa etiqueta de xarxa al LED, actualitzeu el PCB i enruteu la pista.

** Aquí teniu un enllaç al projecte al lloc web EasyEDA:

easyeda.com/neil.parris/thestar-instructab…

Pas 7: afegiu més components fins que el disseny estigui complet, gireu-lo si cal

Seguiu afegint LEDs, botons, etc.

Podeu girar cada component de manera personalitzada, p. Ex. per a una estrella de 5 punts, cada punt té una separació de 72 graus. Per obtenir els angles correctes per als LEDs i altres components, escriviu 72 al quadre de rotació i premeu l'espai per girar 90 graus alhora fins obtenir el resultat que busqueu. De vegades necessiteu altres angles relacionats amb el 72, p. 90 - 72 = 18. O 2x 18 = 36. Amb 18/36/72 i les rotacions de 90 graus podeu alinear-vos a tots els eixos principals de l'estrella.

Vegeu el PDF adjunt de l’esquema complet [tingueu en compte que es tracta d’un disseny lleugerament diferent de les captures de pantalla anteriors, però els mateixos principis]

Pas 8: demaneu el PCB i afegiu opcionalment SMD Build

Un cop hàgiu completat el disseny, el reviseu i comproveu que no hi ha cap error, seguiu endavant i genereu els fitxers Gerber. Us demanarà que realitzeu controls de regles de disseny (DRC). Comproveu que no hi hagi errors i deseu els fitxers Gerber per fabricar-los o obriu JLCPCB directament des de l’editor.

Si voleu utilitzar els serveis de fabricació de SMD, deseu també la llista de materials (llista de materials) i seleccioneu i col·loqueu el fitxer (això indica a les màquines on col·locar els vostres components)

Seguiu el procés de comanda i comproveu l'orientació de qualsevol component polaritzat com LEDs, condensadors, ressonadors i la mateixa MCU.

Per a 10 taules muntades (sense USB i capçalera de programació), em van enviar un cost d’uns 35 GBP GBP (aproximadament 45 USD USD segons el tipus de canvi).

Vigileu si hi ha correus electrònics d’actualització i feu un seguiment del vostre tauler i creeu-ho a través del lloc web JLCPCB.

Pas 9: Prototipeu el programari (fitxer.ino adjunt)

Tot esperant que arribin les taules, és hora de començar a escriure el programari:)

He col·locat un Arduino Nano en una placa de connexió i he connectat els LED al mateix lloc i les mateixes connexions per imitar el PCB. Aleshores hauria de ser possible carregar aquest mateix programari directament al PCB, tot i que amb un programador ISP Arduino.

El codi utilitza matrius per simplificar la programació. També he importat la biblioteca "FastLED.h", ja que té algunes funcions auxiliars útils com sin8 ()

Aquí hi ha alguns aspectes destacats:

Aquesta matriu mapea els pins d'Arduino al LED1 fins a 10. LED1 està connectat a l'equivalent d'Arduino A2 i el LED10 connectat a D4

• // creeu una matriu de noms de pins físics connectats a LED1, LED2, etc. a LED10
• led byte const byte = {A2, A3, A1, A0, 9, 10, 6, 5, 3, 4};

El bucle principal és una rutina senzilla de programari PWM que comprova 'pwm_now' amb el valor actual 'led_brightness'.

Actualment es tracta d’un codi de prova per experimentar amb alguns patrons d’il·luminació.

Pas 10: desmarqueu i admireu els vostres nous PCB. Opcional: peces addicionals de soldadura

Gaudeix de la lliure boxa i admira el teu propi PCB personalitzat:)

Amb el conjunt SMD, tenia tots els components importants soldats per un costat per donar-me un dispositiu de treball.

Opcional: components addicionals de soldadura:

• Connector micro-USB per alimentar (no programar)
• Polsadors: per fer-lo interactiu
• LEDs al revers: fan que sigui de doble cara.

Pas 11: programa la placa amb un programador ArduinoISP

Aquest és el divertit. S'està carregant el carregador d'Arduino i el codi al PCB.

Un parell de dies després d’escriure per primera vegada aquest instructiu, van arribar els taulers. Taulers 10x, tots fantàsticament ben fets, i els components soldats perfectament, i tots funcionen perfectament.

Connecteu un Arduino de recanvi com a programador ArduinoISP

Utilitzo un Arduino Nano en una petita placa de cablejat com a programador ArduioISP. Això significa que es connecta des de l’IDE per USB fins a nano, que després es connecta al dispositiu objectiu mitjançant el connector de programació de 6 pins.

El pinout és el mateix que un connector nano IP, bàsicament només MISO / MOSI / RST / SCK / 5V / GND

Consulteu aquest enllaç per obtenir més informació:

1 - MISO

2 - + 5V

3 - SCK

4 - MOSI

5 - RST => impulsat des del pin 10 del nano Arduino

6 - GND

Carregueu l'esbós ArduinoISP al programador

• Exemples -> 11. ArduinoISP -> ArduinoISP
• Nota: quan pengeu aquesta imatge al programador, cal eliminar el condensador entre els pins RST i GND. Torneu a posar això abans d'utilitzar el programador.

Pengeu el codi i el carregat a la placa de destinació

• Connecteu el programador a l'objectiu amb el connector de 6 pins

  Només podeu subjectar una capçalera de 6x pins al PCB sense soldar-lo mantenint-lo inclinat perquè faci un bon contacte

• Si teniu el ressonador de ceràmica de 16 MHz a la placa i esteu encantat de mapar el pinout perquè coincideixi amb l’arduino nano, simplement programeu la placa com un Arduino nano però amb els paràmetres següents:

  • Tauler: "Arduino Nano"
  • Processador: "ATmega328P"
  • Programador: "Arduino com a ISP"
• Pengeu el carregador d’arrencada

  Això defineix els fusibles de l'MCU per habilitar el cristall extern o el ressonador de 16 MHz. Si no el teniu, utilitzeu un carregador d’arrencada alternatiu, per exemple. minicore

• Pengeu el vostre codi

  Important: perquè baixem el codi amb el programador, heu de prémer MAJÚS quan premeu el botó CARREGAR (=>). Això canvia la programació de la "pujada" normal a través del port sèrie, en lloc d'utilitzar "pujar amb programador" als pins de l'ISP

Si l'anterior va tenir èxit, ara hauríeu de tenir molts LED intermitents.:

Pas 12: gaudiu del vostre projecte

Espero que us sigui útil aquesta instrucció. He passat moltes hores experimentant amb aquestes eines per fabricar PCB interessants i he trobat les eines en línia molt convenients.

Aquest disseny particular és relativament senzill pel que fa al circuit, però interessant pel que fa al disseny físic. També seria una bona decoració per a les festes!

Accèssit al PCB Design Challenge