Tauler Golden Arduino: 12 passos

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

Propòsit

El propòsit d’aquest tauler és tenir exactament la mateixa funcionalitat que un Arduino Uno, però amb funcions de disseny millorades. Inclourà funcions de disseny per reduir el soroll, com ara un millor enrutament i desacoblament dels condensadors. Mantindrem la petjada estàndard de la placa Arduino perquè sigui compatible amb els escuts; no obstant això, s'afegirà una fila de pins de retorn fora d'aquesta petjada per millorar el disseny del tauler reduint la conversa creuada per als senyals que surten del tauler. A més, s'utilitzarà un cristall de 16 MHz per al rellotge del sistema en lloc d'un ressonador per augmentar la precisió i l'estabilitat del rellotge

Pressupost de potència

La potència d’entrada serà la mateixa que es requereix per alimentar un Arduino Uno. El rang recomanat de tensió d'entrada és de 7 a 12 volts. Si es subministra amb menys de 7 V, el pin de sortida de 5 V pot subministrar menys de cinc volts i la placa pot resultar inestable. Si s’utilitzen més de 12 V, el regulador de tensió podria sobreescalfar-se i danyar la placa. L'Atmega 328 utilitzarà 5 V en lloc de 3,3 V per tenir la velocitat de rellotge més ràpida.

Gestió de riscos Riscos potencials:

La recepció de components defectuosos és un risc potencial que es pot mitigar mitjançant la comanda d’extres.

Si no orienteu els xips IC com l'Atmega 328, podríeu provocar connexions incorrectes als pins. Comprovarem l’orientació correcta abans de soldar-la.

Les tensions mecàniques col·locades als pins de sortida podrien trencar les connexions. Utilitzarem muntures de forat per garantir que això no passi.

En soldar, hi ha un potencial de soldadura en fred. Podem mitigar-ho inspeccionant cada connexió després de formar la junta.

Identificar on van les parts al tauler podria ser difícil.

La inclusió d’identificacions de serigrafies ho farà més fàcil.

Pla de recuperació:

Es col·locaran interruptors per aïllar els subcircuits del tauler i ens permeten muntar i provar peces del tauler d’una en una i assegurar-nos que cada peça funciona correctament abans de passar i muntar la resta del senglar.

Pas 1: esquema

L'esquema es va crear fent referència als esquemes Arduino Uno de codi obert i ajustant-lo per millorar la integritat del senyal.

Pas 2: Disseny de PCB

Pas 3: Muntatge

Vam començar a muntar el PCB amb els condensadors de desacoblament i els fusibles.

Després vam soldar els xips de potència i el xip de díode ESD. El xip de protecció ESD era difícil de soldar a causa de la petita mida del xip i dels petits coixinets, però vam acabar de muntar amb èxit.

Ens vam trobar amb un problema en què el nostre tauler no es va restablir, però es va deure al fet que el nostre botó feia un mal contacte. Després de prémer el botó amb certa força, va tornar a un estat funcional i va funcionar amb normalitat

Pas 4: Canvi de soroll: pin 9

Aquí hi ha dues imatges on es comparen els sorolls de commutació dels pins 9-13. Les preses d’abast verd representen el tauler comercial, les preses d’abast groc representen el nostre tauler intern i els senyals blaus representen senyals d’activació per obtenir una visió d’objectiu neta i coherent.

És difícil veure l’etiquetatge als plans d’objectiu, però el tauler comercial (verd) té un soroll de commutació de pic a pic d’uns quatre volts. La nostra placa In House té un soroll de commutació d’aproximadament dos volts. Es tracta d’una reducció del 50% del soroll de commutació al pin 9.

Pas 5: Canvi de soroll: pin 10

Al pin 10, el soroll de commutació al tauler comercial és superior a quatre volts. Està assegut a aproximadament 4,2 volts de punta a punta. Al nostre tauler intern, el soroll de commutació està just per sobre dels dos volts de pic a pic. Això suposa una reducció del 50% del soroll de commutació.

Pas 6: Canvi de soroll: pin 11

Al pin 11 del tauler comercial, el soroll de commutació entre el màxim i el baix és d’uns 800 mV i el soroll de commutació de baix a alt és d’uns 900 mV. Al nostre tauler intern, el soroll de commutació entre el màxim i el baix és d’uns 800 mV i el nostre soroll de commutació entre el mínim i el màxim és d’uns 200 mV. Hem reduït dràsticament el soroll de commutació de baix a alt, però en realitat no va afectar el soroll de commutació de baix a alt.

Pas 7: Canvi de soroll: pin 12

Al pin 12, hem utilitzat una E / S de commutació per activar els plans d’abast tant al tauler comercial com al tauler intern. Al tauler comercial, el soroll de commutació és d’uns 700 mV de pic a pic i el tauler intern té un pic a pic de 150mV. Això suposa una disminució aproximada del 20% del soroll de commutació.

Pas 8: Canvi de soroll: pin 13

Al pin 13, el tauler comercial mostra un soroll de commutació de quatre volts de pic a pic i el nostre tauler intern mostra poc o cap soroll de commutació. Aquesta és una gran diferència i és motiu de celebració

Pas 9: crear una nova placa de funcions especials mitjançant el nostre disseny millorat

El propòsit d’aquesta placa és expandir-se a la nostra placa Golden Arduino, amb funcions de disseny millorades i components afegits com ara LEDs que canvien de color i un sensor de batec del cor. Inclourà funcions de disseny per reduir el soroll, com ara un enrutament millorat, l’ús de dues capes de PCB addicionals per convertir-la en una placa de 4 capes i el desacoblament dels condensadors al voltant dels rails d’alimentació i la commutació d’E / S. Per crear el sensor de batec del cor utilitzarem un fotodiode situat entre dos LED, que mesurarà la llum reflectida a la sang del dit que es col·loca sobre el sensor de batec del cor. A més, inclourem LED adreçables individualment que es controlen mitjançant I2C.

La potència d’entrada serà la mateixa que es requereix per alimentar un Arduino Uno. El rang recomanat de tensió d'entrada és de 7 a 12 volts. Si es subministra amb menys de 7 V, el pin de sortida de 5 V pot subministrar menys de cinc volts i la placa pot resultar inestable. Si s’utilitzen més de 12 V, el regulador de tensió podria sobreescalfar-se i danyar la placa. L'Atmega 328 utilitzarà 5 V en lloc de 3,3 V per tenir la velocitat de rellotge més ràpida.

Pas 10: Esquema

Pas 11: Disseny del tauler

Abocament de capa de potència i Abocament de capa de terra amagat per veure les traces. Quan es va dissenyar aquesta placa, la petjada USB es va orientar cap enrere per accident. S'ha de capgirar perquè un cable es connecti correctament.

Pas 12: Muntatge

No es van fer fotografies a cada pas, però la foto següent mostra la presentació final del tauler. No es van afegir els pins de capçalera, ja que la funció principal d'aquesta placa és afegir LEDs i l'ADC. El port USB hauria d’estar orientat cap a la direcció oposada perquè no hagi d’arribar cap cable a través de la placa.