Clon compatible amb DIY Arduino: 21 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

L'Arduino és l'eina definitiva de l'arsenal del Maker. Hauríeu de ser capaços de construir el vostre! Als primers dies del projecte, vers el 2005, el disseny era de peces de forat i la comunicació es feia mitjançant un cable serial RS232. Els fitxers encara estan disponibles, de manera que podeu fer-los vostres, i tinc, però no hi ha molts ordinadors que tinguin els ports sèrie més antics.

La versió Arduino USB va seguir poc després i probablement va contribuir molt a l'èxit del projecte, ja que permetia una connexió i comunicació fàcils. Tanmateix, va tenir un cost: el xip de comunicació FTDI només venia en un paquet de muntatge superficial. També hi ha plans disponibles, però la soldadura de muntatge superficial està més enllà de la majoria dels principiants.

Les noves plaques Arduino utilitzen xips 32U4 amb USB incorporat (Leonardo) o xips Atmel separats per USB (UNO), tots dos que encara ens deixen en territori de muntatge superficial. En un moment donat, hi havia "TAD" de Dangerous Devices que utilitzava un forat PIC per fer USB, però no trobo res a la xarxa.

Aquí som, doncs. Crec fermament que un principiant, com un cavaller Jedi, hauria de ser capaç de construir el seu propi Arduino (sabre de llum). "Una arma elegant des d'una època més civilitzada". La meva solució: fer un xip FTDI forat mitjançant un paquet de muntatge superficial. Això em permet fer el muntatge superficial i oferir el projecte restant com a forat passant per bricolatge. També el vaig dissenyar a Open Source KiCad, de manera que podeu estudiar els fitxers de disseny, modificar-los i fer girar la vostra pròpia versió.

Si creieu que aquesta és una idea estúpida o que us encanta la soldadura a la superfície, mireu el meu clon Leonardo, en cas contrari, seguiu llegint…

Pas 1: peces i subministraments

La llista completa de materials es troba a

Les parts úniques són les plaques de circuits, una per a l’Arduino i una per al xip FTDI. Podeu fer que OSH Park els faci per vosaltres o utilitzeu els fitxers de disseny amb la vostra pensió preferida.

Un kit per a aquest projecte està disponible a Tindie.com. La compra del kit us estalviarà temps i despeses per fer comandes a diversos proveïdors diferents i evitarà la prima mínima de comanda de PCB. També us proporcionarà un xip de forat passant FDTI muntat a la superfície, així com un Atmega pre-flaixat.

Eines i subministraments: per als meus tallers, faig servir el ToolKit per a principiants de SparkFun, que conté la major part del que necessiteu:

• Soldador.
• Soldar
• Pinçadores de filferro
• Trena desoldadora (esperem que no calgui, però mai se sap).

Pas 2: Senyores i senyors, inicieu els ferros

No intentaré ensenyar-vos a soldar. Aquí teniu un parell dels meus vídeos preferits que el mostren molt millor del que puc:

• Carrie Ann de Geek Girl Diaries.
• Colin d'Adafruit

En general:

• Cerqueu la ubicació al PCB mitjançant les marques de serigrafia.
• Doblegueu els cables dels components perquè s’adaptin a la petjada.
• Soldeu els cables.
• Retalleu els cables

Pas 3: resistències

Comencem per les resistències, ja que són les places més abundants, més baixes i més fàcils de soldar. Són més resistents a la calor i us donaran l’oportunitat de perfeccionar la vostra tècnica. Tampoc tenen polaritat, de manera que podeu posar-los de qualsevol manera.

• Comenceu amb els tres 10K ohmis (marró - negre - taronja-daurat), que es troben en un parell de llocs del tauler (vegeu la imatge). Es tracta de resistències "pull-up" que mantenen el senyal a 5V tret que es baixin activament.
• Un parell de 22 ohm (vermell - vermell - negre - daurat) es troba a l'extrem superior esquerre. Aquests formen part del circuit de comunicació USB.
• Un parell de 470 ohm (groc, violeta, marró, daurat) són els següents. Es tracta de resistències de limitació de corrent per als LED RX / TX.
• Individual de 4,7 K ohmis (groc, violeta, vermell, daurat). Una bola senar per al senyal FTDI VCC.
• I, finalment, un parell d’1K ohm (marró, negre, vermell, daurat). Es tracta de resistències de limitació de corrent per a la potència i els LEDs D13 (funcionarien 330 ohms, però no m’agraden massa).

Pas 4: díode

A continuació, tenim el díode que protegeix el circuit del corrent invers de la presa de corrent. La majoria, però no tots els components, reaccionaran malament per invertir la polaritat.

Té una polaritat que està marcada per una banda platejada en un extrem.

Coincideix amb el marcatge de serigrafia i la soldadura al seu lloc.

Pas 5: regulador de voltatge (5V)

Hi ha dos reguladors de tensió, i el principal és un 7805 que regularà dotze volts des de la presa fins a 5 volts que necessita l'Atmega 328. Hi ha grans funcions de coure a la placa de circuits impresos per ajudar a dissipar la calor. Doblegueu els cables de manera que la part posterior toqui el tauler amb el forat alineat amb el forat en part i soldeu-lo al lloc.

Pas 6: endolls

Els endolls permeten inserir i treure xips IC sense soldar. Penso en ells com a assegurança perquè són econòmics i permeten substituir un xip bufat o reorientar el CI si es posa enrere. Tenen un divot en un extrem per mostrar la direcció del xip, de manera que coincideix amb la pantalla de seda. Soldeu dos passadors i, a continuació, verifiqueu que estigui assegut correctament abans de soldar els passadors restants.

Pas 7: botó

Normalment, els Arduino tenen un botó de reinici per reiniciar el xip si es penja o cal reiniciar-lo. El vostre es troba a l'extrem superior esquerre. Premeu-lo al lloc i soldeu-lo.

Pas 8: LEDs

Hi ha una sèrie de LEDs per indicar l’estat. Els LED tenen una polaritat. La cama llarga és l'ànode, o positiva, i va al coixinet rodó amb el "+" al costat. La cama curta és el càtode, o negativa, i va al coixinet quadrat.

El color és arbitrari, però normalment faig servir:

• Groc per a RX / TX que parpelleja quan el xip es comunica o es programa.
• Verd per al LED D13 que el programa pot utilitzar per indicar esdeveniments.
• El color vermell per mostrar potència de 5 volts està disponible mitjançant USB o mitjançant la presa d'alimentació.

Pas 9: condensadors de ceràmica

Els condensadors ceràmics no tenen polaritat.

Els condensadors d’allisament de potència s’utilitzen normalment per eliminar els transitoris de la font d’alimentació als xips. Normalment, els valors s’especifiquen al full de dades del component.

Cada xip IC del nostre disseny té un condensador de 0,1 uF per suavitzar la potència.

Hi ha dos condensadors de 1uF per suavitzar la potència al voltant del regulador de 3,3 volts.

A més, hi ha un condensador 1uF que ajuda a temporitzar la funció de restabliment del programari.

Pas 10: Condensadors electrolítics

Els condensadors electrolítics tenen una polaritat que s’ha d’observar. Normalment tenen un valor més gran que els condensadors ceràmics, però en aquest cas tenim un condensador de 0,33 uF per suavitzar la potència al voltant del regulador 7805.

La cama llarga del dispositiu és positiva i va al quadrat marcat amb el signe "+". Aquests tendeixen a ser "pop" si es col·loquen cap enrere, així que feu-ho bé o necessiteu un substitut.

Pas 11: 3.3 Regulador de voltatge

Tot i que el xip Atmega funciona amb 5 volts, el xip USB FTDI necessita 3,3 volts per funcionar correctament. Per proporcionar-ho, fem servir un MCP1700 i, ja que requereix molt poc corrent, es troba en un petit paquet TO-92-3 com transistors en lloc del paquet TO-220 gran com el 7805.

El dispositiu té una cara plana. Coincideix amb la pantalla de seda i ajusta l’alçada del component aproximadament un quart de polzada per sobre del tauler. Soldadura al lloc.

Pas 12: capçaleres

La bellesa d’Arduino és la petjada i el pinout estandarditzats. Les capçaleres permeten connectar "escuts" que permeten canviar ràpidament les configuracions de configuració avançada segons sigui necessari.

Normalment soldo un passador de cada capçalera i després comprovo l’alineació abans de soldar els pins restants.

Pas 13: ressonador

Els xips Atmega tenen un ressonador intern que pot funcionar a diferents freqüències de fins a 8 Mhz. Una font de sincronització externa permet que el xip funcioni fins a 20 Mhz, però l'Arduino estàndard utilitza 16 Mhz, que era la velocitat màxima dels xips Atmega8 utilitzats en el disseny original.

La majoria d'Arduino utilitza cristalls, que són més precisos, però requereixen condensadors addicionals. Vaig decidir utilitzar un ressonador, que és prou precís per a la majoria de treballs. No té una polaritat, però generalment afronto el marcatge cap a fora perquè els fabricants curiosos puguin dir-vos que feu una configuració estàndard.

Pas 14: Fusible

La majoria d'Arduino no té fusibles, però qualsevol Maker que estigui aprenent connecta les coses de manera incorrecta (almenys en el meu cas). Un simple fusible reestablible ajudarà a evitar l'alliberament del "fum màgic" que requereix la substitució de xips. Aquest fusible s’obrirà si s’extreu massa corrent i es restablirà quan es refredi. No té polaritat, i els cops a les cames la mantenen per sobre del tauler.

Pas 15: capçaleres

Dues capçaleres més, aquestes amb pins masculins. A prop del connector USB hi ha tres pins que permeten canviar entre l’alimentació USB i la presa mitjançant un pont. Una ONU té circuit per fer-ho automàticament, però no he estat capaç de replicar-ho en forma de forat passant.

La segona capçalera és una capçalera de "programació del sistema" de sis pins. Això permet connectar un programador extern per reprogramar directament l'Atmega si cal. Si compreu el meu kit, el xip ja té el firmware carregat o l’Atmega es pot treure del sòcol i col·locar-lo directament en un sòcol de programació, de manera que aquesta capçalera poques vegades s’utilitza i, per tant, és opcional.

Pas 16: Power Jack

En lloc d’USB, es pot utilitzar una presa estàndard de 5,5 x 2,1 mm per alimentar energia externa. Això subministra el pin marcat amb "Vin" i alimenta el regulador de voltatge 7805 que fa 5 volts. El pin central és positiu i l’entrada pot arribar a ser de 35V, tot i que els 12V són més típics.

Pas 17: USB

Arduinos més nous, com el Leonardo, utilitzen una connexió micro USB, però la connexió USB B original és robusta i barata i és probable que tingueu molts cables al voltant. Les dues pestanyes grans no estan connectades elèctricament, sinó que es solden per obtenir una resistència mecànica.

Pas 18: xips

És hora d’instal·lar els xips. Verifiqueu l'orientació. Si el sòcol està cap enrere, assegureu-vos que el xip coincideix amb les marques de serigrafia. En l’orientació amb què hem estat treballant, les dues fitxes inferiors estan cap per avall.

Introduïu el xip perquè les potes estiguin alineades amb les preses. Els CI provenen de la fabricació amb les cames lleugerament estirades, de manera que caldrà doblar-les a la vertical. Normalment, això ja es fa en els meus kits. Quan estigueu segur de l'orientació, premeu suaument els dos costats del xip. Comproveu que no s’hagi doblegat cap pota per accident.

Pas 19: Intermitent del carregador d'arrencada

El carregador d’arrencada és un petit bit de codi del xip que permet carregar codi fàcilment mitjançant USB. S’executa durant els primers segons en engegar-se buscant actualitzacions i després llança el codi existent.

L’IDE Arduino facilita el firmware intermitent, però requereix un programador extern. Utilitzo el meu propi programador AVR i, per descomptat, us vendré un kit per això. Si teniu un programador, realment no necessiteu un Arduino, ja que podeu programar el xip directament. Una mena de cosa dels pollets i els ous.

Una altra opció és comprar l'Atmega amb un carregador d'arrencada:

Li indicaré les instruccions oficials d’Arduino, ja que es poden convertir fàcilment en instruccions pròpies si no anem amb compte:

Pas 20: instal·leu Power Jumper i connecteu-vos

El pont d’alimentació és una manera manual de seleccionar la font d’energia entre 5 volts des de l’USB o la presa de corrent. Els Arduinos estàndard tenen circuits per canviar automàticament, però no he estat capaç d’implementar-lo fàcilment amb les parts dels forats.

Si el pont no està instal·lat, no hi haurà alimentació. Si seleccioneu la presa i no teniu res endollat, no hi haurà alimentació. És per això que hi ha un LED vermell que us mostra si teniu energia.

Inicialment, voleu veure si l’Arduino es comunica per USB, així que col·loqueu el pont a aquesta configuració. Connecteu l’Arduino a l’ordinador del rellotge amb cura. Si teniu un "dispositiu USB no reconegut", desconnecteu-lo i comenceu a solucionar problemes.

En cas contrari, utilitzeu el vostre IDE Arduino per penjar l'esbós bàsic de parpelleig. Utilitzeu "Arduino UNO" com a tauler. Seguiu les instruccions aquí:

Pas 21: resolució de problemes

A l’engegada inicial, sempre busqueu indicis d’èxit o fracàs i esteu preparats per desconnectar el tauler ràpidament si les coses no van com s’esperava. No deixeu anar el cor si l’èxit no és immediat. Als meus tallers, intento animar:

• Paciència, això no sempre és fàcil, però normalment val la pena.
• Persistència, no resoldreu el problema si us rendiu.
• Actitud positiva, podeu esbrinar-ho, fins i tot si necessiteu ajuda per fer-ho.

Quan estic lluitant amb un problema, sempre em dic com més difícil és resoldre, més gran serà la recompensa o l’aprenentatge per resoldre’l.

Amb això en ment, comenceu per les coses simples:

• Inspeccioneu les juntes de soldadura a la part posterior del tauler, retocant qualsevol junta que sembli sospitosa.
• Comproveu que els xips IC estan en l’orientació correcta i que cap dels cables es plega quan s’insereix.
• El LED vermell està encès quan està endollat? Si no és així, comproveu el pont de connexió i les articulacions de soldadura USB.
• Comproveu que altres components que tinguin polaritat estiguin orientats correctament.
• Cerqueu altres pistes, com ara missatges d’error o components que s’escalfin.

Si encara teniu problemes, demaneu ajuda. Escric Instructables perquè vull ensenyar i ajudar aquells que vulguin aprendre. Proporcioneu una bona descripció de quins són els símptomes i quins passos heu fet per trobar errors. Una fotografia en alta resolució de la part frontal i posterior del tauler també pot ajudar. Mai et rendeixis. Tota lluita és una lliçó.