Com construir un programador d’ISP USBTiny: mitjançant la fresadora de PCB CNC: 13 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Heu pensat en com construir el vostre propi projecte electrònic des de zero?

Fer projectes electrònics és tan emocionant i divertit per a nosaltres, creadors. Però la majoria dels fabricants i entusiastes del maquinari que estan avançant cap a la cultura dels fabricants van construir els seus projectes amb taules de desenvolupament, taules de proves i mòduls. D’aquesta manera, podem construir la versió ràpida de prototips del nostre projecte. Però tindrà una mida massiva i estarà embolicat amb cables de taulers. Cas similar quan s’utilitza una placa PCB genèrica, també sembla desordenat i poc professional.

Llavors, com podem construir els nostres projectes d’una manera més còmoda?

La millor manera d’utilitzar PCBs autònoms per al nostre projecte.

Dissenyar i fabricar un PCB per al nostre projecte és una manera millor i còmoda d’expressar la vostra professionalitat i expertesa !. Podem reduir al mínim la mida del nostre projecte a una mida compatible i a formes personalitzades, els PCB tenen un aspecte net i les connexions robustes són alguns dels avantatges.

Llavors, el que importa és, com construïm un PCB rendible i eficaç en el temps?

Podem enviar el nostre disseny a un fabricant de PCB perquè fabriqui el nostre disseny de PCB, però hauria de passar temps i volar-se la butxaca. Un altre mètode és fer el mètode de transferència de tòner mitjançant una impressora làser i paper fotogràfic. Però també passa el temps i proveu el vostre nivell de pacients i també necessiteu un marcador permanent per pegar les parts sense gravar. He utilitzat aquest mètode molt de temps i ho odio.

Llavors, quina és la millor manera?

En el meu cas, la millor manera d’utilitzar fresadores CNC per construir el vostre PCB. Les fresadores de PCB us proporcionen PCB de bona qualitat i requereixen menys temps, menys recursos i la forma més barata de produir prototips de PCB.

Per tant, construïm un programador d’ISP USBtiny mitjançant una fresadora CNC.

Sense fer-ho més, comencem!

Pas 1: no voleu ser ric

De debò! no voleu comprar una fresadora de PCB. La majoria de nosaltres no tenim el pressupost per comprar una màquina cara com aquesta. Ni tan sols en tinc.

Llavors, com tinc accés a una màquina? Simplement, només vaig a un fablab, un makerspace o un espai de hackers de la meva localitat. En el meu cas, només vaig a un fablab i faig servir la màquina a un preu barat. Per tant, cerqueu un lloc com ara fablab o un makerspace a la vostra localitat. Per a mi, el preu és de 48 ¢ / hora per utilitzar la fresadora de PCB. El preu pot variar a la vostra localitat. Per tant, com he dit, no voleu ser ric.

Pas 2: llista de materials

Llista de components

• 1 x microcontrolador Attiny 45/85 (paquet SOIC)
• 2 x 499 ohms
• 2 x 49 ohms
• 2 x 1K
• 2 x 3,3 díode Zener
• 1 x condensador de 0,1mf
• 1 x led blau
• 1 x led verd
• 1 x 2x3 pins de capçalera masculins (smd)
• 1 x 20cm cable de cinta de 6 fils
• Connector de transició de cable de cinta IDC 2 x 2 x 3 femella
• 1x 4cm x 8cm FR4 revestit de coure

Tingueu en compte: (Resistors, condensadors, díodes i led s'utilitzen en aquest paquet de projectes 1206)

Requisits d'eines

• Estació de soldadura o soldador (micro punta)
• Fil de plom per soldar
• Pinces (microtip)
• Metxa desoldadora
• Eina de tercera mà
• Multímetre
• Decapant de filferro
• Extractor de fums (opcional)

Requisit de màquines

Modela MDX20 (qualsevol fresadora de PCB fa la feina, però el programari de control de la feina canviarà)

Descarregueu els recursos d’aquest projecte!

Pas 3: Què és una fresadora de PCB?

La fresadora de PCB és una màquina CNC (Computer Numerical Control) que solia fabricar prototips de PCB. Les fresadores de PCB distingeixen les parts de coure del revestiment de coure per distingir les traces i els coixinets del PCB. La fresadora de PCB inclou un moviment mecànic de tres eixos (X, Y, Z). Cada eix està controlat per un motor pas a pas per a moviments de precisió. Aquests moviments d’eixos són controlats per un programa d’ordinador mitjançant ordres de codi G. Gcode utilitza àmpliament llenguatges de programació de control numèric, la majoria de les màquines utilitzen codi g per controlar l’eix de les màquines. Un cap d'eina (normalment una punta de fresat) està connectat a aquests eixos per fresar els PCB.

: - La màquina que faig servir és una fresadora CNC MODELA MDX20.

Fresadora de PCB Modela MDX 20

Modela MDX20 és una fresadora de PCB. Normalment, Modela MDX20 s’utilitza per fabricar PCB, però també podem fer motllures, aiguaforts, etc. Modela pot fresar sobre diferents materials com contraxapat, cera, acrílic, materials PCB diferents com Fr1 Fr4, etc. El podem col·locar fins i tot en un petit escriptori. El llit (superfície de fresat) s’uneix a l’eix Y i el cap de l’eina s’uneix a X i Z. Això significa que el moviment del llit està controlat per l’eix Y i el moviment del cap de l’eina està controlat per l’eix X i el cap de l’eina està controlat per l’eix Z. Modela té el seu propi programa informàtic. Però estic fent servir un programa Linux anomenat FABModules. Els mòduls FAB es comuniquen amb Modela per controlar el procés de tall i fresat. Els mòduls Fab mai configuren l’eix X, Y, Z automàticament, els hem d’establir manualment.

Pas 4: Comenceu a fer servir Modela MDX20

Si vull fresar el meu PCB, en aquest cas, un programador FabISP. Primerament necessito un disseny de disseny de PCB i un esquema de PCB. El fresat de PCB és un procés en dues etapes. A la primera etapa, he de fresar els rastres i els coixinets del PCB i, a la segona, he de retallar l’esquema del PCB. Mitjançant mòduls fabulosos podem convertir el disseny del disseny de PCB-p.webp

Especificació general

• Espai de treball: 203,2 x 152,4 mm
• Traç de l’eix Z: 60,5 mm
• Velocitat del fus: 6500 rpm

Fresadores per utilitzar

• Punta de fresat: punta de 0,4 mm (1/64 polzades)
• Punta de tall: punta de 0,8 mm (1/32 polzades)

Pas 5: què és l'ISP (IN - System - Programmer)?

In System Programmer (ISP) també conegut com In-Circuit Serial Programmer (ICSP) és un programador de microcontroladors. L'ISP llegirà les instruccions i ordres de l'ordinador USB i les enviarà al microcontrolador a través de la interfície perifèrica sèrie (SPI). Simplement els dispositius ISP ens permeten comunicar-nos amb el microcontrolador mitjançant línies SPI. SPI és la forma de comunicació al microcontrolador. Tots els perifèrics i interfícies connectats es comuniquen amb microcontroladors mitjançant SPI. Com a entusiasta de l’electrònica, el primer que em ve al cap quan dir sobre ISP és MISO, MOSI SCK. Aquests tres pins són els pins importants.

Simplement, l’ISP s’utilitza per gravar programes al microcontrolador i també s’utilitza per comunicar-se amb el microcontrolador.

Pas 6: USBTiny ISP: esquema i disseny de PCB

USB Petit ISP

USBTiny ISP és un programador AVR USB de codi obert senzill i una interfície SPI. És de baix cost, fàcil de fer, funciona molt bé amb avrdude, és compatible amb AVRStudio i es prova amb Windows, Linux i MacOS X. Perfecte per a estudiants i principiants o com a programador de còpia de seguretat.

Tots els components s'utilitzen en els components SMD del projecte. El cervell del USBTinyISP és un microcontrolador Attiny45.

Microcontrolador ATtiny 45

El microcontrolador que s’utilitza a USBTinyISP és Attiny 45. Attiny45 és un microcontrolador AVR de 8 bits d’alt rendiment i poca potència que s’executa a Arquitectura RISC per Atmel (el microxip ha adquirit Atmel recentment). Attiny 45 ve en un paquet de 8 pins. Attiny 45 té 6 pins d'E / S, tres d'ells són pins ADC (ADC de 10 bits) i altres dos són pins digitals que admeten PWM. Inclou una memòria flash 4KM, 256 EEPROM programables al sistema i SRAM 256B. Tensió de funcionament al voltant d’1,8V a 5,5v 300mA. Attiny 45 admet la interfície sèrie universal. Tant la versió SMD com la versió THT estan disponibles al mercat. Attiny 85 és una versió superior d'Attiny 45, són gairebé iguals. L’única diferència es troba en la memòria Flash, Attiny 45 té flash 4KB i Attiny 85 té flash 8KB. Podem triar Attiny 45 o Attiny 85, no és gran cosa, però Attiny 45 és més suficient per fer FabTinyISP. Consulteu la documentació oficial des d’aquí.

Pas 7: configureu la màquina

Ara construïm el PCB amb la fresadora de PCB. He inclòs el disseny de traça i el disseny de tall al fitxer zip; podeu baixar-lo des de baix.

Sol·licitud prèvia: descarregueu i instal·leu els Fabmodules des d’aquest enllaç

Fabmodules només és compatible amb màquines Linux, estic fent servir Ubuntu!

Pas 1: capa sacrificial

En primer lloc, la placa de treball de la fresadora de PCB (AKA) és una placa metàl·lica. És robust i de bona construcció. Però, en alguns casos, es pot danyar mentre es talla amb profunditat per error. Per tant, col·loqueu una capa de sacrifici damunt del llit de mòlta (una capa de coure col·locada a sobre del llit de mòlta per evitar tocar els trossos de la placa metàl·lica).

Pas 2: Fixeu la punta de fresat 1/62 al cap de l'eina

Després de col·locar la capa de sacrifici, ara he de fixar la broca de fresat (normalment s'utilitza una broca de 1/62) al cap de l'eina. Ja he explicat el procés de dues fases de fresat de PCB. Per fresar els rastres i els coixinets del PCB, utilitzeu una broca de 1/64 i col·loqueu-la al cap de l'eina amb la clau Allen. Mentre canvieu els bits, tingueu sempre en compte els bits. La punta de la broca és tan fina, que té més possibilitats de trencar-la mentre es rellisca de les mans, fins i tot si és una petita caiguda. per superar aquesta situació, vaig col·locar un petit tros d'escuma sota el cap de l'eina per protegir-me de caigudes accidentals.

Pas 3: netejar el revestiment de coure

Estic fent servir un FR1 revestit de coure per a aquest projecte. Els FR-1 són resistents a la calor i més resistents. Però els revestiments de coure s’oxidaran ràpidament. Els coures són imants d’empremtes digitals. Per tant, abans d’utilitzar-ne un de revestit de coure, us recomano netejar el PCB amb un netejador de PCB o acetona abans i després de fresar-lo. Vaig utilitzar un netejador de PCB per netejar-lo.

Pas 4: Fixeu el coure revestit del coixinet de fresar

Després de netejar el revestiment de coure, col·loqueu-lo a la part superior del llit de mòlta. Vaig col·locar el coure revestit sobre la pastilla de fresar amb l’ajut d’una cinta adhesiva de doble cara. Les cintes adhesives de doble cara són tan fàcils de treure i estan disponibles a un preu econòmic. Enganxo la cinta de doble cara a la part superior de la capa de sacrifici. A continuació, poseu el coure revestit a la part superior de la cinta adhesiva.

Pas 8: configureu els mòduls Fab i el procés de fresat

Pas 1: engegueu la màquina i carregueu FabModules

a la màquina i obriu el programari del mòdul Fab en un sistema Linux (estic fent servir Ubuntu) escrivint l'ordre següent al terminal Linux.

f ab

Aleshores apareixerà una finestra nova. Seleccioneu la imatge (.png) com a format de fitxer d'entrada i el format de sortida com a Roland MDX-20 mill (rml). Després, feu clic al botó Make_png_rml.

Pas 2: carregueu la imatge de disseny de PCB

A la part superior de la finestra nova, seleccioneu el bit que utilitzeu. després carregueu el format-p.webp

Pas 3: definiu els eixos X, Y i Z

Encara no hem acabat. Ara premeu el botó Veure al tauler de control Modela MDX20. assegureu-vos que la mica estigui ben ajustada. torneu a prémer el botó de visualització per tornar a la posició predeterminada. Ara configureu les posicions X, Y introduint les mesures (depèn de la posició del tauler) als quadres de text desitjats. Us recomano que anoteu les posicions X i Y en algun lloc. Si alguna cosa va sortir malament i heu de començar des del primer moment, haureu de necessitar les posicions exactes de X&Y per continuar el procés de fresat;

Baixeu el cap de l'eina prement el botó avall. Atureu-vos quan el cap de l'eina arriba a la capa de coure. A continuació, perdeu el cargol del cap de l'eina i baixeu una mica la punta fins que toqui la capa de coure del revestiment de coure. A continuació, torneu a apretar el cargol i torneu a posar el cap de l'eina a la posició inicial prement el botó Veure. Ara ens posem tots. Tanqueu la tapa de seguretat del model i feu clic al botó Envia-ho. La model començarà el procés de fresat.

Es triaran un mínim de 10 a 13 minuts per fresar els rastres i els coixinets. Després d’acabar el fresat vaig obtenir un bon resultat.

Pas 4: tallar el disseny de l'esquema

Després d'acabar el fresat de traça, retalleu el disseny del contorn del PCB (simplement la forma del PCB). El procés és pràcticament el mateix. Per tallar el disseny, canvieu el cap de l'eina de 1/64 bits a 1/32 bits. A continuació, carregueu el fitxer-p.webp

Pas 9: PCB acabat

Aquí teniu el PCB després del procés de fresat.

Pas 10: Soldar els components del PCB

Ara tinc un PCB acabat. tot el que he de fer és soldar els components del PCB. Per a mi, és una tasca fàcil i divertida.

Quan es tracta de soldar, els components del forat passant són tan fàcils de soldar en comparar-los amb components SMD. Els components SMD tenen petites petjades. és una mica difícil soldar per a principiants. Hi ha moltes possibilitats d’equivocar-se com la col·locació errònia de components de soldadures fredes i el més habitual o fer ponts entre traços i coixinets. Però tothom té els seus propis consells i trucs de soldadura, que van ser aprés de les seves pròpies experiències. això farà que aquesta tasca sigui fàcil i divertida. Preneu-vos el temps per soldar els components.

Aquí com faig soldant

Normalment primer soldo microcontroladors i altres circuits integrats. Després he soldat components petits com resistències i condensadors, etc.

Per fi, components i forats passants del forat passant. Per soldar el meu USBTinyISP, segueixo els mateixos passos. Per soldar SMD fàcilment, primer calento el soldador a 350 ° C. A continuació, afegiu un flux de soldadura als coixinets. A continuació, escalfeu el coixinet que vull soldar els components i després afegeixo una mica de soldadura a un sol coixinet del coixinet de components. Amb unes pinces, arrossegueu el component i col·loqueu-lo al coixinet i escalfeu el coixinet durant 2-4 segons. Després, soldeu els coixinets restants. Si feu ponts entre passadors i traços o doneu molta soldadura a un component, utilitzeu la cinta de metxa de soldadura per eliminar la soldadura no desitjada. Continuo els mateixos passos fins que el PCB es soldi completament sense cap problema. Si alguna cosa no funcionava, primer comprovo acuradament totes les traces i components que tinguin trencaments o ponts mitjançant una lupa i un multímetre. Si ho trobo, ho rectifico.

Pas 11: fabricació del cable ISP

Per connectar el microcontrolador o un altre programador d’ISP per fer flaixar el firmware. necessitem un fil de ribon de sis línies amb dos connectors de filferro femella de 2x3. He utilitzat un cable de cinta de 4/3 peus de 6 canals i he connectat acuradament la capçalera femenina pels dos costats. Per fer-ho bé, he utilitzat una pinça G. veure la imatge.

Pas 12: Firmware intermitent

Ara podem transferir el firmware al nostre ISP. Per fer-ho, necessitem un altre programador d’ISP. He utilitzat un altre USBTinyISP, però podeu fer servir un Arduino com a ISP per fer aquesta tasca. Connecteu els dos proveïdors d'Internet mitjançant el connector ISP que hem creat anteriorment. A continuació, connecteu USBinyISP (el que estem utilitzant per programar) a l'ordinador. Assegureu-vos que l’ISP es detecta al vostre sistema escrivint l’ordre següent al terminal Linux.

lsusb

Pas 1: instal·leu la cadena d'eines AVR GCC

Primer de tot, hem d’instal·lar la cadena d’eines. Per fer-ho, obriu un terminal Linux i escriviu.

sudo apt-get install avrdude gcc-avr avr-libc make

Pas 2: descarregueu i descomprimiu el firmware

Ara descarregueu i descomprimiu els fitxers de firmware. Podeu descarregar-lo des d’aquí. Després de descarregar el fitxer zip, extreu-lo en una bona ubicació que pugueu trobar fàcilment (per evitar confusions innecessàries).

Pas 3: Feu un fitxer

Abans de gravar el firmware. hem d’assegurar-nos que el fitxer makefigur està configurat per als microcontroladors Attiny. Per fer-ho, obriu el Makefile a qualsevol editor de text. a continuació, confirmeu MCU = Attiny45. Vegeu la imatge següent.

Pas 4: feu flaix el firmware

Ara podem transferir el firmware al nostre ISP. Per fer-ho necessitem un altre programador d’ISP, com he dit anteriorment. He utilitzat un FabTinyISP, que vaig fer anteriorment. Però podeu utilitzar qualsevol ISP o fer servir un Arduino com a programador d’ISP. Connecteu els dos proveïdors d'Internet mitjançant un connector ISP que he creat anteriorment. A continuació, connecteu FabTinyISP (el que faig servir per programar el meu ISP) a l'ordinador. Assegureu-vos que l’ISP es detecta al vostre sistema escrivint l’ordre següent al terminal Linux.

lsusb

Ara estem a punt per llampegar. Obriu el terminal al camí de la carpeta del firmware situat i escriviu "make" per crear el fitxer.hex. Això generarà un fitxer. fitxer hexadecimal que hem de gravar a Attiny 45.

Escriviu l'ordre següent al terminal Linux per fer passar el firmware al microcontrolador.

fer flaix

Pas 5: activació de Fusebit

Això és tot, hem acabat de parpellejar el firmware. Però hem d’activar el fusible. Només cal que escriviu

fer fusible

el terminal per activar el fusible intern.

Ara hem de treure el pont o desactivar el pin de restabliment. Eliminar la connexió del pont no és obligatori, podem desactivar el pin de restabliment. Depèn de tu. Decideixo desactivar el pin de restabliment.

Tingueu en compte: - Si desactiveu el pin de restabliment, el pin de restabliment es desconnectarà internament. Vol dir que ja no es pot programar després de desactivar el pin de restabliment.

Si voleu desactivar el pin de restabliment, escriviu make l'ordre següent al terminal.

rstdisbl

Rebreu un missatge d’èxit. Després de carregar el firmware amb èxit, he de comprovar que l'USBTinyISP funciona correctament, per fer-ho, heu d'introduir una ordre al terminal

sudo avrdude -c usbtiny -b9600 -p t45 -v

Després d'introduir l'ordre, obtindreu els comentaris de retorn a la finestra del terminal.

Pas 13: Ja estem fets

Ara podeu eliminar tots dos dispositius de l'ordinador i utilitzar el USBtiny que es va construir ara mateix per programar-vos els microcontroladors a partir d'ara. Estic fent servir aquest proveïdor d’Internet per fer flash els meus esbossos d’Arduino.