Klon Kompatibel dengan Arduino DIY: 21 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Arduino adalah alat utama dalam gudang Pembuat. Anda semestinya dapat membina sendiri! Pada awal-awal proyek, sekitar tahun 2005, reka bentuknya adalah semua bahagian melalui lubang dan komunikasi melalui kabel bersiri RS232. Fail masih tersedia, jadi anda boleh membuatnya sendiri, dan saya ada, tetapi tidak banyak komputer yang mempunyai port bersiri yang lebih lama.

Versi USB Arduino menyusul tidak lama lagi, dan mungkin memberi sumbangan besar kepada kejayaan projek ini kerana ia membolehkan hubungan dan komunikasi mudah. Namun, ia memerlukan kos: cip komunikasi FTDI hanya terdapat dalam paket pemasangan permukaan. Pelan masih ada untuknya juga, tetapi pematerian pelekap permukaan melebihi kebanyakan pemula.

Papan Arduino yang lebih baru menggunakan cip 32U4 dengan USB terpasang (Leonardo), atau cip Atmel yang terpisah untuk USB (UNO), keduanya masih meninggalkan kita di wilayah permukaan. Pada satu ketika ada "TAD" dari Dangerous Devices yang menggunakan lubang melalui PIC untuk melakukan USB, tetapi saya tidak dapat menjumpai apa-apa yang tersisa di web mereka.

Jadi di sini kita berada. Saya yakin seorang pemula, seperti Jedi Knight, seharusnya dapat membina Arduino mereka sendiri (light saber). "Senjata elegan dari zaman yang lebih beradab". Penyelesaian saya: buat cip FTDI melalui lubang menggunakan pakej pelekap permukaan! Itu membolehkan saya melakukan pemasangan permukaan, dan menawarkan baki projek sebagai lubang melalui DIY! Saya juga merancangnya di Open Source KiCad, supaya anda dapat mempelajari fail reka bentuk, mengubahnya, dan memutar versi anda sendiri.

Sekiranya anda fikir ini adalah idea bodoh, atau suka memateri permukaan, periksa Leonardo Clone saya, jika tidak, baca terus…

Langkah 1: Bahagian dan Bekalan

Bil bahan lengkap terdapat di

Bahagian uniknya ialah papan litar, satu untuk Arduino, dan satu lagi untuk cip FTDI. Anda boleh menjadikan OSH Park membuatnya untuk anda, atau menggunakan fail reka bentuk dengan dewan kegemaran anda.

Kit untuk projek ini boleh didapati di Tindie.com. Membeli kit akan menjimatkan masa dan perbelanjaan membuat pesanan dari beberapa vendor yang berbeza dan mengelakkan premium pesanan PCB minimum. Ia juga akan memberikan anda cip lubang melalui FDTI yang dipasang di permukaan dan juga Atmega pra-kilat.

Alat dan Bekalan: Untuk bengkel saya, saya menggunakan Toolkit Kit Permulaan SparkFun yang mempunyai sebahagian besar dari apa yang anda perlukan:

• Besi pematerian.
• Pateri
• Nippers wayar
• Jalinan pemisah (semoga tidak diperlukan, tetapi anda tidak pernah tahu).

Langkah 2: Tuan-tuan dan puan-puan, Mulakan Besi Anda

Saya tidak akan mencuba dan mengajar anda pematerian. Berikut adalah beberapa video kegemaran saya yang menunjukkannya lebih baik daripada yang saya dapat:

• Carrie Ann dari Geek Girl Diaries.
• Colin dari Adafruit

Secara umum:

• Cari lokasi di PCB menggunakan tanda skrin sutera.
• Bengkokkan bahagian komponen agar sesuai dengan cetakan kaki.
• Memateri petunjuk.
• Potong petunjuk

Langkah 3: Perintang

Mari mulakan dengan perintang kerana tempat duduk yang paling banyak, paling rendah, dan paling senang dipateri. Mereka lebih tahan panas dan akan memberi anda peluang untuk mengikuti teknik anda. Mereka juga tidak mempunyai kekutuban, jadi anda boleh memasukkannya dengan cara yang sama.

• Mulakan dengan tiga ohm 10K (coklat - hitam - oren-emas), yang terdapat di beberapa tempat di papan tulis (lihat gambar). Ini adalah perintang "pull-up" yang mengekalkan isyarat pada 5V kecuali jika mereka ditarik rendah secara aktif.
• Sepasang 22 ohm (merah - merah - hitam - emas) berada di sudut kiri atas. Ini adalah sebahagian daripada rangkaian komunikasi USB.
• Sepasang 470 ohm (Kuning, Violet, Coklat, Emas) adalah yang berikutnya. Ini adalah perintang penghad semasa untuk LED RX / TX.
• Single 4.7K ohm (Kuning, Violet, Merah, Emas). Bola ganjil untuk isyarat FTDI VCC.
• Dan akhirnya, sepasang ohm 1K (Coklat, Hitam, Merah, Emas). Ini adalah perintang had semasa dan LED D13 (330 ohm akan berfungsi, tetapi saya tidak menyukainya terlalu terang).

Langkah 4: Diod

Selanjutnya kita mempunyai diod yang melindungi litar dari arus terbalik dari soket kuasa. Sebilangan besar, tetapi tidak semua komponen akan bertindak balas dengan buruk terhadap kekutuban terbalik.

Ia mempunyai kekutuban yang ditandai dengan tali perak di satu hujungnya.

Padankan dengan tanda sutera dan pateri di tempatnya.

Langkah 5: Pengatur Voltan (5V)

Terdapat dua pengatur voltan, dan yang utama adalah 7805 yang akan mengatur dua belas volt dari soket ke 5 volt yang diperlukan oleh Atmega 328. Terdapat ciri tembaga besar pada papan litar bercetak untuk membantu menghilangkan haba. Bengkokkan penyokong supaya bahagian belakang menyentuh papan dengan lubang sejajar dengan lubang di bahagian dan pateri di tempatnya.

Langkah 6: Soket

Soket membolehkan cip IC dimasukkan dan dikeluarkan tanpa pematerian. Saya menganggap mereka sebagai insurans kerana ia murah dan membolehkan anda mengganti cip yang diletupkan atau mengubah semula IC jika dimasukkan ke belakang. Mereka mempunyai divot di satu hujung untuk menunjukkan arah cip, jadi pasangkan dengan layar sutera. Memateri dua pin dan kemudian mengesahkannya dipasang dengan betul sebelum menyolder pin yang tinggal.

Langkah 7: Butang

Arduino biasanya mempunyai butang reset untuk memulakan semula cip jika ia menutup atau perlu dimulakan semula. Anda berada di sudut kiri atas. Tekan di tempat dan pateri.

Langkah 8: LED

Terdapat sebilangan LED untuk menunjukkan status. LED mempunyai kekutuban. Kaki panjang adalah anoda, atau positif, dan masuk ke pad bulat dengan tanda "+" di sebelahnya. Kaki pendek adalah katod, atau negatif, dan masuk ke pad persegi.

Warnanya sewenang-wenang, tetapi saya biasanya menggunakan:

• Kuning untuk RX / TX yang berkedip ketika cip berkomunikasi atau diprogramkan.
• Hijau untuk D13 LED yang dapat digunakan oleh program untuk menunjukkan peristiwa.
• Merah untuk menunjukkan kuasa 5 volt tersedia sama ada melalui USB atau soket kuasa.

Langkah 9: Kapasitor Seramik

Kapasitor seramik tidak mempunyai kekutuban.

Kapasitor pelicin kuasa biasanya digunakan untuk menghilangkan peralihan dari bekalan kuasa ke cip. Nilai biasanya dinyatakan dalam lembaran data komponen.

Setiap cip IC dalam reka bentuk kami mempunyai kapasitor 0.1uF untuk kelancaran kuasa.

Terdapat dua kapasitor 1uF untuk melicinkan kuasa di sekitar pengatur 3.3 volt.

Selain itu, terdapat kapasitor 1uF yang membantu dengan masa fungsi tetapan semula perisian.

Langkah 10: Kapasitor Elektrolitik

Kapasitor elektrolitik mempunyai kekutuban yang mesti diperhatikan. Mereka biasanya datang dalam nilai yang lebih besar daripada kapasitor seramik, tetapi dalam hal ini kita memiliki kapasitor 0.33 uF untuk kelancaran daya di sekitar pengatur 7805.

Kaki panjang peranti positif dan masuk ke pad persegi bertanda "+". Ini cenderung menjadi "pop" jika dimasukkan ke belakang, jadi betulkannya atau anda memerlukan pengganti.

Langkah 11: 3.3 Pengatur Voltan

Walaupun cip Atmega berjalan pada 5 volt, cip USB FTDI memerlukan 3.3 volt untuk beroperasi dengan betul. Untuk menyediakan ini, kami menggunakan MCP1700 dan kerana memerlukan arus yang sangat sedikit, ia ada dalam paket TO-92-3 kecil seperti transistor dan bukannya paket TO-220 yang besar seperti 7805.

Peranti mempunyai wajah rata. Padankan dengan skrin sutera dan sesuaikan ketinggian komponen kira-kira seperempat inci di atas papan. Pateri di tempat.

Langkah 12: Tajuk

Keindahan Arduino adalah jejak dan pinout standard. Header membolehkan memasukkan "perisai" yang memungkinkan mengubah konfigurasi keras dengan pantas apabila diperlukan.

Saya biasanya menyisipkan satu pin setiap tajuk dan kemudian mengesahkan penjajarannya sebelum menyolder pin yang tinggal.

Langkah 13: Resonator

Cip Atmega mempunyai resonator dalaman yang dapat berjalan pada frekuensi yang berbeza hingga 8 Mhz. Sumber masa luaran membolehkan cip berjalan hingga 20 Mhz, tetapi, Arduino standard menggunakan 16 Mhz yang merupakan kelajuan maksimum cip Atmega8 yang digunakan dalam reka bentuk asal.

Sebilangan besar kristal Arduino menggunakan, yang lebih tepat, tetapi memerlukan kapasitor tambahan. Saya memutuskan untuk menggunakan resonator, yang cukup tepat untuk kebanyakan kerja. Ia tidak mempunyai kekutuban, tetapi saya biasanya menghadapi tanda keluar sehingga pembuat yang ingin tahu dapat memberitahu anda sedang menjalankan persediaan standard.

Langkah 14: Fius

Sebilangan besar Arduino tidak mempunyai sekering, tetapi mana-mana Pembuat yang belajar akan kerap (sekurang-kurangnya dalam kes saya) menghubungkan sesuatu dengan tidak betul. Sekering sederhana yang dapat diatur semula akan menolong melepaskan diri dari "asap sihir" yang memerlukan penggantian cip. Fius ini akan terbuka jika arus terlalu banyak ditarik, dan akan diset semula apabila ia sejuk. Ia tidak mempunyai kekutuban, dan kerutan di kaki menahannya di atas papan.

Langkah 15: Tajuk

Dua lagi header, satu dengan pin lelaki. Berhampiran penyambung USB terdapat tiga pin yang membolehkan beralih antara kuasa USB dan bicu menggunakan pelompat. UNO mempunyai kebiasaan untuk melakukan ini secara automatik, tetapi saya belum dapat menirunya dalam bentuk lubang.

Header kedua adalah header enam-pin "dalam sistem". Ini membolehkan menghubungkan programmer luaran untuk memprogram semula Atmega secara langsung jika diperlukan. Sekiranya anda membeli kit saya, cip sudah memuat firmware, atau Atmega dapat dikeluarkan dari soket dan diletakkan terus di soket pengaturcaraan, jadi header ini jarang digunakan dan oleh itu pilihan.

Langkah 16: Power Jack

Daripada USB, bicu standard 5.5 x 2.1 mm boleh digunakan untuk membawa kuasa luaran. Ini membekalkan pin bertanda "Vin" dan memberi kuasa kepada pengatur voltan 7805 yang menjadikan 5 volt. Pin tengah positif dan inputnya boleh mencapai 35V, walaupun 12V lebih tipikal.

Langkah 17: USB

Arduino yang lebih baru seperti Leonardo menggunakan sambungan mikro USB, tetapi sambungan USB B yang asli kukuh dan murah dan anda mungkin mempunyai banyak kabel. Kedua-dua tab besar tidak disambungkan secara elektrik, tetapi disolder untuk kekuatan mekanikal.

Langkah 18: Kerepek

Masa untuk memasang cip. Sahkan orientasi. Sekiranya soket berada di belakang, pastikan cipnya sesuai dengan tanda skrin sutera. Dalam orientasi yang telah kami kerjakan, dua cip bawah terbalik.

Masukkan cip sehingga kaki sejajar dengan pegangan. IC berasal dari pembuatan dengan kaki sedikit dipulas, jadi perlu dibengkokkan ke arah menegak. Ini biasanya dilakukan untuk anda di dalam kit saya. Setelah anda yakin akan orientasinya, tekan perlahan kedua-dua sisi cip. Periksa untuk memastikan tidak ada kaki yang terlipat secara tidak sengaja.

Langkah 19: Memusingkan Bootloader

Pemuat but adalah sedikit kod pada cip yang membolehkan memuatkan kod dengan mudah melalui USB. Ia berjalan selama beberapa saat pertama dengan kuasa mencari kemas kini, dan kemudian melancarkan kod yang ada.

Arduino IDE menjadikan firmware berkelip menjadi mudah, tetapi memerlukan pengaturcara luaran. Saya menggunakan Programmer AVR saya sendiri, dan tentunya akan menjual kit untuk anda. Sekiranya anda mempunyai programmer, anda tidak memerlukan Arduino kerana anda boleh memprogramkan chip secara langsung. Jenis benda ayam dan telur.

Pilihan lain adalah membeli Atmega dengan bootloader yang sudah ada di dalamnya:

Saya akan menunjukkan kepada anda arahan Arduino rasmi kerana ia dengan mudah boleh berubah menjadi instruksinya sendiri jika kita tidak berhati-hati:

Langkah 20: Pasang Power Jumper dan Sambungkan

Power jumper adalah cara manual memilih sumber kuasa antara 5 volt dari USB atau soket kuasa. Arduino standard mempunyai litar untuk beralih secara automatik, tetapi saya tidak dapat melaksanakannya dengan mudah melalui bahagian lubang.

Sekiranya pelompat tidak dipasang, tidak ada kuasa. Sekiranya anda memilih soket, dan tidak memasang apa-apa, tidak ada kuasa. Itulah sebabnya ada LED merah untuk menunjukkan kepada anda jika anda mempunyai kuasa.

Pada mulanya, anda ingin melihat apakah Arduino berkomunikasi melalui USB, jadi letakkan pelompat ke tetapan itu. Pasang Arduino ke komputer anda di jam tangan dengan teliti. Sekiranya anda mendapat "peranti USB yang tidak dikenali", cabut dan mulakan masalah semasa menembak.

Jika tidak, gunakan Arduino IDE anda untuk memuat naik lakaran berkedip asas. Gunakan "Arduino UNO" sebagai papan. Ikuti arahan di sini:

Langkah 21: Penyelesaian masalah

Pada awal kuasa, anda selalu mencari petunjuk kejayaan atau kegagalan, dan bersedia untuk mencabut papan cepat dengan cepat sekiranya keadaan tidak berjalan seperti yang diharapkan. Jangan putus asa jika kejayaan tidak segera. Di bengkel saya, saya cuba mendorong:

• Sabar, ini tidak selalu mudah, tetapi biasanya berbaloi.
• Kegigihan, anda tidak akan menyelesaikan masalah jika anda menyerah.
• Sikap positif, anda dapat mengetahuinya, walaupun anda memerlukan pertolongan untuk melakukannya.

Apabila saya menghadapi masalah, saya selalu mengatakan pada diri saya bahawa semakin sukar untuk menyelesaikannya, semakin besar ganjaran atau pembelajaran untuk menyelesaikannya.

Oleh itu, mulakan dengan perkara mudah:

• Periksa sendi pateri di bahagian belakang papan, menyentuh semula sendi yang kelihatan disyaki.
• Periksa bahawa cip IC berada dalam arah yang betul dan tidak ada petunjuk yang boleh dilipat semasa dimasukkan.
• Adakah LED merah menyala semasa dipasang? Sekiranya tidak, periksa sambungan jumper kuasa dan pemateri USB anda.
• Periksa bahawa komponen lain yang mempunyai kekutuban berorientasikan dengan betul.
• Cari petunjuk lain seperti mesej ralat atau komponen semakin panas.

Sekiranya anda masih menghadapi masalah, minta bantuan. Saya menulis Instructables kerana saya ingin mengajar dan menolong mereka yang ingin belajar. Berikan penerangan yang baik tentang apa gejala dan langkah-langkah apa yang telah anda lakukan untuk mencari kesilapan. Foto beresolusi tinggi di bahagian depan dan belakang papan juga boleh membantu. Jangan berputus asa. Setiap perjuangan adalah pelajaran.