Kako narediti svojo razvojno ploščo za mikrokontroler

Gradnja lastne razvojne plošče ima jasne korake. Najprej se odločite, kaj potrebujete. Nato izberite prave dele. Nato oblikujte shemo in PCB. Po tem sestavite desko in jo preizkusite. Previdno načrtovanje vam pomaga, da se izognete napakam. Morda boste pozabili pregledati svoj dizajn ali uporabiti napačne širine sledenja v sledeh. Poglejte druge deske, da se naučite dobrih idej. Poskusite, da bo vaš dizajn preprost. Pogosto preverjajte svoje delo s pregledi pravil oblikovanja. Uporabite ločitvene kondenzatorje, da ohranite napetost. Dobro načrtovanje vam prihrani čas in denar.

Zahteve in načrtovanje

Specifikacije oblikovanja

Začnite s zapisovanjem, kaj želite, da vaša plošča. Pomislite na glavni namen. Ali želite nadzorovati luči, brati senzorje ali se povezati z internetom? Naredite seznam potreb, ki jih potrebujete. Na primer, morda boste potrebovali določeno število digitalnih ali analognih zatičev ali podporo za komunikacijo, kot so I2C, UART ali SPI. Preverite, ali potrebujete velikost procesne moči in velikosti pomnilnika. Če želite uporabiti poseben programski jezik ali operacijski sistem, se prepričajte, da ga lahko podpira vaša plošča. Poiščite deske, ki delujejo s priljubljenimi IDE in imajo dobro dokumentacijo. Močna skupnost vam lahko pomaga rešiti težave in poiskati vaje. Razmislite tudi o uporabi moči, še posebej, če želite svojo ploščo zagnati na baterijah.

Nasvet:Zapišite potrebe svojega projekta, preden izberete dele. To vam pomaga, da se izognete izbiri mikrokontrolerja, ki je za vaš projekt prešibak ali premočan.

Blok diagram

Blok diagram vam pomaga videti, kako se vse povezuje. Narišite škatlo za vsak glavni del, kot so mikrokontroler, napajanje in senzorji. Uporabite vrstice, da pokažete, kako se ti deli povezujejo. Vsako vrstico označite z vrsto povezave, kot sta SPI ali UART. Pokažite ravni napetosti za vsak del. Če nekateri deli uporabljajo različne napetosti, dodajte opombo za prestavne ravni. Ta diagram olajša opažanje manjkajočih delov ali težav, preden začnete graditi.

• Narišite blok za vsako glavno funkcijo.
• Povežite bloke s črtami, da pokažete, kako se pogovarjajo med seboj.
• Označite črte s komunikacijskim protokolom.
• Označite napetost za vsak blok.
• Po potrebi dodajte ravni prestavkov.

Več o nas

Študij obstoječih odborov

Veliko se lahko naučite, če pogledate priljubljene deske. Mnogi ljudje uporabljajo deske, kot so Arduino Uno, Blue Pill, Nodemcu in ESP32-DevKitc. Te plošče kažejo dobre načine, kako postaviti dele in jih povezati. Podjetja, kot je NXP, izdelujejo številne referenčne plošče za različne uporabe, od preprostih projektov do naprednih. Ko preučujete te plošče, preverite, kako ravnajo z močjo, kakšne konektorje uporabljajo in kako olajšajo programiranje. Ta raziskava vam pomaga, da se izognete običajnim napakam in vam daje ideje za svoj dizajn.

Opomba:Pregled preizkušenih modelov vam prihrani čas in vam pomaga graditi desko, ki deluje dobro.

Če natančno načrtujete in se učite od drugih, boste zgradili boljšo desko. Začnite svoj projekt danes in se pridružite spletnim skupnostim, da dobite še več nasvetov in podpore!

Izbira komponent

Izbira mikrokontrolerja

Za svoj projekt morate izbrati pravi mikrokontroler. Pomislite, kaj želite, da vaša deska počne. Nekateri projekti potrebujejo le preprost nadzor. Drugi potrebujejo hitro obdelavo ali delo v realnem času. Izberete lahko med 8-bitnimi, 16-bitnimi ali 32-bitnimi mikrokontrolerji. Vsak tip ima svojo hitrost in funkcije.

Tu je nekaj, o čemer morate razmišljati, ko izberete mikrokontroler:

• Kompleksnost aplikacij: preprosta opravila potrebujejo manj moči. Težji projekti potrebujejo več hitrosti in pomnilnika.
• Učinkovitost in arhitektura: 8-bitni čipi so dobri za enostavna opravila . 32- bitni čipi so boljši za trde naloge.
• Uporaba moči: Če uporabljate baterije, izberite čipe, ki prihranijo energijo.
• Podpora skupnosti: Priljubljeni čipi, kot so Arduino, STM32 in ESP32, imajo veliko pomoč na spletu.
• Povezljivost: Nekateri mikrokontrolerji imajo vgrajeni Wi-Fi, Bluetooth ali Ethernet.
• Spomin: Prepričajte se, da imate dovolj bliskavice in RAM -a za svojo kodo in podatke.
• Orodja in IDE: Preverite, ali lahko uporabljate enostavno programsko opremo, kot je Arduino IDE ali naprednejša orodja.
• Ne izberite čipa, ki je prešibak ali premočan. Če ima vaš čip premalo funkcij, boste morda morali pozneje preoblikovati ploščo. Če ima preveč funkcij, lahko zapravite denar in moč. Poskusite ujemati svoje potrebe s pravim mikrokontrolerjem.

Mnogi ljudje uporabljajo te mikrokontrolerje za projekte DIY:

1.8051 mikrokontrolerjev

2.AVR mikrokontrolerji

3.PIC mikrokontrolerji

4.TI MSP430

5.Arduino

6.stm32

7.ESP8266 in ESP32

8.Nodemcu

Ti čipi imajo veliko vodnikov in primerov. Lahko najdete veliko pomoči za svojo desko.

Nasvet:Izberite mikrokontroler, ki ustreza vašemu projektu in ima dobro podporo. To olajša gradnjo in odpravljanje težav.

Razvojna ploščaKomponente

Dobra razvojna plošča potrebuje več kot le mikrokontroler. Potrebujete druge dele, da lahko dobro deluje in se povežete z drugimi napravami. Tu je tabela pomembnih komponent in kaj počnejo:

Te dele potrebujete tudi za osnovno ploščo:

• I/o zatiči: Povežite se s senzorji, motorji in drugimi napravami.
• Komunikacijska vrata: Za pogovor z drugimi čipi uporabite UART, SPI ali I2C.
• USB vmesnik: Omogoča programiranje in odpravljanje napak.
• Gumb za ponastavitev: Znova zažene mikrokontroler, če se zatakne.
• Priključki: Olajšajte priključitev žic ali modulov.
• LED in gumbi:Vam pomagajo preizkusiti in nadzorovati svojo ploščo.
• Kristalni oscilator: Daje čip signal ure, da ohrani čas.

Opomba:V bližini mikrokontrolerja vedno dodajte ločitvene kondenzatorje. Pomagajo ohraniti napetost stabilno in zaustavitve hrupa.

Možnosti napajanja

Vaša razvojna plošča potrebuje varno in stabilno napajanje. Imate več možnosti. Vsak ima svoje prednosti. Tu je tabela, ki vam bo pomagala pri odločitvi:

Če želite uporabiti baterije, se prepričajte, da lahko vaš regulator napetosti prenese napetost akumulatorja. Preden priključite napajanje, vedno preverite območje napetosti mikrokontrolerja.

USB v serijski pretvornik

Potrebujete način programiranja plošče in se pogovorite z računalnikom. USB do serijskega pretvornika opravi to delo. Čip FTDI FT232RL je za to najbolj zanesljiv. Deluje s številnimi operacijskimi sistemi in ima vgrajeno zaščito. Mnogi ljudje uporabljajo Sparkfun's FTDI Basic Board, ki uporablja ta čip. Beefy 3 plošča uporablja novejši čip FT231X in daje večjo moč za vašo ploščo.

Druge dobre izbire vključujejo:

1.Ch340G (poceni in dobro deluje)

2.Slicon Labs CP2102 (preprost in zanesljiv)

3.MicroChip MCP2200 (ima dodatne funkcije)

4.EXAR XR21V1410 (zelo hiter in zanesljiv)

5. Če želite najboljše rezultate, uporabite čipe FTDI. Delajo z večino desk in imajo veliko podpore.

Periferni moduli

Periferni moduli dodajo dodatne funkcije na svojo ploščo. Lahko povežete senzorje, prikaze ali brezžične module. Tu je nekaj skupnih modulov, ki jih najdemo na priljubljenih deskah:

Ti moduli vam omogočajo, da zgradite stvari, kot so roboti, pametne domače naprave in IoT pripomočki. Lahko začnete preprosto in dodajate več modulov, ko se učite.

Nasvet:Začnite s preprostim dizajnom. Dodajte samo dele, ki jih potrebujete. To olajša gradnjo in popravljanje vaše plošče. Kasneje lahko vedno dodate več funkcij.

Večino delov najdete v spletu ali v trgovinah z elektroniko. Poiščite dele z dobrimi ocenami in veliko vodnikov. To vam bo pomagalo, da hitreje zaključite svojo ploščo in z manj težavami.

Ste pripravljeni na izdelavo lastne razvojne plošče? Previdno izberite svoje dele, bodite preprosti dizajn in se zabavajte. Vsak projekt vam pomaga, da se naučite novih veščin in vas približa gradnji neverjetnih stvari!

Shema in PCB zasnova

Oblikovanje vaše sheme in PCB je ključni korak pri gradnji zanesljivegarazvojna plošča. Previdno načrtovanje in prava orodja vam pomagajo, da se izognete napakam in olajšate svojo desko za sestavljanje in odpravljanje napak.

Shematična zasnova

Začnete z risanjem podrobne sheme. To je kot zemljevid, ki prikazuje, kako se povezuje vsak del. Programska oprema, kot je Kicad, olajša to delo. Lahko izberete dele iz vgrajenih knjižnic ali uporabite simbole, ki jih ustvari skupnost za priljubljene mikrokontrolerje. Če ne najdete dela, lahko ustvarite svoj simbol in odtis. To vam pomaga natančno ujemanje resničnega dela.

Sledite tem korakom za močno shemo:

1. Na omrežje namestite vse komponente. Za dodajanje simbolov in 'R' uporabite bližnjice, kot je 'A', da jih zasukate.

2. Izberite dele, ki ustrezajo vašim potrebam. Za visoke hitrostne tokokroge izberite kondenzatorje z nizko ESR in čips z desno frekvenčno oceno.

3.Potelo kondenzatorje ločitve blizu napajalnih zatičev vašega mikrokontrolerja. To zmanjšuje hrup in ohranja vašo ploščo stabilno.

4. Povežite vse z orodjem "Dodaj žico". Prepričajte se, da gre vsaka žica na pravo mesto.

5. Za posebne signale, kot so diferencialni pari, žice hranite enako dolžino in razmik.

6. OBRAZLOŽITE MOČNO MREČNO MREČNO. Dodajte simbole napajanja in ozemljitve in jih dobro povežite.

7. Uporabite orodje za opombo, da boste vsakemu delu dobili edinstveno ime. To olajša iskanje delov pozneje.

8.RUN ELEKTRIČNO PREVERJANJE PRAVILA (ERC). To orodje najde napake, kot so manjkajoče žice ali nepovezani zatiči.

9. Ustvarite račun za materiale (BOM) in mrežni seznam. Te vam pomagajo naročiti dele in se premakniti na postavitev PCB.

Nasvet:Uporabite obstoječe knjižnice za simbol in odtis za svoj mikrokontroler. To prihrani čas in zmanjša napake.

Nekateri oblikovalci uporabljajo posebne metode za prikaz priključkov in hčerinskih plošč. Na primer, lahko uporabite konektorje z posodami ali neposredne simbole modula. Vsaka metoda ima prednosti in slabosti, kot so boljši 3D pogledi ali lažje upravljanje BOM. Za boljšo vizualizacijo lahko dodelite celo več kot en 3D model.

Kontaktirajte zdaj

Postavitev PCB

Ko je vaša shema pripravljena, se premaknete na postavitev PCB. Ta korak vaš zemljevid vezja spremeni v pravo ploščo. Dobra postavitev omogoča, da vaša razvojna plošča deluje bolje in traja dlje.

Tu je nekaj najboljših praks za postavitev PCB:

1. KONDEPTIONCIJI za ločevanje čim bližje mikrokontrolerjem zatičev.

2. Keep Power and Ground Flanes Trdna in neprekinjena. To zmanjšuje hrup in izboljša dovajanje energije.

3. IZKLJUČITE, DA DELO DELO PREDELJA DOGOVE NOGE ALI DRUGA. To olajša montažo in znižuje proizvodne stroške.

4. Preverite pravila svojega proizvajalca za širino sledov, razmik in velikost. To vam pomaga, da se med proizvodnjo izognete težavam.

5.Rute hitri ali občutljivi signali s kratkimi, neposrednimi sledi.

6.Serate analogne in digitalne odseke za zmanjšanje motenj.

7.Podatne napake vključujejo ignoriranje moči in zemeljskih letal, slabo postavljanje delov in ne razmišljanje o tem, kako bo izdelana plošča. Teh 8. Mistake lahko povzročijo hrup, težave s signalom in celo naredijo svojo ploščo.

Opomba:Vedno pregledujte svojo postavitev proti preizkušenim dizajnom. Deske, kot sta Arduino in STM32 Nucleo, kažejo na dobre načine za postavitev delov in signala poti.

Celovitost signala

Celovitost signala pomeni, da vaši signali potujejo čisto brez hrupa ali izgube. Za to morate načrtovati, še posebej, če vaša plošča uporablja tako analogne kot digitalne dele.

Upoštevajte te smernice za močno celovitost signala:

1. Ohranite analogna in digitalna vezja narazen. Postavite jih na različna območja deske.

2. Uporabite ločene talne ravnine za analogne (AGND) in digitalne (DGND) signale. Povežite jih na eni zvezdni točki.

3. Čim kratkejše sledi za ure in visoke hitrostne signale.

4. Obiščite dolžino in razmik diferencialnih parov.

5. Uporabite široke sledi za moč in zemljo do manjšega upora.

6. Razširite sledi signala, da zmanjšate krosstalk.

7. Občutljiva območja, ki so občutljiva in ohranjajo neprekinjene povratne poti.

8. Izobraževanje talnih zank z uporabo reference z eno točko.

9. Testiranje plošče z orodji, kot so multimetri in logični analizatorji, vam pomaga zgodaj ujeti težave. Dobra ozemljitev in skrbna postavitev naj bo vaša razvojna deska nemoteno.

Simulacija in prototipizacija

Preden naročite PCB, morate preizkusiti svoj dizajn. Simulacija in prototipiranje vam pomagata najti napake in jih popraviti zgodaj.

Za izdelavo preproste različice svojega vezja lahko uporabite plošče ali proto-deske. To vam omogoča, da preverite, ali vse deluje, preden porabite denar za pravi PCB. Mnogi začnejo z razvojno ploščo ali kompletom, da preizkusijo svojo kodo in strojno opremo.

Simulacijska orodja naredijo ta postopek še boljši. Programi, kot so LTSPICE, MultiSim Live, CinecitMaker, Easheda in Circuit Lab, vam omogočajo, da preizkusite svoje vezje v računalniku. Lahko vidite, kako se signali premikajo in najdejo težave, ne da bi kaj zgradili. Nekatera orodja, kot je Autodesk Fusion 360, celo prikazujejo vaš PCB v 3D. To vam pomaga preveriti, ali so deli primerni in ali je postavitev smiselna.

Nasvet:Pred izdelavo končnega PCB vedno simulirajte in prototipirate. To prihrani čas, denar in frustracije.

Ko končate svoj dizajn, uporabite svoje CAD orodje za ustvarjanje Gerberskih datotek. Te datoteke proizvajalcu povedo, kako narediti svojo ploščo. Pred pošiljanjem datotek dvakrat preverite vse.

Izdelava lastne razvojne plošče je skrbno zasnovana in testiranje. Vsak korak, od sheme do simulacije, vam pomaga narediti desko, ki deluje dobro in je enostavna za uporabo. Začnite svoj dizajn danes in poglejte, koliko se lahko naučite in ustvarite!

Montaža in testiranje

Spajkalne komponente

Svojo razvojno ploščo morate natančno sestaviti. Najprej vsak del postavite na pravo mesto na PCB. Večina delov uporablja mehko spajkanje. To stopi mešanica s pločevino, da se pridruži majhnim delem. Za dele SMT je spajkanje reflowa boljše. Nataknete spajkalno pasto, dodate dele, nato pa segrejete desko v pečici. Deli skozi luknje pogosto uporabljajo spajkanje valov. Val stopljenega spajke povezuje zatiče. Če imate posebne ali občutljive dele, poskusite selektivno ali vsiljivo spajkanje. Vedno izberite pravi spajkalnik jedra toka, kot je rozin ali brez čistega toka. To pomaga ustaviti ostanke in izboljšati spajke sklepe.

Nasvet:Bodite pozorni na težave, kot so hladni sklepi, spajkalni mostovi ali deli na napačnem mestu. Zaradi tega lahko vaša deska ne deluje.

Pregledi moči in funkcionalnosti

Ko sestavite svojo desko, jo preverite, preden jo vklopite. Naredi te korake:

1. Uporabite multimeter za preverjanje vseh napajalnih tirnic in napetosti.
2. Poiščite kratka vezja ali mostove spajkalnika.
3. Vklopite desko in se prepričajte, da je napetost znotraj ± 5% cilja.
4. Uporabite testne točke na PCB, da olajšate preverjanje.
5. Programirajte mikrokontroler s programiranjem v sistemu (ISP).
6. Preizkusite preproste stvari, kot so LED, gumbi in vrata.
7. Zapišite vsak test in kaj se je zgodilo. To vam pomaga hitro najti in odpraviti težave.

ProgramiranjeRazvojna plošča

Svojo tablo lahko programirate s priljubljenimi orodji. Arduino IDE je enostaven in ima veliko pomoči na spletu. STM32Cubeide in STM32CUBUBEMX sta dobra za plošče STM32. Raspberry Pi pico deske delujejo z Micropython in c/c ++. Številne plošče uporabljajo USB ali JTAG za programiranje in odpravljanje napak. Izberite orodje, ki se ujema z vašim mikrokontrolerjem, in kaj veste.

Odpravljanje napak

Odpravljanje napak vam pomaga najti in popraviti napake. Uporabite orodja, kot so napake v krogu (ICDS), JTAG ali ST-Link. Te vam omogočajo, da nastavite prelomne točke, gledate spremenljivke in stopite skozi kodo. IDES, kot sta STM32Cubeide in Keil, imajo funkcije, kot sta sledenje spremenljivk v realnem času in pregledi pomnilnika. Za ogled signalov lahko uporabite tudi logične analizatorje in osciloskope. V kodo dodajte sporočila za odpravljanje napak, da vidite, kaj se zgodi med testi. Vedno preverite stvari, kot so napačne nastavitve registra, napake pomnilnika ali slabi spajkalniki.

Opomba:Skrbno odpravljanje napak in testiranje omogoča, da je vaša razvojna plošča močna in pripravljena za resnično uporabo.

Gradnja in testiranje lastne plošče vas nauči pomembnih veščin. Vsak korak vam pomaga, da se približate svoji elektroniki. Začnite svoj projekt zdaj in se pridružite skupnosti Maker, da delite tisto, kar naredite!

Zdaj veste, kako načrtovati, izbrati dele, oblikovati, graditi in preizkusiti svojo desko. Strokovnjaki pravijo, da začnete z enostavnimi koraki in uporabite blok diagram. Izberite svoje dele previdno. Pomoč lahko dobite na forumih, kot so ARM Skupnost, E2E, Edaboard in elektrotehnološko-nalepka.

Poglejte vodnike, si oglejte spletne seminarje in se udeležite tečajev, če želite izvedeti več.

Izdelovalci danes v svojih projektih uporabljajo AI, IoT in odprtokodna orodja.

Ohranite svoj dizajn in se učite od drugih. Preizkusite nove stvari, pokažite svoje delo in se pridružite spletnim skupinam, da postanete boljši izdelovalec.

Pogosta vprašanja

Katera orodja potrebujete za oblikovanje PCB?

Potrebujete programsko opremo za oblikovanje PCB, kot sta Kicad ali Easheda. Več kot 70% hobijev uporablja Kicad za brezplačne in odprtokodne projekte. Za montažo potrebujete tudi multimeter in spajkalno železo.

Nasvet: Začnite z brezplačnimi orodji, da se hitreje učite.

Koliko stane gradnja osnovnega razvojnega odbora?

Večina plošč DIY stane od 10 do 30 USD za dele. Če naročite PCB po meri, pričakujte 5 do 20 USD na ploščo. Dostava in montaža lahko dodata 10 USD. Več kot 80% proizvajalcev ohranja stroške pod 50 USD.

Ali lahko ponovno uporabite dele iz stare elektronike?

Da, lahko ponovno uporabite komponente, kot so upori, kondenzatorji in konektorji. Več kot 60% proizvajalcev reši dele, da prihranite denar in zmanjšate odpadke. Pred uporabo vedno preizkusite ponovno uporabljene dele.

Kako preizkusite, ali deluje vaša plošča?

Preverite napetosti z multimetrom. Naložite preprost program za utripanje LED. Več kot 90% proizvajalcev uporablja to metodo za prve teste. Če LED utripa, vaša plošča deluje.

// preprost LED Blink test DigitalWrite (LED_BUILTIN, HIGH); zamuda (500); DigitalWrite (LED_BUILTIN, LIW); zamuda (500);

Kje lahko dobite pomoč, če imate težave?

Lahko se pridružite forumom, kot so EEVBlog, Electro-Tech-Online in Arduino. Več kot 75% začetnikov rešuje težave z postavljanjem vprašanj na spletu. Najdete vodnike, videoposnetke in podporo skupnosti.

Ste pripravljeni zgraditi svojo desko? Začnite danes in se pridružite na tisoče ustvarjalcev, ki delijo ideje in zgodbe o uspehu!

kontaktirajte nas