Opi suunnittelemaan mukautetun piirilevyn EasyEDA Online -työkaluilla: 12 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Olen aina halunnut suunnitella mukautetun piirilevyn, ja online -työkalujen ja halvan PCB -prototyypin avulla se ei ole koskaan ollut helpompaa kuin nyt! On jopa mahdollista asentaa pinta -asennuskomponentit halvalla ja helposti pienessä tilavuudessa vaikean juotostehtävän säästämiseksi! Olen tilannut 10x PCB -levyjä, joiden kokoonpano on alle 50 dollaria. Olen kiertänyt levyn osia kohdistaakseen tähtipisteet.

Tämä ohje opettaa sinulle:

• Mukautetun piirilevyn muodon piirtäminen InkScapessa (ilmainen, avoimen lähdekoodin grafiikkatyökalu)
• EasyEDA -piirin ja piirilevyn suunnittelutyökalujen käyttäminen (ilmainen ja online, ei asennusta!)
• SVG: n tuominen EasyEDAan mukautetun PCB -muodon ja silkkipainon avulla
• Kuinka suunnitella yksinkertainen Arduino -ohjelmoitava MCU -muotoilu
• Kuinka käyttää JLCPCB -pinta -asennuskokoonpanoa levyjen valmistamiseen ja kokoamiseen

"Tähden" ominaisuudet

• Mukautettu 5-pisteen tähden muotoinen piirilevy
• Animoitu valaistus - 10x LED molemmin puolin
• arduino -ohjelmoitava ATMEGA328P -mikroohjain
• 2x painiketta vuorovaikutteisuuteen - voit tehdä yksinkertaisen pelin
• mikro -USB -virtalähde (lisävaruste)
• Yhdistä useita tähtiä suurempiin animaatioihin (lisävaruste) sarjaliikenteellä

PÄIVITETTY 02APR2020 levyjen vastaanottamisen jälkeen.

Tarvikkeet

Katso BOM (Bill of Materials) -tiedosto ja kaavamainen PDF liitteenä.

Katso koko kaavio liitteenä.

Tässä linkki EasyEDA -projektiin myöhemmästä vaiheesta -

Vaihe 1: Luo malli InkScapessa

Suunnitellaan ensin piirilevyn muoto ja kaikki silkkipainatukset piirilevylle.

1. Lataa ja asenna inkScape
2. Luo uusi asiakirja
3. Käytä suorakulmion työkalua 100x100 mm: n suorakulmion luomiseen. JLCPCB tarjoaa halvempia piirilevyjä alle tämän koon.
4. Käytä monikulmio -työkalua ja luo tähti, joka sopii suorakulmioon

5. Lisää muita tietoja, esim. pieni tähtigrafiikka ääriviivojen sisällä, johon sijoitan LEDit

   1. Aloita lisäämällä tähtien yhden pisteen muodot, esim. huippu
   2. Lisää pyöristetty kulma (turvallisuuden vuoksi!) Käyttämällä Bezier -käyrää
   3. Valitse kaikki tämän kohdan muodot ja ryhmitä ne yhteen

   4. Voimme sitten kopioida ja kiertää tämän ryhmän muihin tähtikohtiin

      "Muokkaa -> Kloonaa -> Luo laatoitettuja klooneja"

6. Jos pyöristit kulmat, meidän on poistettava pisteet, joita ei enää tarvita
   1. Tätä varten piirsin manuaalisesti käyrät yhdistävät suorat viivat
   2. Poista sitten alkuperäinen tähti

Tallenna 2 versiota tästä kuvasta

• V: silkkipaino - Täydellinen kuva ja kaikki yksityiskohdat, joita käytetään silkkipainoon
• B: laudan ääriviivat - kuten yllä, mutta poista kaikki yksityiskohdat keskeltä jättäen vain ääriviivat. Tämä määrittää piirilevyn muodon.

Tallenna. DXF -versiot molemmista tiedostoista

• tiedosto -> Tallenna nimellä ->.dxf
• Käytä yksityiskohtia

Esimerkki inkScape- ja.dxf -tiedostoista liitteenä.

Vaihe 2: Tuo.dxf EasyEDA: han luodaksesi mukautetun muodon

Tämä vaihe luo uuden projektin EasyEDA -verkkotyökaluun ja tuo.dxf -tiedoston PCB- ja silkkipainon muotoon. EasyEDA on ilmainen online -kaavamainen ja PCB -editori. Valitsin tämän, koska se oli helpompaa kuin ladata ja asentaa yksi monista käytettävissä olevista työkaluista. Se näyttää sopivan tarpeisiini ja integroituu hyvin PCB -prototyyppien ja LCSC -osien JLCPCB: n kanssa.

Luo projekti ja piirilevy

1. Siirry osoitteeseen https://easyeda.com/ ja luo ilmainen tili.

2. Luo uusi projekti työtilaasi

   Tallenna kaavio

3. Napsauta hiiren kakkospainikkeella projektin nimeä ja "Uusi piirilevy"

   1. OK oletukset (100x100mm)
   2. Huomaa - voimme palata ja muokata kaaviota myöhemmin ja lisätä komponentteja

4. Tuo levyn ääriviivat

   1. Tiedosto -> tuo DXF
   2. Valitse.dxf -levyn ääriviivatiedosto inkScapesta
   3. Tarkista, että tason asetuksena on BoardOutLine
   4. Napsauta Tuo
   5. Aseta se olemassa olevaan 100x100 -suorakulmioon
   6. Poista suorakulmio, uusi tähtimuoto on BoardOutLine
   7. Tarkista, että se on vaaleanpunaisella BoardOutLine -kerroksella, jos ei, valitse se ja muuta kerros oikeassa yläkulmassa olevassa paneelissa

5. Tuo silkkipaino

   1. Tiedosto -> tuo DXF
   2. Valitse.dxf -silkkitiedosto inkScapesta
   3. Tarkista, että Layer -asetukseksi on valittu TopSilkLayer
   4. Napsauta Tuo
   5. Aseta se levyn ääriviivojen päälle (zoomaa hiiren pyörällä tarkkuuden vuoksi)
6. Tarkista tulokset esikatsellen 3D -esikatselua

   Napsauta kamerakuvaketta ja 3D -näkymää

Seuraava vaihe - lisää komponentteja:)

Vaihe 3: Suunnittele käyttämäsi komponentit, mukaan lukien SMD -kokoonpano

Nyt kun meillä on mukautettu muoto, voimme aloittaa komponenttien lisäämisen.

Voit yksinkertaisesti sijoittaa komponentit suoraan PCB -editoriin, mutta on parempi lisätä ne kaavamaiseen näkymään ja paina sitten Päivitä piirilevy lisätäksesi ne piirilevyyn.

Huomaa - jotta voit hyödyntää JLCPCB: n (https://jlcpcb.com/smt-assemble) tarjoamia piirilevyjen kokoonpanopalveluja, on tärkeää käyttää komponentteja tietystä luettelosta.

• Lataa XLS -osaluettelo

  • Tällä hetkellä -
  • Joka on linkitetty osoitteesta:

Osien valinta:

• pohja

  Halvin vaihtoehto on käyttää perusluettelon osia, koska ne on jo ladattu poiminta- ja sijoituskoneisiin

• laajentaa

  On olemassa muita "laajennettuja" osia, mutta jokaisesta on lisäkustannuksia. esim. Tässä projektissa käytetyt LEDit ja ATMEG328P ovat molemmat laajennettuja, mutta kaikki erilliset vastukset, kondensaattorit ja keraaminen resonaattori ovat vakio -osia

• muu - lisätään manuaalisesti taululle myöhemmin

  Päätin lisätä USB -liittimen, painikkeet ja ohjelmointiotsikon manuaalisesti

Liitteenä oleva kuva on kuvakaappaus projektissa käyttämistäni osista. Lisäsin sarakkeen "MyProject", jotta voin suodattaa haluamani osat. Valitsin enimmäkseen 0805 jalanjälkeä juottamisen helpottamiseksi. Kristalli/keraaminen resonaattori voi olla vaikea juottaa käsin.

LCSC -osanumero, esim. C14877, voidaan käyttää suoraan kaavamaisessa (ja PCB) editorissa.

Yhteenveto BOMista

• C84258. - viileä valkoinen LED, erittäin kirkas (jopa 2x LEDillä, jotka jakavat 150R: n vastuksen 5 voltilla) ja mukava hajotin
• C7171 - 10uF irrotuskorkki x2
• C17444 - 12K vastus RESET -nastan vetämiseen x1
• C17471 - 150R sarjavastuksen LED -valot x10
• C21120 - 220nF irrotuskorkki x2
• C13738 - 16 MHz: n keraaminen resonaattori, jossa on integroidut korkit
• C14877 - ATMEGA328P MCU

Vaihe 4: Rakenna kaavio, tee siitä Arduino -ohjelmoitava

Tämän suunnittelun ytimessä on ATMEGA328P, jota käytetään monissa Arduinoissa, mukaan lukien Uno, Nano ja Pro Mini. Tämä tarkoittaa, että on mahdollista käyttää Arduino IDE: tä koodin kirjoittamiseen ja taulun ohjelmointiin.

Olen suunnitellut tämän levyn käyttämään minimaalista komponenttien määrää kustannusten vähentämiseksi ja pitämään levyn yksinkertaisena, mutta silti sallimaan sen ohjelmoinnin ISP: n "Järjestelmän ohjelmointi" -otsikon kautta ikään kuin se olisi Arduino Nano.

Ymmärrä pinout

Katso https://github.com/MCUdude/MiniCore liitteenä olevasta pinout -kaaviosta, miten MCU: n fyysiset nastat yhdistetään arduino -nastojen nimiin. esim. fyysinen MCU -nasta 1, (ylhäällä vasemmalla) on myös arduino -nasta 3 (merkitty D3 nanolla), jota ohjaa PD3 MCU: n sisällä. Arduino IDE: n kannalta sinun tarvitsee vain tietää arduino -nasta '3'.

Minimikomponentit nanon jäljittelemiseksi:

• ATMEGA328P
• Irrota kondensaattorit virtalähteen tasaamiseksi

• Internet -palveluntarjoajan "Järjestelmän ohjelmointi" -otsikko USB -ohjelmoinnin sijaan

  • 6-nastainen otsikko, joka voidaan ohjelmoida toisesta arduinosta, jossa on ISP-ohjelmointikuva
  • Huomautus - USB/sarja -ohjelmointi ei ole mahdollista ilman USB -sarja -muunninta
• Katso

• 16MHz keraaminen resonaattori

  • Tämä on pakollista, jos matkit nanoa, koska ne ovat aina 5 V: n ja 16 MHz: n ulkoista resonaattoria
  • Huomaa, että useimmat 3- tai 4 -nastaiset resonaattorit eivät tarvitse kristallin tarvitsemia erillisiä kondensaattoreita

Vaihtoehtoinen, vieläkin pienempi komponenttisarja MiniCorella

Jos et halua tai sinulla ei ole kristallia tai resonaattoria, voit käyttää ATMEGA328P: n sisäistä 8 MHz: n oskillaattoria. Sinun on ladattava toinen käynnistyslatain, jotta tämä voidaan ottaa käyttöön, esim. MiniCore -käynnistyslataimen, katso lisätietoja GitHubista.

https://github.com/MCUdude/MiniCore

Aloita nyt komponenttien lisääminen:

• Napsauta hiiren kakkospainikkeella "aseta komponentti"
• Kirjoita hakukenttään laskentataulukon osanumero / LCSC, esim. C14877 mallille ATMEGA328P-AU
• Aseta se kaavion päälle

• Toista sama muille komponenteille - korkit, vastukset, LEDit

  aluksi yksi kustakin osasta, sitten kopioi ja liitä ne kuvion ympärille tarpeen mukaan

Vaihe 5: Lisää nämä komponentit piirilevyyn "Päivitä piirilevy"

Yksi EasyEDA -online -editorin hieno ominaisuus on kyky tehdä kaavioon muutoksia ja päivittää piirilevy.

• Valitse kaavamaisessa editorissa tiedosto Tallenna
• Napsauta sitten työkalupalkin Päivitä piirilevy -painiketta
  • Näyttöön tulee ikkuna, joka kertoo, mikä on muuttunut
  • 'Ota muutokset käyttöön'
• Uudet komponentit on nyt sijoitettu oikeaan alakulmaan

• Siirrä ne haluamaasi paikkaan

  • osu avaruuteen kääntääksesi 90 astetta
  • zoomaa hiiren pyörällä

• Huomaa "rotalinjat", jotka osoittavat, mihin komponentit on liitettävä

  käytä komponenttien kiertoa helpottaaksesi johdotusta

• Jos haluat sijoittaa komponentteja alapuolelle, napsauta komponenttia ja vaihda oikeassa yläkulmassa TopLayer -arvoksi Bottom Layer

Vaihe 6: Reititä piirilevyn komponentit

Kytke komponentit johtoon johtojen osoittamalla tavalla

• Käytä työkalurivin 'track' -painiketta
• Napsauta yhtä komponenttia ja sitten seuraavaa
• Käytä vias -yhteyttä kerrosten yhdistämiseen

• Lisää maataso koko yläkerroksen päälle, jotta kaikki maadoitusnastat yhdistetään automaattisesti

  • Piirrä "kuparialue" -painikkeella suorakulmio, joka peittää koko levyn. Työkalu täyttää automaattisesti oikean alueen ja muodostaa oletusarvoisesti yhteyden GND -verkkoon
  • Lisää toinen taso pohjakerrokseen VCC: tä varten
• Avaa edistynyt 3D -näkymä

Päätin pitää reitityksen erittäin suorana ja siistinä. Katsoin piirilevyasettelua valitakseni, mikä MCU -nasta liitetään kuhunkin LED -valoon reitityksen yksinkertaistamiseksi ja osaksi suunnitteluprosessia.

On helppo vaihtaa takaisin kaavamaiseen katseluohjelmaan ja lisätä verkkonimi nastaan, esim. U1 -nasta 23 liitetään verkko -LED4: ään. Aseta sama verkkomerkki LED -valoon, päivitä piirilevy ja reititä raita.

** Tässä linkki projektiin EasyEDA -verkkosivustolla:

easyeda.com/neil.parris/thestar-instructab…

Vaihe 7: Lisää komponentteja, kunnes suunnittelu on valmis, kierrä tarpeen mukaan

Lisää LED -valoja, painikkeita jne.

Voit mukauttaa jokaista komponenttia, esim. 5 pisteen tähden jokainen piste on 72 asteen päässä toisistaan. Jos haluat saada oikeat kulmat LED -valolle ja muille komponenteille, kirjoita 72 kiertorasiaan ja paina välilyöntiä kiertääksesi 90 astetta kerrallaan, kunnes saat haluamasi tuloksen. Joskus tarvitset muita kulmia, jotka liittyvät 72: een, esim. 90 - 72 = 18. Tai 2x 18 = 36. 18/36/72 ja 90 asteen kierroksilla voit kohdistaa kaikki tähtien pääakselit.

Katso liitteenä oleva PDF koko kaaviosta [huomaa, että tämä on hieman erilainen malli kuin aiemmat kuvakaappaukset, mutta samat periaatteet]

Vaihe 8: Tilaa piirilevy ja lisää valinnaisesti SMD -koontiversio

Kun olet suorittanut suunnittelun, tarkistanut sen ja tarkistanut, ettei siinä ole virheitä, luo ja luo Gerber -tiedostot. Se kehottaa sinua suorittamaan suunnittelusääntarkistukset (DRC). Tarkista, ettei virheitä ole, ja tallenna Gerber -tiedostot valmistusta varten tai avaa JLCPCB suoraan editorista.

Jos haluat käyttää SMD -valmistuspalveluja, tallenna myös BOM (materiaalikirja) ja poimi ja aseta tiedosto (tämä kertoo koneille, minne komponentit sijoitetaan)

Käy läpi tilausprosessi ja tarkista kaksoispolarisoitujen komponenttien, kuten LEDien, kondensaattoreiden, resonaattoreiden ja itse MCU: n suunta!

Kymmenen kootun levyn (ilman USB- ja ohjelmointiotsikkoa) lähetys maksaa noin 35 GBP (noin 45 USD valuuttakurssista riippuen).

Seuraa päivityssähköpostia ja seuraa taulua ja rakenna JLCPCB -verkkosivuston kautta.

Vaihe 9: Ohjelmiston prototyyppi (.ino -tiedosto liitteenä)

Kun odotamme taulujen saapumista, on aika aloittaa ohjelmiston kirjoittaminen:)

Olen asettanut Arduino Nanon leipälevylle ja kytkenyt LEDit samaan paikkaan ja samat liitännät PCB: n jäljittelemiseksi. Tämän saman ohjelmiston pitäisi olla mahdollista ladata suoraan piirilevylle, vaikka ISP -ohjelmoija Arduinolla.

Koodi käyttää matriiseja ohjelmoinnin yksinkertaistamiseksi. Olen tuonut myös FastLED.h -kirjaston, koska siinä on hyödyllisiä aputoimintoja, kuten sin8 ()

Tässä muutamia kohokohtia:

Tämä taulukko yhdistää Arduino -nastat LED1: een asti 10. LED1 on kytketty vastaavaan kuin Arduino A2 ja LED10 on kytketty D4: ään

• // luo joukko fyysisiä nastanimiä, jotka on liitetty LED1: een, LED2: een jne. LED10: een
• const tavu ledpins = {A2, A3, A1, A0, 9, 10, 6, 5, 3, 4};

Pääsilmukka on yksinkertainen ohjelmiston PWM -rutiini, joka tarkistaa 'pwm_now' nykyistä 'led_brightness' -arvoa vasten.

Tämä on tällä hetkellä testikoodi kokeilla muutamia valaistuskuvioita.

Vaihe 10: Poista pakkauksesi ja ihaile uusia piirilevyjäsi! Valinnainen - Juotoslisäosat

Nauti nyrkkeilystä ja ihaile omaa PCB: täsi:)

SMD-kokoonpanon avulla olin juottanut kaikki tärkeät komponentit yhdelle puolelle, jotta sain toimivan laitteen.

Valinnainen - juota lisäosia:

• Micro-USB-liitin virtalähteelle (ei ohjelmointia)
• Painikkeet - interaktiiviseksi
• LEDit kääntöpuolella - tee siitä kaksipuolinen!

Vaihe 11: Ohjelmoi hallitus ArduinoISP -ohjelmoijalla

Tämä on hauskaa. Ladataan Arduino -käynnistyslatain ja koodi PCB: lle!

Pari päivää tämän ohjeen kirjoittamisen jälkeen levyt saapuivat! 10x levyt, kaikki fantastisesti hyvin tehtyjä, ja komponentit juotettu siististi ja kaikki toimivat täydellisesti.

Kytke ylimääräinen Arduino ArduinoISP -ohjelmoijaksi

Käytän Arduino Nanoa pienellä leipäpöydällä, joka on kytketty ArduioISP -ohjelmoijaksi. Tämä tarkoittaa sitä, että se muodostaa yhteyden IDE: stä USB: n kautta nanoon, joka sitten muodostaa yhteyden kohdelaitteeseen 6-nastaisen ohjelmointiliittimen kautta.

Pinout on sama kuin nano IP -liitin, pohjimmiltaan vain MISO/MOSI/RST/SCK/5V/GND

Katso lisätietoja tästä linkistä:

1 - MISO

2 - +5V

3 - SCK

4 - MOSI

5 - RST => ajettu Arduino nanon nastasta 10

6 - GND

Lataa ArduinoISP -luonnos ohjelmoijaan

• Esimerkkejä -> 11. ArduinoISP -> ArduinoISP
• Huomaa - kun lataat tämän kuvan ohjelmoijalle, RST: n ja GND: n välinen kondensaattori on poistettava. Laita tämä takaisin ennen kuin käytät ohjelmoijaa.

Lataa käynnistyslataus ja koodi kohdetaululle

• Liitä ohjelmoija kohteeseen 6-nastaisella liittimellä

  Voit vain pitää 6 -nastaisen otsikon piirilevyyn ilman juottamista pitämällä sitä kulmassa, jotta se muodostaa hyvän kontaktin

• Jos piirilevyssä on 16 MHz: n keraaminen resonaattori ja haluat kartoittaa pinoutin sopimaan arduino nano -laitteeseen, ohjelmoi yksinkertaisesti levy kuin Arduino nano, mutta seuraavilla asetuksilla:

  • Alusta: "Arduino Nano"
  • Prosessori: "ATmega328P"
  • Ohjelmoija: "Arduino ISP"

• Lataa käynnistyslatain

  Tämä asettaa MCU: n sulakkeet ottamaan käyttöön 16 MHz: n ulkoisen kiteen tai resonaattorin. Jos sinulla ei ole tätä, käytä vaihtoehtoista käynnistyslatainta, esim. minisolu

• Lataa koodisi

  Tärkeää - koska lataamme koodin ohjelmoijan kanssa, sinun on painettava VAIHTO -painiketta, kun painat UPLOAD (=>) -painiketta. Tämä muuttaa ohjelmoinnin normaalista "latauksesta" sarjaportin kautta ja käyttää sen sijaan "lataa ohjelmoijan kanssa" Internet -palveluntarjoajan nastoihin

Jos yllä oleva onnistui, sinulla pitäisi nyt olla paljon vilkkuvia LED -valoja!:

Vaihe 12: Nauti projektistasi

Toivottavasti olet kokenut tämän ohjeen hyödylliseksi. Olen viettänyt monta tuntia kokeillen näitä työkaluja mielenkiintoisten piirilevyjen valmistamiseksi ja olen huomannut online-työkalut erittäin käteviksi.

Tämä erityinen muotoilu on suhteellisen yksinkertainen piirin kannalta, mutta mielenkiintoinen fyysisen asettelun kannalta. Se olisi myös hyvä koriste juhlapyhälle!

Toinen palkinto PCB Design Challengessa