Itse tehty Arduino-lauta: 8 vaihetta

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

Suunnittelemalla oman Arduino-korttisi opit joistakin uusista komponenteista ja elektronisista piireistä, mukaan lukien muutamat edistyneet aiheet, kuten virtalähde, ajoituspiiri ja ATmega IC: n (Integrated Circuit) käyttö.

Se auttaa sinua tulevaisuudessa luomaan omia projekteja, kuten sääasema, kodin automaatiokilvet jne.

Itse valmistetun Arduinon etuna on se, että se kuluttaa vähän energiaa ja varmistaa, että projekti voi toimia pitkään akulla.

Lisäksi voit laajentaa korttia lisäämällä digitaalisen tai analogisen portin laajennuksen tai joitain viestintämoduuleja.

Tarvikkeet

Laitteisto

Minimalistisen Arduinon rakentamiseksi tarvitset seuraavan laitteiston:

1x ATmega328P-PU-mikrokontrolleri Arduino-käynnistyslataimella

1x 7805 lineaarinen jännitesäädin (lähtö 5v, maksimitulo 35v)

1x leipälauta (käytän 830 -nastaista levyä)

Erilaisia liitäntäjohtoja

1x 16 MHz kideoskillaattori

1x 28 -nastainen ic -pistorasia

1x 1 μF, 25 V elektrolyyttikondensaattori

1x 100 μF, 25 V elektrolyyttikondensaattori

2x 22 pF, 50 V keraamiset kondensaattorit

2x 100 nF, 50 V keraamiset kondensaattorit

2x 330 ohmin vastukset (R1 ja R2)

1x 10 kOhm vastus (R3)

2x valitsemasi LED -valot (LED1 ja LED2)

1x painike

Valinnainen 2x 6-nastainen ja 3 x 8-nastainen otsikko

1x PP3-tyyppinen paristokiinnike

1x 9 V PP3-tyyppinen akku

1x FTDI -ohjelmointisovitin

Vaihe 1: 7805 Lineaarinen jännitesäädin

Lineaarinen jännitesäädin sisältää yksinkertaisen piirin, joka muuntaa jännitteen toiseksi. 7805-säädin voi muuntaa 7–30 voltin jännitteen kiinteäksi 5 voltiksi, jonka virrat ovat enintään 1 ampeeria, mikä sopii täydellisesti Arduino-piirilevyllemme.

Aloitamme luomalla virtalähdepiirin, joka sisältää 7805-jännitesäätimen TO-220-muodossa ja kaksi kondensaattoria, joissa kussakin on 100 μF.

Kun katsot 7805 -sirun etuosaa - vasemmanpuoleinen nasta on tulojännitteelle, keskitappi kytkeytyy GND: hen ja oikea nasta on 5 V: n lähtöliitäntä. Suosittelen sijoittamaan jäähdytyselementin, koska kun piiri vetää enintään 1 ampeerin virran, 7805 -siru on hiljainen kuuma (voit polttaa sormenpääsi koskettamalla sitä).

Aseta 100 μF: n kondensaattori säätimen IN: n ja maan väliin ja 100 μF: n kondensaattori sähkökiskolle tehon ja maan välillä. Sinun on oltava varovainen - elektrolyyttikondensaattori on polarisoitu (kondensaattorin hopeanauha merkitsee maadoitusjalkaa) ja se on sijoitettava täsmälleen kaavion mukaisesti.

Lisää virta- ja maadoitusjohdot siihen paikkaan, jossa jännitesäätimesi tulee olemaan, yhdistä jokainen kisko levyn keskelle ja oikealle puolelle. Tällä tavoin meillä on 5 voltin virtalähde leipälevyn ylä- ja alakiskoista. Lisäksi sisällytämme punaisen LED -valon, joka palaa, kun virta on päällä, jolloin voimme aina nähdä, milloin piirilevyllemme on kytketty virta.

LED on diodi ja se sallii sähkövirran kulkua vain yhteen suuntaan. Sähkön pitäisi virrata pitkälle jalalle ja ulos lyhyestä jalasta. LED -katodissa on myös yksi hieman litteä puoli, joka vastaa LEDin lyhyttä, negatiivista jalkaa.

Piirissämme on 5 voltin virtalähde ja punainen LED on mitoitettu noin 1,5 - 2 volttiin. Jännitteen pienentämiseksi meidän on kytkettävä vastus sarjaan LED -valolla, joka rajoittaa virtaavan virran määrää LED -tuhoamisen estämiseksi. Vastus kuluttaa osan jännitteestä ja vain sopiva osa siitä syötetään LEDin yli. Aseta vastus LEDin lyhyen jalan ja mustan langan sisältävän rivin väliin sirun oikealla puolella (GND).

Jännitteensäätimen vasemmalla puolella olevat punaiset ja mustat johdot on kytketty virtalähteeseesi. Punainen johto on POWER- ja musta johto maadoitettua (GND).

HUOMAUTUS: Voit kytkeä vain virtalähteen, joka on välillä 7-16V. Mikä tahansa pienempi ja et saa 5 V: n säätimestäsi, ja 17 V: n korkeampi jännite vahingoittaa sirua. 9 V: n akku, 9 V: n tasavirtalähde tai 12 V: n tasavirtalähde on sopiva.

Ja joihinkin lisäpiireihin voit sijoittaa jännitesäätimen, jolla on säädettävä jännite. Tällä tavalla voit lisätä noin 3,3 V: n antureita korttiin tai kytkeä päälle 9 V DC -moottorin.

Lisätietoja lineaarisista jännitesäätimistä -

www.instructables.com/id/Introduction-to-Linear-Voltage-Regulators

Vaihe 2: ATmega328P-PU-mikrokontrolleri

Arduinon rakentamiseksi leipälevylle tarvitset ATmega328P-PU-mikrokontrollerin, joka on itse valmistamamme Arduino-levyn aivot. Aseta se kaavioiden mukaisesti ja ole varovainen - jalat voivat murtua, jos pakotat ne sisään, tai voit käyttää 28 -nastaista IC -liitäntää. IC on sijoitettava kuun muotoisella leikkauksella, joka on suunnattu leipälevyn vasemmalle puolelle (nastat on numeroitu 1-28 vastapäivään).

HUOMAUTUS: Kaikki ATmega IC -laitteet eivät sisällä Arduino -käynnistyslatainta (ohjelmisto, jonka avulla se voi tulkita Arduinolle kirjoitettuja luonnoksia). Kun etsit mikro-ohjainta itse tekemääsi Arduinoa varten, muista valita sellainen, joka sisältää jo käynnistyslataimen.

Tässä vähän mikro -ohjaimen teoriaa

Mikro -ohjain on pieni tietokone, jossa on prosessori, joka suorittaa ohjeita. Siinä on erityyppistä muistia ohjelmamme tietojen ja ohjeiden säilyttämiseksi (luonnos); ATmega328P-PU: ssa on kolmenlaisia muistityyppejä: 32 kt: n ISP (järjestelmän sisäinen ohjelmointi) -muisti, johon luonnokset tallennetaan, 1 kt: n EEPROM (sähköisesti pyyhittävä ohjelmoitava vain luku -muisti) pitkäaikaiseen tietojen tallentamiseen ja 2 kt: n SRAM (staattinen hajasaantimuisti)) muuttujien tallentamiseen luonnoksen ollessa käynnissä.

HUOMAUTUS: On tärkeää tietää, että flash -muistissa ja EEPROMissa olevat tiedot säilyvät, kun mikro -ohjaimen virta katkaistaan.

Mikro-ohjaimessa on 13 digitaalista yleiskäyttöistä tulo-/lähtö (GPIO) -linjaa ja kuusi 10-bittistä (arvot välillä 0 ja 1023) analogista digitaalisen muuntimen (ADC) GPIO-linjaa, jotka muuntavat nastan jännitteen digitaaliseksi arvoksi. On kolme ajastinta, joissa on kaksi 8-bittistä ajastinta, joiden arvot ovat välillä 0 ja 255, ja yksi 16-bittinen ajastin, joiden arvot ovat välillä 0 ja 65535, joita viivytys () -funktio käyttää luonnoksessa tai pulssileveysmodulaatio (PWM).

Ohjelmiston valittavissa on viisi virransäästötilaa, ja mikro-ohjain toimii välillä 1,8-5,5 V. Voit käyttää kuvaa viitteenä ATmega328P-PU-nastan asettelussa.

Portteja on kolme ryhmää: PB, PC ja PD, joissa on 8, 7 ja 8 nastaa, plus kaksi maadoitusliitintä (GND), 5 V -nastainen (VCC) syöttöjännitteellä (AVCC) ja analoginen vertailujännite (AREF)) nastat analogia-digitaalimuuntimelle (ADC).

Vaihe 3: ATmega328P-PU-liitäntä

Kun olet asettanut IC: n, liitä ATmegan nastat 7, 20 ja 21 leipälevyn positiivisen tehon kiskoon ja nastat 8 ja 23 negatiivisiin virtakiskoihin. levylle, kuten kuvassa.

Nasta 7 - Vcc - digitaalinen syöttöjännite

Nasta 8 - GND

Nasta 22 - GND

Nasta 21 - AREF - Analoginen referenssitappi ADC: lle

Nasta 20 - AVcc - Syöttöjännite ADC -muuntimelle. On kytkettävä virtalähteeseen, jos ADC: tä ei käytetä kuten esimerkissämme. Jos haluat käyttää sitä tulevaisuudessa, se on syötettävä alipäästösuodattimen kautta (melun vähentämiseksi).

Aseta sen jälkeen noin neljätoista suuntainen otsikkotappi-se on samanlainen kuin Arduino GPIO.

Vaihe 4: Nollauspainike

Lisää pieni kosketuskytkin, jotta voit nollata Arduinon ja valmistella sirun uuden ohjelman lataamista varten. Tämän kytkimen nopea painallus nollaa sirun.

Työnnämme nollauspainikkeen piiriin kuvan mukaisesti, kun painamme sitä, sähköpiiri lyhenee GND: ksi ohittamalla 1 khm: n vastus ja kytkemällä ATmega -nasta 1 GND: hen. Lisää sitten johdin kytkimen vasemmasta alareunasta ATmega -sirun RESET -nastaan ja lanka kytkimen vasemmasta yläreunasta maahan.

Lisää myös 10 k ohmin vetovastus RESET-nastan +5 V: een, jotta siru ei palaudu normaalikäytön aikana. Tämä vastus kytketään 5 voltin virtalähteeseen, joka vetää ylös nasta 1 - 5 volttia. Ja kun liität nastan 1 - 0V ilman vastusta, siru käynnistyy uudelleen. Etsi uudelleenkäynnistyksen mikrokontrollerista uutta ladattavaa ohjelmaa (käynnistyksen yhteydessä, jos mitään uutta ei lähetetä, se suorittaa viimeksi lähetetyn ohjelman).

Vastuksessa on nelivärinen raita. Lukemalla ruskea = 1, musta = 0, oranssi = 3, saadaan numero 103. Vastus ohmeissa alkaa "10" ja 3 nollaa - 10 000 ohmin tai 10 kilon ohmin jälkeen, ja kultaraita on toleranssi (5 %).

Piirimme päivittämiseksi - voimme sijoittaa "irrotettavan" kondensaattorin. Aseta 100 nF (nano Farad) keraaminen kondensaattori. Se on pieni levy, jossa on kaksi johtoa ja merkintä "104", eikä tämäntyyppinen kondensaattori ole polarisoitunut ja voidaan sijoittaa mihin tahansa suuntaan.

Tämä "irrotettava" kondensaattori tasoittaa sähköpiikkejä, joten nastaan 1 lähetetty uudelleenkäynnistyssignaali tunnistetaan luotettavasti. Numerot 104 osoittavat sen kapasitanssin pico Faradissa tieteellisessä merkinnässä. Viimeinen luku '4' kertoo meille, kuinka monta nollaa lisätään. Kapasitanssi alkaa "10" ja jatkuu sitten vielä neljällä nollalla - 100 000 pico Faradia, ja koska 1000 pico Faradia on 1 nano Farad, on 100 nano Faradia (104).

Aseta kondensaattori sirun vasemman yläosan väliin (nasta 1, vastapäivään puolikuun muodosta)

Vaihe 5: Kristallioskillaattori

Nyt teemme kellon IC: lle. Se on 16 Mhz kvartsia ja kaksi keraamista kondensaattoria 22pF (piko Farad). Kideoskillaattori luo sähköisen signaalin erittäin tarkalla taajuudella. Tässä tapauksessa taajuus on 16 MHz, mikä tarkoittaa, että mikrokontrolleri voi suorittaa 16 miljoonaa prosessorin käskyä sekunnissa.

16 MHz: n kide (kuva) antaa Arduinolle mahdollisuuden laskea aikaa, ja kondensaattorit tasaavat syöttöjännitettä.

Kvartskristallijalat ovat molemmat samat - et voi langata taaksepäin. Liitä kiteen toinen jalka ATmega -sirun nastaan 9 ja toinen jalka nastaan 10. Liitä toisen 22 pF: n levykondensaattorin jalat nastaan 9 ja GND: hen ja toinen levykondensaattori nastaan 10 ja GND, kuten kuvassa.

Huomautus: levykondensaattorit eivät ole polarisoituneita ja ne voidaan asettaa millään tavalla.

On syytä mainita, että 22pF -kondensaattoreiden välisten johtimien on oltava yhtä pitkiä ja mahdollisimman lähellä ohjainta välttääkseen vuorovaikutuksen muiden piirien osien kanssa.

Vaihe 6: LED -valon lisääminen nastaan 13

Nyt lisäämme vihreän LEDin (digitaalinen nasta 13 Arduinossa).

Aseta LED -valojen pitkä jalka punaisen langan alapuolelle (sirun oikealle puolelle - teho tai 5 volttia) ja lyhyt jalka ensimmäiselle tyhjälle riville mikrokontrollerin alle.

Tämä 330 ohmin vastus on kytketty sarjaan LED -valon kanssa, mikä rajoittaa virtaavan virran määrää estääkseen LEDien tuhoutumisen.

Aseta vastus LED -valon lyhyen jalan ja mustan johdon sisältävän rivin väliin sirun oikealla puolella (GND tai 0 volttia)

Kaikki tavallisessa Arduino -kortissa olevat analogiset, digitaaliset ja muut nastat ovat saatavana myös leipälevyversiossamme. Voit käyttää ATmega -kaaviota ja nastataulukkoa viitteenä.

Vaihe 7: USB -sarjaliitin

ATmega 328P-PU -mikro-ohjaimessa on kolme kommunikointitilaa: sarjaohjelmoitava USART (universaali synkroninen ja asynkroninen vastaanotin-lähetin), SPI (Serial Peripheral Interface) -portti ja kaksijohtiminen sarjaliitäntä. USART ottaa tavua dataa ja lähettää yksittäiset bitit peräkkäin, mikä vaatii lähetys- (TX) ja vastaanotto- (RX) tietoliikenneyhteyksiä. SPI käyttää neljää tiedonsiirtolinjaa: master-out slave-in (MOSI), master-in slave-out (MISO) ja sarjakello (SCK), joissa on erillinen slave select (SS) -linja kullekin laitteelle. I2C Communication Two Wire Interface (TWI) -väylä käyttää kahta signaalilinjaa: sarjatietoja (SDA) ja sarjakelloja (SCL).

Liittääksemme korttimme tietokoneeseen Arduino IDE: llä luonnoksen lataamista varten, käytämme USB -sarja -UART -liitäntää, kuten FT232R FTDI.

Kun ostat FTDI -kaapelin, varmista, että se on 5 V: n malli, koska 3,3 V: n malli ei toimi kunnolla. Tämän kaapelin (näkyy kuvassa) toisessa päässä on USB -liitin ja toisessa kuusi johdinta.

Kun liität kaapelia, varmista, että pistorasian puoli, jossa on musta johto, kytkeytyy leipälevyn otsikkotappien GND -nastaan. Kun kaapeli on kytketty, se syöttää myös virtaa piiriin, aivan kuten tavallinen Arduino -kortti tekisi.

Sitten yhdistämme FTDI: n itse tehtyyn Arduino-levyyn; viitteenä voit käyttää taulukkoa ja kaaviota.

0,1 μF: n elektrolyyttikondensaattori on kytketty USB -sarjaliitännän DART (Data Terminal Ready) -tapin ja mikro -ohjaimen nollauslaitteen välille, joka palauttaa mikro -ohjaimen synkronoimaan USB -liitännän kanssa sarjaliitännän kanssa.

HUOMAUTUS: Yksi selkeä osa on, että mikrokontrollerin RX -nasta on kytkettävä USB: n TX -sarjaporttiin ja sama yhden laitteen TX: n kanssa toisen vastaanottimeen.

CART (Clear to Send) -nasta USB -sarjaliitäntään UART ei ole liitetty mikro -ohjaimeen.

Jos haluat ladata luonnoksen Arduino IDE: n mikrokontrolleriin Työkalut ➤ Portti -valikosta, valitse asianmukainen tiedonsiirtoportti (COM) ja Työkalut ➤ Taulukko -valikosta Arduino/Genuino Uno. Luonnos kootaan Arduino IDE: hen ja ladataan sitten mikrokontrolleriin USB: n kanssa UART -sarjaporttiin. Kun luonnos on ladattu, USB-sarja-UART-liitännän TXD ja RXD vihreät ja punaiset LED-valot vilkkuvat.

USB -sarja -UART -liitäntä voidaan irrottaa ja 5 V: n virtalähde liittää mikrokontrolleriin. LED -valo ja 220 kΩ: n vastus on kytketty mikrokontrollerin nastaan 19, joka vastaa Arduino -nastaa 13, vilkkua luonnoksen suorittamiseksi.

Vaihe 8: Luonnoksen lataaminen tai käynnistyslataimen asentaminen

Jos sinulla ei ole USB-sarja-muunninta-voit käyttää toista Arduinoa (minun tapauksessani Arduino UNO) ladataksesi luonnoksen tai käynnistyslataimen itse tehtyyn levyyn.

ATmega238P-PU-mikro-ohjaimet vaativat käynnistyslataimen luonnosten lataamiseksi ja suorittamiseksi Arduino IDE: stä; kun virta kytketään mikrokontrolleriin, käynnistyslatain määrittää, ladataanko uusi luonnos, ja lataa luonnoksen sitten mikro -ohjaimen muistiin. Jos sinulla on ATmega328P-PU ilman käynnistyslatainta, voit ladata käynnistyslataimen käyttämällä kahden levyn välistä SPI-tiedonsiirtoa.

Näin lataat käynnistyslataimen ATmega IC: hen.

Aloitetaan ensin Arduino UNO: n määrittämisestä Internet -palveluntarjoajaksi, tämä tehdään, koska haluat, että Arduino UNO lähettää luonnoksen ATmega IC: hen eikä itse.

Vaihe 1: Arduinon UNO: n määrittäminen Internet -palveluntarjoajaksi

Älä kytke ATmega IC: tä alla olevan latauksen ollessa käynnissä.

• Liitä arduino tietokoneeseen
• Avaa arduino IDE
• Valitse sopiva kortti (Työkalut> Alusta> Arduino UNO) ja COM -portti (Työkalut> Portti> COM?)
• Avaa> Esimerkit> ArduinoISP
• Lataa luonnos

Tämän jälkeen voit liittää oman korttisi Arduino UNO -laitteeseen noudattamalla kaavion mukaista piiriä. Tässä vaiheessa sinun ei tarvitse syöttää virtaa omalle levyllesi, koska Arduino antaisi tarvittavan tehon.

Vaihe 2: Luonnoksen tai käynnistyslataimen lataaminen

Kun kaikki on kytketty, avaa IDE juuri luodusta kansiosta (kopio).

• Valitse Arduino328 kohdasta Työkalut> Alusta
• Valitse Arduino Internet -palveluntarjoajaksi kohdasta Työkalut> Ohjelmoija
• Valitse Burn Bootloader

Onnistuneen polttamisen jälkeen saat "Valmis polttava käynnistyslataimen".

Käynnistyslatain on nyt ladattu mikro -ohjaimeen, joka on valmis vastaanottamaan luonnoksen sen jälkeen, kun olet vaihtanut COM -portin Työkalut ➤ Portti -valikossa.