Savarankiškai pagaminta „Arduino“lenta: 8 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Sukūrę savo „Arduino“plokštę, sužinosite apie kai kuriuos naujus komponentus ir elektronines grandines, įskaitant keletą pažangių temų, tokių kaip maitinimo šaltinis, laiko grandinė ir ATmega IC (integruotos grandinės) naudojimas.

Tai padės jums ateityje kurti savo projektus, tokius kaip orų stotis, namų automatikos skydai ir kt.

Savarankiškai pagaminto „Arduino“pranašumas yra tas, kad jis sunaudoja mažai energijos ir užtikrina, kad projektas ilgą laiką gali veikti su baterija.

Be to, galite išplėsti plokštę pridėdami skaitmeninį ar analoginį prievadą arba kai kuriuos ryšio modulius.

Prekės

Aparatūra

Norėdami sukurti minimalistinį „Arduino“, jums reikės šios aparatūros:

1x ATmega328P-PU mikrovaldiklis su „Arduino“įkrovos įkrovikliu

1x 7805 linijinis įtampos reguliatorius (5v išėjimas, 35v maksimali įvestis)

1x duonos lenta (aš naudoju 830 kontaktų lentą)

Įvairūs jungiamieji laidai

1x 16 MHz kristalų osciliatorius

1x 28 kontaktų lizdas

1x 1 μF, 25 V elektrolitinis kondensatorius

1x 100 μF, 25 V elektrolitinis kondensatorius

2x 22 pF, 50 V keraminiai kondensatoriai

2x 100 nF, 50 V keraminiai kondensatoriai

2x 330 omų rezistoriai (R1 ir R2)

1x 10 kOhm rezistorius (R3)

2x jūsų pasirinkti šviesos diodai (LED1 ir LED2)

1x mygtukas

Neprivaloma 2x 6 kontaktų antraštė ir 3 x 8 kontaktų antraštė

1x PP3 tipo akumuliatoriaus fiksatorius

1x 9 V PP3 tipo baterija

1x FTDI programavimo adapteris

1 žingsnis: 7805 linijinis įtampos reguliatorius

Linijinis įtampos reguliatorius turi paprastą grandinę, kuri paverčia vieną įtampą į kitą. 7805 reguliatorius gali konvertuoti 7–30 voltų įtampą į fiksuotą 5 voltų srovę iki 1 ampero, o tai puikiai tinka mūsų „Arduino“plokštei.

Pradėsime nuo maitinimo grandinės sukūrimo, kurioje yra 7805 įtampos reguliatorius TO-220 pavidalu ir du kondensatoriai po 100 μF.

Kai žiūrite į 7805 lusto priekį - kairėje esantis kaištis skirtas įėjimo įtampai, centrinis kaištis jungiasi prie GND, o dešinysis - 5 V išvesties jungtis. Aš rekomenduočiau pastatyti radiatorių, nes kai grandinė pritraukia ne daugiau kaip 1 amperą srovės, 7805 lustas bus tyliai karštas (palietę galite sudeginti piršto galiuką).

Įdėkite 100 μF kondensatorių tarp reguliatoriaus IN ir žemės ir 100 μF kondensatorių ant karšto bėgio tarp maitinimo ir žemės. Turite būti atsargūs - elektrolitinis kondensatorius yra poliarizuotas (sidabrinė juostelė ant kondensatoriaus reiškia įžemintą koją) ir turi būti dedama tiksliai pagal schemą.

Prijunkite maitinimo ir įžeminimo laidus ten, kur bus jūsų įtampos reguliatorius, prijunkite kiekvieną bėgelį viduryje ir dešinėje plokštės dalyje. Tokiu būdu mes turime 5 voltų maitinimo šaltinį iš viršutinės ir apatinės duonos lentos bėgelių. Be to, mes įtrauksime raudoną šviesos diodą, kuris užsidegs, kai maitinimas įjungtas, tokiu būdu mes visada matysime, kada mūsų plokštė yra įjungta.

Šviesos diodas yra diodas ir leidžia elektros srovei tekėti tik viena kryptimi. Elektra turėtų tekėti į ilgą koją ir iš trumpos kojos. Šviesos diodų katodas taip pat turi vieną šiek tiek suplotą pusę, kuri atitinka trumpą, neigiamą šviesos diodo kojelę.

Mūsų grandinė turi 5 voltų maitinimo šaltinį, o raudonas šviesos diodas yra maždaug 1,5–2 voltų. Norėdami sumažinti įtampą, turime nuosekliai prijungti rezistorių su šviesos diodu, ribojančiu tekančios elektros kiekį, kad būtų išvengta šviesos diodų sunaikinimo. Rezistorius sunaudos tam tikrą įtampą, o šviesos diodui bus naudojama tik tinkama jos dalis. Įdėkite rezistorių tarp trumpos šviesos diodo kojelės ir eilutės, kurioje yra juoda viela, dešinėje mikroschemos pusėje (GND).

Raudoni ir juodi laidai, esantys kairėje nuo įtampos reguliatoriaus, yra prijungti prie maitinimo šaltinio. Raudonas laidas skirtas MAITINIMUI, o juodas - žemei (GND).

PASTABA: Galite prijungti tik 7-16 V maitinimo šaltinį. Bet koks žemesnis ir jūs negausite 5 V iš savo reguliatoriaus, o didesnė 17 V įtampa sugadins jūsų lustą. Tinka 9 V baterija, 9 V nuolatinės srovės maitinimo šaltinis arba 12 V nuolatinės srovės maitinimo šaltinis.

Ir dar kai kurioms išankstinėms grandinėms galite įdėti įtampos reguliatorių su reguliuojama įtampa. Tokiu būdu prie plokštės galite pridėti kai kuriuos 3,3 V jutiklius arba įjungti 9 V nuolatinės srovės variklį.

Daugiau apie linijinius įtampos reguliatorius -

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

2 žingsnis: ATmega328P-PU mikrovaldiklis

Norėdami sukurti „Arduino“ant lentos, jums reikia mikrovaldiklio ATmega328P-PU, kuris yra mūsų pačių sukurtos „Arduino“plokštės smegenys. Įdėkite jį taip, kaip parodyta schemoje, ir būkite atsargūs - kojos gali sulūžti, jei jas priversite, arba galite naudoti 28 kontaktų IC lizdą. IC turėtų būti dedamas mėnulio formos pjūviu, nukreiptu į duonos lentos kairę pusę (kaiščiai sunumeruoti nuo 1 iki 28 prieš laikrodžio rodyklę).

PASTABA: Ne visuose „ATmega IC“yra „Arduino“įkrovos tvarkyklė (programinė įranga, leidžianti interpretuoti „Arduino“parašytus eskizus). Ieškodami mikrovaldiklio savo „Arduino“, būtinai pasirinkite tokį, kuriame jau yra įkrovos įkėlimo programa.

Čia šiek tiek mikrovaldiklių teorijos

Mikrovaldiklis yra mažas kompiuteris su procesoriumi, kuris vykdo instrukcijas. Jame yra įvairių tipų atmintis, skirta mūsų programos duomenims ir nurodymams laikyti (eskizas); „ATmega328P-PU“turi trijų tipų atmintį: 32 KB ISP (programavimo sistemoje) „flash“atmintį, kurioje saugomi eskizai, 1 KB EEPROM (elektra ištrinama programuojama tik skaitoma atmintis) ilgalaikiam duomenų saugojimui ir 2 KB SRAM (statinė atsitiktinės prieigos atmintis)) kintamiesiems saugoti, kai vykdomas eskizas.

PASTABA: Svarbu žinoti, kad atjungus mikrovaldiklio maitinimą, atmintyje ir EEPROM išsaugomi duomenys.

Mikrovaldiklis turi 13 skaitmeninių bendrosios paskirties įvesties/išvesties (GPIO) linijų ir šešias 10 bitų (vertės nuo 0 iki 1023) analogines skaitmeninio keitiklio (ADC) GPIO linijoms, kad kaiščio įtampa būtų paversta skaitmenine verte. Yra trys laikmačiai su dviem 8 bitų laikmačiais, kurių vertės yra nuo 0 iki 255, ir vienas 16 bitų laikmatis, kurio vertės yra nuo 0 iki 65535, kurie naudojami eskizo uždelsimo () funkcijai arba impulsų pločio moduliacijai (PWM).

Yra penki programinės įrangos pasirenkami energijos taupymo režimai, o mikrovaldiklis veikia nuo 1,8 iki 5,5 V. Paveikslėlį galite naudoti kaip nuorodą ATmega328P-PU kaiščių išdėstymui.

Yra trys prievadų grupės: PB, PC ir PD su atitinkamai 8, 7 ir 8 kaiščiais, plius du įžeminimo (GND) kaiščiai, 5 V kaištis (VCC) su maitinimo įtampa (AVCC) ir analoginė etaloninė įtampa (AREF)) kaiščiai analoginiam-skaitmeniniam keitikliui (ADC).

3 žingsnis: ATmega328P-PU sujungimas

Įdėję IC, prijunkite ATmega 7, 20 ir 21 kaiščius prie duonos lentos teigiamos galios bėgelio, o 8 ir 23 kaiščius prie neigiamos galios bėgelių, naudokite trumpiklius laidus, kad prijungtumėte teigiamą ir GND maitinimo bėgius abiejose pusėse. plokštė, kaip parodyta paveikslėlyje.

7 kaištis - Vcc - skaitmeninė maitinimo įtampa

8 kaištis - GND

22 kaištis - GND

21 kaištis - AREF - analoginis etaloninis kaištis ADC

20 kaištis - AVcc - ADC keitiklio maitinimo įtampa. Reikia prijungti prie maitinimo, jei ADC nenaudojamas kaip mūsų pavyzdyje. Jei norite jį naudoti ateityje, jis turi būti maitinamas per žemo dažnio filtrą (siekiant sumažinti triukšmą).

Po to įdėkite keturiolikos krypčių antraštės kaištį-jis bus panašus į „Arduino GPIO“.

4 žingsnis: mygtukas iš naujo

Pridėkite mažą lytėjimo jungiklį, kad galėtumėte iš naujo nustatyti „Arduino“ir paruošti lustą naujos programos įkėlimui. Greitas ir trumpas šio jungiklio paspaudimas iš naujo nustatys lustą.

Mes įdėsime atstatymo mygtuką į savo grandinę, kaip parodyta paveikslėlyje, kai jį paspausime, elektros grandinė bus sutrumpinta iki GND, apeinant 1 kOhm rezistorių ir prijungus „ATmega Pin 1“prie GND. Tada pridėkite laidą iš apatinės kairės jungiklio kojos prie ATmega lusto RESET kaiščio ir laidą nuo viršutinės kairės jungiklio kojos iki žemės.

Be to, prie RESET kaiščio pridėkite 10 k Ohm traukiamąjį rezistorių prie +5 V, kad įprasto veikimo metu mikroschema neatsistatytų. Šis rezistorius bus prijungtas prie 5 voltų maitinimo šaltinio, „pakeliant“kaištį nuo 1 iki 5 voltų. Ir kai prijungsite 1 kaištį prie 0V be rezistoriaus, lustas bus paleistas iš naujo. Iš naujo paleisdami mikrovaldiklį ieškokite naujos įkeliamos programos (įjungus, jei nieko naujo nesiunčiama, ji paleidžia paskutinę išsiųstą programą).

Rezistorius turi keturių spalvų juostą. Skaitant ruda = 1, juoda = 0, oranžinė = 3, gauname skaičių 103. Atsparumas omais prasideda „10“su 3 nuliais po - 10 000 omų arba 10 kilogramų omų, o auksinė juostelė yra tolerancija (5 %).

Norėdami atnaujinti savo grandinę - galime įdėti „atsiejimo“kondensatorių. Įdėkite 100 nF (nano Farad) keraminį kondensatorių. Tai mažas diskas su dviem laidais su „104 ženklu“, o tokio tipo kondensatoriai nėra poliarizuoti ir gali būti dedami bet kokia kryptimi.

Šis „atsiejamasis“kondensatorius išlygina elektros šuolius, todėl patikimai aptinkamas į 1 kaištį siunčiamas perkrovimo signalas. Skaitmenys 104 rodo jo talpą pico Farad, esant mokslui. Paskutinis skaičius „4“nurodo, kiek nulių reikia pridėti. Talpa prasideda nuo „10“, o paskui tęsiama dar 4 nuliais - 100 000 piko Faradų, o kadangi 1000 „Pico Farads“yra 1 nano Faradas, yra 100 nano Faradų (104).

Įdėkite kondensatorių tarp viršutinės kairės lusto kojos (1 kaištis, prieš laikrodžio rodyklę nuo pusmėnulio formos)

5 žingsnis: kristalų osciliatorius

Dabar mes pagaminsime IC laikrodį. Tai 16 Mhz kvarcas ir du keraminiai kondensatoriai po 22 pF (piko Faradas). Kristalų osciliatorius sukuria labai tikslaus dažnio elektrinį signalą. Šiuo atveju dažnis yra 16 MHz, o tai reiškia, kad mikrovaldiklis gali vykdyti 16 milijonų procesoriaus nurodymų per sekundę.

16 MHz kristalas (figūra) leidžia „Arduino“apskaičiuoti laiką, o kondensatoriai padeda išlyginti maitinimo įtampą.

Abi kvarco kristalų kojos yra vienodos - jūs negalite jo sujungti atgal. Prijunkite vieną kristalo kojelę prie ATmega mikroschemos 9 kaiščio, o kitą - prie kaiščio 10. Vieno iš 22 pF diskinių kondensatorių kojelės prijunkite prie 9 kaiščio ir GND, o kito disko kondensatoriaus - prie kaiščio 10 ir GND, kaip parodyta paveiksle.

Pastaba: diskiniai kondensatoriai nėra poliarizuoti ir gali būti bet kokiu būdu įkišti.

Verta paminėti, kad laidų ilgiai tarp 22pF kondensatorių turi būti vienodo ilgio ir kuo arčiau valdiklio, kad būtų išvengta sąveikos su kitomis grandinių dalimis.

6 veiksmas: šviesos diodo pridėjimas prie 13 kaiščio

Dabar pridėsime žalią šviesos diodą (skaitmeninis kaištis 13 „Arduino“).

Įdėkite šviesos diodų ilgą koją į eilę po raudonu laidu (dešinėje lusto pusėje - maitinimas arba 5 voltai) ir trumpą kojelę pirmoje tuščioje eilutėje po mikrovaldikliu.

Šis 330 omų rezistorius yra nuosekliai prijungtas prie šviesos diodo, ribojant tekančios elektros kiekį, kad būtų išvengta šviesos diodų sunaikinimo.

Įdėkite rezistorių tarp trumpos šviesos diodo kojelės ir eilutės, kurioje yra juoda viela, dešinėje mikroschemos pusėje (GND arba 0 voltų)

Visi analoginiai, skaitmeniniai ir kiti kaiščiai, esantys įprastoje „Arduino“plokštėje, taip pat yra mūsų duonos lentos versija. Kaip nuorodą galite naudoti ATmega schemą ir kaiščių lentelę.

7 veiksmas: USB į nuosekliąją jungtį

Mikrokontroleris ATmega 328P-PU suteikia tris ryšio režimus: nuoseklųjį programuojamą USART (universalų sinchroninį ir asinchroninį imtuvą-siųstuvą), SPI (nuoseklią periferinę sąsają) nuoseklųjį prievadą ir dviejų laidų nuosekliąją sąsają. USART paima duomenų baitus ir nuosekliai perduoda atskirus bitus, o tai reikalauja perdavimo (TX) ir priėmimo (RX) ryšio linijų. SPI naudoja keturias ryšio linijas: valdančiojo išjungimo (MOSI), pagrindinio įjungimo pavaldinio išvesties (MISO) ir nuoseklaus laikrodžio (SCK) su kiekvienam įrenginiui skirta atskira vergo pasirinkimo (SS) linija. I2C ryšio dviejų laidų sąsajos (TWI) magistralė naudoja dvi signalo linijas: nuoseklius duomenis (SDA) ir nuoseklųjį laikrodį (SCL).

Norėdami prijungti savo plokštę prie kompiuterio naudodami „Arduino IDE“, kad atsisiųstumėte eskizą, naudosime USB ir nuosekliąją UART sąsają, tokią kaip FT232R FTDI.

Pirkdami FTDI kabelį įsitikinkite, kad tai 5 V modelis, nes 3,3 V modelis neveiks tinkamai. Šio kabelio (parodyta paveikslėlyje) viename gale yra USB kištukas, o kitame - lizdas su šešiais laidais.

Prijungdami kabelį įsitikinkite, kad lizdo pusė su juodu laidu jungiasi prie duonos lentos antraštės kaiščių GND kaiščio. Kai kabelis yra prijungtas, jis taip pat tiekia grandinę, kaip ir įprasta „Arduino“plokštė.

Tada mes sujungsime savo FTDI su mūsų pačių pagaminta „Arduino“plokšte; nuoroda galite naudoti lentelę ir schemą.

0,1μF elektrolitinis kondensatorius yra prijungtas tarp USB jungties prie DART (duomenų terminalui paruoštas) kaiščio prie serijinės UART sąsajos ir mikrokontrolerio atstatymo, kuris atkuria mikrovaldiklio sinchronizavimą su USB prie nuosekliosios sąsajos.

PASTABA: Viena dalis yra tai, kad mikrokontrolerio RX kaištis turi būti prijungtas prie USB TX prie nuoseklaus adapterio ir tas pats su vieno įrenginio TX prie kito RX.

CTS (Clear to Send) kaištis USB prie serijinės UART sąsajos nėra prijungtas prie mikrovaldiklio.

Norėdami atsisiųsti eskizą į „Arduino IDE“mikrovaldiklį iš įrankių ➤ prievado meniu, pasirinkite atitinkamą ryšio (COM) prievadą, o iš įrankių - lentos meniu - „Arduino/Genuino Uno“. Eskizas surenkamas „Arduino IDE“ir įkeliamas į mikrovaldiklį kartu su USB prie nuosekliosios UART sąsajos. Atsisiuntus eskizą mirksi žalios ir raudonos USB ir nuoseklios UART sąsajos TXD ir RXD šviesos diodai.

Galima nuimti USB ir nuosekliąją UART sąsają ir prijungti 5 V maitinimo šaltinį prie mikrovaldiklio. Šviesos diodas ir 220 kΩ rezistorius yra prijungti prie mikrovaldiklio kaiščio 19, atitinkančio „Arduino“kaištį 13, kad būtų galima paleisti mirksėjimo eskizą.

8 veiksmas: įkelkite eskizą arba įdiekite įkrovos tvarkyklę

Jei neturite USB į nuoseklųjį keitiklį-galite naudoti kitą „Arduino“(mano atveju „Arduino UNO“), norėdami įkelti eskizą ar įkrovos įkėlimo programą į savo sukurtą plokštę.

Norint įkelti ir paleisti eskizus iš „Arduino IDE“, mikrokontroleriams „ATmega238P-PU“reikalingas įkrovos įkroviklis; įjungus maitinimą mikrovaldikliui, įkrovos įkroviklis nustato, ar įkeliamas naujas eskizas, ir tada įkelia eskizą į mikrovaldiklio atmintį. Jei turite ATmega328P-PU be įkrovos įkėlimo programos, įkrovos įkėlimo priemonę galite įkelti naudodami SPI ryšį tarp dviejų plokščių.

Štai kaip įkelti įkrovos įkėlimo programą į „ATmega IC“.

Pirmiausia pradėkime nuo „Arduino UNO“konfigūravimo kaip IPT, tai daroma todėl, kad norite, kad „Arduino UNO“eskizą įkeltų į „ATmega IC“, o ne jį patį.

1 žingsnis: sukonfigūruokite mūsų „Arduino UNO“kaip IPT

Nejunkite „ATmega IC“, kol veikia toliau pateiktas įkėlimas.

• Prijunkite arduino prie kompiuterio
• Atidarykite arduino IDE
• Pasirinkite atitinkamą plokštę (Įrankiai> Lenta> Arduino UNO) ir COM prievadą (Įrankiai> Uostas> COM?)
• Atidarykite> Pavyzdžiai> ArduinoISP
• Įkelti eskizą

Po to galite prijungti savo plokštę prie „Arduino UNO“, sekdami schemą, kaip parodyta schemoje. Šiame etape nereikia maitinti savo plokštės, nes „Arduino“suteiktų reikiamą galią.

2 veiksmas: įkelkite eskizą arba įkrovos tvarkyklę

Kai viskas prijungta, atidarykite IDE iš ką tik sukurto aplanko (kopijos).

• Pasirinkite „Arduino328“iš Įrankiai> Lenta
• Pasirinkite „Arduino“kaip IPT iš Įrankiai> Programuotojas
• Pasirinkite Įrašyti įkrovos tvarkyklę

Po sėkmingo įrašymo gausite „Done burn bootloader“.

Įkrovos įkėlimo programa dabar įkeliama į mikrovaldiklį, kuris yra paruoštas priimti eskizą, pakeitus COM prievadą meniu Įrankiai prievadas.