DIY Arduino-Compatible Clone: 21 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Το Arduino είναι το απόλυτο εργαλείο στο οπλοστάσιο του Maker. Θα πρέπει να είστε σε θέση να φτιάξετε τη δική σας! Τις πρώτες μέρες του έργου, περίπου το 2005, ο σχεδιασμός ήταν όλα μέσα από τρύπες και η επικοινωνία γινόταν μέσω σειριακού καλωδίου RS232. Τα αρχεία είναι ακόμα διαθέσιμα, ώστε να μπορείτε να φτιάξετε τα δικά σας, και έχω, αλλά δεν υπάρχουν πολλοί υπολογιστές με τις παλαιότερες σειριακές θύρες.

Η έκδοση Arduino USB ακολούθησε σύντομα και πιθανότατα συνέβαλε σημαντικά στην επιτυχία του έργου επειδή επέτρεπε εύκολη σύνδεση και επικοινωνία. Ωστόσο, είχε κόστος: το τσιπ επικοινωνίας FTDI ήρθε μόνο σε συσκευασία επιφανειακής τοποθέτησης. Τα σχέδια είναι ακόμα διαθέσιμα για αυτό, αλλά η συγκόλληση επιφανείας είναι πέρα από τους περισσότερους αρχάριους.

Οι νεότεροι πίνακες Arduino χρησιμοποιούν τσιπ 32U4 με ενσωματωμένο USB (Leonardo) ή ξεχωριστά τσιπ Atmel για USB (UNO), τα οποία εξακολουθούν να μας αφήνουν σε επικράτεια επιφάνειας. Κάποια στιγμή υπήρχε το "TAD" από επικίνδυνες συσκευές που χρησιμοποίησε ένα PIC μέσω τρύπας για να κάνει USB, αλλά δεν μπορώ να βρω τίποτα που να έχει μείνει στον ιστό τους.

Εδώ λοιπόν είμαστε. Πιστεύω ακράδαντα ότι ένας αρχάριος, όπως ένας Ιππότης Τζεντάι, θα πρέπει να είναι σε θέση να κατασκευάσει το δικό του Arduino (ελαφριά σπαθιά). "Ένα κομψό όπλο από μια πιο πολιτισμένη εποχή". Η λύση μου: φτιάξτε ένα τσιπ FTDI μέσω οπών χρησιμοποιώντας ένα πακέτο τοποθέτησης σε επιφάνεια! Αυτό μου επιτρέπει να κάνω την τοποθέτηση στην επιφάνεια και να προσφέρω το υπόλοιπο έργο ως DIY μέσω της οπής! Το σχεδίασα επίσης σε KiCad ανοιχτού κώδικα, ώστε να μπορείτε να μελετήσετε τα αρχεία σχεδίασης, να τα τροποποιήσετε και να περιστρέψετε τη δική σας έκδοση.

Αν νομίζετε ότι αυτή είναι μια ηλίθια ιδέα, ή αγαπάτε τη συγκόλληση στην επιφάνεια, ελέγξτε τον Leonardo Clone μου, διαφορετικά, διαβάστε παρακάτω. Το Το

Βήμα 1: Ανταλλακτικά και αναλώσιμα

Ο πλήρης λογαριασμός υλικών βρίσκεται στη διεύθυνση

Τα μοναδικά μέρη αυτού είναι οι πλακέτες, μία για το Arduino και μία για το τσιπ FTDI. Μπορείτε να ζητήσετε από το OSH Park να σας τα κάνει ή να χρησιμοποιήσετε τα αρχεία σχεδίασης με το αγαπημένο σας σπίτι.

Ένα κιτ για αυτό το έργο είναι διαθέσιμο στο Tindie.com. Η αγορά του κιτ θα σας εξοικονομήσει χρόνο και έξοδα παραγγελίας από διάφορους προμηθευτές και θα αποφύγετε το ελάχιστο ασφάλιστρο παραγγελίας PCB. Θα σας παρέχει επίσης ένα δοκιμασμένο επιφανειακά τοποθετημένο τσιπ FDTI μέσω οπών καθώς και ένα προ-λάμψη Atmega.

Εργαλεία και αναλώσιμα: Για τα εργαστήριά μου, χρησιμοποιώ το SparkFun's Beginner's ToolKit που έχει τα περισσότερα από αυτά που χρειάζεστε:

• Συγκολλητικό σίδερο.
• Κόλλα μετάλλων
• Σφιγκτήρες καλωδίων
• Πλέξη αποκόλλησης (ελπίζω να μην χρειάζεται, αλλά ποτέ δεν το γνωρίζετε).

Βήμα 2: Κυρίες και Κύριοι, Ξεκινήστε τα Σίδερά σας

Δεν πρόκειται να προσπαθήσω να σας μάθω να κολλάτε. Ακολουθούν μερικά από τα αγαπημένα μου βίντεο που το δείχνουν πολύ καλύτερα από όσο μπορώ:

• Carrie Ann από το Geek Girl Diaries.
• Colin από το Adafruit

Γενικά:

• Βρείτε τη θέση στο PCB χρησιμοποιώντας τις σημάνσεις μεταξοτυπίας.
• Λυγίστε τα καλώδια των εξαρτημάτων για να ταιριάζει στο αποτύπωμα του ποδιού.
• Συγκολλήστε τα καλώδια.
• Κόψτε τα καλώδια

Βήμα 3: Αντιστάσεις

Ας ξεκινήσουμε με αντιστάσεις αφού είναι τα πιο άφθονα, τα χαμηλότερα καθίσματα και τα πιο εύκολα για συγκόλληση. Είναι πιο ανθεκτικά στη θερμότητα και θα σας δώσουν την ευκαιρία να βελτιώσετε την τεχνική σας. Δεν έχουν επίσης πολικότητα, οπότε μπορείτε να τα τοποθετήσετε με οποιονδήποτε τρόπο.

• Ξεκινήστε με τα τρία 10K ohm (καφέ - μαύρο - πορτοκαλί - χρυσό), τα οποία βρίσκονται σε μερικά σημεία στον πίνακα (δείτε την εικόνα). Αυτές είναι αντιστάσεις "έλξης" που διατηρούν το σήμα στα 5V εκτός αν τραβηχτούν ενεργά χαμηλά.
• Ζεύγος 22 ωμ (κόκκινο - κόκκινο - μαύρο - χρυσό) βρίσκεται στην επάνω αριστερή γωνία. Αυτά είναι μέρος του κυκλώματος επικοινωνίας USB.
• Το ζευγάρι των 470 ohm (κίτρινο, βιολετί, καφέ, χρυσό) είναι τα επόμενα κάτω. Αυτές είναι οι αντιστάσεις περιορισμού ρεύματος για τις λυχνίες LED RX/TX.
• Μονό 4,7K ohm (κίτρινο, βιολετί, κόκκινο, χρυσό). Μια περίεργη σφαίρα για το σήμα FTDI VCC.
• Και τέλος, ένα ζευγάρι 1K ohm (καφέ, μαύρο, κόκκινο, χρυσό). Αυτές είναι περιοριστικές αντιστάσεις για την ισχύ και τα LED D13 (330 ohm θα λειτουργούσαν, αλλά δεν μου αρέσουν πολύ φωτεινά).

Βήμα 4: Δίοδος

Στη συνέχεια έχουμε τη δίοδο που προστατεύει το κύκλωμα από το αντίστροφο ρεύμα από την πρίζα. Τα περισσότερα, αλλά όχι όλα τα συστατικά θα αντιδράσουν άσχημα στην αντίστροφη πολικότητα.

Έχει πολικότητα η οποία σημειώνεται με ασημένια ζώνη στο ένα άκρο.

Συνδυάστε το με τη σήμανση και τη συγκόλληση της μεταξοτυπίας στη θέση του.

Βήμα 5: Ρυθμιστής τάσης (5V)

Υπάρχουν δύο ρυθμιστές τάσης, και ο κύριος είναι ένας 7805 που θα ρυθμίζει δώδεκα βολτ από τον γρύλο έως 5 βολτ που χρειάζεται το Atmega 328. Υπάρχουν μεγάλα χαρακτηριστικά χαλκού στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος που βοηθούν στη διάχυση της θερμότητας. Λυγίστε τα καλώδια έτσι ώστε το πίσω μέρος να αγγίζει την σανίδα με την οπή να ευθυγραμμίζεται εν μέρει με την οπή και να συγκολλάται στη θέση της.

Βήμα 6: Υποδοχές

Οι υποδοχές επιτρέπουν την εισαγωγή και αφαίρεση τσιπ IC χωρίς συγκόλληση. Τα θεωρώ ασφαλιστικά επειδή είναι φθηνά και σας επιτρέπουν να αντικαταστήσετε ένα τσιπ που έχει φουσκώσει ή να επαναπροσανατολίσετε το IC εάν τοποθετηθεί προς τα πίσω. Έχουν ένα διαχωριστικό στο ένα άκρο για να δείξουν την κατεύθυνση του τσιπ, οπότε ταιριάξτε το με τη μεταξωτή οθόνη. Συγκολλήστε δύο ακίδες και, στη συνέχεια, βεβαιωθείτε ότι έχει τοποθετηθεί σωστά πριν κολλήσετε τις υπόλοιπες καρφίτσες.

Βήμα 7: Κουμπί

Το Arduino διαθέτει συνήθως ένα κουμπί επαναφοράς για επανεκκίνηση του τσιπ εάν κλείσει ή χρειάζεται επανεκκίνηση. Το δικό σας είναι στην επάνω αριστερή γωνία. Πιέστε το στη θέση του και κολλήστε το.

Βήμα 8: LED

Υπάρχουν πολλές λυχνίες LED που υποδεικνύουν την κατάσταση. Τα LED έχουν πολικότητα. Το μακρύ πόδι είναι η άνοδος, ή θετικό, και μπαίνει στο στρογγυλό μαξιλάρι με το "+" δίπλα του. Το κοντό πόδι είναι η κάθοδος ή αρνητικό και μπαίνει στο τετράγωνο μαξιλάρι.

Το χρώμα είναι αυθαίρετο, αλλά συνήθως χρησιμοποιώ:

• Κίτρινο για RX/TX που αναβοσβήνει όταν το τσιπ επικοινωνεί ή προγραμματίζεται.
• Πράσινο για τη λυχνία LED D13 που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από το πρόγραμμα για να υποδείξει συμβάντα.
• Το κόκκινο για να δείξει ισχύ 5 volt είναι διαθέσιμο είτε μέσω USB είτε μέσω της πρίζας.

Βήμα 9: Κεραμικοί πυκνωτές

Οι κεραμικοί πυκνωτές δεν έχουν πολικότητα.

Οι πυκνωτές εξομάλυνσης ισχύος χρησιμοποιούνται συνήθως για την αφαίρεση παροδικών από την τροφοδοσία στα τσιπ. Οι τιμές καθορίζονται συνήθως στο φύλλο δεδομένων του στοιχείου.

Κάθε τσιπ IC στο σχεδιασμό μας διαθέτει πυκνωτή 0.1uF για εξομάλυνση ισχύος.

Υπάρχουν δύο πυκνωτές 1uF για εξομάλυνση ισχύος γύρω από τον ρυθμιστή 3,3 volt.

Επιπλέον, υπάρχει ένας πυκνωτής 1uF που βοηθά στο χρονισμό της λειτουργίας επαναφοράς λογισμικού.

Βήμα 10: Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές έχουν μια πολικότητα που πρέπει να τηρείται. Έρχονται συνήθως σε μεγαλύτερες τιμές από τους κεραμικούς πυκνωτές, αλλά σε αυτή την περίπτωση έχουμε πυκνωτή 0,33 uF για εξομάλυνση ισχύος γύρω από τον ρυθμιστή 7805.

Το μακρύ πόδι της συσκευής είναι θετικό και μπαίνει στο τετράγωνο μαξιλάρι με την ένδειξη "+". Αυτά τείνουν να πηγαίνουν "pop" αν τοποθετηθούν προς τα πίσω, οπότε πάρτε το σωστά ή θα χρειαστείτε αντικατάσταση.

Βήμα 11: 3.3 Ρυθμιστής Τάσης

Ενώ το τσιπ Atmega λειτουργεί στα 5 βολτ, το τσιπ USB FTDI χρειάζεται 3,3 βολτ για να λειτουργήσει σωστά. Για να το κάνουμε αυτό, χρησιμοποιούμε ένα MCP1700 και επειδή απαιτεί πολύ λίγο ρεύμα, βρίσκεται σε ένα μικρό πακέτο TO-92-3 όπως τα τρανζίστορ αντί για το μεγάλο πακέτο TO-220 όπως το 7805.

Η συσκευή έχει επίπεδο πρόσωπο. Ταιριάξτε το με τη μεταξωτή οθόνη και προσαρμόστε το ύψος του εξαρτήματος περίπου ένα τέταρτο ίντσα πάνω από τον πίνακα. Συγκόλληση στη θέση του.

Βήμα 12: Κεφαλίδες

Η ομορφιά του Arduino είναι το τυποποιημένο αποτύπωμα και το pinout. Οι κεφαλίδες επιτρέπουν τη σύνδεση "ασπίδων" που επιτρέπουν την γρήγορη αλλαγή σκληρών διαμορφώσεων, όπως απαιτείται.

Συνήθως κολλάω έναν πείρο από κάθε κεφαλίδα και στη συνέχεια επαληθεύω την ευθυγράμμιση πριν συγκολλήσω τους υπόλοιπους πείρους.

Βήμα 13: Αντηχείο

Τα τσιπ Atmega διαθέτουν εσωτερικό αντηχείο που μπορεί να λειτουργήσει σε διαφορετικές συχνότητες έως και 8 Mhz. Μια εξωτερική πηγή χρονισμού επιτρέπει στο τσιπ να λειτουργεί έως 20 Mhz, αλλά, το τυπικό Arduino χρησιμοποιεί 16 Mhz, η οποία ήταν η μέγιστη ταχύτητα των τσιπ Atmega8 που χρησιμοποιήθηκαν στον αρχικό σχεδιασμό.

Τα περισσότερα Arduino χρησιμοποιούν κρύσταλλα, τα οποία είναι πιο ακριβή, αλλά απαιτούν επιπλέον πυκνωτές. Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω ένα αντηχείο, το οποίο είναι αρκετά ακριβές για τις περισσότερες εργασίες. Δεν έχει πολικότητα, αλλά συνήθως αντιμετωπίζω τη σήμανση προς τα έξω, ώστε οι περίεργοι κατασκευαστές να σας πουν ότι εκτελεί μια τυπική ρύθμιση.

Βήμα 14: Ασφάλεια

Τα περισσότερα Arduino δεν έχουν ασφάλειες, αλλά κάθε κατασκευαστής που μαθαίνει συχνά (τουλάχιστον στην περίπτωσή μου) συνδέει τα πράγματα λανθασμένα. Μια απλή επαναρυθμιζόμενη ασφάλεια θα σας βοηθήσει να μην απελευθερώσετε τον "μαγικό καπνό" που απαιτεί αντικατάσταση τσιπ. Αυτή η ασφάλεια θα ανοίξει εάν τραβηχτεί πολύ ρεύμα και θα επαναρυθμιστεί όταν κρυώσει. Δεν έχει πολικότητα και οι συστροφές στα πόδια το κρατούν πάνω από την σανίδα.

Βήμα 15: Κεφαλίδες

Δύο ακόμη κεφαλίδες, αυτή με αρσενικές καρφίτσες. Κοντά στην υποδοχή USB υπάρχουν τρεις ακίδες που επιτρέπουν την εναλλαγή μεταξύ τροφοδοσίας USB και υποδοχής χρησιμοποιώντας βραχυκυκλωτήρα. Ένας UNO έχει κυκλικότητα να το κάνει αυτόματα, αλλά δεν μπόρεσα να το επαναλάβω σε μορφή διαμπερών οπών.

Η δεύτερη κεφαλίδα είναι κεφαλίδα έξι ακίδων "στον προγραμματισμό συστήματος". Αυτό επιτρέπει τη σύνδεση ενός εξωτερικού προγραμματιστή να επαναπρογραμματίσει το Atmega άμεσα, εάν χρειάζεται. Εάν αγοράσετε το κιτ μου, το τσιπ έχει ήδη φορτωθεί το υλικολογισμικό ή το Atmega μπορεί να αφαιρεθεί από την πρίζα και να τοποθετηθεί απευθείας σε πρίζα προγραμματισμού, οπότε αυτή η κεφαλίδα χρησιμοποιείται σπάνια και ως εκ τούτου προαιρετική.

Βήμα 16: Power Jack

Αντί για USB, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια τυπική υποδοχή 5,5 x 2,1 mm για την εξωτερική τροφοδοσία. Αυτό τροφοδοτεί τον πείρο με την ένδειξη "Vin" και τροφοδοτεί τον ρυθμιστή τάσης 7805 που κάνει 5 βολτ. Ο κεντρικός πείρος είναι θετικός και η είσοδος μπορεί να είναι έως 35V, αν και τα 12V είναι πιο χαρακτηριστικά.

Βήμα 17: USB

Τα νεότερα Arduinos όπως το Leonardo χρησιμοποιούν σύνδεση μικροϋπολογιστή USB, αλλά η αρχική σύνδεση USB B είναι στιβαρή και φθηνή και πιθανότατα έχετε πολλά καλώδια. Οι δύο μεγάλες γλωττίδες δεν συνδέονται ηλεκτρικά, αλλά συγκολλούνται για μηχανική αντοχή.

Βήμα 18: Τσιπς

Timeρα να εγκαταστήσετε τα τσιπ. Επαληθεύστε τον προσανατολισμό. Εάν η πρίζα είναι προς τα πίσω, βεβαιωθείτε ότι το τσιπ ταιριάζει με τα σήματα της μεταξωτής οθόνης. Στον προσανατολισμό με τον οποίο συνεργαζόμαστε, τα δύο κάτω τσιπ είναι ανάποδα.

Τοποθετήστε το τσιπ έτσι ώστε τα πόδια να ευθυγραμμιστούν με τα στηρίγματα. Τα IC προέρχονται από την κατασκευή με τα πόδια ελαφρώς σπασμένα, οπότε θα πρέπει να κάμπτονται κάθετα. Αυτό συνήθως γίνεται ήδη για εσάς στα κιτ μου. Μόλις είστε σίγουροι για τον προσανατολισμό, πιέστε απαλά και τις δύο πλευρές του τσιπ. Ελέγξτε για να βεβαιωθείτε ότι κανένα πόδι δεν έχει διπλωθεί τυχαία.

Βήμα 19: Αναβοσβήνει το πρόγραμμα εκκίνησης

Ο φορτωτής εκκίνησης είναι ένα μικρό κομμάτι κώδικα στο τσιπ που επιτρέπει την εύκολη φόρτωση του κώδικα μέσω USB. Λειτουργεί για τα πρώτα δευτερόλεπτα κατά την ενεργοποίηση αναζητώντας ενημερώσεις και στη συνέχεια εκκινεί τον υπάρχοντα κώδικα.

Το Arduino IDE διευκολύνει το αναβοσβήσιμο του υλικολογισμικού, αλλά απαιτεί εξωτερικό προγραμματιστή. Χρησιμοποιώ τον δικό μου προγραμματιστή AVR και φυσικά θα σας πουλήσω ένα κιτ για αυτό. Εάν έχετε προγραμματιστή, δεν χρειάζεστε πραγματικά Arduino αφού μπορείτε να προγραμματίσετε το τσιπ απευθείας. Είδος γκόμενου και αυγού.

Μια άλλη επιλογή είναι να αγοράσετε το Atmega με ένα bootloader που υπάρχει ήδη:

Θα σας υποδείξω τις επίσημες οδηγίες του Arduino, επειδή θα μπορούσε εύκολα να μετατραπεί σε δικό του Instructable αν δεν είμαστε προσεκτικοί:

Βήμα 20: Εγκαταστήστε το Power Jumper and Connect

Ο βραχυκυκλωτήρας είναι ένας χειροκίνητος τρόπος επιλογής της πηγής ισχύος μεταξύ 5 βολτ από USB ή το βύσμα τροφοδοσίας. Τα τυπικά Arduinos διαθέτουν κύκλωμα για αυτόματη εναλλαγή, αλλά δεν μπόρεσα να το εφαρμόσω εύκολα με τμήματα οπών.

Εάν ο βραχυκυκλωτήρας δεν είναι εγκατεστημένος, δεν υπάρχει ρεύμα. Εάν επιλέξετε την υποδοχή και δεν έχετε συνδέσει τίποτα, δεν υπάρχει ρεύμα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο υπάρχει ένα κόκκινο LED για να σας δείξει εάν έχετε ισχύ.

Αρχικά, θέλετε να δείτε εάν το Arduino επικοινωνεί μέσω USB, οπότε τοποθετήστε το βραχυκυκλωτήρα σε αυτήν τη ρύθμιση. Συνδέστε το Arduino στον υπολογιστή σας στο ρολόι προσεκτικά. Εάν λάβετε μια "μη αναγνωρισμένη συσκευή USB", αποσυνδέστε και ξεκινήστε προβλήματα λήψης.

Διαφορετικά, χρησιμοποιήστε το Arduino IDE για να ανεβάσετε το βασικό σκίτσο αναλαμπής. Χρησιμοποιήστε το "Arduino UNO" ως πίνακα. Ακολουθήστε τις οδηγίες εδώ:

Βήμα 21: Αντιμετώπιση προβλημάτων

Με την αρχική ενεργοποίηση, ψάχνετε πάντα για ενδείξεις επιτυχίας ή αποτυχίας και είστε έτοιμοι να αποσυνδέσετε γρήγορα την πλακέτα εάν τα πράγματα δεν πάνε όπως αναμενόταν. Μην χάνετε την καρδιά σας αν η επιτυχία δεν είναι άμεση. Στα εργαστήριά μου, προσπαθώ να ενθαρρύνω:

• Υπομονή, αυτό δεν είναι πάντα εύκολο, αλλά συνήθως αξίζει τον κόπο.
• Επιμονή, δεν θα λύσετε το πρόβλημα αν τα παρατήσετε.
• Θετική στάση, μπορείτε να το καταλάβετε, ακόμα κι αν χρειάζεστε βοήθεια για να το κάνετε.

Όταν παλεύω με ένα πρόβλημα, πάντα λέω στον εαυτό μου όσο πιο δύσκολο είναι να επιλυθεί, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ανταμοιβή ή η μάθηση για την επίλυσή του.

Έχοντας αυτό κατά νου, ξεκινήστε με τα απλά πράγματα:

• Επιθεωρήστε τις συνδέσεις συγκόλλησης στο πίσω μέρος της σανίδας, ρετουσάροντας κάθε άρθρωση που φαίνεται ύποπτη.
• Βεβαιωθείτε ότι τα τσιπ IC έχουν τον σωστό προσανατολισμό και ότι κανένα από τα καλώδια δεν αναδιπλώθηκε όταν τοποθετήθηκε.
• Είναι αναμμένη η κόκκινη λυχνία LED όταν είναι συνδεδεμένη; Εάν όχι, ελέγξτε τους συνδέσμους βραχυκυκλωτήρα ισχύος και USB.
• Βεβαιωθείτε ότι τα άλλα στοιχεία που έχουν πολικότητα είναι σωστά προσανατολισμένα.
• Αναζητήστε άλλες ενδείξεις, όπως μηνύματα σφάλματος ή στοιχεία που ζεσταίνονται.

Εάν εξακολουθείτε να αντιμετωπίζετε προβλήματα, ζητήστε βοήθεια. Γράφω Instructables γιατί θέλω να διδάξω και να βοηθήσω αυτούς που θέλουν να μάθουν. Δώστε μια καλή περιγραφή του ποια είναι τα συμπτώματα και ποια βήματα έχετε κάνει για να βρείτε σφάλματα. Μια φωτογραφία υψηλής ανάλυσης του μπροστινού και του πίσω μέρους του πίνακα μπορεί επίσης να βοηθήσει. Ποτέ μην τα παρατάς. Κάθε αγώνας είναι ένα μάθημα.