Bảng Arduino vàng: 12 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Mục đích

Mục đích của bảng này là có chức năng chính xác giống như Arduino Uno, nhưng với các tính năng thiết kế được cải tiến. Nó sẽ bao gồm các tính năng thiết kế để giảm nhiễu như cải tiến định tuyến và tách tụ điện. Chúng tôi sẽ giữ dấu chân đầu ra của bảng Arduino tiêu chuẩn để nó tương thích với các tấm chắn; tuy nhiên, một hàng chân trở lại sẽ được thêm vào bên ngoài dấu chân này để cải thiện cách bố trí bảng bằng cách giảm nói chuyện chéo đối với các tín hiệu phát ra từ bảng. Hơn nữa, một tinh thể 16 MHz sẽ được sử dụng cho đồng hồ hệ thống thay vì bộ cộng hưởng để tăng độ chính xác và ổn định của đồng hồ

Ngân sách điện

Nguồn đầu vào sẽ giống như nguồn cần thiết để cấp nguồn cho Arduino Uno. Phạm vi điện áp đầu vào được khuyến nghị là 7 đến 12 vôn. Nếu được cung cấp với ít hơn 7 V, chân ra 5 V có thể cung cấp ít hơn 5 vôn và bo mạch có thể trở nên không ổn định. Nếu sử dụng nhiều hơn 12 V, bộ điều chỉnh điện áp có thể quá nóng và làm hỏng bo mạch. Atmega 328 sẽ sử dụng 5 V thay vì 3,3 V để có tốc độ xung nhịp nhanh nhất.

Quản lý rủi ro

Nhận các thành phần bị lỗi là một rủi ro tiềm ẩn có thể được giảm thiểu bằng cách đặt hàng bổ sung.

Việc bỏ lỡ định hướng các chip IC như Atmega 328 có thể dẫn đến kết nối không chính xác với các chân. Chúng tôi sẽ kiểm tra hướng chính xác trước khi hàn nó vào.

Các ứng suất cơ học đặt trên các chân đầu ra có thể làm đứt các kết nối. Chúng tôi sẽ sử dụng giá treo xuyên lỗ để đảm bảo điều này không xảy ra.

Khi hàn có khả năng xảy ra các mối hàn nguội. Chúng ta có thể giảm thiểu điều này bằng cách kiểm tra từng kết nối sau khi khớp được hình thành.

Việc xác định vị trí các bộ phận trên bảng có thể trở nên khó khăn.

Việc bao gồm các nhận dạng màn hình lụa sẽ làm cho việc này dễ dàng hơn.

Kế hoạch mang lại:

Các công tắc sẽ được đặt để cô lập các mạch phụ của bo mạch và cho phép chúng tôi lắp ráp và kiểm tra từng phần của bo mạch và đảm bảo rằng từng phần hoạt động chính xác trước khi tiếp tục và lắp ráp phần còn lại của boar

Bước 1: Sơ đồ

Sơ đồ được tạo ra bằng cách tham khảo các sơ đồ Arduino Uno mã nguồn mở và điều chỉnh nó để cải thiện tính toàn vẹn của tín hiệu.

Bước 2: Bố cục PCB

Bước 3: Lắp ráp

Chúng tôi bắt đầu lắp ráp PCB với các tụ điện tách rời và Cầu chì.

Sau đó, chúng tôi hàn các chip nguồn và chip diode ESD. Rất khó hàn chip bảo vệ ESD do kích thước chip nhỏ và các miếng đệm nhỏ, nhưng chúng tôi đã hoàn thành việc lắp ráp thành công.

Chúng tôi đã gặp sự cố trong đó bảng của chúng tôi không đặt lại được, nhưng đó là do nút của chúng tôi tiếp xúc kém. Sau khi nhấn nút bằng một số lực, nó trở lại trạng thái chức năng và hoạt động như bình thường

Bước 4: Chuyển đổi tiếng ồn: Pin 9

Đây là hai hình ảnh so sánh tiếng ồn chuyển đổi từ các chân 9-13. Ảnh chụp phạm vi màu xanh lá cây đại diện cho bảng thương mại, ảnh chụp phạm vi màu vàng đại diện cho bảng mạch nội bộ của chúng tôi và các tín hiệu màu xanh lam đại diện cho các tín hiệu kích hoạt để có được ảnh chụp rõ ràng, nhất quán.

Thật khó để nhìn thấy nhãn trên các ảnh chụp phạm vi, nhưng bảng thương mại (màu xanh lá cây) có tiếng ồn chuyển đổi từ đỉnh đến cao nhất là khoảng bốn vôn. Bảng mạch trong nhà của chúng tôi có tiếng ồn chuyển mạch khoảng hai vôn. Đây là mức giảm 50% nhiễu chuyển đổi trên chân số 9.

Bước 5: Chuyển đổi tiếng ồn: Pin 10

Trên chân 10, tiếng ồn chuyển mạch trên bo mạch thương mại lớn hơn bốn vôn. Nó đang ở mức cao nhất khoảng 4,2 volt cho đến đỉnh điểm. Trên bảng mạch nội bộ của chúng tôi, tiếng ồn chuyển mạch chỉ trên hai vôn từ đỉnh đến đỉnh. Điều này giúp giảm khoảng 50% tiếng ồn khi chuyển mạch.

Bước 6: Chuyển đổi tiếng ồn: Pin 11

Trên chân 11 trên bo mạch thương mại, nhiễu chuyển mạch từ cao xuống thấp là khoảng 800 mV và nhiễu chuyển đổi từ thấp đến cao là khoảng 900 mV. Trên bo mạch nội bộ của chúng tôi, tiếng ồn khi chuyển mạch từ cao xuống thấp là khoảng 800 mV và tiếng ồn chuyển mạch của chúng tôi ở mức thấp đến cao là khoảng 200mV. Chúng tôi đã giảm đáng kể nhiễu chuyển đổi từ thấp đến cao, nhưng không thực sự ảnh hưởng đến nhiễu chuyển đổi từ cao xuống thấp.

Bước 7: Chuyển đổi tiếng ồn: Pin 12

Trên chân 12, chúng tôi đã sử dụng IO chuyển đổi để kích hoạt các ảnh chụp phạm vi trong cả bảng thương mại và bảng trong nhà. Trong bảng mạch thương mại, tiếng ồn chuyển mạch là khoảng 700mV đến đỉnh và bảng trong nhà có mức cao nhất đến 150mV. Điều này làm giảm khoảng 20% tiếng ồn chuyển mạch.

Bước 8: Chuyển đổi tiếng ồn: Pin 13

Trên chân 13, bảng mạch thương mại cho thấy tiếng ồn chuyển mạch từ bốn vôn đến cực đại và bảng mạch trong nhà của chúng tôi cho thấy rất ít hoặc không có tiếng ồn chuyển mạch. Đây là một sự khác biệt lớn và là lý do để ăn mừng

Bước 9: Tạo một bảng chức năng đặc biệt mới bằng cách sử dụng thiết kế cải tiến của chúng tôi

Mục đích của bảng này là mở rộng bảng Arduino Vàng của chúng tôi, với các tính năng thiết kế được cải tiến và các thành phần được bổ sung như đèn LED thay đổi màu sắc và cảm biến nhịp tim. Nó sẽ bao gồm các tính năng thiết kế để giảm tiếng ồn như cải thiện định tuyến, sử dụng thêm 2 lớp PCB để biến nó thành bo mạch 4 lớp và tách các tụ điện xung quanh đường ray nguồn và chuyển đổi I / Os. Để tạo cảm biến nhịp tim, chúng tôi sẽ sử dụng một điốt quang đặt giữa hai đèn LED, sẽ đo ánh sáng phản xạ từ máu trong ngón tay được đặt trên cảm biến nhịp tim. Ngoài ra, chúng tôi sẽ bao gồm các đèn LED có địa chỉ riêng được điều khiển thông qua I2C.

Nguồn đầu vào sẽ giống như nguồn cần thiết để cấp nguồn cho Arduino Uno. Phạm vi điện áp đầu vào được khuyến nghị là 7 đến 12 vôn. Nếu được cung cấp với ít hơn 7 V, chân ra 5 V có thể cung cấp ít hơn 5 vôn và bo mạch có thể trở nên không ổn định. Nếu sử dụng nhiều hơn 12 V, bộ điều chỉnh điện áp có thể quá nóng và làm hỏng bo mạch. Atmega 328 sẽ sử dụng 5 V thay vì 3,3 V để có tốc độ xung nhịp nhanh nhất.

Bước 10: Sơ đồ

Bước 11: Bố trí bảng

Lớp điện Đổ và Lớp đất Đổ ẩn để xem dấu vết. Khi bo mạch này được thiết kế, chân USB thực sự đã được định hướng ngược lại một cách tình cờ. Nó phải được lật để cáp có thể cắm vào chính xác.

Bước 12: Lắp ráp

Hình ảnh không được chụp trong mỗi bước, nhưng bức ảnh dưới đây cho thấy kết quả cuối cùng của bảng. Các chân tiêu đề không được thêm vào vì chức năng chính của bảng này là thêm đèn LED và ADC. Cổng USB phải quay về hướng ngược lại để không cần cáp nối qua bảng.