Bản sao tương thích với Arduino DIY: 21 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Arduino là công cụ cuối cùng trong kho vũ khí của Maker. Bạn sẽ có thể xây dựng của riêng bạn! Trong những ngày đầu của dự án, khoảng năm 2005, thiết kế là tất cả các bộ phận xuyên lỗ và giao tiếp thông qua cáp nối tiếp RS232. Các tệp vẫn có sẵn, vì vậy bạn có thể tạo của riêng bạn, và tôi có, nhưng không nhiều máy tính có cổng nối tiếp cũ hơn.

Phiên bản Arduino USB ra đời sau một thời gian ngắn và có lẽ đã đóng góp rất nhiều vào thành công của dự án vì nó cho phép kết nối và giao tiếp dễ dàng. Tuy nhiên, nó đã phải trả giá đắt: chip giao tiếp FTDI chỉ có trong một gói gắn kết bề mặt. Các kế hoạch vẫn có sẵn cho nó, nhưng việc hàn gắn trên bề mặt vượt quá hầu hết những người mới bắt đầu.

Các bo mạch Arduino mới hơn sử dụng chip 32U4 tích hợp USB (Leonardo) hoặc chip Atmel riêng cho USB (UNO), cả hai đều vẫn để chúng ta trong lãnh thổ gắn kết bề mặt. Tại một thời điểm, có "TAD" từ Các thiết bị nguy hiểm đã sử dụng PIC xuyên lỗ để tạo USB, nhưng tôi không thể tìm thấy bất kỳ thứ gì còn sót lại trên web của chúng.

Vì thế chúng ta ở đây. Tôi tin chắc rằng một người mới bắt đầu, như Hiệp sĩ Jedi, sẽ có thể xây dựng Arduino (kiếm ánh sáng) của riêng họ. "Một vũ khí thanh lịch từ một thời đại văn minh hơn". Giải pháp của tôi: tạo chip FTDI xuyên lỗ bằng cách sử dụng gói gắn kết bề mặt! Điều đó cho phép tôi thực hiện việc gắn kết trên bề mặt và cung cấp dự án còn lại dưới dạng DIY xuyên lỗ! Tôi cũng đã thiết kế nó trong KiCad mã nguồn mở, vì vậy bạn có thể nghiên cứu các tệp thiết kế, sửa đổi chúng và quay phiên bản của riêng bạn.

Nếu bạn nghĩ đây là một ý tưởng ngu ngốc hoặc yêu thích công việc hàn gắn trên bề mặt, hãy xem Bản sao Leonardo của tôi, nếu không, hãy đọc tiếp…

Bước 1: Các bộ phận và nguồn cung cấp

Toàn bộ hóa đơn tài liệu có tại

Các phần độc đáo của nó là bảng mạch, một cho Arduino và một cho chip FTDI. Bạn có thể nhờ OSH Park làm chúng cho bạn, hoặc sử dụng các tệp thiết kế với ngôi nhà hội đồng yêu thích của bạn.

Một bộ công cụ cho dự án này có sẵn trên Tindie.com. Mua bộ này sẽ giúp bạn tiết kiệm thời gian và chi phí đặt hàng từ một số nhà cung cấp khác nhau và tránh phí bảo hiểm đặt hàng PCB tối thiểu. Nó cũng sẽ cung cấp cho bạn một chip FDTI xuyên lỗ đã được thử nghiệm gắn trên bề mặt cũng như một Atmega được flash sẵn.

Công cụ và Nguồn cung cấp: Đối với các hội thảo của tôi, tôi sử dụng ToolKit dành cho người mới bắt đầu của SparkFun có hầu hết những thứ bạn cần:

• Sắt hàn.
• Hàn
• Kềm cắt dây
• Bím tóc tàn tạ (hy vọng là không cần thiết, nhưng bạn không bao giờ biết).

Bước 2: Thưa quý vị, khởi động bàn là của bạn

Tôi sẽ không thử dạy bạn cách hàn. Dưới đây là một số video yêu thích của tôi cho thấy điều đó tốt hơn nhiều so với khả năng của tôi:

• Carrie Ann từ Geek Girl Diaries.
• Colin từ Adafruit

Nói chung:

• Tìm vị trí trên PCB bằng cách sử dụng các dấu hiệu in lụa.
• Uốn cong các thành phần để phù hợp với hình in chân.
• Hàn các dây dẫn.
• Cắt dây dẫn

Bước 3: Điện trở

Hãy bắt đầu với điện trở vì chúng là loại điện trở dồi dào nhất, chỗ ngồi thấp nhất và dễ hàn nhất. Chúng có khả năng chịu nhiệt tốt hơn và sẽ giúp bạn có cơ hội hoàn thiện kỹ thuật của mình. Chúng cũng không có cực, vì vậy bạn có thể đặt chúng theo một trong hai cách.

• Bắt đầu với ba ohm 10K (nâu - đen - cam - vàng), ở một vài vị trí trên bảng (xem hình). Đây là những điện trở "kéo lên" giữ tín hiệu ở mức 5V trừ khi chúng được chủ động kéo xuống thấp.
• Cặp 22 ohm (đỏ - đỏ - đen - vàng) nằm ở góc trên bên trái. Đây là một phần của mạch giao tiếp USB.
• Cặp 470 ohm (Vàng, Tím, Nâu, Vàng) là những cặp tiếp theo giảm xuống. Đây là các điện trở giới hạn hiện tại cho đèn LED RX / TX.
• Đơn 4,7K ohm (Vàng, Tím, Đỏ, Vàng). Một bóng lẻ cho tín hiệu FTDI VCC.
• Và cuối cùng là một cặp ohm 1K (Nâu, Đen, Đỏ, Vàng). Đây là các điện trở giới hạn hiện tại cho nguồn và đèn LED D13 (330 ohm sẽ hoạt động, nhưng tôi không thích chúng quá sáng).

Bước 4: Diode

Tiếp theo, chúng ta có một diode bảo vệ mạch khỏi dòng điện ngược từ giắc cắm nguồn. Hầu hết, nhưng không phải tất cả các thành phần sẽ phản ứng kém với phân cực ngược.

Nó có một cực được đánh dấu bằng một dải bạc ở một đầu.

Khớp nó với đánh dấu màn hình lụa và hàn tại chỗ.

Bước 5: Bộ điều chỉnh điện áp (5V)

Có hai bộ điều chỉnh điện áp, và bộ điều chỉnh chính là 7805 sẽ điều chỉnh 12 volt từ giắc cắm xuống 5 volt mà Atmega 328 cần. Có các tính năng đồng lớn trên bảng mạch in giúp tản nhiệt tốt. Uốn cong các dây dẫn sao cho mặt sau chạm vào bảng với lỗ được căn chỉnh với lỗ trong một phần và hàn đúng vị trí.

Bước 6: Ổ cắm

Các ổ cắm cho phép các chip IC được lắp vào và tháo ra mà không cần hàn. Tôi coi chúng như một món bảo hiểm vì chúng rẻ và cho phép bạn thay thế một con chip bị nổ hoặc định hướng lại vi mạch nếu bị lạc hậu. Họ có một divot ở một đầu để hiển thị hướng của con chip, vì vậy hãy khớp nó với màn hình lụa. Hàn hai chân và sau đó kiểm tra xem nó đã được đặt đúng vị trí chưa trước khi hàn các chân còn lại.

Bước 7: Nút

Arduino thường có nút đặt lại để khởi động lại chip nếu nó bị treo hoặc cần khởi động lại. Của bạn ở góc trên bên trái. Nhấn nó vào vị trí và hàn.

Bước 8: Đèn LED

Có một số đèn LED để chỉ trạng thái. Đèn LED có một cực tính. Chân dài là cực dương, hay còn gọi là cực dương, đi trong phần đệm tròn với dấu "+" bên cạnh. Chân ngắn là cực âm, hoặc cực âm, và đi trong miếng đệm hình vuông.

Màu sắc là tùy ý, nhưng tôi thường sử dụng:

• Màu vàng cho RX / TX nhấp nháy khi chip đang giao tiếp hoặc được lập trình.
• Màu xanh lá cây cho đèn LED D13 mà chương trình có thể sử dụng để biểu thị các sự kiện.
• Màu đỏ để hiển thị nguồn 5 volt khả dụng qua USB hoặc giắc cắm nguồn.

Bước 9: Tụ gốm

Tụ gốm không có cực tính.

Tụ điện làm mịn nguồn thường được sử dụng để loại bỏ quá độ từ nguồn điện cho chip. Các giá trị thường được chỉ định trong bảng dữ liệu của thành phần.

Mỗi chip IC trong thiết kế của chúng tôi có một tụ điện 0,1uF để làm mượt nguồn điện.

Có hai tụ điện 1uF để làm mượt nguồn xung quanh bộ điều chỉnh 3,3 volt.

Ngoài ra, có một tụ điện 1uF giúp xác định thời gian của chức năng thiết lập lại phần mềm.

Bước 10: Tụ điện

Tụ điện có cực tính phải được quan sát. Chúng thường có giá trị lớn hơn so với tụ gốm, nhưng trong trường hợp này, chúng tôi có tụ điện 0,33 uF để làm mượt nguồn xung quanh bộ điều chỉnh 7805.

Chân dài của thiết bị là dương và đi trong miếng đệm hình vuông có dấu "+". Những thứ này có xu hướng "bật ra" nếu được đặt ở phía sau, vì vậy hãy làm đúng cách nếu không bạn sẽ cần một người thay thế.

Bước 11: 3.3 Bộ điều chỉnh điện áp

Trong khi chip Atmega chạy trên 5 volt, chip FTDI USB cần 3,3 volt để hoạt động chính xác. Để cung cấp điều này, chúng tôi sử dụng MCP1700 và vì nó yêu cầu rất ít dòng điện, nó nằm trong gói TO-92-3 nhỏ như bóng bán dẫn thay vì gói TO-220 lớn như 7805.

Thiết bị có một mặt phẳng. Khớp nó với màn hình lụa và điều chỉnh chiều cao thành phần khoảng một phần tư inch trên bảng. Hàn tại chỗ.

Bước 12: Tiêu đề

Vẻ đẹp của Arduino là dấu chân và sơ đồ chân được chuẩn hóa. Các tiêu đề cho phép cắm các "lá chắn" cho phép nhanh chóng thay đổi các cấu hình cứng khi cần thiết.

Tôi thường hàn một chân của mỗi tiêu đề và sau đó kiểm tra sự liên kết trước khi hàn các chân còn lại.

Bước 13: Bộ cộng hưởng

Chip Atmega có bộ cộng hưởng bên trong có thể chạy ở các tần số khác nhau lên đến 8 Mhz. Nguồn thời gian bên ngoài cho phép chip chạy tối đa 20 Mhz, nhưng Arduino tiêu chuẩn sử dụng 16 Mhz, đây là tốc độ tối đa của các chip Atmega8 được sử dụng trong thiết kế ban đầu.

Hầu hết các tinh thể của Arduino sử dụng, chính xác hơn, nhưng chúng yêu cầu các tụ điện bổ sung. Tôi quyết định sử dụng một bộ cộng hưởng, đủ chính xác cho hầu hết các công việc. Nó không có phân cực, nhưng tôi thường hướng phần đánh dấu ra bên ngoài để các nhà sản xuất tò mò có thể cho bạn biết bạn đang chạy một thiết lập tiêu chuẩn.

Bước 14: Cầu chì

Hầu hết Arduino không có cầu chì, nhưng bất kỳ Nhà sản xuất nào đang học sẽ khá thường xuyên (ít nhất là trong trường hợp của tôi) kết nối mọi thứ không chính xác. Một cầu chì đơn giản có thể cài đặt lại sẽ giúp không giải phóng "khói ma thuật" cần thay chip. Cầu chì này sẽ mở nếu kéo quá nhiều dòng điện và sẽ tự đặt lại khi nó nguội đi. Nó không có cực, và các đường gấp khúc ở chân giữ nó ở trên bảng.

Bước 15: Tiêu đề

Hai tiêu đề nữa, cái này có ghim đực. Gần đầu nối USB là ba chân cho phép chuyển đổi giữa nguồn USB và giắc cắm bằng cách sử dụng một jumper. Một UNO có khả năng tự động làm điều này, nhưng tôi không thể tái tạo điều đó ở dạng xuyên lỗ.

Tiêu đề thứ hai là tiêu đề "trong lập trình hệ thống" sáu chân. Điều này cho phép kết nối một lập trình viên bên ngoài để lập trình lại Atmega trực tiếp nếu cần. Nếu bạn mua bộ công cụ của tôi, chip đã được tải phần sụn hoặc Atmega có thể được tháo ra khỏi ổ cắm và đặt trực tiếp vào ổ cắm lập trình, vì vậy tiêu đề này hiếm khi được sử dụng và do đó là tùy chọn.

Bước 16: Jack nguồn

Thay vì USB, giắc cắm tiêu chuẩn 5,5 x 2,1 mm có thể được sử dụng để mang lại nguồn điện bên ngoài. Điều này cung cấp pin được đánh dấu "Vin" và cấp nguồn cho bộ điều chỉnh điện áp 7805 tạo ra 5 volt. Chân trung tâm là tích cực và đầu vào có thể lên đến 35V, mặc dù 12V là điển hình hơn.

Bước 17: USB

Các Arduinos mới hơn như Leonardo sử dụng kết nối micro USB, nhưng kết nối USB B ban đầu mạnh mẽ và rẻ tiền và bạn có thể có rất nhiều cáp đặt xung quanh. Hai tab lớn không được kết nối điện, nhưng được hàn để có độ bền cơ học.

Bước 18: Chip

Thời gian để cài đặt các chip. Xác minh định hướng. Nếu ổ cắm ở phía sau, chỉ cần đảm bảo chip phù hợp với các dấu hiệu in lụa. Theo định hướng mà chúng tôi đang làm việc, hai chip dưới cùng được lộn ngược.

Chèn chip sao cho các chân thẳng hàng với các giá đỡ. IC đến từ sản xuất với các chân hơi xoè ra, vì vậy sẽ cần phải được uốn cong theo chiều dọc. Điều này thường đã được thực hiện cho bạn trong bộ dụng cụ của tôi. Khi bạn đã chắc chắn về hướng, hãy ấn nhẹ cả hai mặt của chip. Kiểm tra để đảm bảo rằng không có chân nào bị gập lại do vô tình.

Bước 19: Nhấp nháy Bootloader

Bộ nạp khởi động là một đoạn mã nhỏ trên chip cho phép tải mã dễ dàng qua USB. Nó chạy trong vài giây đầu tiên khi bật nguồn để tìm kiếm các bản cập nhật, sau đó khởi chạy mã hiện có.

Arduino IDE làm cho việc nhấp nháy phần sụn dễ dàng, nhưng nó yêu cầu một lập trình viên bên ngoài. Tôi sử dụng Bộ lập trình AVR của riêng mình và tất nhiên sẽ bán cho bạn một bộ dụng cụ cho việc đó. Nếu bạn có một lập trình viên, bạn không thực sự cần Arduino vì bạn có thể lập trình chip trực tiếp. Giống như một thứ gà và trứng.

Một lựa chọn khác là mua Atmega với bộ nạp khởi động đã có trên nó:

Tôi sẽ chỉ cho bạn các hướng dẫn chính thức về Arduino vì nó có thể dễ dàng biến thành Có thể hướng dẫn riêng nếu chúng ta không cẩn thận:

Bước 20: Cài đặt Power Jumper và kết nối

Jumper nguồn là một cách thủ công để chọn nguồn điện giữa 5 volt từ USB hoặc giắc cắm nguồn. Arduinos tiêu chuẩn có mạch để chuyển đổi tự động, nhưng tôi không thể thực hiện nó dễ dàng với các bộ phận lỗ.

Nếu jumper không được cài đặt, sẽ không có điện. Nếu bạn chọn giắc cắm và không có gì được cắm vào, thì sẽ không có điện. Đó là lý do tại sao có một đèn LED màu đỏ để hiển thị cho bạn nếu bạn có điện.

Ban đầu, bạn muốn xem Arduino có giao tiếp qua USB hay không, vì vậy hãy đặt jumper vào cài đặt đó. Cắm Arduino của bạn vào máy tính của bạn một cách cẩn thận. Nếu bạn nhận được "thiết bị USB không được công nhận", hãy rút phích cắm và bắt đầu xử lý sự cố.

Nếu không, hãy sử dụng Arduino IDE của bạn để tải lên bản phác thảo nhấp nháy cơ bản. Sử dụng "Arduino UNO" làm bảng. Làm theo hướng dẫn tại đây:

Bước 21: Khắc phục sự cố

Khi bật nguồn ban đầu, bạn luôn tìm kiếm các dấu hiệu thành công hay thất bại và sẵn sàng rút bo mạch nhanh chóng nếu mọi thứ không diễn ra như mong đợi. Đừng buông lỏng trái tim nếu thành công không phải là ngay lập tức. Trong các hội thảo của mình, tôi cố gắng khuyến khích:

• Kiên nhẫn, điều này không phải lúc nào cũng dễ dàng, nhưng thường xứng đáng.
• Kiên trì, bạn sẽ không giải quyết được vấn đề nếu bạn bỏ cuộc.
• Thái độ Tích cực, bạn có thể tìm ra điều này, ngay cả khi bạn cần giúp đỡ để làm như vậy.

Khi tôi đang gặp khó khăn với một vấn đề, tôi luôn tự nhủ với bản thân rằng nó càng khó giải quyết thì phần thưởng hay sự học hỏi sẽ càng lớn cho việc giải quyết nó.

Với ý nghĩ đó, hãy bắt đầu với những thứ đơn giản:

• Kiểm tra các mối nối hàn ở mặt sau của bo mạch, sửa lại bất kỳ mối nối nào có vẻ nghi ngờ.
• Kiểm tra xem các chip IC có đúng hướng và không có dây dẫn nào bị gập vào khi lắp vào.
• Đèn LED màu đỏ có sáng khi cắm điện không? Nếu không, hãy kiểm tra dây nối nguồn và khớp hàn USB của bạn.
• Kiểm tra xem các thành phần khác có cực tính có được định hướng chính xác hay không.
• Tìm các manh mối khác như thông báo lỗi hoặc các thành phần bị nóng.

Nếu bạn vẫn gặp khó khăn, hãy yêu cầu sự giúp đỡ. Tôi viết những cuốn sách hướng dẫn vì tôi muốn dạy và giúp đỡ những ai muốn học. Cung cấp mô tả tốt về các triệu chứng và những bước bạn đã thực hiện để tìm lỗi. Một bức ảnh có độ phân giải cao của mặt trước và mặt sau của bảng cũng có thể hữu ích. Khong bao gio bo cuoc. Mỗi cuộc đấu tranh là một bài học.