Cách sử dụng Tinkercad để kiểm tra & triển khai phần cứng của bạn: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Mô phỏng mạch là một kỹ thuật mà phần mềm máy tính mô phỏng hoạt động của một mạch điện tử hoặc hệ thống. Các thiết kế mới có thể được kiểm tra, đánh giá và chẩn đoán mà không cần thực sự xây dựng mạch hoặc hệ thống. Mô phỏng mạch có thể là một công cụ hữu ích trong việc xử lý sự cố hệ thống để thu thập dữ liệu trước khi xử lý sự cố cấp mạch thực sự diễn ra. Điều này cho phép nhà thiết kế xác định tính đúng đắn và hiệu quả của thiết kế trước khi hệ thống thực sự được xây dựng. Do đó, người dùng có thể khám phá giá trị của các thiết kế thay thế mà không thực sự xây dựng hệ thống. Bằng cách điều tra tác động của các quyết định thiết kế cụ thể trong giai đoạn thiết kế hơn là giai đoạn xây dựng, chi phí xây dựng tổng thể của hệ thống giảm đi đáng kể.

Vì vậy, mô phỏng phần mềm là một cách tốt để thử trước khi tạo mạch về mặt vật lý. Tinkercad là một công cụ mô phỏng dựa trên web sẽ giúp bạn kiểm tra phần cứng cũng như phần mềm của mình mà không cần thực hiện bất kỳ kết nối vật lý nào hoặc thậm chí không cần mua bất kỳ phần cứng nào.

Bạn đã bao giờ cảm thấy thiếu chân cắm đầu vào - đầu ra trên Arduino chưa? Nếu bạn nghĩ sử dụng hàng tấn LED hoặc muốn tạo LED Cube, tôi nghĩ bạn chắc chắn cảm thấy muốn có các chân I / O. Bạn có biết bạn có thể điều khiển số lượng đèn LED không giới hạn chỉ bằng 3 chân của Arduino không? Vâng, thanh ghi dịch chuyển sẽ giúp bạn thực hiện điều kỳ diệu này. Trong hướng dẫn này, tôi sẽ chỉ cho bạn cách chúng ta có thể triển khai đầu vào và đầu ra không giới hạn bằng cách sử dụng các thanh ghi dịch chuyển 74HC595. Ví dụ, tôi sẽ tạo một đồng hồ kỹ thuật số với nhiệt kế và đồng hồ đo lux sử dụng màn hình hiển thị sáu 7 đoạn. Cuối cùng trước khi tạo mạch phần cứng, tôi đã mô phỏng mạch trong Tinkercad vì có rất nhiều kết nối liên quan đến chúng. Mô phỏng có thể giúp bạn tự tin hơn và bạn có thể kiểm tra hoàn thiện mạch của mình mà không gặp bất kỳ thử nghiệm và sai sót vật lý nào. Rõ ràng, nó sẽ giúp bạn tiết kiệm phần cứng tốn kém và thời gian quý báu của mình.

Bạn có thể truy cập mô phỏng từ đây:

Bước 1: Lưu phần cứng của bạn khỏi bị ghi

Cũng giống như các mạch điện tử khác, mạch LED rất nhạy cảm với dòng điện. Đèn LED bị cháy nếu dòng điện chạy nhiều hơn dòng điện danh định (ví dụ: 20mA). Lựa chọn một điện trở thích hợp là rất quan trọng để có độ sáng thích hợp mà không làm cháy mạch hoặc đèn LED.

Mạch Tinkercad có một tính năng tuyệt vời. Nó cho bạn biết nếu nhiều hơn dòng định mức chạy qua các phần tử mạch. Trong mạch sau đây, tôi đã kết nối trực tiếp màn hình hiển thị bảy đoạn với thanh ghi dịch chuyển mà không cần bất kỳ điện trở nào. Nó không an toàn cho thanh ghi ngay cả đối với màn hình bảy đoạn và cả hai đều có thể bị đốt cháy bởi kết nối này. Tinkercad cho thấy thực tế bởi các ngôi sao màu đỏ.

Trong mạch sau đây, tôi đã thêm một điện trở 180 ohm vào mỗi đoạn của đèn LED. Dòng điện khoảng 14,5mA chạy qua mỗi đoạn của màn hình được lưu cho màn hình. Nhưng từ mô phỏng, có thể thấy rằng giá trị điện trở này không an toàn cho vi mạch. Công suất hiện tại tối đa của thanh ghi ca là 50mA. Vì vậy, IC an toàn lên đến ba trên phân đoạn của màn hình (14,5 x 3 = 43,5mA). Nếu có nhiều hơn ba đoạn trên IC có thể bị đốt cháy (ví dụ: 14,5 x 4 = 58mA). Hầu hết các nhà sản xuất không chú ý đến thực tế này. Họ tính toán giá trị điện trở chỉ xem xét màn hình.

Nhưng nếu họ mô phỏng mạch trong Tinkercad thì khả năng mắc lỗi này sẽ bằng không. Bởi vì Tinkercad sẽ cảnh báo bạn bằng cách hiển thị ngôi sao màu đỏ.

Bạn có thể quan sát tình huống di con trỏ chuột vào ngôi sao như hình bên dưới.

Thiết kế sau đây là hoàn hảo khi tôi chọn điện trở 470 ohm cho mỗi phân đoạn của màn hình. Bản phác thảo Arduino tùy chỉnh được sử dụng khi mô phỏng mạch.

Bước 2: Đo điện áp, dòng điện, điện trở và hình dạng sóng

Đo dòng điện và điện áp là một rắc rối lớn đối với mạch điện tử, đặc biệt là phải thực hiện nhiều phép đo song song. Mô phỏng Tinkercad có thể giải quyết vấn đề này rất dễ dàng. Bạn có thể đo điện áp và điện trở hiện tại rất dễ dàng. Bạn có thể làm điều này cho nhiều chi nhánh cùng một lúc. Thiết lập sau đây cho thấy tổng dòng điện và điện áp của mạch.

Bạn cũng có thể sử dụng máy hiện sóng để quan sát hình dạng sóng và đo tần số.

Trong máy hiện sóng thiết lập ở trên hiển thị tín hiệu đồng hồ từ Arduino. Bạn cũng có thể đo dòng điện và điện áp của nhiều nhánh một lúc rất hiệu quả. Nếu bạn muốn đo dòng điện nhiều nhánh cùng một lúc bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng từ một mạch thực tế sẽ rất khó. Nhưng trong Tinkercad, bạn có thể làm điều đó rất dễ dàng. Trong mạch sau đây, tôi đã sử dụng nhiều ampe kế để đo dòng điện từ các nhánh khác nhau.

Bước 3: Viết chương trình & sử dụng màn hình nối tiếp

Một trong những tính năng thú vị và hữu ích của mạch Tinkercad là nó có một trình soạn thảo mã và bạn có thể viết chương trình cho Arduino và ESP8266 trực tiếp từ môi trường của nó. Bạn cũng có thể phát triển một chương trình sử dụng môi trường đồ họa bằng cách chọn Chế độ chặn. Nó rất hữu ích cho nhà sản xuất & người yêu thích không có kinh nghiệm lập trình.

Nó cũng có một Trình gỡ lỗi tích hợp để bạn có thể gỡ lỗi mã của mình. Trình gỡ lỗi sẽ giúp bạn xác định lỗi (lỗi) trong mã của bạn và sửa (gỡ lỗi) nó.

Mạch Tinkercad cũng có màn hình nối tiếp và bạn có thể theo dõi giá trị cảm biến và gỡ lỗi mạch của bạn rất dễ dàng. Mạch sau được sử dụng để kiểm tra PIR & cảm biến siêu âm và bật = bảo tồn dữ liệu trong màn hình nối tiếp.

Bạn có thể truy cập mạch từ liên kết:

Bước 4: Mô phỏng mạch lớn và phức tạp (Đồng hồ có nhiệt kế & đồng hồ đo Lux)

Trong Tinkercad, bạn có thể mô phỏng bất kỳ mạch phức tạp nào trước khi thực hiện nó. Nó có thể giúp bạn tiết kiệm thời gian quý báu. Khả năng mắc lỗi trong một mạch phức tạp là rất lớn. Nếu bạn kiểm tra nó trong Tinkercad trước, nó có thể rất hiệu quả vì bạn biết mạch và chương trình của bạn có hoạt động hay không. Từ kết quả, bạn cũng có thể sửa đổi và cập nhật mạch của mình theo yêu cầu của bạn.

Tôi đã mô phỏng một mạch phức tạp trong Tinkercad và nó là một mạch đồng hồ với nhiệt kế và đồng hồ đo lux. Mạch được cấp nguồn từ pin 9V với bộ điều chỉnh 5V. Màn hình sáu, bảy phân đoạn được sử dụng để hiển thị thời gian với giờ, phút và giây. Bốn nút sử dụng đầu vào analog duy nhất được sử dụng để điều chỉnh thời gian. Một bộ rung được kết nối để đặt báo thức. IC LM35 được sử dụng để hiển thị cảm nhận nhiệt độ của môi trường. Một cảm biến ánh sáng xung quanh được sử dụng để đo lux.

Công tắc nút kỹ thuật số được sử dụng cho chân # 7 của Arduino. Nút chuyển đổi này được sử dụng để thay đổi tùy chọn. Theo mặc định, nó hiển thị thời gian hoặc hoạt động ở chế độ đồng hồ. Đối với lần nhấn đầu tiên, nó hiển thị nhiệt độ và hiển thị mức lux cho lần nhấn thứ hai.

Bước 5: Triển khai với phần cứng

Sau khi mô phỏng mạch và điều chỉnh chương trình và giá trị điện trở, đây là thời điểm hoàn hảo để thực hiện mạch thực tế. Một mạch thực tế có thể được thực hiện trên breadboard nếu bạn muốn tạo một nguyên mẫu để trưng bày ở đâu đó. Mạch Breadboard có một số ưu điểm và nhược điểm. Ưu điểm chính của mạch breadboard là nó có thể dễ dàng sửa đổi và không cần hàn. Mặt khác, kết nối của mạch breadboard có thể bị lỏng rất dễ dàng và rất khó xác định đối với một mạch phức tạp.

Nếu bạn muốn làm cho nó để sử dụng thực tế, mạch PCB được hàn là tốt nhất. Bạn có thể tự làm mạch PCB tại nhà rất dễ dàng. Không có công cụ đặc biệt nào được yêu cầu cho việc đó. Nếu bạn muốn biết về PCB Tự làm, bạn có thể theo dõi các Tài liệu hướng dẫn hay này.

1. Home-made-PCB-by-step by recwap.

2. Hướng dẫn chế tạo PCB bằng pinomelean

Bạn cũng có thể đặt hàng trực tuyến cho một PCB chuyên nghiệp. Một số nhà sản xuất cung cấp dịch vụ in PCB với giá rất thấp. SeeedStudio Fusion PCB và JLCPCB là hai nhà cung cấp dịch vụ nổi bật nhất. Bạn có thể thử một trong số này.

[Lưu ý: Một số hình ảnh được sưu tầm từ internet.]

Giải nhì trong Thử thách thủ thuật & mẹo điện tử