Cách xây dựng một nhà lập trình ISP USBTiny: bằng cách sử dụng máy phay CNC PCB: 13 bước (có hình ảnh)

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

Bạn đã nghĩ về cách xây dựng dự án điện tử của riêng mình từ đầu chưa?

Làm các dự án điện tử thật là thú vị và vui vẻ đối với chúng tôi, những người làm ra. Nhưng hầu hết các nhà sản xuất và người đam mê phần cứng, những người chỉ mới bước đi trước văn hóa nhà sản xuất đã xây dựng các dự án của họ bằng bảng phát triển, bảng mạch và mô-đun. Bằng cách này, chúng tôi có thể xây dựng phiên bản nguyên mẫu nhanh chóng cho dự án của mình. Nhưng nó sẽ có kích thước lớn và lộn xộn với các dây dẫn trên breadboard. Trường hợp tương tự khi sử dụng bảng mạch Generic PCB, nó trông cũng lộn xộn và thiếu chuyên nghiệp!

Vì vậy, làm thế nào chúng ta có thể xây dựng các dự án của mình một cách thuận tiện hơn?

Cách tốt nhất để sử dụng PCB độc lập cho dự án của chúng tôi!

Thiết kế và sản xuất PCB cho dự án của chúng tôi là cách tốt hơn và thuận tiện hơn để thể hiện sự chuyên nghiệp và chuyên môn của bạn !. Chúng tôi có thể giảm thiểu kích thước dự án của mình thành một kích thước tương thích và hình dạng tùy chỉnh, PCB trông gọn gàng và kết nối chắc chắn là một số lợi thế.

Vì vậy, vấn đề là, làm thế nào chúng ta xây dựng một PCB hiệu quả về chi phí và thời gian?

Chúng tôi có thể gửi thiết kế của chúng tôi đến một nhà sản xuất PCB để sản xuất thiết kế PCB của chúng tôi, nhưng cần phải có thời gian và túi tiền của bạn. Một phương pháp khác là thực hiện phương pháp truyền mực bằng máy in laser và giấy ảnh. Nhưng cũng cần thời gian để thực hiện và kiểm tra mức độ bệnh nhân của bạn và bạn cũng cần một điểm đánh dấu vĩnh viễn để vá những phần không được khắc. Tôi đã sử dụng phương pháp này rất nhiều thời gian và tôi ghét nó.

Vì vậy, cách tốt nhất là gì?

Trong trường hợp của tôi, Cách tốt nhất để sử dụng máy phay CNC để chế tạo PCB của bạn. Máy phay PCB cung cấp cho bạn PCB chất lượng tốt và mất ít thời gian hơn, ít tài nguyên hơn và là cách rẻ nhất để sản xuất nguyên mẫu PCB!

Vì vậy, hãy xây dựng một lập trình USBtiny ISP bằng cách sử dụng máy phay CNC!

Không cần làm gì thêm, chúng ta hãy bắt đầu!

Bước 1: Bạn Không Muốn Giàu Có

Có thật không! bạn không muốn mua một máy phay PCB. Hầu hết chúng ta không có đủ kinh phí để mua một chiếc máy đắt tiền như thế này. Tôi thậm chí không có một cái.

Vậy, làm cách nào để truy cập vào một máy tính? Đơn giản, tôi chỉ cần truy cập fablab, không gian nhà sản xuất hoặc không gian tin tặc ở địa phương của mình! Trong trường hợp của tôi, tôi chỉ cần truy cập vào một máy tính và sử dụng máy tính với giá rẻ. Vì vậy, hãy tìm một địa điểm như fablab hoặc không gian nhà sản xuất tại địa phương của bạn. Đối với tôi, giá là 48 ¢ / giờ cho việc sử dụng máy phay PCB. Giá cả có thể thay đổi tùy theo địa phương của bạn. Vì vậy, như tôi đã nói, bạn không muốn giàu!

Bước 2: Hóa đơn nguyên vật liệu

Danh sách thành phần

• 1 x vi điều khiển Attiny 45/85 (gói SOIC)
• 2 x 499 Ohms
• 2 x 49 Ohms
• 2 x 1K
• 2 x 3.3 Điốt Zener
• Tụ điện 1 x 0,1mf
• 1 x dẫn màu xanh lam
• 1 x đèn led xanh
• 1 x 2x3 chân cắm đầu đực (smd)
• Cáp Ribbon 1 x 20cm 6wire
• Đầu nối cáp ruy băng IDC 2 x 2x3 Female Header
• 1x 4cm x 8cm FR4 Đồng mạ

Xin lưu ý: (Điện trở, tụ điện, điốt và đèn led được sử dụng trong dự án này là gói 1206)

Yêu cầu công cụ

• Trạm hàn hoặc mỏ hàn (Đầu siêu nhỏ)
• Dây dẫn hàn
• Nhíp (đầu nhỏ)
• Bấc tàn nhẫn
• Công cụ thứ ba
• Đồng hồ vạn năng
• Tua dây
• Máy vắt khói (Tùy chọn)

Yêu cầu máy móc

Modela MDX20 (Bất kỳ máy phay PCB nào cũng thực hiện công việc, nhưng phần mềm điều khiển công việc sẽ thay đổi)

Tải xuống các tài nguyên cho dự án này!

Bước 3: Máy Phay PCB là gì?

Máy phay PCB là một máy CNC (Máy tính Điều khiển Số) được sử dụng để chế tạo các nguyên mẫu PCB. Máy phay PCB là máy xay xát loại bỏ các phần đồng của lớp bọc đồng để tạo ra các vết và miếng đệm của PCB. Máy phay PCB đi kèm với chuyển động cơ học ba trục (X, Y, Z). Mỗi trục được điều khiển bởi một động cơ bước cho các chuyển động chính xác. Các chuyển động trục này được điều khiển bởi một chương trình máy tính bằng cách đưa ra các lệnh G-code. Gcode đang sử dụng rộng rãi các ngôn ngữ lập trình điều khiển số, hầu hết các máy đang sử dụng mã g để điều khiển trục của máy. Một đầu dao (thường là một bit phay) được kết nối với các trục này sẽ xay ra PCB.

: - Máy đang sử dụng là máy phay CNC MODELA MDX20.

Máy phay PCB Modela MDX 20

Modela MDX20 là máy phay PCB. Modela MDX20 thường được sử dụng để chế tạo PCB nhưng chúng tôi cũng có thể làm khuôn, khắc, vv… Modela có thể gia công trên các vật liệu khác nhau như Ván ép, Wax, Acrylic, Vật liệu PCB khác nhau như Fr1 Fr4, v.v. Modela có trọng lượng nhẹ và có kích thước nhỏ. Chúng tôi có thể đặt nó trên một máy tính để bàn nhỏ. Giường (bề mặt phay) được gắn với trục Y và đầu dao được gắn với X và Z. Điều đó có nghĩa là chuyển động của giường được điều khiển bởi trục Y và chuyển động của đầu dao được điều khiển bởi trục X và đầu dao được điều khiển bởi trục Z. Modela có chương trình máy tính riêng. Nhưng tôi đang sử dụng một chương trình Linux có tên FABModules. Các mô-đun FAB giao tiếp với Modela để điều khiển quá trình cắt và phay. Mô-đun Fab không bao giờ tự động đặt trục X, Y, Z, chúng ta cần đặt chúng theo cách thủ công.

Bước 4: Bắt đầu với Modela MDX20

Nếu tôi muốn nghiền PCB của mình, trong trường hợp này là một lập trình viên FabISP. Đầu tiên tôi cần một bố cục thiết kế PCB và một bố cục phác thảo PCB. Quá trình xay xát PCB là một quá trình gồm hai giai đoạn. Trong giai đoạn đầu tiên, tôi cần phải xử lý các dấu vết và miếng đệm của PCB và trong giai đoạn thứ hai, tôi cần phải cắt ra phác thảo PCB. Sử dụng mô-đun fab, chúng tôi có thể chuyển đổi bố cục thiết kế PCB-p.webp

Đặc điểm kỹ thuật chung

• Không gian làm việc: 203,2 x 152,4 mm
• Hành trình trục Z: 60,5mm
• Tốc độ trục chính: 6500RPM

Phay Bits để sử dụng

• Phay Bit: 1/64 inch (0,4 mm) bit
• Bit cắt: 1/32 inch (0,8 mm) bit

Bước 5: ISP (IN - System - Programmer) là gì?

In System Programmer (ISP) còn được gọi là In-Circuit Serial Programmer (ICSP) là một nhà lập trình vi điều khiển. ISP sẽ đọc các hướng dẫn và lệnh từ USB máy tính và gửi đến Vi điều khiển thông qua giao diện ngoại vi nối tiếp (SPI). Đơn giản là các thiết bị ISP cho phép chúng ta giao tiếp với vi điều khiển bằng các đường SPI. SPI là cách giao tiếp trong vi điều khiển. Mọi thiết bị ngoại vi và giao diện được kết nối đều giao tiếp với vi điều khiển thông qua SPI. Là một người đam mê điện tử, điều đầu tiên tôi nghĩ đến khi nói về ISP là MISO, MOSI SCK. Ba chân này là những chân quan trọng.

Đơn giản, ISP được sử dụng để ghi các chương trình vào bộ vi điều khiển và cũng được sử dụng để giao tiếp với bộ vi điều khiển của bạn!

Bước 6: USBTiny ISP: Sơ đồ và Bố cục PCB

USBTiny ISP

USBTiny ISP là một trình lập trình USB AVR mã nguồn mở đơn giản và giao diện SPI. Nó có chi phí thấp, dễ làm, hoạt động hiệu quả với avrdude, tương thích với AVRStudio và được thử nghiệm trên Windows, Linux và MacOS X. Hoàn hảo cho sinh viên và người mới bắt đầu hoặc là một lập trình viên sao lưu.

Tất cả các thành phần được sử dụng trong dự án này Thành phần SMD. Bộ não của USBTinyISP là một bộ vi điều khiển Attiny45.

Bộ vi điều khiển ATtiny 45

Bộ vi điều khiển đang sử dụng trong USBTinyISP là Attiny 45. Attiny45 là bộ vi điều khiển AVR 8-bit công suất thấp và hiệu suất cao chạy trên Kiến trúc RISC của Atmel (vi mạch được Atmel mua lại gần đây). Attiny 45 có trong một gói 8 pin. Attiny 45 có 6 chân I / O, Ba trong số đó là chân ADC (10 bit ADC) và hai chân còn lại là chân Digital hỗ trợ PWM. Nó đi kèm với bộ nhớ flash 4KM, 256 EEPROM có thể lập trình trong hệ thống và 256B SRAM. Điện áp hoạt động khoảng 1.8V đến 5.5v 300mA. Attiny 45 hỗ trợ Giao diện nối tiếp đa năng. Cả phiên bản SMD và phiên bản THT đều có sẵn trên thị trường. Attiny 85 là phiên bản cao hơn của Attiny 45, Chúng gần như giống nhau. Sự khác biệt duy nhất là ở bộ nhớ Flash, Attiny 45 có flash 4KB và Attiny 85 có flash 8KB. Chúng ta có thể chọn Attiny 45 hoặc Attiny 85, Không phải vấn đề lớn nhưng Attiny 45 đủ để làm FabTinyISP. Xem tài liệu chính thức từ đây.

Bước 7: Thiết lập máy

Bây giờ chúng ta hãy chế tạo PCB bằng máy phay PCB. Tôi đã bao gồm bố cục Dấu vết và bố cục Cắt trong tệp zip, bạn có thể tải xuống tệp zip từ bên dưới.

Yêu cầu trước: Vui lòng tải xuống và cài đặt Fabmodules từ liên kết này

Fabmodules chỉ được hỗ trợ trong các máy Linux, tôi đang sử dụng Ubuntu!

Bước 1: Lớp tế bào

Trước hết, tấm làm việc của máy phay PCB (bàn phay AKA) là một tấm kim loại. Nó chắc chắn và được xây dựng tốt. Nhưng trong một số trường hợp, nó có thể làm hỏng khi cắt quá sâu do nhầm lẫn. Vì vậy, tôi đặt một lớp hy sinh trên đầu giường phay (một lớp mạ đồng được đặt trên đầu giường phay để tránh chạm vào các mảnh trong tấm kim loại).

Bước 2: Cố định bit phay 1/62 trong đầu dao

Sau khi đặt lớp hy sinh, Bây giờ tôi cần sửa lại bit phay (thường được sử dụng một bit phay 1/62) trong đầu dao. Tôi đã giải thích quy trình hai giai đoạn của quá trình phay PCB. Để phay các vết và miếng đệm của PCB, hãy sử dụng một mũi phay 1/64 và đặt nó lên đầu công cụ bằng phím Allen. Trong khi thay đổi các bit, hãy luôn chú ý đến các bit. Đầu của bit rất mỏng, nó có nhiều cơ hội bị gãy khi trượt khỏi tay chúng ta ngay cả khi đó là một cú ngã nhỏ. Để khắc phục tình trạng này, tôi đặt một miếng xốp nhỏ dưới đầu dụng cụ để bảo vệ khỏi những cú ngã vô tình.

Bước 3: Làm sạch lớp mạ đồng

Tôi đang sử dụng lớp mạ đồng FR1 cho dự án này. FR-1 có khả năng chịu nhiệt và bền hơn. Nhưng lớp phủ đồng sẽ bị oxy hóa nhanh chóng. Coppers là nam châm vân tay. Vì vậy, trước khi sử dụng lớp mạ đồng ngay cả khi nó là một lớp mới, tôi khuyên bạn nên làm sạch PCB bằng chất tẩy PCB hoặc axeton trước và sau khi phay PCB. Tôi đã sử dụng chất tẩy rửa PCB để làm sạch PCB.

Bước 4: Cố định lớp mạ Đồng trên bàn phay

Sau khi làm sạch lớp mạ đồng, đặt lớp mạ đồng lên phía trên của giường phay. Tôi đặt miếng đồng phủ trên bàn phay với sự trợ giúp của băng dính hai mặt. Băng dính hai mặt rất dễ tháo gỡ và chúng có sẵn với giá rẻ. Tôi dán băng dính hai mặt lên trên cùng của lớp tế bào. Sau đó đặt miếng đồng đã được ốp lên trên đầu băng dính.

Bước 8: Thiết lập mô-đun Fab và quy trình phay

Bước 1: Cấp nguồn cho máy và tải FabModules

bật nguồn máy và sau đó mở phần mềm mô-đun Fab trong hệ thống Linux (tôi đang sử dụng Ubuntu) bằng cách gõ lệnh dưới đây vào thiết bị đầu cuối Linux.

f ab

Sau đó, một cửa sổ mới sẽ bật lên. Chọn hình ảnh (.png) làm định dạng tệp đầu vào và định dạng đầu ra là Roland MDX-20 mill (rml). Sau đó, nhấp vào nút Make_png_rml.

Bước 2: Tải hình ảnh thiết kế PCB

Ở đầu cửa sổ mới, hãy chọn bit mà bạn sẽ sử dụng. sau đó tải định dạng-p.webp

Bước 3: Đặt các trục X, Y & Z

Chúng tôi vẫn chưa xong. Bây giờ nhấn nút View trên bảng điều khiển Modela MDX20. đảm bảo rằng các bit được chặt chẽ. nhấn một lần nữa nút xem để quay lại vị trí mặc định. Bây giờ đặt các vị trí X, Y bằng cách nhập các phép đo (phụ thuộc vào vị trí bảng của bạn) vào các hộp văn bản mong muốn. Tôi khuyên bạn nên ghi lại các vị trí X & Y ở đâu đó. Nếu có vấn đề gì xảy ra và bạn cần bắt đầu lại từ đầu, Bạn cần phải có các vị trí X&Y chính xác để tiếp tục quá trình phay của mình, nếu không nó sẽ rối tung lên.

Đưa đầu công cụ xuống bằng cách nhấn nút Xuống. Dừng lại khi đầu Công cụ chạm đến gần lớp bọc đồng. Sau đó, mất vít đầu dụng cụ và hạ xuống một chút cho đến khi nó chạm vào lớp đồng của đồng mạ. Sau đó vặn chặt vít trở lại và đưa đầu dụng cụ trở lại vị trí ban đầu bằng cách nhấn nút View. Bây giờ tất cả chúng ta đã thiết lập. Đóng Nắp an toàn của Modela và nhấp vào nút Gửi. Modela sẽ bắt đầu quá trình phay.

Phải mất ít nhất 10 đến 13 phút để nghiền các vết và miếng đệm. Sau khi kết thúc quá trình phay, tôi đã có một kết quả tốt.

Bước 4: Cắt bố cục phác thảo

Sau khi hoàn thành phay theo dấu vết, Cắt bố cục phác thảo PCB (chỉ đơn giản là hình dạng của PCB). Quá trình này gần như giống nhau. Để cắt bố cục, Thay đổi bit 1/64 thành 1/32 bit trong đầu công cụ. Sau đó tải tệp-p.webp

Bước 9: Hoàn thành PCB

Đây là PCB sau quá trình xay xát!

Bước 10: Hàn các thành phần trên PCB

Bây giờ tôi đã có một PCB hoàn chỉnh. tất cả những gì tôi cần làm là hàn các thành phần trên PCB. Đối với tôi, đó là một nhiệm vụ thú vị và dễ dàng.

Khi nói đến hàn, các thành phần xuyên lỗ rất dễ hàn khi so sánh với các thành phần SMD. Các thành phần SMD có kích thước nhỏ trong dấu chân của chúng. nó là một chút khó khăn để hàn cho người mới bắt đầu. Có rất nhiều khả năng mắc lỗi như hàn nguội đặt nhầm linh kiện và điều phổ biến nhất là làm cầu nối giữa các vết và miếng đệm. Nhưng mọi người đều có mẹo và thủ thuật hàn của riêng họ, mà họ đã học được từ kinh nghiệm của chính mình. điều này sẽ làm cho nhiệm vụ này trở nên thú vị và dễ dàng. Vì vậy, hãy dành thời gian của bạn để hàn các thành phần!

Đây là cách tôi thực hiện hàn

Tôi thường hàn Vi điều khiển và IC khác trước. Sau đó, tôi hàn các thành phần nhỏ như điện trở và tụ điện, v.v.

Cuối cùng, các thành phần, dây và chân cắm tiêu đề xuyên qua lỗ. Để hàn USBTinyISP của tôi, tôi làm theo các bước tương tự. Để hàn các SMD dễ dàng, Đầu tiên, tôi làm nóng mỏ hàn đến 350 ° C. Sau đó, thêm một số chất trợ dung hàn trên miếng đệm. Sau đó, làm nóng miếng đệm mà tôi muốn hàn các thành phần, sau đó tôi thêm một ít chất hàn vào một miếng đệm của miếng đệm linh kiện. Dùng nhíp nhổ thành phần và đặt lên miếng đệm và làm nóng miếng đệm trong 2-4 giây. Sau đó, hàn các miếng đệm còn lại. Nếu bạn tạo cầu nối giữa các chốt và vết hoặc cho nhiều chất hàn vào một bộ phận, hãy sử dụng dải bấc hàn để loại bỏ chất hàn không mong muốn. Tôi tiếp tục các bước tương tự cho đến khi PCB được hàn hoàn toàn mà không có vấn đề gì. Nếu có vấn đề gì xảy ra, trước tiên, tôi cẩn thận kiểm tra tất cả các dấu vết và các thành phần có bị đứt hoặc cầu nối bằng kính lúp và đồng hồ vạn năng. Nếu tôi tìm thấy, sau đó tôi sửa chữa nó!

Bước 11: Làm cáp ISP

Cách kết nối bộ vi điều khiển hoặc bộ lập trình ISP khác để cài đặt chương trình cơ sở. chúng ta cần một dây ribon sáu dòng với hai đầu nón 2x3 dây cái. Tôi đã sử dụng dây ruy-băng 4/3 feet 6 kênh và cẩn thận kết nối tiêu đề cái ở cả hai bên. Để làm đẹp, tôi đã sử dụng một chiếc kẹp G. xem hình ảnh.

Bước 12: Nhấp nháy chương trình cơ sở

Bây giờ chúng ta có thể cài đặt chương trình cơ sở tới ISP của mình. Để làm được điều đó, chúng ta cần một lập trình viên ISP khác. Tôi đã sử dụng một USBTinyISP khác, nhưng bạn có thể sử dụng Arduino làm ISP để thực hiện tác vụ này. Kết nối cả hai ISP bằng cách sử dụng trình kết nối ISP mà chúng tôi đã thực hiện trước đó. Sau đó kết nối USBinyISP (Cái mà chúng tôi đang sử dụng để lập trình) với máy tính. Đảm bảo ISP được phát hiện trong hệ thống của bạn bằng cách nhập lệnh dưới đây vào thiết bị đầu cuối Linux.

lsusb

Bước 1: Cài đặt chuỗi công cụ AVR GCC

Trước hết, chúng ta cần cài đặt chuỗi công cụ. Để làm điều đó, hãy mở một thiết bị đầu cuối Linux và nhập.

sudo apt-get install avrdude gcc-avr avr-libc make

Bước 2: Tải xuống và giải nén firmware

Bây giờ tải xuống và giải nén các tệp phần sụn. Bạn có thể tải về từ đây. Sau khi tải xuống tệp zip, hãy giải nén vào một vị trí tốt mà bạn có thể tìm thấy dễ dàng (để tránh nhầm lẫn không cần thiết).

Bước 3: Tạo tệp

Trước khi ghi phần sụn. chúng ta cần đảm bảo rằng makefile được định cấu hình cho vi điều khiển Attiny. Để làm điều này, hãy mở Makefile trong bất kỳ trình soạn thảo văn bản nào. sau đó xác nhận MCU = Attiny45. Xem hình ảnh bên dưới.

Bước 4: Flash chương trình cơ sở

Bây giờ chúng ta có thể cài đặt chương trình cơ sở tới ISP của mình. Để làm được điều đó, chúng tôi cần một lập trình viên ISP khác, như tôi đã nói trước đó. Tôi đã sử dụng FabTinyISP, mà tôi đã tạo trước đó. Nhưng bạn có thể sử dụng bất kỳ ISP nào hoặc sử dụng Arduino làm lập trình viên ISP. Kết nối cả hai ISP bằng cách sử dụng trình kết nối ISP mà tôi đã thực hiện trước đó. Sau đó, kết nối FabTinyISP (cái mà tôi sử dụng để lập trình ISP của mình) với máy tính. Đảm bảo rằng Isp được phát hiện trong hệ thống của bạn bằng cách gõ lệnh dưới đây trong thiết bị đầu cuối Linux.

lsusb

Bây giờ chúng tôi đã sẵn sàng để flash. Mở thiết bị đầu cuối trong đường dẫn thư mục của phần sụn được đặt và nhập "make" để tạo tệp.hex. Điều này sẽ tạo ra một. tệp hex mà chúng ta cần ghi vào Attiny 45.

Gõ lệnh dưới đây trong thiết bị đầu cuối Linux để cài đặt phần sụn cho bộ vi điều khiển.

làm đèn flash

Bước 5: Bật Fusebit

Như vậy là chúng ta đã hoàn thành việc flash firmware. Nhưng chúng ta cần kích hoạt cầu chì. Chỉ cần gõ vào

làm cầu chì

thiết bị đầu cuối để kích hoạt cầu chì bên trong.

Bây giờ chúng ta cần phải loại bỏ jumper hoặc vô hiệu hóa ghim đặt lại. Loại bỏ kết nối jumper là không bắt buộc, chúng tôi có thể vô hiệu hóa ghim đặt lại. Điều đó phụ thuộc vào bạn. Tôi chọn tắt ghim đặt lại.

Xin lưu ý: - Nếu bạn vô hiệu hóa chân đặt lại, thì chân đặt lại sẽ bị ngắt kết nối bên trong. Có nghĩa là bạn không thể lập trình nó nữa sau khi tắt ghim đặt lại.

Nếu bạn muốn vô hiệu hóa ghim đặt lại, hãy nhập lệnh bên dưới trong thiết bị đầu cuối.

rstdisbl

Bạn sẽ nhận được một thông báo thành công. Sau khi tải lên chương trình cơ sở thành công, tôi cần kiểm tra xem USBTinyISP có hoạt động bình thường không, để làm điều đó bạn cần nhập một lệnh trong thiết bị đầu cuối

sudo avrdude -c usbtiny -b9600 -p t45 -v

Sau khi nhập lệnh, sẽ nhận được phản hồi trở lại trong cửa sổ đầu cuối.

Bước 13: Chúng tôi đã hoàn tất

Giờ đây, bạn có thể xóa cả hai thiết bị khỏi máy tính và sử dụng USBtiny được tích hợp ngay bây giờ để lập trình vi điều khiển cho bạn từ bây giờ. Tôi đang sử dụng ISP này để flash các bản phác thảo Arduino của mình.