Xây dựng một Arduino DIY trên PCB và một số mẹo cho người mới bắt đầu: 17 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Điều này có nghĩa là một hướng dẫn cho bất kỳ ai hàn Arduino của riêng họ từ một bộ dụng cụ, có thể mua được từ A2D Electronics. Nó chứa nhiều mẹo và thủ thuật để xây dựng nó thành công. Bạn cũng sẽ tìm hiểu về những gì tất cả các thành phần khác nhau làm.

Đọc tiếp và tìm hiểu những gì cần thiết để xây dựng Arduino của riêng bạn!

Bạn cũng có thể xem dự án này trên trang web của tôi tại đây.

Bước 1: Đầu nối USB mini

Phần đầu tiên để hàn là đầu nối USB mini. Điều này sẽ cung cấp năng lượng cho arduino của bạn khi hoàn thành, nhưng cần có bộ chuyển đổi RS232 / USB sang Serial để lập trình nó. Ổ cắm mini USB đi vào trước để bạn có thể đặt nó vào, lật bảng sao cho các chân hướng lên trên, sau đó đặt nó xuống bàn. Trước khi lắp vào, hãy uốn cong bộ 2 chân mini về phía trước bo mạch một chút để nó vừa khít với các lỗ trên PCB. Trọng lượng của PCB sẽ giữ cố định đầu nối và bạn có thể hàn nó ngay tại đó.

Bước 2: Ghim tiêu đề

Các tiêu đề ghim là các phần tiếp theo để đi vào. Bạn nên có các tiêu đề nữ ở dạng 6pin x2, 8pin x2 và 10pin x1. Tiêu đề đực 3 × 2 cũng được yêu cầu cho tiêu đề ICSP (Lập trình nối tiếp mạch). Tất cả những thứ này đều đi xung quanh bên ngoài của bảng, và sẽ hoàn toàn phù hợp ở những vị trí thích hợp của chúng. Hàn chúng vào bằng phương pháp tương tự như ổ cắm USB, thực hiện từng tiêu đề một. Tất cả các tiêu đề phải hoàn toàn vuông góc với PCB. Để đạt được điều này, chỉ hàn một chốt của tiêu đề, sau đó trong khi giữ tiêu đề bằng tay, làm chảy chất hàn một lần nữa và đặt lại tiêu đề về vị trí vuông góc của nó. Đảm bảo rằng nó cũng nằm ngang với bảng trong suốt chiều dài. Giữ nó ở vị trí cho đến khi chất hàn cứng lại, sau đó tiếp tục hàn phần còn lại của các ghim.

Bước 3: Ổ cắm IC

Mẹo nhanh để hàn phần còn lại của các thành phần: Tất cả các dây dẫn linh kiện có thể được đặt qua bo mạch trước, sau đó uốn cong sang một bên để các thành phần sẽ nằm trong bo mạch khi lật nó lên. Điều này sẽ làm cho việc hàn dễ dàng hơn nhiều vì các thành phần sẽ tự giữ chúng ở vị trí.

Bắt đầu bằng cách đặt ổ cắm IC 28pin. Đảm bảo xếp thẳng hàng divot ở một đầu với hình vẽ trên PCB. Điều này cho bạn biết cách chèn bộ vi điều khiển AtMega328P. Mặc dù các chân trên ổ cắm này ngắn hơn điện trở hoặc tụ điện, chúng vẫn có thể được uốn cong để giữ linh kiện tại chỗ trong khi bạn đang hàn nó.

Bước 4: Điện trở

3 điện trở có thể đi tiếp theo. Không quan trọng chúng được đặt theo cách nào - điện trở không phân cực. Có 2 điện trở 1K ohm làm điện trở hạn chế dòng điện cho đèn LED và điện trở 10K ohm làm điện trở kéo lên trên đường đặt lại. Các điện trở 1K ohm được chọn cho đèn LED thay vì các điện trở 220 ohm phổ biến để đèn LED có dòng điện đi qua chúng thấp hơn, do đó hoạt động như một đèn báo hơn là đèn pin.

Bước 5: Đèn LED

Có 2 đèn LED, một đèn báo nguồn và đèn LED kia nằm trên chân 13 của Arduino. Chân dài hơn trên đèn LED đánh dấu cực dương (cực dương). Đảm bảo đặt chân dài hơn ở phía được đánh dấu + trong PCB. Dây dẫn âm của đèn LED cũng được làm phẳng ở bên cạnh, do đó bạn vẫn có thể giải mã các dây dẫn dương (cực dương) và âm (cực âm) nếu chúng bị cắt.

Bước 6: Bộ tạo dao động

Tiếp theo là bộ dao động tinh thể và 2 tụ gốm 22pF. Không quan trọng bất kỳ cách nào trong số này được đưa vào - tụ điện gốm và bộ dao động tinh thể không phân cực. Các thành phần này sẽ cung cấp cho Arduino một tín hiệu xung nhịp ngoài 16MHz. Arduino có thể tạo ra xung nhịp bên trong 8MHz, vì vậy những thành phần này không quá cần thiết, nhưng hãy để nó hoạt động ở tốc độ tối đa.

Bước 7: Đặt lại công tắc

Công tắc đặt lại có thể được thực hiện tiếp theo. Các chân của công tắc không cần phải uốn cong, nó sẽ tự giữ nó trong khe.

Bước 8: Tụ gốm

4 tụ gốm 100nF (nano Farad) có thể đi tiếp. C3 và C9 giúp làm mịn các xung điện áp nhỏ trên đường 3.3V và 5V để cung cấp nguồn điện sạch cho Arduino. C7 nối tiếp với dòng thiết lập lại bên ngoài để cho phép thiết bị bên ngoài (USB to Serial Converter) đặt lại Arduino vào đúng thời điểm để lập trình nó. C4 nằm trên chân AREF (Tham chiếu tương tự) của Arduino và GND để đảm bảo rằng Arduino đo các giá trị tương tự chính xác trên các đầu vào tương tự của nó. Nếu không có C4, AREF sẽ được coi là 'nổi' (không kết nối với nguồn hoặc mặt đất) và sẽ gây ra sự không chính xác trong các kết quả đọc tương tự vì một chân nổi sẽ tiếp nhận bất kỳ điện áp nào xung quanh nó, bao gồm cả các tín hiệu AC nhỏ trong cơ thể của bạn. từ hệ thống dây điện xung quanh bạn. Một lần nữa, tụ điện gốm không phân cực, vì vậy không quan trọng bạn đặt chúng theo cách nào.

Bước 9: Cầu chì PTC

Bây giờ bạn có thể cài đặt cầu chì PTC (hệ số nhiệt độ dương). Cầu chì PTC không phân cực, vì vậy có thể được đặt theo một trong hai cách. Điều này nằm ngay sau ổ cắm USB. Nếu mạch của bạn cố gắng kéo dòng điện hơn 500mA, cầu chì PTC này sẽ bắt đầu nóng lên và tăng điện trở. Sự gia tăng điện trở này sẽ làm giảm dòng điện và bảo vệ cổng USB. Tính năng bảo vệ này chỉ có trong mạch khi Arduino đang được cấp nguồn qua USB, vì vậy khi cấp nguồn cho Arduino qua giắc cắm DC hoặc bằng nguồn điện bên ngoài, hãy đảm bảo rằng mạch của bạn là chính xác. Đảm bảo kéo hết chân qua các lỗ, thậm chí qua các khúc cua. Một cặp kìm sẽ rất hữu ích ở đây.

Bước 10: Tụ điện

Tiếp theo có thể đặt 3 tụ điện điện phân 47uF (microFarad). Chân dài hơn trên những chiếc này là chân dương, nhưng đặc điểm nhận dạng phổ biến hơn là màu vỏ ở phía bên của chân âm. Đảm bảo rằng khi bạn đặt chúng vào, chân dương sẽ đi về phía dấu + trên bảng. Các tụ điện này giúp loại bỏ các bất thường lớn hơn của điện áp đầu vào, cũng như các đường 5V và 3.3V, để Arduino của bạn nhận được 5V / 3.3V ổn định thay vì điện áp dao động.

Bước 11: Giắc cắm DC

Tiếp theo là giắc cắm đầu vào DC. Tương tự như tất cả các thành phần khác, hãy đặt nó vào và lật bảng lên trên nó để giữ nguyên vị trí trong khi bạn hàn nó. Việc uốn các chân có thể hơi khó khăn vì chúng dày, vì vậy bạn luôn có thể giữ chân này ở vị trí giống như đầu nối USB mini đã được hàn trước đó. Cái này sẽ chỉ đi theo một chiều - với giắc cắm hướng ra bên ngoài bảng.

Bước 12: Bộ điều chỉnh điện áp

Bây giờ là hai bộ điều chỉnh điện áp. Đảm bảo đặt chúng vào đúng vị trí. Cả hai đều được dán nhãn, vì vậy chỉ cần khớp chữ viết trên bảng với chữ viết trên bộ điều chỉnh. Bộ điều chỉnh 3.3V là LM1117T-3.3 và bộ điều chỉnh 5V là LM7805. Cả hai đều là bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính, có nghĩa là dòng điện đầu vào và dòng điện đầu ra sẽ giống nhau. Giả sử điện áp đầu vào là 9V và điện áp đầu ra là 5V, cả hai đều ở dòng điện 100mA. Sự khác biệt về điện áp đầu vào và đầu ra sẽ được bộ điều chỉnh tiêu tán dưới dạng nhiệt. Trong tình huống này, (9V-4V) x 0,1A = 0,4W nhiệt lượng được tản ra bởi bộ điều chỉnh. Nếu bạn thấy bộ điều chỉnh bị nóng trong quá trình sử dụng, điều đó là bình thường, nhưng nếu tạo ra một dòng điện lớn và có sự chênh lệch điện áp lớn, thì một bộ tản nhiệt trên bộ điều chỉnh có thể là cần thiết. Bây giờ để hàn chúng vào bảng, mấu kim loại ở một bên phải đi về phía có đường kép trên bảng. Để cố định chúng vào vị trí cho đến khi bạn hàn chúng, hãy uốn cong một chân theo một cách và hai chân kia theo cách khác. Sau khi được hàn vào vị trí, uốn cong bộ điều chỉnh 5V về phía bên ngoài của bo mạch và bộ điều chỉnh 3.3V về phía bên trong của bo mạch.

Bước 13: Chèn IC AtMega328P

Phần cuối cùng là đặt vi điều khiển vào ổ cắm của nó. Xếp thẳng hàng các divot trong ổ cắm và trên IC, sau đó xếp tất cả các chân. Khi đã vào vị trí, bạn có thể đẩy nó xuống. Sẽ cần nhiều lực hơn một chút so với mong đợi của bạn, vì vậy hãy đảm bảo áp lực đều để bạn không làm cong bất kỳ chốt nào.

Bước 14: Một số lưu ý thận trọng với Arduino của bạn

• KHÔNG BAO GIỜ kết nối nguồn USB và nguồn bên ngoài với Arduino cùng một lúc. Mặc dù cả hai đều có thể được đánh giá ở 5V, nhưng chúng thường không chính xác là 5V. Hiệu điện thế nhỏ giữa hai nguồn gây ra đoản mạch trên bo mạch của bạn.
• KHÔNG BAO GIỜ rút ra hơn 20mA dòng điện từ bất kỳ chân đầu ra nào (D0-D13, A0-A5). Điều này sẽ làm hỏng bộ vi điều khiển.
• KHÔNG BAO GIỜ rút ra hơn 800mA từ bộ điều chỉnh 3.3V hoặc hơn 1A từ bộ điều chỉnh 5V. Nếu bạn cần nhiều điện hơn, hãy sử dụng bộ chuyển đổi nguồn bên ngoài (bộ sạc USB hoạt động tốt với nguồn 5V). Hầu hết các Arduinos đều tạo ra nguồn 3,3V từ USB sang chip Serial trên bo mạch. Chúng chỉ có khả năng cho đầu ra 200mA, vì vậy nếu bạn sử dụng Arduino khác, hãy đảm bảo rằng bạn không rút quá 200mA từ chân 3.3V.
• KHÔNG BAO GIỜ đặt thêm 16V đó vào giắc cắm DC. Các tụ điện được sử dụng được đánh giá chỉ 16V.

Bước 15: Một vài lời khuyên / sự thật thú vị

• Nếu bạn thấy rằng dự án của mình cần nhiều chân, các chân đầu vào tương tự cũng có thể được sử dụng làm chân đầu ra kỹ thuật số. A0 = D14, lên đến A5 = D19.
• Lệnh analogWrite () thực sự là một tín hiệu PWM, không phải là một điện áp tương tự. Tín hiệu PWM có sẵn trên các chân 3, 5, 6, 9, 10 và 11. Các tín hiệu này rất hữu ích để điều khiển độ sáng của đèn LED, điều khiển động cơ hoặc tạo ra âm thanh. Để nhận tín hiệu âm thanh trên các chân đầu ra PWM, hãy sử dụng hàm tone ().
• Chân số 0 và 1 là tín hiệu TX và RX cho IC AtMega328. Nếu có thể, không sử dụng chúng trong các chương trình của bạn, nhưng nếu phải, bạn có thể cần rút các bộ phận khỏi các chân đó trong khi lập trình Arduino.
• Các chân SDA và SCL cho giao tiếp i2c thực chất là các chân A4 và A5 tương ứng. Nếu sử dụng giao tiếp i2c, các chân A4 và A5 không thể được sử dụng cho các mục đích khác.

Bước 16: Lập trình Arduino của bạn

Đầu tiên hãy rút phích cắm bất kỳ nguồn điện bên ngoài nào để tránh làm chập 2 nguồn điện khác nhau. Bây giờ, hãy gắn bộ chuyển đổi USB sang Nối tiếp vào tiêu đề ngay sau nguồn USB mini. Kết nối nó theo cách sau:

Bộ chuyển đổi nối tiếp USB sang nối tiếp Arduino

GND GND (mặt đất)

VCC VCC (nguồn)

DTR DTR (đặt lại chân)

TX RX (dữ liệu)

RX TX (dữ liệu)

Có, chân TX và RX bị lật. TX là chân truyền và RX là chân nhận, vì vậy nếu bạn có 2 chân truyền được kết nối với nhau, sẽ không có nhiều điều xảy ra. Đây là một trong những cạm bẫy phổ biến nhất đối với người mới bắt đầu.

Đảm bảo rằng jumper trên bộ chuyển đổi USB sang Serial được đặt thành 5V.

Cắm bộ điều hợp USB to Serial vào máy tính, chọn cổng COM thích hợp (sẽ tùy thuộc vào máy tính của bạn) và Bảng (Arduino UNO) trong menu Công cụ của Arduino IDE (tải xuống từ Arduino.cc), sau đó biên dịch và tải lên chương trình của bạn.

Bước 17: Kiểm tra bằng phác thảo chớp mắt

Điều đầu tiên bạn nên làm là nhấp nháy đèn LED. Điều này sẽ giúp bạn làm quen với Arduino IDE và ngôn ngữ lập trình, đồng thời đảm bảo rằng bo mạch của bạn đang hoạt động bình thường. Đi đến các ví dụ, tìm ví dụ Blink, sau đó biên dịch và tải lên bảng Arduino để đảm bảo rằng mọi thứ đều hoạt động. Bạn sẽ thấy đèn LED gắn vào chân 13 bắt đầu nhấp nháy và tắt trong khoảng thời gian 1 giây.