Isetehtud Arduino tahvel: 8 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Kui kujundate oma Arduino-plaadi, saate teada mõnedest uutest komponentidest ja elektroonilistest vooluringidest, sealhulgas mõningatest arenenud teemadest, nagu toiteallikas, ajastusahel ja ATmega IC (integreeritud vooluahel) kasutamine.

See aitab teil tulevikus luua oma projekte, nagu ilmajaam, koduautomaatika kilbid jne.

Isetehtud Arduino eeliseks on see, et sellel on väike energiatarve ja see tagab, et projekt saab pikka aega akuga töötada.

Lisaks saate plaati laiendada, lisades digitaalse või analoogpordi laienduse või mõned kommunikatsioonimoodulid.

Tarvikud

Riistvara

Minimalistliku Arduino ehitamiseks vajate järgmist riistvara:

1x ATmega328P-PU mikrokontroller koos Arduino alglaaduriga

1x 7805 lineaarne pingeregulaator (5v väljund, 35v max sisend)

1x leivaplaat (kasutan 830 kontaktiga plaati)

Erinevad ühendusjuhtmed

1x 16 MHz kristallostsillaator

1x 28 kontaktiga pesa

1x 1 μF, 25 V elektrolüütkondensaator

1x 100 μF, 25 V elektrolüütkondensaator

2x 22 pF, 50 V keraamilised kondensaatorid

2x 100 nF, 50 V keraamilised kondensaatorid

2x 330 oomi takistid (R1 ja R2)

1x 10 kOhm takisti (R3)

2x teie valitud LED -d (LED1 ja LED2)

1x nupp

Lisavarustusena 2x 6-pin ja 3x 8-pin header

1x PP3 tüüpi patarei

1x 9 V PP3 tüüpi aku

1x FTDI programmeerimisadapter

Samm: 7805 lineaarne pingeregulaator

Lineaarne pingeregulaator sisaldab lihtsat vooluahelat, mis teisendab ühe pinge teiseks. 7805 regulaator suudab muuta pinge vahemikus 7 kuni 30 volti fikseeritud 5-voldiseks, vooluga kuni 1 amprit, mis sobib ideaalselt meie Arduino-plaadile.

Alustuseks loome toiteahela, mis sisaldab 7805 pingeregulaatorit TO-220 kujul ja kahte 100 μF kondensaatorit.

Kui vaatate 7805 kiibi esiosa - vasakul olev tihvt on sisendpinge jaoks, keskmine tihvt ühendub GND -ga ja parempoolne tihvt on 5 V väljundühendus. Soovitan paigutada jahutusradiaator, sest kui vooluahel jõuab maksimaalselt 1 ampriteni, on 7805 kiip vaikselt kuum (puudutades võite sõrmeotsa põletada).

Asetage 100 μF kondensaator regulaatori IN ja maapinna vahele ning 100 μF kondensaator toite ja maapinna vahelisele rööbasteele. Peate olema ettevaatlik - elektrolüütiline kondensaator on polariseeritud (kondensaatori hõbedane riba tähistab maapinda) ja see tuleb paigutada täpselt vastavalt skeemile.

Lisage toite- ja maandusjuhtmed sinna, kus asub teie pingeregulaator, ühendage iga rööp plaadi keskel ja paremas osas. Sel viisil on meil 5 -voldine toiteplokk leivaplaadi ülemisest ja alumisest rööpast. Lisaks lisame punase valgusdioodi, mis süttib toite sisselülitamisel, nii et me näeme alati, kui meie plaat on sisse lülitatud.

LED on diood ja see võimaldab elektrivoolul liikuda ainult ühes suunas. Elekter peaks voolama pika sääre sisse ja lühikesest säärest välja. LED -i katoodil on ka üks kergelt lamestatud külg, mis vastab LED -i lühikesele negatiivsele jalale.

Meie vooluahelal on 5 -voldine toiteallikas ja punase LED -i nimiväärtus on umbes 1,5–2 volti. Pinge vähendamiseks peame takistid järjestikku ühendama LED -iga, mis piirab voolava elektri kogust, et vältida LED -ide hävimist. Takisti kulutab osa pingest ära ja LED -ile rakendatakse ainult sobiv osa sellest. Sisestage takisti LED -i lühikese jala ja musta traati sisaldava rea vahele kiibi paremal küljel (GND).

Pingeregulaatorist vasakul olevad punased ja mustad juhtmed ühendatakse teie toiteallikaga. Punane juhe on toiteallika jaoks ja must juhe maandamiseks (GND).

MÄRKUS. Saate ühendada ainult toiteallika, mis on vahemikus 7–16 V. Kui see on madalam ja te ei saa oma regulaatorist 5 V välja, ja kõrgem 17 V pinge kahjustab teie kiipi. Sobib 9 V aku, 9 V alalisvoolu toide või 12 V alalisvoolu toiteallikas.

Ja mõne muu ahela jaoks saate paigutada reguleeritava pingega pingeregulaatori. Sel viisil saate plaadile lisada umbes 3,3 V andureid või lülitada sisse 9 V alalisvoolumootori.

Lisateave lineaarsete pingeregulaatorite kohta -

www.instructables.com/id/Introduction-to-Linear-Voltage-Regulators

Samm: mikrokontroller ATmega328P-PU

Arduino ehitamiseks leivaplaadile vajate ATmega328P-PU mikrokontrollerit, mis on meie isetehtud Arduino-plaadi aju. Asetage see skeemil näidatud viisil ja olge ettevaatlik - jalad võivad purunemisel puruneda või võite kasutada 28 -kontaktilist IC -pistikupesa. IC tuleks asetada kuukujulise lõikega, mis on suunatud leivaplaadist vasakule (tihvtid on nummerdatud 1 kuni 28 vastupäeva).

MÄRKUS. Mitte kõik ATmega IC ei sisalda Arduino alglaadurit (tarkvara, mis võimaldab tal tõlgendada Arduino jaoks kirjutatud visandeid). Kui otsite oma valmistatud Arduino jaoks mikrokontrollerit, valige kindlasti selline, mis juba sisaldab alglaadijat.

Siin natuke mikrokontrolleri teooriat

Mikrokontroller on väike arvuti protsessoriga, mis täidab juhiseid. Sellel on erinevat tüüpi mälu meie programmi andmete ja juhiste hoidmiseks (visand); ATmega328P-PU-l on kolme tüüpi mälu: 32 kB ISP (süsteemisisene programmeerimine) välkmälu, kuhu visandid on salvestatud, 1 kB EEPROM (elektriliselt kustutatav programmeeritav kirjutuskaitstud mälu) pikaajaliseks andmete salvestamiseks ja 2 kB SRAM (staatiline juhusliku juurdepääsuga mälu)) muutujate salvestamiseks visandi töötamise ajal.

MÄRKUS. Oluline on teada, et välkmälus ja EEPROM -is säilivad andmed, kui mikrokontrolleri toide eemaldatakse.

Mikrokontrolleril on 13 digitaalset üldotstarbelist sisend-/väljundliini (GPIO) ja kuus 10-bitist (väärtused vahemikus 0 kuni 1023) analoogi digitaalse muunduri (ADC) GPIO liiniga, et muuta pinge pinge digitaalseks väärtuseks. Seal on kolm taimerit, millel on kaks 8-bitist taimerit väärtustega vahemikus 0 kuni 255, ja üks 16-bitine taimer väärtustega 0 kuni 65535, mida kasutab visandi funktsioon delay () või impulsi laiuse modulatsioon (PWM).

Tarkvara valikul on viis energiasäästurežiimi ja mikrokontroller töötab vahemikus 1,8–5,5 V. Saate pilti kasutada viitena ATmega328P-PU tihvtide paigutusele.

Seal on kolm portide rühma: PB, PC ja PD, vastavalt 8, 7 ja 8 tihvtiga, pluss kaks maanduspistikut (GND), toitepingega (VCC) 5 V tihvt (VCC) ja analoog -võrdluspinge (AREF)) tihvtid analoog-digitaalmuunduri (ADC) jaoks.

Samm: ATmega328P-PU ühendamine

Pärast IC -i paigaldamist ühendage ATmega tihvtid 7, 20 ja 21 leivaplaadil oleva positiivse toite rööpaga ja tihvtid 8 ja 23 negatiivse toitepiirde külge, kasutage hüppajajuhtmetega positiivse ja GND toitepiire ühendamiseks mõlemal pool pardal, nagu on näidatud joonisel.

Pin 7 - Vcc - digitaalne toitepinge

Tihvt 8 - GND

Tihvt 22 - GND

Tihvt 21 - AREF - ADC analoogviide

Pin 20 - AVcc - ADC muunduri toitepinge. Peab olema vooluvõrku ühendatud, kui ADC -d ei kasutata nagu meie näites. Kui soovite seda tulevikus kasutada, tuleb see toita madalpääsfiltri kaudu (müra vähendamiseks).

Pärast seda asetage neljateistkümnesuunaline päise tihvt-see sarnaneb Arduino GPIO-dega.

4. samm: lähtestamise nupp

Lisage väike kombatav lüliti, et saaksite Arduino lähtestada ja kiibi uue programmi üleslaadimiseks ette valmistada. Selle lüliti kiire kiire vajutamine lähtestab kiibi.

Sisestame lähtestusnupu oma ahelasse, nagu joonisel näidatud, kui seda vajutada, lühendatakse elektriahelat GND -ni, möödudes 1 kOhm takistusest ja ühendades ATmega Pin 1 GND -ga. Seejärel lisage juhtme lüliti vasakust alumisest jalast ATmega kiibi RESET -tihvti ja juhtme ülemisest vasakust jalast maapinnale.

Lisaks lisage RESET-nööpnõelalt +5 V-le 10 k oomi tõmbetakisti, et vältida kiibi normaalse töö ajal lähtestamist. See takisti ühendatakse 5 -voldise toiteallikaga, tõmmates tihvti üles 1 kuni 5 volti. Ja kui ühendate tihvti 1 kuni 0V ilma takisti, siis kiip taaskäivitub. Otsige mikrokontrolleri taaskäivitamisel üles laaditavat uut programmi (sisselülitamisel, kui midagi uut ei saadeta, käivitab see viimati saadetud programmi).

Takistil on neljavärviline triip. Pruun = 1, must = 0, oranž = 3 annab meile numbri 103. Vastupidavus oomides algab "10" 3 nulliga pärast - 10 000 oomi või 10 kilo oomi ja kuldne triip on tolerants (5 %).

Meie vooluahela uuendamiseks saame paigutada lahtiühendamise kondensaatori. Asetage 100 nF (nano Farad) keraamiline kondensaator. See on väike ketas, millel on kaks juhtmest märgistusega „104” ja seda tüüpi kondensaator pole polariseeritud ja seda saab paigutada mis tahes suunas.

See lahtiühendatud kondensaator silub elektrilisi naelu, nii et tihvti 1 kaudu saadetud taaskäivitussignaal tuvastatakse usaldusväärselt. Numbrid 104 näitavad selle mahtuvust pico Faradis teaduslikes märkides. Viimane number '4' näitab meile, kui palju nulle lisada. Mahtuvus algab "10" ja jätkub seejärel veel nelja nulliga - 100 000 pikofaradi, ja kuna 1000 pikofaradi on 1 nanofarad, on 100 nanofaradi (104).

Sisestage kondensaator kiibi vasaku ülemise jala vahele (tihvt 1, poolkuu kujust vastupäeva)

Samm: kristallostsillaator

Nüüd teeme IC jaoks kella. See on 16 Mhz kvarts ja kaks keraamilist kondensaatorit 22pF (piko Farad). Kristallostsillaator loob väga täpse sagedusega elektrisignaali. Sel juhul on sagedus 16 MHz, mis tähendab, et mikrokontroller suudab täita 16 miljonit protsessorikäsklust sekundis.

16 MHz kristall (joonis) võimaldab Arduino'l aega arvutada ja kondensaatorid aitavad toitepinget tasandada.

Kvartskristalljalad on mõlemad ühesugused - te ei saa seda tagurpidi ühendada. Ühendage kristalli üks jalg ATmega kiibi tihvtiga 9 ja teine jalg tihvtiga 10. Ühendage ühe 22 pF ketta kondensaatori jalad tihvtiga 9 ja GND -ga ning teise ketta kondensaatoriga tihvtiga 10 ja GND, nagu näidatud joonisel.

Märkus: ketaskondensaatorid on polariseerimata ja neid saab mis tahes viisil sisestada.

Väärib märkimist, et 22pF kondensaatorite juhtmete pikkused peavad olema võrdse pikkusega ja olema kontrollerile võimalikult lähedal, et vältida interaktsioone teiste vooluahelate osadega.

6. samm: LED -i lisamine tihvtile 13

Nüüd lisame rohelise LED -i (Arduino digitaalne tihvt 13).

Sisestage valgusdioodide pikk jalg punase juhtme all olevale reale (kiibi paremal küljel - toide või 5 volti) ja lühike jalg esimesele tühjale reale mikrokontrolleri alla.

See 330 oomi takisti on LED -iga järjestikku ühendatud, piirates voolava elektrienergia hulka, et vältida valgusdioodide hävimist.

Sisestage takisti valgusdioodi lühikese jala ja musta traati sisaldava rea vahele kiibi paremal küljel (GND või 0 volti)

Kõik tavalisel Arduino plaadil saadaval olevad analoog-, digitaalsed ja muud tihvtid on saadaval ka meie leivaplaadi versioonis. Võid kasutada viitena ATmega skemaatilist ja pin -tabelit.

Samm 7: USB -jadapistik

Mikrokontroller ATmega 328P-PU pakub kolme suhtlusrežiimi: jadaprogrammeeritav USART (universaalne sünkroonne ja asünkroonne vastuvõtja-saatja), SPI (Serial Peripheral Interface) jadaport ja kahejuhtmeline jadaliides. USART võtab baite andmeid ja edastab üksikud bitid järjestikku, mis nõuab edastus- (TX) ja vastuvõtu (RX) sideliine. SPI kasutab nelja kommunikatsiooniliini: master-out slave-in (MOSI), master-in slave-out (MISO) ja jadakell (SCK) koos iga seadme eraldi alamvaliku (SS) liiniga. I2C side Two Wire Interface (TWI) siin kasutab kahte signaaliliini: jadaandmed (SDA) ja jadakell (SCL).

Tahvli ühendamiseks eskiisi allalaadimiseks arvutiga Arduino IDE -ga kasutame USB -seeria UART -liidest, näiteks FT232R FTDI.

FTDI -kaabli ostmisel veenduge, et see on 5 V mudel, sest 3,3 V mudel ei tööta korralikult. Selle kaabli (näidatud joonisel) ühes otsas on USB -pistik ja teises kuue juhtmega pesa.

Kui ühendate kaablit, veenduge, et pistikupesa must juhtmega külg oleks ühendatud leivaplaadi päisepistikute GND -tihvtiga. Kui kaabel on ühendatud, annab see vooluahelale toite, nagu tavaline Arduino plaat.

Seejärel ühendame oma FTDI meie enda valmistatud Arduino-plaadiga; viitamiseks võite kasutada tabelit ja skeemi.

0,1 μF elektrolüütkondensaator on ühendatud USB -seeria UART -liidese DTR (andmeterminali valmis) tihvti ja mikrokontrolleri lähtestamise vahel, mis lähtestab mikrokontrolleri sünkroonimiseks USB -ga jadaliidesega.

MÄRKUS. Üks osa on see, et mikrokontrolleri RX -pistik peab olema ühendatud jadaadapteri USB TX -ga ja sama ühe seadme TX -ga teise seadme RX -iga.

USB -liidese jada -UART -liidese CTS -klapp (Clear to Send) pole mikrokontrolleriga ühendatud.

Eskiisi allalaadimiseks Arduino IDE mikrokontrollerisse menüüst Tööriistad ➤ Port valige vastav kommunikatsiooniport (COM) ja menüüst Tööriistad ➤ Tahvel valige Arduino/Genuino Uno. Visand koostatakse Arduino IDE -s ja laaditakse seejärel USB -ga mikrokontrollerisse UART -jadaliidesesse. Eskiisi allalaadimisel vilguvad USB-seeria UART-liidese TXD ja RXD rohelised ja punased LED-id.

USB -seeria UART -liidese saab eemaldada ja mikrokontrolleriga ühendada 5 V toiteallika. Vilgutava visandi käivitamiseks on mikrokontrolleri tihvtiga 19 ühendatud LED ja 220 kΩ takisti.

8. samm: visandi üleslaadimine või alglaaduri installimine

Kui teil pole USB-seeriamuundurit-saate visandi või alglaaduri isetehtud tahvlile üleslaadimiseks kasutada teist Arduino (minu puhul Arduino UNO).

Mikrokontrollerid ATmega238P-PU nõuavad alglaadurit, et eskiisid Arduino IDE-st üles laadida ja käivitada; kui mikrokontrollerile antakse toide, teeb alglaadur kindlaks, kas laaditakse üles uus visand, ja laadib eskiisi mikrokontrolleri mällu. Kui teil on ATmega328P-PU ilma alglaadijata, saate alglaaduri üles laadida, kasutades kahe tahvli vahelist SPI-sidet.

Siit saate teada, kuidas laadite alglaaduri ATmega IC -sse.

Alustuseks konfigureerime meie Arduino UNO Interneti -teenuse pakkujaks, seda tehakse seetõttu, et soovite, et Arduino UNO laadiks eskiisi üles ATmega IC -le, mitte ise.

Samm: seadistage meie Arduino UNO Interneti -teenuse pakkujaks

Ärge ühendage ATmega IC -d allalaadimise ajal.

• Ühendage arduino arvutiga
• Avage arduino IDE
• Valige sobiv juhatus (Tööriistad> Tahvel> Arduino UNO) ja COM -port (Tööriistad> Pord> COM?)
• Avage> Näited> ArduinoISP
• Eskiisi üleslaadimine

Pärast seda saate ühendada oma plaadi Arduino UNO -ga, järgides skeemi skeemi. Selles etapis pole vaja oma plaati toita, kuna Arduino annaks vajaliku toite.

2. toiming: visandi või alglaaduri üleslaadimine

Kui kõik on ühendatud, avage IDE äsja loodud kaustast (koopia).

• Valige Arduino328 menüüst Tools> Board
• Valige Arduino Interneti -teenuse pakkujana menüüst Tööriistad> Programmeerija
• Valige Burn Bootloader

Pärast edukat põletamist saate "Valmis põletamise alglaaduri".

Alglaadur laaditakse nüüd mikrokontrollerile, mis on valmis eskiisi vastu võtma pärast COM -pordi muutmist menüüs Tööriistad ➤ Port.