Costruirmi un PSLab: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Giornata impegnativa al laboratorio di elettronica eh?

Hai mai avuto problemi con i tuoi circuiti? Per eseguire il debug sapevi che volevi un multimetro o un oscilloscopio o un generatore di onde o una fonte di alimentazione esterna precisa o diciamo un analizzatore di stati logici. Ma è un progetto per hobby e non vuoi spendere centinaia di dollari per strumenti costosi come quello. Per non parlare dell'intero set di cui sopra richiede molto spazio per essere mantenuto. Potresti finire con un multimetro del valore di 20-30 dollari, ma non sta facendo un buon lavoro nel debug del circuito.

E se dicessi che esiste un dispositivo hardware open source che fornisce tutte quelle funzionalità di un oscilloscopio, un multimetro, un analizzatore logico, un generatore di onde e una fonte di alimentazione e non ti costerà centinaia di dollari e non ti costerà prendere un intero tavolo da riempire. È il dispositivo PSLab dell'organizzazione open source FOSSASIA. Puoi trovare il sito Web ufficiale su https://pslab.io/ e i repository open source dai seguenti collegamenti;

• Schemi hardware:
• Firmware MPLab:
• Applicazione desktop:
• App per Android:
• Librerie Python:

Gestisco i repository hardware e firmware e se avete domande durante l'utilizzo del dispositivo o qualsiasi altra cosa correlata, non esitate a chiedermelo.

Cosa ci offre PSLab?

Questo dispositivo compatto con il fattore di forma di un Arduino Mega ha tantissime funzioni. Prima di iniziare, è realizzato con il fattore di forma Mega in modo che tu possa inserirlo nel tuo elegante involucro Arduino Mega senza alcun problema. Diamo ora uno sguardo alle specifiche (estratte dal repository hardware originale);

• Oscilloscopio a 4 canali fino a 2MSPS. Stadi di amplificazione selezionabili via software
• Voltmetro a 12 bit con guadagno programmabile. Intervalli di ingresso da +/-10 mV a +/-16 V
• 3 sorgenti di tensione programmabili a 12 bit +/-3,3 V, +/-5V, 0-3 V
• Sorgente di corrente programmabile a 12 bit. 0-3,3 mA
• 4 canali, 4 MHz, analizzatore logico
• 2x generatori di onde sinusoidali/triangolari. Da 5Hz a 5KHz. Controllo manuale dell'ampiezza per SI1
• 4x generatori PWM. Risoluzione 15 nS. Fino a 8 MHz
• Misura di capacità. Gamma da pF a uF
• Bus dati I2C, SPI, UART per moduli Accel/gyros/umidità/temperatura

Ora che sappiamo cos'è questo dispositivo, vediamo come costruirne uno..

Passaggio 1: iniziamo con gli schemi

L'hardware Open Source va con il software Open Source:)

Questo progetto è in formati aperti ove possibile. Questo ha molti vantaggi. Chiunque può installare il software gratuitamente e provarlo. Non tutti hanno la forza finanziaria per acquistare software proprietario, quindi questo rende possibile continuare a portare a termine il lavoro. Quindi gli schemi sono stati realizzati con KiCAD. Sei libero di usare qualsiasi software ti piaccia; basta fare i collegamenti giusti. Il repository GitHub contiene tutti i file sorgente per gli schemi su https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m… e se hai intenzione di utilizzare KiCAD, possiamo subito clonare il repository e avere il sorgente a noi stessi digitando il seguente comando in una finestra del terminale Linux.

$ git clone

Oppure, se non hai familiarità con i comandi della console, incolla questo link su un browser e scaricherà il file zip contenente tutte le risorse. La versione PDF dei file schematici è disponibile di seguito.

Lo schema potrebbe sembrare un po' complicato in quanto contiene molti circuiti integrati, resistori e condensatori. Ti guiderò attraverso cosa c'è qui dentro.

Al centro della prima pagina, contiene un microcontrollore PIC. Questo è il cervello del dispositivo. È collegato a diversi OpAmp, un Crystal e alcuni resistori e condensatori per rilevare i segnali elettrici dai pin I/O. La connessione con un PC o un telefono cellulare avviene tramite un bridge UART che è MCP2200 IC. Ha anche un'apertura di breakout per un chip ESP8266-12E sul retro del dispositivo. Schematics avrà anche un duplicatore di tensione e un inverter di tensione in quanto il dispositivo può supportare canali dell'oscilloscopio che possono arrivare fino a +/-16 V

Una volta realizzato lo schema, il passo successivo è quello di costruire il vero PCB…

Passaggio 2: convertire lo schema in un layout

OK sì, questo è un casino vero? Questo perché centinaia di piccoli componenti sono posizionati in una piccola scheda, in particolare su un lato di una piccola scheda delle dimensioni di un Arduino Mega. Questa scheda è a quattro strati. Questi livelli sono stati utilizzati per avere una migliore integrità della traccia.

Le dimensioni della scheda devono essere esatte come Arduino Mega e le intestazioni dei pin sono posizionate negli stessi punti in cui Mega ha i suoi pin. Al centro ci sono le intestazioni dei pin per collegare il programmatore e un modulo Bluetooth. Ci sono quattro punti di prova in alto e quattro in basso per verificare se i livelli di segnale corretti stanno arrivando alle connessioni corrette.

Una volta importate tutte le impronte, la prima cosa da fare è posizionare il microcontrollore al centro. Quindi posizionare i resistori e i condensatori direttamente collegati al microcontrollore attorno all'IC principale e quindi procedere fino a quando non viene posizionato l'ultimo componente. È meglio avere un percorso approssimativo prima del percorso effettivo. Qui ho investito più tempo nell'organizzare ordinatamente i componenti con una spaziatura adeguata.

Come passo successivo diamo un'occhiata alla distinta base più importante..

Fase 3: Ordinare il PCB e la Distinta Materiali

Ho allegato la distinta base. Fondamentalmente contiene i seguenti contenuti;

1. PIC24EP256GP204 - Microcontrollore
2. MCP2200 - Ponte UART
3. TL082 - Amplificatori operazionali
4. LM324 - Amplificatori operazionali
5. MCP6S21 - Amplificatore operazionale controllato dal guadagno
6. MCP4728 - Convertitore da digitale ad analogico
7. TC1240A - Invertitore di tensione
8. TL7660 - Raddoppiatore di tensione
9. Resistori, condensatori e induttori di dimensioni 0603
10. Cristalli SMD da 12 MHz

Quando si effettua l'ordine PCB, assicurarsi di avere le seguenti impostazioni

• Dimensioni: 55 mm x 99 mm
• Strati: 4
• Materiale: FR4
• Spessore: 1,6 mm
• Spaziatura minima della traccia: 6mil
• Dimensione minima del foro: 0,3 mm

Passaggio 4: iniziamo con l'assemblaggio

Quando il PCB è pronto e i componenti sono arrivati, possiamo iniziare con l'assemblaggio. A questo scopo è meglio avere uno stencil in modo che il processo sia più semplice. Per prima cosa, posiziona lo stencil allineato con i pad e applica la pasta saldante. Quindi iniziare a posizionare i componenti. Il video qui mostra una versione time-lapse di me che inserisco i componenti.

Una volta posizionato ogni componente, saldarlo nuovamente utilizzando una stazione di rilavorazione SMD. Assicurati di non riscaldare troppo la scheda poiché i componenti potrebbero rompersi a causa del calore intenso. Inoltre, non fermarti e fallo molte volte. Fallo in un colpo solo perché lasciare che i componenti si raffreddino e poi si scaldi mancherà l'integrità strutturale di entrambi i componenti e del PCB stesso.

Passaggio 5: caricare il firmware

Una volta completato l'assemblaggio, il passaggio successivo consiste nel masterizzare il firmware sul microcontrollore. Per questo, abbiamo bisogno;

• Programmatore PICKit3 - Per caricare il firmware
• Cavi jumper maschio-maschio x 6 - Per collegare il programmatore con il dispositivo PSLab
• Cavo USB tipo Mini B - Per collegare il programmatore al PC
• Cavo USB Micro B tipo - Per collegare e accendere PSLab con il PC

Il firmware è sviluppato utilizzando MPLab IDE. Il primo passo è connettere il programmatore PICKit3 all'intestazione di programmazione PSLab. Allineare il pin MCLR sia nel programmatore che nel dispositivo e il resto dei pin verrà posizionato correttamente.

Il programmatore stesso non può accendere il dispositivo PSLab in quanto non può fornire molta potenza. Quindi abbiamo bisogno di accendere il dispositivo PSLab usando una fonte esterna. Collegare il dispositivo PSLab a un computer utilizzando un cavo di tipo Micro B e quindi collegare il programmatore allo stesso PC.

Apri MPLab IDE e fai clic su "Crea e programma dispositivo" dalla barra dei menu. Si aprirà una finestra per selezionare un programmatore. Scegli "PICKit3" dal menu e premi OK. Inizierà a masterizzare il firmware sul dispositivo. Fai attenzione ai messaggi che vengono stampati sulla console. Dirà che rileva il PIC24EP256GP204 e finalmente la programmazione è completa.

Passaggio 6: accendilo e pronto per partire

Se il firmware brucia correttamente, si accenderà il LED di colore verde che indica un ciclo di avvio riuscito. Ora siamo pronti per utilizzare il dispositivo PSLab per eseguire tutti i tipi di test sui circuiti elettronici, eseguire esperimenti, ecc.

Le immagini mostrano l'aspetto dell'app desktop e dell'app Android.