Scheda Arduino d'oro: 12 passaggi

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

Scopo

Lo scopo di questa scheda è di avere le stesse identiche funzionalità di Arduino Uno, ma con caratteristiche di design migliorate. Includerà funzionalità di progettazione per ridurre il rumore, come il routing migliorato e i condensatori di disaccoppiamento. Manterremo l'impronta di pin-out della scheda Arduino standard in modo che sia compatibile con gli shield; tuttavia, verrà aggiunta una fila di pin di ritorno al di fuori di questo footprint per migliorare il layout della scheda riducendo la diafonia per i segnali provenienti dalla scheda. Inoltre, verrà utilizzato un cristallo da 16 MHz per l'orologio di sistema invece di un risonatore per aumentare la precisione e la stabilità dell'orologio

Bilancio energetico

La potenza in ingresso sarà la stessa di quella necessaria per alimentare un Arduino Uno. L'intervallo di tensione di ingresso consigliato è compreso tra 7 e 12 volt. Se alimentato con meno di 7 V, il pin di uscita da 5 V potrebbe fornire meno di cinque volt e la scheda potrebbe diventare instabile. Se si utilizzano più di 12 V, il regolatore di tensione potrebbe surriscaldarsi e danneggiare la scheda. L'Atmega 328 utilizzerà 5 V invece di 3,3 V per avere la massima velocità di clock.

Gestione dei rischiRischi potenziali:

La ricezione di componenti difettosi è un rischio potenziale che può essere mitigato ordinando degli extra.

L'orientamento errato dei chip IC come l'Atmega 328 potrebbe causare connessioni errate ai pin. Verificheremo il corretto orientamento prima di saldarlo.

Le sollecitazioni meccaniche poste sui pin di uscita potrebbero interrompere i collegamenti. Utilizzeremo supporti a foro passante per garantire che ciò non accada.

Durante la saldatura c'è la possibilità di giunti di saldatura freddi. Possiamo mitigarlo ispezionando ogni connessione dopo che il giunto è stato formato.

Identificare dove vanno le parti sulla scheda potrebbe diventare difficile.

L'inclusione di identificazioni serigrafiche renderà questo più facile.

Piano di accoglienza:

Saranno posizionati degli interruttori per isolare i sottocircuiti della scheda e consentirci di assemblare e testare i pezzi della scheda uno alla volta e garantire che ogni pezzo funzioni correttamente prima di procedere e assemblare il resto del cinghiale

Passaggio 1: Schema

Lo schema è stato creato facendo riferimento agli schemi open source Arduino Uno e regolandolo per migliorare l'integrità del segnale.

Passaggio 2: layout PCB

Passaggio 3: assemblaggio

Abbiamo iniziato ad assemblare il PCB con i condensatori di disaccoppiamento e i Fusibili.

Abbiamo quindi saldato i chip di alimentazione e il chip del diodo ESD. Il chip di protezione ESD era difficile da saldare a causa delle dimensioni ridotte del chip e dei pad piccoli, ma abbiamo completato con successo l'assemblaggio.

Abbiamo riscontrato un problema per cui la nostra scheda non si è ripristinata, ma ciò è dovuto al fatto che il nostro pulsante non ha avuto un buon contatto. Dopo aver premuto il pulsante con una certa forza, è tornato a uno stato funzionale e ha funzionato normalmente

Passaggio 4: rumore di commutazione: pin 9

Ecco due immagini in cui vengono confrontati i rumori di commutazione dai pin 9-13. Le inquadrature verdi dell'oscilloscopio rappresentano la scheda commerciale, le inquadrature gialle dell'oscilloscopio rappresentano la nostra scheda interna e i segnali blu rappresentano i segnali di attivazione per ottenere un'inquadratura pulita e coerente.

È difficile vedere l'etichetta sulle inquadrature dell'oscilloscopio, ma la scheda commerciale (verde) ha un rumore di commutazione da picco a picco di circa quattro volt. La nostra scheda interna ha un rumore di commutazione di circa due volt. Questa è una riduzione del 50% del rumore di commutazione sul pin 9.

Passaggio 5: rumore di commutazione: pin 10

Sul pin 10, il rumore di commutazione sulla scheda commerciale è maggiore di quattro volt. È seduto a circa 4,2 volt da picco a picco. Sulla nostra scheda interna, il rumore di commutazione è appena sopra i due volt picco-picco. Si tratta di una riduzione di circa il 50% del rumore di commutazione.

Passaggio 6: rumore di commutazione: pin 11

Sul pin 11 della scheda commerciale, il rumore di commutazione da alto a basso è di circa 800 mV e il rumore di commutazione da basso ad alto è di circa 900 mV. Sulla nostra scheda interna, il rumore di commutazione da alto a basso è di circa 800 mV e il nostro rumore di commutazione da basso ad alto è di circa 200 mV. Abbiamo ridotto drasticamente il rumore di commutazione da basso ad alto, ma non abbiamo realmente influenzato il rumore di commutazione da alto a basso.

Passaggio 7: rumore di commutazione: pin 12

Sul pin 12, abbiamo usato un IO di commutazione per attivare i colpi dell'oscilloscopio sia nella scheda commerciale che nella scheda interna. Nella scheda commerciale, il rumore di commutazione è di circa 700 mV picco-picco e la scheda interna ha un picco-picco di 150 mV. Si tratta di una diminuzione di circa il 20% del rumore di commutazione.

Passaggio 8: rumore di commutazione: pin 13

Sul pin 13, la scheda commerciale mostra un rumore di commutazione di quattro volt picco-picco e la nostra scheda interna mostra poco o nessun rumore di commutazione. Questa è una differenza enorme ed è motivo di festa

Passaggio 9: creazione di una nuova scheda con funzioni speciali utilizzando il nostro design migliorato

Lo scopo di questa scheda è espandere la nostra scheda Golden Arduino, con caratteristiche di design migliorate e componenti aggiuntivi come LED che cambiano colore e un sensore di battito cardiaco. Includerà funzionalità di progettazione per ridurre il rumore come il routing migliorato, l'utilizzo di 2 strati PCB aggiuntivi per renderla una scheda a 4 strati e il disaccoppiamento dei condensatori attorno alle linee di alimentazione e la commutazione degli I/O. Per creare il sensore del battito cardiaco utilizzeremo un fotodiodo posto tra due LED, che misurerà la luce riflessa dal sangue nel dito che è posizionato sopra il sensore del battito cardiaco. Inoltre, includeremo LED indirizzabili individualmente che sono controllati tramite I2C.

La potenza in ingresso sarà la stessa di quella necessaria per alimentare un Arduino Uno. L'intervallo di tensione di ingresso consigliato è compreso tra 7 e 12 volt. Se alimentato con meno di 7 V, il pin di uscita da 5 V potrebbe fornire meno di cinque volt e la scheda potrebbe diventare instabile. Se si utilizzano più di 12 V, il regolatore di tensione potrebbe surriscaldarsi e danneggiare la scheda. L'Atmega 328 utilizzerà 5 V invece di 3,3 V per avere la massima velocità di clock.

Passaggio 10: schema

Passaggio 11: layout della scheda

Power layer Pour e Ground Layer Pour Hidden per vedere le tracce. Quando questa scheda è stata progettata, l'impronta USB era in realtà orientata all'indietro per caso. Dovrebbe essere capovolto in modo che un cavo possa essere collegato correttamente.

Passaggio 12: assemblaggio

Le foto non sono state scattate in ogni passaggio, ma la foto sotto mostra la visualizzazione finale del tabellone. I pin dell'intestazione non sono stati aggiunti poiché la funzione principale di questa scheda è aggiungere LED e ADC. La porta USB dovrebbe essere rivolta nella direzione opposta in modo che non sia necessario che un cavo raggiunga l'intera scheda.