Clonazione fai-da-te compatibile con Arduino: 21 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

L'Arduino è lo strumento definitivo nell'arsenale del Maker. Dovresti essere in grado di costruire il tuo! All'inizio del progetto, intorno al 2005, il design prevedeva tutte le parti a foro passante e la comunicazione avveniva tramite un cavo seriale RS232. I file sono ancora disponibili, quindi puoi crearne uno tuo, e io li ho, ma non molti computer hanno le porte seriali più vecchie.

La versione USB di Arduino seguì a breve, e probabilmente contribuì notevolmente al successo del progetto perché consentiva una facile connessione e comunicazione. Tuttavia, ha avuto un costo: il chip di comunicazione FTDI è arrivato solo in un pacchetto di montaggio superficiale. I piani sono ancora disponibili anche per questo, ma la saldatura a montaggio superficiale è oltre la maggior parte dei principianti.

Le schede Arduino più recenti utilizzano chip 32U4 con USB integrato (Leonardo) o chip Atmel separati per USB (UNO), entrambi che ci lasciano ancora nel territorio del montaggio superficiale. A un certo punto c'era "TAD" di Dangerous Devices che usava un PIC passante per fare USB, ma non riesco a trovare nulla sul web di loro.

Allora eccoci qua. Credo fermamente che un principiante, come un cavaliere Jedi, dovrebbe essere in grado di costruire il proprio Arduino (sciabola leggera). "Un'arma elegante da un'era più civilizzata". La mia soluzione: creare un chip FTDI a foro passante utilizzando un pacchetto di montaggio superficiale! Ciò mi consente di eseguire il montaggio superficiale e di offrire il progetto rimanente come foro passante fai-da-te! L'ho anche progettato in KiCad Open Source, così puoi studiare i file di progettazione, modificarli e creare la tua versione.

Se pensi che sia un'idea stupida, o ami la saldatura a montaggio superficiale, dai un'occhiata al mio Leonardo Clone, altrimenti continua a leggere…

Passaggio 1: parti e materiali di consumo

La distinta base completa si trova su

Le parti uniche di questo sono i circuiti stampati, uno per Arduino e uno per il chip FTDI. Puoi farli realizzare da OSH Park per te o utilizzare i file di progettazione con la tua pensione preferita.

Un kit per questo progetto è disponibile su Tindie.com. L'acquisto del kit ti farà risparmiare tempo e spese per l'ordinazione da diversi fornitori ed eviterà il premio minimo per l'ordine del PCB. Ti fornirà anche un chip a foro passante FDTI montato in superficie testato e un Atmega pre-flash.

Strumenti e forniture: per i miei workshop, utilizzo il ToolKit per principianti di SparkFun che ha la maggior parte di ciò di cui hai bisogno:

• Saldatore.
• Saldare
• Tronchesi per fili
• Treccia dissaldante (speriamo non necessaria, ma non si sa mai).

Passaggio 2: signore e signori, iniziate i ferri

Non cercherò di insegnarti a saldare. Ecco un paio dei miei video preferiti che lo mostrano molto meglio di me:

• Carrie Ann di Geek Girl Diaries.
• Colin di Adafruit

Generalmente:

• Trova la posizione sul PCB usando i segni della serigrafia.
• Piegare i cavi del componente per adattarli all'impronta del piede.
• Saldare i cavi.
• Taglia i cavi

Passaggio 3: resistori

Iniziamo con i resistori poiché sono i più abbondanti, i posti più bassi e i più facili da saldare. Sono più resistenti al calore e ti daranno la possibilità di rispolverare la tua tecnica. Inoltre non hanno polarità, quindi puoi metterli in entrambi i modi.

• Inizia con i tre 10K ohm (marrone - nero - arancione -oro), che si trovano in un paio di punti sulla scheda (vedi foto). Questi sono resistori "pull-up" che mantengono il segnale a 5V a meno che non siano attivamente abbassati.
• Coppia di 22 ohm (rosso - rosso - nero - oro) sono nell'angolo in alto a sinistra. Questi fanno parte del circuito di comunicazione USB.
• La coppia di 470 ohm (Yellow, Violet, Brown, Gold) è la successiva. Questi sono resistori di limitazione della corrente per i LED RX/TX.
• Singolo 4.7K ohm (giallo, viola, rosso, oro). Una palla dispari per il segnale FTDI VCC.
• E infine, un paio di 1K ohm (marrone, nero, rosso, oro). Questi sono resistori di limitazione della corrente per i LED di potenza e D13 (330 ohm funzionerebbero, ma non mi piacciono troppo luminosi).

Passaggio 4: Diodo

Successivamente abbiamo il diodo che protegge il circuito dalla corrente inversa dal jack di alimentazione. La maggior parte, ma non tutti i componenti, reagiranno male all'inversione di polarità.

Ha una polarità che è contrassegnata da una banda d'argento su un'estremità.

Abbinalo alla marcatura serigrafica e alla saldatura in posizione.

Passaggio 5: regolatore di tensione (5V)

Ci sono due regolatori di tensione e il principale è un 7805 che regolerà i dodici volt dal jack fino ai 5 volt di cui ha bisogno l'Atmega 328. Ci sono grandi caratteristiche in rame sul circuito stampato per aiutare a dissipare il calore. Piegare i cavi in modo che la parte posteriore tocchi la scheda con il foro allineato con il foro in parte e saldare in posizione.

Passaggio 6: prese

Gli zoccoli consentono di inserire e rimuovere i chip IC senza saldature. Li considero un'assicurazione perché sono economici e consentono di sostituire un chip bruciato o di riorientare l'IC se inserito al contrario. Hanno un divot in un'estremità per mostrare la direzione del chip, quindi abbinalo alla serigrafia. Saldare due pin e quindi verificare che sia posizionato correttamente prima di saldare i pin rimanenti.

Passaggio 7: pulsante

Gli Arduino in genere hanno un pulsante di ripristino per riavviare il chip se si riaggancia o deve essere riavviato. Il tuo è nell'angolo in alto a sinistra. Premilo in posizione e salda.

Passaggio 8: LED

Ci sono una serie di LED per indicare lo stato. I LED hanno una polarità. La gamba lunga è l'anodo, o positivo, e va nel pad rotondo con il "+" accanto. La gamba corta è il catodo, o negativo, e va nel pad quadrato.

Il colore è arbitrario, ma di solito uso:

• Giallo per RX/TX che lampeggiano quando il chip sta comunicando o è in fase di programmazione.
• Verde per il LED D13 che può essere utilizzato dal programma per segnalare eventi.
• Rosso per mostrare che l'alimentazione a 5 volt è disponibile tramite USB o presa di alimentazione.

Passaggio 9: condensatori ceramici

I condensatori ceramici non hanno polarità.

I condensatori di livellamento della potenza vengono generalmente utilizzati per rimuovere i transitori dall'alimentatore ai chip. I valori sono tipicamente specificati nella scheda tecnica del componente.

Ogni chip IC nel nostro design ha un condensatore da 0.1uF per il livellamento della potenza.

Ci sono due condensatori da 1uF per livellare la potenza attorno al regolatore da 3,3 volt.

Inoltre, c'è un condensatore da 1uF che aiuta con i tempi della funzione di ripristino del software.

Passaggio 10: condensatori elettrolitici

I condensatori elettrolitici hanno una polarità che deve essere osservata. Di solito hanno valori maggiori rispetto ai condensatori ceramici, ma in questo caso abbiamo un condensatore da 0,33 uF per il livellamento della potenza attorno al regolatore 7805.

La gamba lunga del dispositivo è positiva e va nel pad quadrato contrassegnato con "+". Questi tendono a diventare "pop" se inseriti al contrario, quindi fallo bene o avrai bisogno di un sostituto.

Passaggio 11: 3.3 Regolatore di tensione

Mentre il chip Atmega funziona a 5 volt, il chip USB FTDI necessita di 3,3 volt per funzionare correttamente. Per fornire questo, usiamo un MCP1700 e poiché richiede pochissima corrente, è in un piccolo contenitore TO-92-3 come i transistor invece del grande contenitore TO-220 come il 7805.

Il dispositivo ha una faccia piatta. Abbinalo alla serigrafia e regola l'altezza del componente a circa un quarto di pollice sopra il tabellone. Saldare a posto.

Passaggio 12: intestazioni

La bellezza di Arduino è l'ingombro e la piedinatura standardizzati. Le intestazioni consentono di collegare "scudi" che consentono di modificare rapidamente le configurazioni hardward secondo necessità.

In genere saldo un pin di ciascuna intestazione e quindi verifico l'allineamento prima di saldare i pin rimanenti.

Passaggio 13: risonatore

I chip Atmega hanno un risonatore interno che può funzionare a frequenze diverse fino a 8 Mhz. Una sorgente di temporizzazione esterna consente al chip di funzionare fino a 20 Mhz, ma l'Arduino standard utilizza 16 Mhz, che era la velocità massima dei chip Atmega8 utilizzati nel progetto originale.

La maggior parte degli Arduino usa i cristalli, che sono più precisi, ma richiedono condensatori aggiuntivi. Ho deciso di utilizzare un risonatore, che è abbastanza preciso per la maggior parte dei lavori. Non ha una polarità, ma di solito guardo il segno verso l'esterno in modo che i produttori curiosi possano dire che stai eseguendo una configurazione standard.

Passaggio 14: fusibile

La maggior parte di Arduino non ha fusibili, ma qualsiasi Maker che sta imparando abbastanza spesso (almeno nel mio caso) collegherà le cose in modo errato. Un semplice fusibile ripristinabile aiuterà a non rilasciare il "fumo magico" che richiede la sostituzione del chip. Questo fusibile si aprirà se viene tirata troppa corrente e si ripristinerà quando si sarà raffreddato. Non ha polarità e i nodi nelle gambe lo tengono sopra la tavola.

Passaggio 15: intestazioni

Altre due intestazioni, queste con pin maschio. Vicino al connettore USB ci sono tre pin che consentono di passare dall'alimentazione USB al jack utilizzando un ponticello. Un UNO ha circuiti per farlo automaticamente, ma non sono stato in grado di replicarlo in forma di foro passante.

La seconda intestazione è un'intestazione "nella programmazione del sistema" a sei pin. Ciò consente di collegare un programmatore esterno per riprogrammare direttamente l'Atmega se necessario. Se acquisti il mio kit, il chip ha già il firmware caricato, oppure l'Atmega può essere rimosso dal socket e inserito direttamente in un socket di programmazione, quindi questo header è usato raramente e quindi opzionale.

Passaggio 16: presa di alimentazione

Invece dell'USB, è possibile utilizzare un jack standard da 5,5 x 2,1 mm per l'alimentazione esterna. Questo alimenta il pin contrassegnato con "Vin" e alimenta il regolatore di tensione 7805 che fa 5 volt. Il pin centrale è positivo e l'ingresso può arrivare fino a 35V, sebbene 12V sia più tipico.

Passaggio 17: USB

Gli Arduino più recenti come il Leonardo utilizzano una connessione micro USB, ma la connessione USB B originale è robusta ed economica e probabilmente hai molti cavi in giro. Le due grandi linguette non sono collegate elettricamente, ma sono saldate per resistenza meccanica.

Passaggio 18: patatine

È ora di installare i chip. Verificare l'orientamento. Se la presa è al contrario, assicurati che il chip corrisponda ai segni della serigrafia. Nell'orientamento con cui abbiamo lavorato, i due chip inferiori sono capovolti.

Inserire il chip in modo che le gambe siano allineate con le prese. I circuiti integrati provengono dalla produzione con le gambe leggermente divaricate, quindi dovranno essere piegate in verticale. Questo di solito è già fatto per te nei miei kit. Una volta che sei sicuro dell'orientamento, premi delicatamente entrambi i lati del chip. Assicurati che nessuna gamba si sia piegata accidentalmente.

Passaggio 19: flashare il bootloader

Il bootloader è una piccola porzione di codice sul chip che consente di caricare facilmente il codice tramite USB. Funziona per i primi secondi all'accensione alla ricerca di aggiornamenti, quindi avvia il codice esistente.

L'IDE Arduino semplifica il flashing del firmware, ma richiede un programmatore esterno. Uso il mio programmatore AVR e, naturalmente, ti venderò un kit per questo. Se hai un programmatore, non hai davvero bisogno di un Arduino poiché puoi programmare direttamente il chip. Una specie di cosa pulcino e uova.

Un'altra opzione è acquistare l'Atmega con già un bootloader:

Ti indicherò le istruzioni ufficiali di Arduino poiché potrebbe facilmente trasformarsi nel proprio Instructable se non stiamo attenti:

Passaggio 20: installare il ponticello di alimentazione e connettersi

Il ponticello di alimentazione è un modo manuale per selezionare la fonte di alimentazione tra 5 volt da USB o presa di alimentazione. Gli Arduino standard hanno circuiti per passare automaticamente, ma non sono stato in grado di implementarlo facilmente con parti a foro passante.

Se il ponticello non è installato, non c'è alimentazione. Se si seleziona il jack e non è collegato nulla, non c'è alimentazione. Ecco perché c'è un LED rosso per mostrarti se hai energia.

Inizialmente, vuoi vedere se Arduino comunica tramite USB, quindi posiziona il ponticello su quell'impostazione. Collega il tuo Arduino al computer con attenzione. Se ricevi un "dispositivo USB non riconosciuto", scollegalo e avvia la risoluzione dei problemi.

Altrimenti, usa il tuo Arduino IDE per caricare lo sketch di base dei blink. Usa "Arduino UNO" come tabellone. Segui le istruzioni qui:

Passaggio 21: risoluzione dei problemi

All'accensione iniziale, sei sempre alla ricerca di indicazioni di successo o fallimento e sei pronto a scollegare rapidamente la scheda se le cose non vanno come previsto. Non perderti d'animo se il successo non è immediato. Nei miei workshop, cerco di incoraggiare:

• Pazienza, non è sempre facile, ma di solito ne vale la pena.
• Persistenza, non risolverai il problema se ti arrendi.
• Atteggiamento positivo, puoi capirlo, anche se hai bisogno di aiuto per farlo.

Ogni volta che mi trovo alle prese con un problema, dico sempre a me stesso che più è difficile risolverlo, più grande sarà la ricompensa o l'apprendimento per risolverlo.

Con questo in mente, inizia con le cose semplici:

• Ispeziona i giunti di saldatura sul retro della scheda, ritoccando qualsiasi giunto che sembri sospetto.
• Verificare che i chip IC siano nell'orientamento corretto e che nessuno dei cavi si sia piegato quando è stato inserito.
• Il LED rosso è acceso quando è collegato? In caso contrario, controlla il ponticello di alimentazione e i giunti di saldatura USB.
• Verificare che gli altri componenti con polarità siano orientati correttamente.
• Cerca altri indizi come messaggi di errore o componenti che si surriscaldano.

Se hai ancora problemi, chiedi aiuto. Scrivo Instructables perché voglio insegnare e aiutare chi vuole imparare. Fornisci una buona descrizione dei sintomi e dei passaggi che hai eseguito per trovare gli errori. Può essere utile anche una fotografia ad alta risoluzione della parte anteriore e posteriore della lavagna. Non mollare mai. Ogni lotta è una lezione.