Costruire un Arduino fai da te su un PCB e alcuni suggerimenti per principianti: 17 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Questo è inteso come una guida per chiunque voglia saldare il proprio Arduino da un kit, che può essere acquistato da A2D Electronics. Contiene molti suggerimenti e trucchi per costruirlo con successo. Imparerai anche cosa fanno tutti i diversi componenti.

Continua a leggere e scopri cosa serve per costruire il tuo Arduino!

È inoltre possibile visualizzare questo progetto sul mio sito Web qui.

Passaggio 1: connettore mini USB

La prima parte da saldare è il connettore mini USB. Ciò fornirà alimentazione al tuo arduino una volta completato, ma sarà necessario un adattatore da RS232 / USB a seriale per programmarlo. La presa mini USB va inserita per prima in modo che tu possa inserirla, capovolgi la scheda in modo che i pin siano rivolti verso l'alto, quindi appoggiala sul tavolo. Prima di inserirlo, piega leggermente il mini set di 2 pin verso la parte anteriore della scheda in modo che si adatti perfettamente ai fori sul PCB. Il peso del PCB manterrà il connettore in posizione e potrai saldarlo proprio lì.

Passaggio 2: intestazioni pin

Le intestazioni dei pin sono i prossimi pezzi da inserire. Dovresti avere intestazioni femminili a 6 pin x2, 8 pin x2 e 10 pin x1. È necessaria anche un'intestazione maschio di 3×2 per l'intestazione ICSP (In Circuit Serial Programming). Questi girano tutti intorno all'esterno del tabellone e si adatteranno perfettamente al loro posto. Saldarli con lo stesso metodo della presa USB, facendo un'intestazione alla volta. Le intestazioni dovrebbero essere tutte perfettamente perpendicolari al PCB. Per ottenere ciò, saldare solo un pin dell'intestazione, quindi tenendo l'intestazione con la mano, fondere nuovamente la saldatura e riposizionare l'intestazione nella sua posizione perpendicolare. Assicurati che sia anche a filo contro la tavola per l'intera lunghezza. Tienilo in posizione finché la saldatura non si indurisce, quindi continua a saldare il resto dei pin.

Passaggio 3: presa IC

Suggerimento rapido per saldare il resto dei componenti: tutti i cavi dei componenti possono essere prima posizionati attraverso la scheda, quindi piegati di lato in modo che i componenti rimangano nella scheda quando la si capovolge. Ciò renderà molto più facile la saldatura poiché i componenti si manterranno in posizione.

Inizia posizionando la presa IC a 28 pin. Assicurati di allineare il divot a un'estremità con il disegno sul PCB. Ciò consente di sapere in che modo inserire il microcontrollore AtMega328P. Anche se i pin su questa presa sono più corti dei resistori o dei condensatori, possono comunque essere piegati per tenere il componente in posizione mentre lo si salda.

Passaggio 4: resistori

I 3 resistori possono andare avanti. Non importa in che modo sono posizionati: i resistori non sono polarizzati. Ci sono 2 resistori da 1K ohm come resistori di limitazione della corrente per i LED e un resistore da 10K ohm come resistore di pull-up sulla linea di ripristino. Per i LED sono stati scelti resistori da 1K ohm al posto dei comuni 220 ohm in modo che i LED abbiano una corrente minore che li attraversa, fungendo quindi più da indicatori che da torcia.

Passaggio 5: LED

Ci sono 2 LED, uno come indicatore di alimentazione e l'altro sul pin 13 di Arduino. La gamba più lunga sui LED segna il lato positivo (anodo). Assicurati di mettere la gamba più lunga nel lato contrassegnato con + nel PCB. Anche il cavo negativo di come LED è appiattito lateralmente, in modo da poter ancora decifrare i cavi positivo (anodo) e negativo (catodo) se sono stati tagliati.

Passaggio 6: oscillatore

Il prossimo è l'oscillatore al cristallo e i 2 condensatori ceramici da 22 pF. Non importa in che modo viene inserito uno di questi: i condensatori ceramici e gli oscillatori a cristallo non sono polarizzati. Questi componenti daranno ad Arduino un segnale di clock esterno a 16MHz. L'arduino può produrre un clock interno a 8MHz, quindi questi componenti non sono strettamente necessari, ma lo lasciano funzionare alla massima velocità.

Passaggio 7: interruttore di ripristino

L'interruttore di ripristino può andare avanti. Le gambe dell'interruttore non devono essere piegate, dovrebbero mantenersi nella fessura.

Passaggio 8: condensatori ceramici

4 condensatori ceramici da 100nF (nano Farad) possono andare avanti. C3 e C9 aiutano a ridurre i piccoli picchi di tensione sulle linee da 3,3 V e 5 V per fornire energia pulita ad Arduino. C7 è in serie con la linea di reset esterno per consentire a un dispositivo esterno (USB to Serial Converter) di resettare Arduino al momento giusto per programmarlo. C4 si trova sul pin AREF (Analog Reference) e GND di Arduino per garantire che Arduino misuri valori analogici accurati sui suoi ingressi analogici. Senza C4, AREF sarebbe considerato "fluttuante" (non collegato all'alimentazione o a terra) e causerebbe imprecisioni nelle letture analogiche perché un pin flottante assumerà qualsiasi tensione intorno ad esso, inclusi i piccoli segnali CA nel tuo corpo che sono venuti dal cablaggio intorno a te. Ancora una volta, i condensatori ceramici non sono polarizzati, quindi non importa in che modo li metti.

Passaggio 9: fusibile PTC

Ora puoi installare il fusibile PTC (coefficiente di temperatura positivo). Il fusibile PTC non è polarizzato, quindi può essere inserito in entrambi i modi. Questo va proprio dietro la presa USB. Se il tuo circuito tenta di assorbire più di 500 mA di corrente, questo fusibile PTC inizierà a riscaldarsi e aumenterà la resistenza. Questo aumento della resistenza abbasserà la corrente e proteggerà la porta USB. Questa protezione è in circuito solo quando l'Arduino viene alimentato tramite USB, quindi quando si alimenta l'Arduino tramite il jack CC o tramite alimentazione esterna, assicurarsi che il circuito sia corretto. Assicurati di tirare le gambe completamente attraverso i fori, anche oltre le curve. Un paio di pinze sarà utile qui.

Passaggio 10: condensatori elettrolitici

I 3 condensatori elettrolitici da 47uF (microFarad) possono essere inseriti successivamente. La gamba più lunga su questi è la gamba positiva, ma l'identificazione più comune è la colorazione dell'involucro sul lato della gamba negativa. Assicurati che quando li inserisci, la gamba positiva va verso il segno + sulla scacchiera. Questi condensatori attenuano le maggiori irregolarità della tensione di ingresso, così come le linee 5V e 3,3V, in modo che il tuo Arduino ottenga una tensione costante di 5V/3,3V invece di una tensione fluttuante.

Passaggio 11: presa CC

Il prossimo è il jack di ingresso CC. Stesso affare di tutti gli altri componenti, inseriscilo e capovolgi la scheda sopra di esso per farlo rimanere in posizione mentre lo saldi. Piegare le gambe potrebbe essere un po' difficile, poiché sono spesse, quindi puoi sempre tenerlo in posizione allo stesso modo del connettore mini USB che è stato saldato in precedenza. Questo andrà solo in un modo: con il jack rivolto verso l'esterno del tabellone.

Passaggio 12: regolatori di tensione

Ora i due regolatori di tensione. Assicurati di metterli nei punti giusti. Sono entrambi etichettati, quindi basta abbinare la scritta sulla lavagna con la scritta sui regolatori. Il regolatore da 3,3 V è un LM1117T-3.3 e il regolatore da 5 V è un LM7805. Entrambi sono regolatori di tensione lineari, il che significa che la corrente di ingresso e la corrente di uscita saranno le stesse. Supponiamo che la tensione di ingresso sia 9 V e la tensione di uscita sia 5 V, entrambe a 100 mA di corrente. La differenza tra le tensioni di ingresso e di uscita sarà dissipata sotto forma di calore dal regolatore. In questa situazione (9V-4V) x 0,1A = 0,4W di calore da dissipare dal regolatore. Se si scopre che il regolatore si surriscalda durante l'uso, è normale, ma se si assorbe una corrente elevata e c'è una grande differenza di tensione, potrebbe essere necessario un dissipatore di calore sul regolatore. Ora per saldarli sulla scheda, la linguetta di metallo su un lato dovrebbe andare verso il lato della scheda che ha una doppia linea. Per fissarli in posizione finché non li saldi, piega una gamba da un lato e le altre due dall'altro. Una volta saldato in posizione, piegare il regolatore 5V verso l'esterno della scheda e il regolatore 3,3V verso l'interno della scheda.

Passaggio 13: inserimento dell'IC AtMega328P

La parte finale è inserire il microcontrollore nella sua presa. Allineare i divot nella presa e sull'IC, quindi allineare tutti i pin. Una volta posizionato, puoi spingerlo verso il basso. Ci vorrà un po' più di forza di quanto potresti aspettarti, quindi assicurati di applicare una pressione uniforme in modo da non piegare nessuno dei perni.

Passaggio 14: alcune note di cautela con il tuo Arduino

• Non collegare MAI l'alimentazione USB e l'alimentazione esterna ad Arduino contemporaneamente. Sebbene entrambi possano essere classificati a 5V, spesso non sono esattamente 5V. La piccola differenza di tensione tra le due fonti di alimentazione provoca un cortocircuito attraverso la scheda.
• NON prelevare MAI più di 20 mA di corrente da qualsiasi pin di uscita (D0-D13, A0-A5). Questo friggerà il microcontrollore.
• NON prelevare MAI più di 800mA dal regolatore da 3,3V, o più di 1A dal regolatore da 5V. Se hai bisogno di più energia, usa un adattatore di alimentazione esterno (un power bank USB funziona bene per 5V). La maggior parte degli Arduino genera la propria alimentazione a 3,3 V dall'USB al chip seriale a bordo. Questi sono in grado di fornire solo un'uscita da 200 mA, quindi se usi un Arduino diverso, assicurati di non prelevare più di 200 mA dal pin da 3,3 V.
• MAI mettere più di 16V nella presa DC. I condensatori elettrolitici utilizzati sono classificati per soli 16V.

Passaggio 15: alcuni suggerimenti/fatti interessanti

• Se ritieni che il tuo progetto abbia bisogno di molti pin, i pin di input analogico possono essere utilizzati anche come pin di output digitale. A0 = D14, fino a A5 = D19.
• Il comando analogWrite() è in realtà un segnale PWM, non una tensione analogica. I segnali PWM sono disponibili sui pin 3, 5, 6, 9, 10 e 11. Questi sono utili per controllare la luminosità di un LED, controllare i motori o generare suoni. Per ottenere un segnale audio sui pin di uscita PWM, utilizzare la funzione tone().
• I pin digitali 0 e 1 sono i segnali TX e RX per l'IC AtMega328. Se possibile, non usarli nei tuoi programmi, ma se necessario, potresti dover scollegare le parti da quei pin durante la programmazione di Arduino.
• I pin SDA e SCL per la comunicazione i2c sono in realtà i pin A4 e A5 rispettivamente. Se si utilizza una comunicazione i2c, i pin A4 e A5 non possono essere utilizzati per altri scopi.

Passaggio 16: programmare il tuo Arduino

Prima di tutto scollegare qualsiasi alimentazione esterna per evitare di cortocircuitare 2 diversi alimentatori. Ora collega un adattatore da USB a seriale all'intestazione appena dietro l'alimentazione mini USB. Collegalo secondo quanto segue:

Adattatore da USB a seriale Arduino

GND GND (terra)

VCC VCC (alimentazione)

DTR DTR (reset pin)

TX RX (dati)

RX TX (dati)

Sì, i pin TX e RX vengono capovolti. TX è il pin di trasmissione e RX è il pin di ricezione, quindi se avessi 2 pin di trasmissione collegati insieme, non accadrebbe molto. Questa è una delle insidie più comuni per i principianti.

Assicurati che il ponticello sull'adattatore da USB a seriale sia impostato su 5V.

Collega l'adattatore da USB a seriale al computer, seleziona la porta COM appropriata (dipende dal tuo computer) e Board (Arduino UNO) nel menu Strumenti dell'IDE Arduino (scaricato da Arduino.cc), quindi compila e carica il tuo programma.

Passaggio 17: test con uno schizzo Blink

La prima cosa da fare è far lampeggiare un LED. Questo ti consentirà di familiarizzare con l'IDE Arduino e il linguaggio di programmazione e assicurerà che la tua scheda funzioni correttamente. Vai agli esempi, trova l'esempio Blink, quindi compila e carica sulla scheda Arduino per assicurarti che tutto funzioni. Dovresti vedere il LED collegato al pin 13 iniziare a lampeggiare e spegnersi a intervalli di 1 secondo.