Naučite kako dizajnirati prilagođeno oblikovano PCB računalo pomoću EasyEDA mrežnih alata: 12 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Oduvijek sam želio dizajnirati prilagođenu PCB, a s mrežnim alatima i jeftinom prototipiranjem PCB -a nikada nije bilo lakše nego sada! Čak je moguće jeftino i jednostavno sastaviti komponente za površinsko montiranje u malim količinama kako biste uštedjeli težak zadatak lemljenja! Naručio sam 10x PCB -e sa montažom za manje od 50 USD. Iako PCB -i služe važnoj funkciji, izgled komponenti važan je dio izgleda. Okrenuo sam komponente na ploči kako bih ih poravnao s točkama zvijezde.

Ova instrukcija će vas naučiti:

• Kako nacrtati prilagođeni oblik PCB -a u InkScape -u (besplatni grafički alat otvorenog koda)
• Kako koristiti EasyEDA alate za dizajn kola i PCB -a (besplatno i na mreži, nije potrebna instalacija!)
• Kako uvesti SVG u EasyEDA za prilagođeni oblik PCB -a i sitotisak
• Kako dizajnirati jednostavan 'Arduino' programabilni MCU dizajn
• Kako koristiti JLCPCB sklop za površinsko montiranje za izradu i montažu ploča

Karakteristike "Zvijezde"

• Prilagođena PCB u obliku zvijezde sa 5 tačaka
• Animirano osvjetljenje - 10x LED dioda po strani, dvostrano
• arduino programabilni mikrotem za upravljanje ATMEGA328P
• 2x tipke za interaktivnost - mogli biste napraviti jednostavnu igru
• napaja se mikro USB -om (opcija)
• Umrežite više zvjezdica za veće animacije (opcija) sa serijskom komunikacijom

AŽURIRANO 02APR2020 nakon što su ploče primljene.

Supplies

Pogledajte datoteku BOM (Bill of Materials) i shematski PDF u prilogu.

Pogledajte kompletnu šemu u prilogu.

Evo veze do projekta EasyEDA iz kasnijeg koraka -

Korak 1: Kreirajte dizajn u InkScape -u

Prvo osmislimo oblik PCB-a i bilo koje umjetnosti na sitotisku za PCB.

1. Preuzmite i instalirajte inkscape
2. Kreirajte novi dokument
3. Pomoću alata pravokutnika stvorite pravokutnik 100x100 mm. JLCPCB nudi jeftinije PCB -ove ispod ove veličine.
4. Pomoću alata poligon stvorite oblik zvijezde koji se uklapa u pravokutnik

5. Dodajte druge detalje, npr. grafike malih zvjezdica unutar obrisa na koje ću postaviti LED diode

   1. Počnite dodavanjem oblika za jednu točku zvijezde, npr. vrh
   2. Dodajte zaobljeni ugao (radi sigurnosti!) Pomoću Bezierove krivulje
   3. Odaberite sve oblike na ovoj točki i grupirajte ih zajedno

   4. Zatim možemo kopirati i rotirati ovu grupu do drugih tačaka zvijezde

      "Uredi -> Kloniraj -> Kreiraj popločane klonove"

6. Ako ste zaokružili uglove, moramo ukloniti točke koje više nisu potrebne

   1. Da bih to učinio, ručno sam nacrtao ravne linije koje povezuju krivulje
   2. Zatim uklonite originalnu zvjezdicu

Sačuvajte 2 verzije ove slike

• O: sitotisak - Potpuna slika sa svim detaljima koji će se koristiti za sito
• B: obris ploče - kao gore, ali uklonite sve detalje u sredini ostavljajući samo obris. Ovo će definirati oblik PCB -a.

Sačuvajte. DXF verzije obje datoteke

• datoteka -> Spremi kao ->.dxf
• Koristite detalje

Primjer priloženih inkscape.svg i.dxf datoteka.

Korak 2: Uvezite.dxf u EasyEDA za stvaranje prilagođenog oblika

Ovaj korak će stvoriti novi projekt na mrežnom alatu EasyEDA i uvesti.dxf za postavljanje oblika PCB -a i svilenog ekrana. EasyEDA je besplatni mrežni uređivač shema i PCB -a. Odabrao sam ovo jer je bilo lakše od preuzimanja i instaliranja jednog od mnogih dostupnih alata. Čini se da je odličan za moje potrebe i dobro se integrira s JLCPCB za prototipe PCB -a i LCSC dijelove.

Kreirajte projekt i PCB

1. Posjetite https://easyeda.com/ i kreirajte besplatni račun.

2. Kreirajte novi projekat u svom radnom prostoru

   Datoteka spremi shemu

3. Desni klik na naziv projekta i "New PCB"

   1. OK zadane postavke (100x100mm)
   2. Napomena - kasnije se možemo vratiti i urediti shemu i dodati komponente

4. Uvezite konturu ploče

   1. Datoteka -> uvoz DXF -a
   2. Odaberite datoteku s prikazom.dxf ploče iz inkscape -a
   3. Provjerite je li sloj postavljen na 'BoardOutLine'
   4. Kliknite "Uvoz"
   5. Postavite ga unutar postojećeg pravokutnika 100x100
   6. Izbrišite pravokutnik, novi oblik zvijezde je BoardOutLine
   7. Provjerite nalazi li se na ružičastom BoardOutLine sloju, ako nije, odaberite ga i promijenite sloj na ploči u gornjem desnom kutu
5. Uvezite sliku svilenog ekrana
   1. Datoteka -> uvoz DXF -a
   2. Odaberite.dxf datoteku na sitotisku iz inkscape -a
   3. Provjerite je li sloj postavljen na 'TopSilkLayer'
   4. Kliknite "Uvoz"
   5. Postavite ga na vrh obrisa ploče (zumirajte točkićem miša za tačnost)
6. Provjerite rezultate pregledom 3D pregleda

   Kliknite ikonu 'kamere' i '3D prikaz'

Sljedeći korak - dodajte komponente:)

Korak 3: Planirajte komponente koje ćete koristiti, uključujući SMD sklop

Sada kada imamo prilagođeni oblik, možemo početi dodavati komponente.

Komponente možete jednostavno postaviti izravno u uređivač PCB -a, ali bolje je dodati ih u shematski prikaz, a zatim pritisnuti „Ažuriraj PCB“da biste ih dodali na PCB.

Napomena - da biste iskoristili usluge sastavljanja PCB -a koje nudi JLCPCB (https://jlcpcb.com/smt-assembly), važno je koristiti komponente s određene liste koju imaju.

• Preuzmite XLS listu dijelova
  • Trenutno -
  • Koje je povezano sa:

Izbor delova:

• baza

  Najjeftinija opcija je korištenje dijelova sa njihove 'osnovne' liste jer su oni već učitani na njihove mašine za odabir

• produžiti

  Postoje dodatni „prošireni“dijelovi, ali za svaki postoji dodatni trošak. npr. LED diode i ATMEG328P koje koristim u ovom projektu su proširene, međutim svi diskretni otpornici, kondenzatori i keramički rezonator su standardni dijelovi

• ostalo - kasnije ručno dodano na ploču

  Odlučio sam ručno dodati USB konektor, tipke i zaglavlje za programiranje

Priložena slika je snimak ekrana podskupa dijelova koje sam koristio u projektu. Dodao sam kolonu "MyProject" koja mi pomaže da se filtriram do komponenti do kojih mi je stalo. Odabrao sam uglavnom 0805 otisaka radi lakšeg lemljenja. Kristalno/keramički rezonator može biti teško lemiti rukom.

Broj dijela LCSC, npr. C14877, može se koristiti izravno u uređivaču shema (i PCB -a).

Sažetak BOM -a

• C84258. - hladna bijela LED, vrlo svijetla (čak i sa 2x LED diode koje dijele otpornik od 150R na 5V) i lijep difuzor
• C7171 - 10uF poklopac za odvajanje x2
• C17444 - 12K otpornik za RESET pin pull -up x1
• C17471 - 150R otpornik u seriji sa LED diodama x10
• C21120 - 220nF kapa za odvajanje x2
• C13738 - 16MHz keramički rezonator sa integriranim poklopcima
• C14877 - ATMEGA328P MCU

Korak 4: Izgradite shemu i učinite je Arduino programabilnom

U središtu ovog dizajna je ATMEGA328P koji se koristi u mnogim Arduinima, uključujući Uno, Nano i Pro Mini. To znači da je moguće koristiti Arduino IDE za pisanje koda i programiranje ploče.

Dizajnirao sam ovu ploču tako da koristi minimalni broj komponenti kako bi smanjio troškove i održao ploču jednostavnom, ali ipak omogućio da se programira kroz zaglavlje ISP -a 'U sistemskom programiranju' kao da je u pitanju Arduino Nano.

Shvatite pinout

Pogledajte dijagram pinout -a priložen sa https://github.com/MCUdude/MiniCore da vidite kako se fizičke pinove MCU -a preslikavaju u nazive arduino pin -ova. npr. fizički MCU pin 1, (gore lijevo) je također arduino pin 3 (označen D3 na nano), kojim upravlja PD3 unutar MCU -a. Sa arduino IDE gledišta, trebate znati samo arduino pin '3'.

Minimalne komponente koje oponašaju nano:

• ATMEGA328P
• Odvajanje kondenzatora radi nesmetanog napajanja
• ISP zaglavlje "U sistemskom programiranju" umjesto USB programiranja
  • 6-pinsko zaglavlje koje se može programirati s drugog arduina sa slikom programera ISP-a
  • Napomena - USB/serijsko programiranje nije moguće bez USB na serijski pretvarač
• Pogledajte

• 16MHz keramički rezonator

  • Ovo je potrebno ako oponašate Nano jer su to uvijek 5V i 16MHz vanjski rezonator
  • Imajte na umu da većini 3 ili 4 pinskih rezonatora nisu potrebni posebni kondenzatori koji su potrebni kristalu

Alternativni, još minimalniji set komponenti sa MiniCore -om

Ako ne želite ili nemate kristal ili rezonator, tada možete koristiti unutarnji oscilator od 8 MHz unutar ATMEGA328P. Morate učitati drugi pokretački program da biste to omogućili, npr. pokretač MiniCore, za više informacija pogledajte GitHub.

https://github.com/MCUdude/MiniCore

Sada počnite dodavati komponente:

• Desnim klikom na "mjesto komponente"
• U okvir za pretraživanje unesite broj dijela iz proračunske tablice / LCSC, npr. C14877 za ATMEGA328P-AU
• Postavite ga na shemu

• Ponovite za ostale komponente - kape, otpornike, LED diode

  jednu od svake komponente u početku, zatim ih kopirajte i zalijepite po dizajnu prema potrebi

Korak 5: Dodajte ove komponente na PCB pomoću "Update PCB"

Jedna zgodna značajka EasyEDA mrežnog uređivača je mogućnost izmjene sheme i ažuriranje PCB -a.

• U uređivaču shema pritisnite datoteku spremi

• Zatim, dugme "Ažuriraj PCB" na alatnoj traci

  • Pojavljuje se prozor koji vam govori šta se promijenilo
  • 'Primijeni promjene'
• Nove komponente sada su smještene u donjem desnom kutu

• Premjestite ih tamo gdje želite

  • pritisnite prostor za rotiranje za 90 stepeni
  • koristite točkić miša za zumiranje

• Obratite pažnju na "štakorske linije" koje pokazuju gdje se komponente trebaju spojiti

  upotrijebite rotaciju komponente kako biste olakšali ožičenje

• Za postavljanje komponenti na donju stranu, kliknite na komponentu i u gornjem desnom kutu promijenite TopLayer u Donji sloj

Korak 6: Usmjerite komponente na PCB

Sada ožičite komponente kako je naznačeno na linijama štakora

• Koristite dugme 'track' na traci sa alatkama
• Pritisnite jednu komponentu, a zatim sljedeću
• Za povezivanje slojeva koristite vias
• Dodajte ravninu uzemljenja preko cijelog gornjeg sloja za automatsko povezivanje svih uzemljenja
  • Pomoću dugmeta 'bakreno područje' nacrtajte pravokutnik koji pokriva cijelu ploču. Alat će automatski popuniti ispravno područje i prema zadanim postavkama spojiti se na GND mrežu
  • Dodajte još jednu ravninu na donji sloj za VCC
• Otvorite 3D prikaz da provjerite svoj napredak

Odlučio sam da usmjeravanje bude vrlo direktno i uredno. Pogledao sam raspored PCB -a kako bih odabrao koji pin MCU -a spojiti na svaku LED lampicu kako bih pojednostavio usmjeravanje i učinio ga dijelom procesa projektiranja.

Lako se možete vratiti na preglednik shema i dodati neto ime pin -u, npr. U1 pin 23 povezuje se na mrežnu LED4. Stavite istu mrežnu oznaku na LED, ažurirajte PCB i usmjerite stazu.

** Evo veze do projekta na web stranici EasyEDA:

easyeda.com/neil.parris/thestar-instructab…

Korak 7: Dodajte još komponenti dok dizajn ne bude dovršen, rotirajte po potrebi

Nastavite dodavati LED diode, gumbe itd.

Svaku komponentu možete prilagođavati, npr. za zvezdu sa 5 tačaka svaka tačka je udaljena 72 stepena. Da biste dobili ispravne uglove za LED diode i ostale komponente, unesite 72 u okvir za rotaciju i pritisnite razmaknicu da se okrećete za 90 stepeni odjednom dok ne dobijete rezultat koji tražite. Ponekad su vam potrebni drugi uglovi vezani za 72, npr. 90 - 72 = 18. Ili 2x 18 = 36. Sa 18/36/72 i rotacijama za 90 stepeni možete poravnati sve glavne osi zvijezde.

Pogledajte priloženi PDF sa potpunom shemom [imajte na umu da je ovo malo drugačiji dizajn od ranijih snimaka ekrana, ali isti principi]

Korak 8: Naručite PCB i po želji dodajte SMD Build

Nakon što dovršite dizajn, pregledate ga i provjerite da nema grešaka, nastavite i generirajte Gerber datoteke. Od vas će se zatražiti da izvršite provjeru pravila dizajna (DRC). Provjerite nema grešaka i spremite Gerberove datoteke za proizvodnju ili otvorite JLCPCB izravno iz uređivača.

Ako želite koristiti usluge SMD proizvodnje, sačuvajte i BOM (materijal) i odaberite i postavite datoteku (ovo govori mašinama gdje smjestiti vaše komponente)

Prođite kroz postupak naručivanja i dvaput provjerite orijentaciju bilo koje polarizirane komponente poput LED -a, kondenzatora, rezonatora i samog MCU -a!

Za 10 sklopljenih ploča (bez USB -a i zaglavlja za programiranje) isporučeno je oko 35 GBP (približno 45 USD u zavisnosti od kursa).

Pazite na ažuriranu e -poštu, pratite svoju ploču i gradite je putem web stranice JLCPCB.

Korak 9: Prototip softvera (.ino datoteka u prilogu)

Dok čekate da ploče stignu, vrijeme je za početak pisanja softvera:)

Postavio sam Arduino Nano na matičnu ploču i ožičio LED diode na istom mjestu, te iste veze da oponašaju PCB. Taj bi isti softver tada trebao biti moguć učitati izravno na PCB, iako s ISP programera Arduino.

Kod koristi nizove kako bi programiranje bilo jednostavnije. Takođe sam uvezao biblioteku "FastLED.h" jer ima neke korisne pomoćne funkcije poput sin8 ()

Evo nekih naglasaka:

Ovaj niz preslikava Arduino pinove na LED1 do 10. LED1 je spojen na ekvivalent Arduino A2, a LED10 spojen na D4

• // kreira niz fizičkih naziva pinova povezanih na LED1, LED2 itd. na LED10
• const byte ledpins = {A2, A3, A1, A0, 9, 10, 6, 5, 3, 4};

Glavna petlja je jednostavna softverska PWM rutina koja provjerava 'pwm_now' u odnosu na trenutnu vrijednost 'led_brightness'.

Ovo je trenutno testni kôd za eksperimentiranje s nekoliko uzoraka osvjetljenja.

Korak 10: Otkačite kutiju i divite se novim PCB-ovima! Opcionalno - dodatni dijelovi za lemljenje

Uživajte u un-boxingu i divite se vlastitoj prilagođenoj PCB-u:)

Uz SMD sklop imao sam lemljenje svih važnih komponenti s jedne strane kako bih dobio radni uređaj.

Opcionalno - lemite dodatne komponente:

• Mikro-USB konektor za napajanje (ne programira)
• Pritiskajte dugmad - kako biste bili interaktivni
• LED diode na poleđini - neka budu dvostrane!

Korak 11: Programirajte ploču pomoću ArduinoISP programera

Ovo je zabavno. Učitavanje Arduino pokretačkog programa i koda na PCB!

Par dana nakon prvog pisanja ovog uputstva stigle su ploče! 10x ploče, sve fantastično dobro napravljene, a komponente su lijepo lemljene i sve rade savršeno.

Povežite rezervni Arduino kao ArduinoISP programer

Koristim Arduino Nano na maloj ploči ožičenoj kao ArduioISP programer. To znači da se povezuje s IDE-a putem USB-a na nano, koji se zatim povezuje sa ciljnim uređajem putem 6-pinskog konektora za programiranje.

Pinout je isti kao nano IP konektor, u osnovi samo MISO/MOSI/RST/SCK/5V/GND

Za više detalja pogledajte ovaj link:

1 - MISO

2 - +5V

3 - SCK

4 - MOSI

5 - RST => pogonjeno sa Pin 10 Arduino nano

6 - GND

Umetnite ArduinoISP skicu u programator

• Primjeri -> 11. ArduinoISP -> ArduinoISP
• Napomena - prilikom postavljanja ove slike u programator potrebno je ukloniti kondenzator između pinova RST i GND. Vratite ovo pre upotrebe programatora.

Otpremite učitani sistem i kôd na ciljnu ploču

• Spojite programator na metu pomoću 6-polnog priključka

  Možete samo držati 6 -pinsko zaglavlje na PCB -u bez lemljenja držeći ga pod kutom kako bi imao dobar kontakt

• Ako na ploči imate keramički rezonator od 16 MHz i sretni ste što možete mapirati ispis tako da odgovara arduino nano, tada jednostavno programirajte ploču kao Arduino nano, ali sa sljedećim postavkama:

  • Ploča: "Arduino Nano"
  • Procesor: "ATmega328P"
  • Programer: "Arduino kao ISP"

• Otpremite bootloader

  Ovo postavlja osigurače u MCU -u da omoguće vanjski kristal ili rezonator od 16 MHz. Ako nemate ovo, upotrijebite alternativni bootloader, npr. minicore

• Otpremite svoj kôd

  Važno - jer preuzimamo kôd s programatorom, morate pritisnuti SHIFT kada pritisnete UPLOAD (=>) tipku. Ovo mijenja programiranje sa uobičajenog 'upload' preko serijskog porta, umjesto toga koristi 'upload with programmer' u ISP pinove

Ako je gore navedeno bilo uspješno, sada biste trebali imati puno treperećih LED dioda!:

Korak 12: Uživajte u svom projektu

Nadam se da vam je ovo uputstvo bilo korisno. Proveo sam mnogo sati eksperimentirajući s ovim alatima za izradu zanimljivih PCB-a i našao sam mrežne alate kao vrlo prikladne.

Ovaj dizajn je relativno jednostavan u smislu kola, ali zanimljiv u smislu fizičkog izgleda. Takođe bi bio dobar ukras za praznike!

Druga nagrada na PCB Design Challenge -u