Bodi ya Arduino iliyojitengeneza: Hatua 8

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:51

Kwa kubuni Bodi yako ya Arduino utajifunza juu ya vifaa vipya na mizunguko ya elektroniki, pamoja na mada kadhaa za hali ya juu kama usambazaji wa umeme, mzunguko wa muda na utumiaji wa ATmega IC (Mzunguko Jumuishi).

Itakusaidia katika siku zijazo na kuunda miradi yako mwenyewe kama kituo cha hali ya hewa, ngao za kiotomatiki za nyumbani nk.

Faida ya Arduino iliyotengenezwa yenyewe ni kwamba ina matumizi ya chini ya nishati na inahakikisha kuwa mradi unaweza kukimbia kwa muda mrefu kwenye betri.

Kwa kuongeza unaweza kupanua bodi kwa kuongeza upanuzi wa bandari ya dijiti au analog au moduli zingine za mawasiliano.

Vifaa

Vifaa

Ili kujenga Arduino mdogo, utahitaji vifaa vifuatavyo:

Mdhibiti mdogo wa 1x ATmega328P-PU na bootloader ya Arduino

Mdhibiti wa voltage ya kasi ya 1x 7805 (pato la 5v, pembejeo la juu la 35v)

Bodi ya mkate ya 1x (ninatumia bodi ya pini 830)

Waya mbalimbali za kuunganisha

1x 16 MHz oscillator ya kioo

1x 28 siri tundu ic

1x 1 μF, 25 V capacitor ya elektroni

1x 100 μF, 25 V capacitor ya elektroni

2x 22 pF, 50 V kauri capacitors

2x 100 nF, 50 V kauri capacitors

Vipinzani vya 2x 330 Ohms (R1 na R2)

Kuzuia 1x 10 kOhm (R3)

2x LEDs za chaguo lako (LED1 na LED2)

Kitufe cha kushinikiza cha 1x

Hiari 2x kichwa cha pini 6 na kichwa cha pini 3x 8

Picha ya betri ya aina ya 1x PP3

1x 9 V aina ya PP3

Adapta ya Kupanga ya 1x FTDI

Hatua ya 1: 7805 Mdhibiti wa Voltage Linear

Mdhibiti wa umeme wa laini ana mzunguko rahisi ambao hubadilisha voltage moja kwenda nyingine. Mdhibiti wa 7805 anaweza kubadilisha voltage kati ya volts 7 na 30 kuwa volts 5 zilizowekwa, na sasa hadi 1 amp, ambayo ni kamili kwa bodi yetu ya Arduino.

Tutaanza na kuunda mzunguko wa usambazaji wa umeme ambao una mdhibiti wa voltage 7805 katika fomu TO-220 na capacitors mbili na 100 μF kila moja.

Unapotazama mbele ya chip 7805 - pini kushoto ni kwa voltage ya pembejeo, pini ya katikati inaunganisha na GND na pini ya mkono wa kulia ni unganisho la 5 V. Napenda kupendekeza kuweka shimo la joto, kwa sababu wakati mzunguko unakaribia kiwango cha juu cha 1 amp ya sasa chip 7805 itakuwa moto moto (unaweza kuchoma ncha yako ya kidole unapoigusa).

Weka 100 μF capacitor kati ya IN ya mdhibiti na ardhi na a100 μF capacitor kwenye reli ya kati kati ya nguvu na ardhi. Lazima uwe mwangalifu - capacitor ya elektroni imegawanywa (kipande cha fedha kwenye kiboreshaji kinaashiria mguu wa ardhini) na lazima iwekwe sawa kulingana na mpango.

Ongeza umeme na waya wa chini mahali ambapo mdhibiti wako wa voltage atakuwa, unganisha reli katikati na sehemu ya kulia ya bodi. Kwa njia hii tuna usambazaji wa umeme wa Volt 5 kutoka reli za juu na chini za ubao wa mkate. Kwa kuongezea tutajumuisha mwangaza mwekundu ambao umewashwa wakati umeme umewashwa, kwa njia hii tunaweza kuona wakati bodi yetu inaendeshwa.

LED ni diode na inaruhusu tu umeme wa sasa utiririke kwa mwelekeo mmoja. Umeme unapaswa kuingia ndani ya mguu mrefu na nje ya mguu mfupi. Cathode ya LED pia ina upande mmoja uliopangwa kidogo, ambao unalingana na mguu mfupi, hasi wa LED.

Mzunguko wetu una usambazaji wa volts 5 na LED nyekundu imepimwa karibu volts 1.5 - 2. Ili kupunguza voltage lazima tuunganishe kontena kwa safu na LED inapunguza kiwango cha umeme unaotembea kuzuia uharibifu wa LED. Baadhi ya voltage itatumiwa na kontena na sehemu tu inayofaa inatumika kwenye LED. Ingiza kontena kati ya mguu mfupi wa LED na safu iliyo na waya mweusi upande wa kulia wa chip (GND).

Waya nyekundu na nyeusi upande wa kushoto wa mdhibiti wa voltage ndipo usambazaji wako wa umeme utakapowekwa ndani. Waya mwekundu ni wa NGUVU na waya mweusi ni wa ardhini (GND).

KUMBUKA: Unaweza kushikamana na usambazaji wa umeme ambao ni kati ya 7-16V. Yoyote ya chini na hautapata 5V kutoka kwa mdhibiti wako, na voltage juu 17 V itaharibu chip yako. Betri ya 9V, umeme wa 9V DC, au usambazaji wa umeme wa 12V DC inafaa.

Na kwa nyaya zingine za mapema unaweza kuweka mdhibiti wa voltage na voltage inayoweza kubadilishwa. Kwa njia hii unaweza kuongeza sensorer 3.3 V kwenye bodi au uongeze gari 9 V DC.

Zaidi juu ya wasanifu wa voltage -

www.instructables.com/id/Introduction-to-Linear-Voltage-Regulators

Hatua ya 2: ATmega328P-PU Microcontroller

Ili kujenga Arduino kwenye ubao wa mkate unahitaji ATmega328P-PU microcontroller ambayo ni ubongo wa bodi yetu ya Arduino iliyotengenezwa. Weka kama inavyoonyeshwa kwenye skimu na uwe mwangalifu - miguu inaweza kuvunjika ikiwa utawaingiza, au unaweza kutumia tundu 28 la pini IC. IC inapaswa kuwekwa na sura ya mwezi iliyokatwa iliyoelekezwa kushoto mwa ubao wa mkate (pini zimehesabiwa kutoka 1 hadi 28 kinyume cha saa).

KUMBUKA: Sio kila ATmega IC iliyo na Arduino bootloader (programu ambayo inaruhusu kutafsiri michoro zilizoandikwa kwa Arduino). Unapotafuta microcontroller kwa Arduino yako ya kujifanya, hakikisha kuchagua moja ambayo tayari inajumuisha bootloader.

Hapa kuna nadharia ndogo ya udhibiti mdogo

Mdhibiti mdogo ni kompyuta ndogo na processor ambayo hufanya maagizo. Ina aina anuwai ya kumbukumbu ya kushikilia data na maagizo kutoka kwa programu yetu (mchoro); ATmega328P-PU ina aina tatu za kumbukumbu: 32kB ISP (programu ya ndani ya mfumo) kumbukumbu ndogo ambapo michoro zinahifadhiwa, 1kB EEPROM (kumbukumbu inayoweza kusomwa inayoweza kusomwa kwa umeme) ya kuhifadhi data kwa muda mrefu na 2kB SRAM (kumbukumbu ya ufikiaji wa bahati nasibu)) kwa kuhifadhi anuwai wakati mchoro unaendesha.

KUMBUKA: Ni muhimu kujua kwamba data kwenye kumbukumbu ya flash na EEPROM huhifadhiwa wakati nguvu ya mdhibiti mdogo imeondolewa.

Mdhibiti mdogo ana laini 13 za jumla za kusudi / pembejeo za dijiti (GPIO) na sita 10-bit (maadili kati ya 0 na 1023) analog kwa vibadilishaji vya dijiti (ADC) GPIO kubadilisha voltage kwenye pini kuwa dhamani ya dijiti. Kuna vipima muda vitatu vyenye vipima muda vya 8-bit mbili na maadili kati ya 0 na 255, na kipima muda kimoja cha 16-bit na maadili kati ya 0 na 65535, ambayo hutumiwa na kuchelewesha () kazi kwa mchoro au kwa upanaji wa mpigo wa mpigo (PWM).

Kuna aina tano za programu zinazoweza kuchagua kuokoa njia na mdhibiti mdogo hufanya kazi kati ya 1.8V na 5.5V. Unaweza kutumia picha kama kumbukumbu ya mpangilio wa pini ya ATmega328P-PU.

Kuna vikundi vitatu vya bandari: PB, PC, na PD na pini 8, 7, na 8 mtawaliwa, pamoja na pini mbili za ardhi (GND), pini 5V (VCC) na voltage ya usambazaji (AVCC), na voltage ya kumbukumbu ya analog (AREF pini za kibadilishaji cha analog-to-digital (ADC).

Hatua ya 3: Kuunganishwa kwa ATmega328P-PU

Baada ya kuweka IC, unganisha pini 7, 20, na 21 za ATmega kwenye reli ya nguvu kwenye ubao wa mkate, na pini 8 na 23 kwa reli za umeme hasi, tumia waya za kuruka kuunganisha reli za umeme chanya na za GND kila upande wa bodi, kama inavyoonyeshwa kwenye Kielelezo.

Pini 7 - Vcc - Voltage ya Ugavi wa Dijiti

Bandika 8 - GND

Bandika 22 - GND

Pini 21 - AREF - Siri ya kumbukumbu ya Analog kwa ADC

Bandika 20 - AVcc - Voltage ya usambazaji kwa kibadilishaji cha ADC. Inahitaji kushikamana na umeme ikiwa ADC haitumiwi kama katika mfano wetu. Ikiwa ungependa kuitumia katika siku zijazo basi lazima iweze kutumia kichujio cha kupitisha chini (kupunguza kelele).

Baada ya mahali hapo pini ya kichwa cha njia kumi na nne - itakuwa sawa na Arduino GPIOs.

Hatua ya 4: Rudisha Kitufe

Ongeza swichi ndogo ya kugusa ili uweze kuweka tena Arduino na kuandaa chip ya kupakia programu mpya. Vyombo vya habari vya haraka vya kitambo hiki vitaweka upya chip.

Tutaingiza kitufe cha kuweka upya katika mzunguko wetu kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu, tunapobonyeza mzunguko wa umeme utafupishwa kwa GND kupitisha kipinga 1kOhm na kuunganisha Pin ya 1 ya ATmega na GND. Kisha, ongeza waya kutoka chini mguu wa kushoto wa swichi hadi pini ya RESET ya chip ya ATmega na waya kutoka mguu wa juu kushoto wa swichi hadi chini.

Kwa kuongeza, ongeza kontena la 10 k Ohm ya kuvuta hadi + 5V kutoka kwa pini ya RESET ili kuzuia chip kujiweka upya wakati wa operesheni ya kawaida. Kontena hili litaunganishwa na usambazaji wa umeme wa volt 5, 'kuvuta' Pin 1 hadi 5 volts. Na unapo unganisha Pin 1 hadi 0V bila kontena, chip itaanza upya. Kwenye udhibiti wa microcontroller angalia programu mpya inayopakiwa (kwenye nguvu-ikiwa hakuna kitu kipya kinachotumwa, inaendesha programu ya mwisho iliyotumwa).

Kinzani ina laini nne ya rangi. Kusoma Brown = 1, Nyeusi = 0, Chungwa = 3 inatupa nambari 103. Upinzani katika Ohms huanza '10' na sifuri 3 baada ya - 10, 000 Ohms au 10 Ohms kilo, na mstari wa dhahabu ni uvumilivu (5%).

Ili kuboresha mzunguko wetu - tunaweza kuweka 'decoupling' capacitor`. Weka 100 nF (nano Farad) kauri capacitor. Ni diski ndogo yenye waya mbili zilizo na 'kuashiria 104' na aina hii ya capacitor hakuna polarized na inaweza kuwekwa katika mwelekeo wowote.

Kitengo hiki cha 'kushuka' husafisha spikes za umeme, kwa hivyo ishara ya kuwasha tena iliyotumwa kupitia Pin 1 hugundulika kwa uaminifu. Nambari 104 zinaonyesha uwezo wake katika pico Farad katika notation ya kisayansi. Takwimu ya mwisho '4' inatuambia ni zero ngapi za kuongeza. Uwezo huanza "10" na kisha unaendelea na sifuri 4 zaidi - 100, 000 pico Farads, na kwa kuwa pico 1000 Farads ni 1 nano Farads, kuna 100 nano Farads (104).

Ingiza capacitor kati ya mguu wa juu wa kushoto wa chip (pin 1, anticlockwise from the half-moon shape)

Hatua ya 5: Crystal Oscillator

Sasa tutafanya saa ya IC. Ni quartz 16 Mhz na capacitors mbili za kauri 22pF (piko Farad) kila moja. Oscillator ya kioo huunda ishara ya umeme na masafa sahihi sana. Katika kesi hii, masafa ni 16 MHz, ambayo inamaanisha kuwa microcontroller anaweza kutekeleza maagizo ya processor milioni 16 kwa sekunde.

Kioo cha 16 MHz (takwimu) inaruhusu Arduino kuhesabu muda, na capacitors hutumikia laini ya usambazaji.

Miguu ya kioo ya quartz ni sawa - huwezi kuiweka waya nyuma. Unganisha mguu mmoja wa kioo ili kubandika 9 kwenye chip ya ATmega, na mguu mwingine kubandika 10. Unganisha miguu ya moja ya 22 capacitors ya disc ya pF kubandika 9 na GND, na diski capacitor nyingine kubandika 10 na GND, kama inavyoonyeshwa kwenye Kielelezo.

Kumbuka: disc capacitors sio polarized na inaweza kuingizwa kwa njia yoyote.

Inafaa kutajwa, kwamba urefu wa waya kati ya 22pF capacitors lazima iwe sawa kwa urefu na inapaswa kuwa karibu iwezekanavyo kwa mtawala ili kuzuia mwingiliano na sehemu zingine za nyaya.

Hatua ya 6: Kuongeza LED kwa Pin 13

Sasa tutaongeza taa ya kijani kibichi (pini ya dijiti 13 kwenye Arduino).

Ingiza mguu mrefu wa LED kwenye safu chini ya waya mwekundu (upande wa kulia wa chip - nguvu, au Volts 5) na mguu mfupi kwenye safu ya kwanza tupu chini ya mdhibiti mdogo.

Kinzani hii ya 330 Ohm imeunganishwa kwa safu na LED, na kupunguza kiwango cha umeme unaotiririka kuzuia uharibifu wa LEDs.

Ingiza kontena kati ya mguu mfupi wa LED, na safu iliyo na waya mweusi upande wa kulia wa chip (GND au 0Volts)

Analog zote, dijiti, na pini zingine zinazopatikana kwenye ubao wa kawaida wa Arduino zinapatikana pia katika toleo letu la mkate. Unaweza kutumia meza ya mpango na pini ya ATmega kama kumbukumbu.

Hatua ya 7: USB kwa Kiunganishi cha Serial

Mdhibiti mdogo wa ATmega 328P-PU hutoa njia tatu za mawasiliano: USART inayoweza kupangiliwa kwa kasi (mpitishaji-mpatanishi wa kawaida na wa asynchronous), bandari ya serial ya SPI (Serial Interipheral Interface), na waya wa waya mbili. USART huchukua kaiti za data na kusambaza biti za mtu mmoja kwa moja, ambayo inahitaji kusambaza (TX) na kupokea laini za mawasiliano (RX). SPI hutumia laini nne za mawasiliano: bwana-mtumwa-ndani (MOSI), bwana-nje wa watumwa (MISO) na saa ya mfululizo (SCK) na laini tofauti ya mtumwa (SS) kwa kila kifaa. Mawasiliano ya I2C mbili Wire Interface (TWI) basi hutumia laini mbili za ishara: data ya serial (SDA) na saa ya serial (SCL).

Ili kuunganisha bodi yetu kwenye PC na Arduino IDE kwa kupakua mchoro, tutatumia USB kwa interface ya UART ya serial kama FT232R FTDI.

Unaponunua kebo ya FTDI hakikisha ni mfano wa 5 V, kwa sababu mfano wa 3.3 V hautafanya kazi vizuri. Cable hii (iliyoonyeshwa kwa kielelezo) ina plug ya USB upande mmoja na tundu lenye waya sita kwa upande mwingine.

Unapounganisha kebo, hakikisha kwamba upande wa tundu na waya mweusi unaunganisha na pini ya GND kwenye pini za kichwa cha mkate. Mara tu kebo ikiunganishwa, pia hutoa nguvu kwa mzunguko, kama bodi ya kawaida ya Arduino ingefanya.

Kisha tutaunganisha FTDI yetu na bodi yetu ya kibinafsi ya Arduino; kwa kumbukumbu unaweza kutumia meza na skimu.

Kitufe cha elektroni ya 0.1μF imeunganishwa kati ya pini ya DTR (Data Terminal Ready) kwenye USB hadi kiolesura cha UART cha serial na Mpangilio wa microcontroller, ambayo huweka tena mdhibiti mdogo ili kusawazisha na USB kwa kiwambo cha serial.

KUMBUKA: Sehemu ya Oneclever ni kwamba pini ya microcontroller RX lazima iunganishwe na TX ya USB kwa adapta ya Serial na sawa na TX ya kifaa kimoja kwa RX ya nyingine.

Kitufe cha CTS (Futa Kutuma) kwenye USB kwenye kiolesura cha UART cha serial hakijaunganishwa na mdhibiti mdogo.

Ili kupakua mchoro kwa mdhibiti mdogo katika Arduino IDE kutoka kwa Zana menu Menyu ya bandari chagua bandari inayofaa ya mawasiliano (COM) na kutoka kwa Zana menu menyu ya Bodi chagua Arduino / Genuino Uno. Mchoro umekusanywa katika Arduino IDE na kisha kupakiwa kwa microcontroller na USB kwenye kiwambo cha UART cha serial. Mchoro unapopakuliwa, LED za kijani na nyekundu za USB-to-serial UART interface TXD na RXD flicker.

USB kwa interface ya UART ya serial inaweza kuondolewa na usambazaji wa umeme wa 5V umeunganishwa na microcontroller. Kinga ya LED na 220kΩ imeunganishwa na pini ya microcontroller 19, sawa na pini 13 ya Arduino, ili kutekeleza mchoro wa blink.

Hatua ya 8: Kupakia Mchoro au Kuweka Bootloader

Ikiwa huna USB kwa kibadilishaji cha serial - unaweza kutumia Arduino nyingine (kwa upande wangu Arduino UNO) kupakia mchoro au bootloader kwenye bodi iliyojitengeneza.

Udhibiti mdogo wa ATmega238P-PU unahitaji bootloader kwa kupakia na kuendesha michoro kutoka Arduino IDE; wakati nguvu inatumiwa kwa mdhibiti mdogo, bootloader huamua ikiwa mchoro mpya unapakiwa, na kisha kupakia mchoro kwenye kumbukumbu ya microcontroller. Ikiwa unayo ATmega328P-PU bila bootloader, basi unaweza kupakia bootloader ukitumia mawasiliano ya SPI kati ya bodi mbili.

Hivi ndivyo unavyopakia bootloader kwenye ATmega IC.

Kwanza tuanze na kusanidi Arduino UNO yetu kama ISP, hii imefanywa kwa sababu unataka Arduino UNO kupakia mchoro kwa ATmega IC na sio yenyewe.

Hatua ya 1: Kusanidi Arduino UNO yetu kama ISP

Usiunganishe ATmega IC wakati upakiaji ulio chini unafanya kazi.

• Chomeka arduino kwa PC
• Fungua IDE ya arduino
• Chagua Bodi inayofaa (Zana> Bodi> Arduino UNO) na Bandari ya COM (Zana> Bandari> COM?)
• Fungua> Mifano> ArduinoISP
• Pakia Mchoro

Baada ya hapo unaweza kuunganisha Bodi yako mwenyewe kwa Arduino UNO kwa kufuata mzunguko kama inavyoonyeshwa kwenye mpango. Katika hatua hii hakuna haja ya kusambaza bodi yako mwenyewe kwani Arduino itatoa nguvu zinazohitajika.

Hatua ya 2: Kupakia Mchoro au Bootloader

Pamoja na kila kitu kilichounganishwa fungua IDE kutoka kwa folda uliyoiunda tu (nakala).

• Chagua Arduino328 kutoka kwa Zana> Bodi
• Chagua Arduino kama ISP kutoka kwa Zana> Programu
• Chagua Burn Bootloader

Baada ya kuchoma Mafanikio utapata "Done inayowaka bootloader".

Bootloader sasa imepakiwa kwenye microcontroller, ambayo iko tayari kupokea mchoro baada ya kubadilisha bandari ya COM kwenye menyu ya Zana-Port.