Pašdarināts Arduino dēlis: 8 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Izstrādājot savu Arduino dēli, jūs uzzināsit par dažiem jauniem komponentiem un elektroniskajām shēmām, tostarp par dažām papildu tēmām, piemēram, barošanas avotu, laika shēmu un ATmega IC (integrētās shēmas) izmantošanu.

Tas palīdzēs jums nākotnē izveidot savus projektus, piemēram, laika staciju, mājas automatizācijas vairogus utt.

Pašizveidotā Arduino priekšrocība ir tā zemais enerģijas patēriņš un nodrošina, ka projekts var darboties ilgu laiku ar akumulatoru.

Turklāt jūs varat paplašināt plati, pievienojot digitālo vai analogo portu paplašinājumu vai dažus sakaru moduļus.

Piegādes

Aparatūra

Lai izveidotu minimālisma Arduino, jums būs nepieciešama šāda aparatūra:

1x ATmega328P-PU mikrokontrolleris ar Arduino sāknēšanas ielādētāju

1x 7805 lineārais sprieguma regulators (5 V izeja, 35 V maksimālā ieeja)

1x maizes dēlis (es izmantoju 830 kontaktu dēli)

Dažādi savienojošie vadi

1x 16 MHz kristāla oscilators

1x 28 kontaktu ic ligzda

1x 1 μF, 25 V elektrolītiskais kondensators

1x 100 μF, 25 V elektrolītiskais kondensators

2x 22 pF, 50 V keramikas kondensatori

2x 100 nF, 50 V keramikas kondensatori

2x 330 omi rezistori (R1 un R2)

1x 10 kOhm rezistors (R3)

2x LED pēc jūsu izvēles (LED1 un LED2)

1x spiedpoga

Pēc izvēles 2x 6-pin header un 3x 8-pin header

1x PP3 tipa akumulatora spraudnis

1x 9 V PP3 tipa akumulators

1x FTDI programmēšanas adapteris

1. solis: 7805 lineārā sprieguma regulators

Lineārais sprieguma regulators satur vienkāršu ķēdi, kas pārveido vienu spriegumu citā. 7805 regulators var pārveidot spriegumu no 7 līdz 30 voltiem uz fiksētiem 5 voltiem ar strāvu līdz 1 ampēriem, kas ir ideāli piemērots mūsu Arduino plāksnei.

Sāksim ar barošanas ķēdes izveidi, kurā ir 7805 sprieguma regulators TO-220 formā un divi kondensatori ar 100 μF katrā.

Kad skatāties uz 7805 mikroshēmas priekšpusi - tapa kreisajā pusē ir paredzēta ieejas spriegumam, centrālā tapa savienojas ar GND, un labās puses tapa ir 5 V izejas savienojums. Es ieteiktu novietot siltuma izlietni, jo, kad ķēde sasniegs maksimālo 1 amp strāvu, 7805 mikroshēma būs klusi karsta (pieskaroties, jūs varat sadedzināt pirksta galu).

Novietojiet 100 μF kondensatoru starp regulatora IN un zemi un 100 μF kondensatoru uz cietās sliedes starp barošanu un zemi. Jums jābūt uzmanīgam - elektrolītiskais kondensators ir polarizēts (sudraba sloksne uz kondensatora apzīmē zemes kāju), un tas ir jānovieto precīzi saskaņā ar shēmu.

Pievienojiet strāvas un zemes vadus vietām, kur atradīsies sprieguma regulators, pievienojiet katru sliedi tāfeles vidū un labajā pusē. Tādā veidā mums ir 5 voltu barošanas avots no maizes dēļa augšējās un apakšējās sliedes. Turklāt mēs iekļausim sarkanu gaismas diode, kas iedegas, kad barošana ir ieslēgta, tādā veidā mēs vienmēr varam redzēt, kad mūsu dēlis ir barots.

LED ir diode, un tas ļauj elektrībai plūst tikai vienā virzienā. Elektroenerģijai vajadzētu ieplūst garajā kājā un no īsās kājas. Gaismas diodes katodam ir arī viena nedaudz saplacināta puse, kas atbilst gaismas diodes īsajai, negatīvajai kājiņai.

Mūsu ķēdei ir 5 voltu barošanas avots, un sarkanā gaismas diode ir novērtēta ap 1,5 - 2 voltiem. Lai samazinātu spriegumu, rezistors ir jāsavieno sērijveidā ar gaismas diodi, kas ierobežo plūstošās elektroenerģijas daudzumu, lai novērstu gaismas diodes iznīcināšanu. Rezistors izmantos daļu no sprieguma, un gaismas diodē tiek izmantota tikai piemērota daļa no tā. Ievietojiet rezistoru starp gaismas diodes īso kāju un rindu, kurā ir melnais vads mikroshēmas labajā pusē (GND).

Sarkanie un melnie vadi, kas atrodas pa kreisi no sprieguma regulatora, ir jūsu barošanas avots. Sarkanais vads ir paredzēts POWER, bet melnais - zemei (GND).

PIEZĪME: Jūs varat pievienot tikai barošanas avotu, kura spriegums ir no 7 līdz 16 V. Jebkurš zemāks un jūs nesaņemsiet 5 V no sava regulatora, un augstāks spriegums par 17 V sabojās mikroshēmu. Piemērots 9 V akumulators, 9 V līdzstrāvas barošanas avots vai 12 V līdzstrāvas barošanas avots.

Un vēl dažām iepriekšējām ķēdēm varat ievietot sprieguma regulatoru ar regulējamu spriegumu. Tādā veidā jūs varat pievienot plāksnei dažus 3,3 V sensorus vai ieslēgt 9 V līdzstrāvas motoru.

Vairāk par lineārajiem sprieguma regulatoriem -

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

2. darbība: mikrokontrolleris ATmega328P-PU

Lai izveidotu Arduino uz maizes dēļa, jums ir nepieciešams mikrokontrolleris ATmega328P-PU, kas ir mūsu pašu gatavotās Arduino plates smadzenes. Novietojiet to, kā parādīts shēmā, un esiet piesardzīgs - kājas var salūzt, ja tās piespiežat, vai arī varat izmantot 28 kontaktu IC ligzdu. IC jānovieto ar mēness formas griezumu, kas orientēts uz maizes dēļa kreiso pusi (tapas ir numurētas no 1 līdz 28 pretēji pulksteņrādītāja virzienam).

PIEZĪME: Ne visos ATmega IC ir Arduino sāknēšanas ielādētājs (programmatūra, kas ļauj interpretēt Arduino rakstītās skices). Meklējot mikrokontrolleri savam pašgatavotajam Arduino, noteikti izvēlieties tādu, kas jau ietver sāknēšanas ielādētāju.

Šeit ir mazliet mikrokontrolleru teorijas

Mikrokontrolleris ir mazs dators ar procesoru, kas izpilda norādījumus. Tam ir dažāda veida atmiņa, lai glabātu datus un norādījumus no mūsu programmas (skice); ATmega328P-PU ir trīs veidu atmiņa: 32 KB ISP (sistēmas programmēšana) zibatmiņa, kurā tiek saglabātas skices, 1 KB EEPROM (elektriski dzēšama programmējama tikai lasāma atmiņa) ilgstošai datu glabāšanai un 2 KB SRAM (statiska brīvpiekļuves atmiņa)), lai saglabātu mainīgos, kad darbojas skice.

PIEZĪME. Ir svarīgi zināt, ka zibatmiņā un EEPROM esošie dati tiek saglabāti, kad tiek izslēgta barošana no mikrokontrollera.

Mikrokontrolleram ir 13 digitālās vispārējas nozīmes ieejas/izejas (GPIO) līnijas un sešas 10 bitu (vērtības no 0 līdz 1023) analogās ciparu pārveidotāja (ADC) GPIO līnijām, lai spriegumu uz tapas pārveidotu par digitālu vērtību. Ir trīs taimeri ar diviem 8 bitu taimeriem ar vērtībām no 0 līdz 255 un viens 16 bitu taimeris ar vērtībām no 0 līdz 65535, kurus izmanto skices funkcija delay () vai impulsa platuma modulācija (PWM).

Ir pieci programmatūras izvēles enerģijas taupīšanas režīmi, un mikrokontrolleris darbojas starp 1,8 V un 5,5 V. Attēlu varat izmantot kā atsauci ATmega328P-PU tapas izkārtojumam.

Ir trīs portu grupas: PB, PC un PD ar attiecīgi 8, 7 un 8 tapām, kā arī divi zemējuma (GND) tapas, 5 V tapa (VCC) ar barošanas spriegumu (AVCC) un analogā atskaites spriegums (AREF)) tapas analog-ciparu pārveidotājam (ADC).

3. darbība: ATmega328P-PU savienojums

Pēc IC ievietošanas pieslēdziet ATmega 7., 20. un 21. tapu pie maizes dēļa pozitīvās jaudas sliedes un 8. un 23. tapu pie negatīvās jaudas sliedēm, izmantojiet džemperu vadus, lai savienotu pozitīvās un GND jaudas sliedes abās pusēs. dēlis, kā parādīts attēlā.

7. tapa - Vcc - digitālais barošanas spriegums

8. tapa - GND

22. tapa - GND

21. tapa - AREF - analogā atskaites tapa ADC

20. tapa - AVcc - barošanas spriegums ADC pārveidotājam. Nepieciešams pieslēgties pie strāvas, ja ADC netiek izmantots kā mūsu piemērā. Ja vēlaties to izmantot nākotnē, tam jābūt barotam, izmantojot zemas caurlaidības filtru (lai samazinātu troksni).

Pēc tam ievietojiet četrpadsmit virzienu galvenes tapu-tā būs līdzīga Arduino GPIO.

4. solis: atiestatīšanas poga

Pievienojiet nelielu taustes slēdzi, lai varētu atiestatīt Arduino un sagatavot mikroshēmu jaunas programmas augšupielādei. Īslaicīga šī slēdža nospiešana atiestatīs mikroshēmu.

Mēs ievietosim atiestatīšanas pogu savā ķēdē, kā parādīts attēlā, kad mēs to nospiežam, elektriskā ķēde tiks saīsināta līdz GND, apejot 1 kOhm rezistoru un savienojot ATmega Pin 1 ar GND. Pēc tam pievienojiet vadu no slēdža kreisās apakšējās kājas līdz ATmega mikroshēmas RESET tapai un vadu no slēdža augšējās kreisās kājas līdz zemei.

Turklāt pievienojiet 10 k Ohm pievilkšanas rezistoru pie +5 V no RESET tapas, lai novērstu mikroshēmas atiestatīšanos normālas darbības laikā. Šis rezistors tiks pievienots 5 voltu barošanas avotam, “pavelkot uz augšu” tapu no 1 līdz 5 voltiem. Un, savienojot tapu 1 ar 0V bez rezistora, mikroshēma tiks atsāknēta. Pārstartēšanas mikrokontrollerī meklējiet jaunu augšupielādētu programmu (ieslēdzot, ja nekas jauns netiek nosūtīts, tā palaiž pēdējo nosūtīto programmu).

Rezistoram ir četru krāsu svītra. Nolasot brūnu = 1, melnu = 0, oranžu = 3, tiek iegūts skaitlis 103. Pretestība omos sākas “10” ar 3 nullēm pēc - 10 000 omi vai 10 kilo omi, un zelta svītra ir pielaide (5 %)).

Lai uzlabotu mūsu ķēdi - mēs varam ievietot “atvienošanas” kondensatoru. Ievietojiet 100 nF (nano Farad) keramikas kondensatoru. Tas ir mazs disks ar diviem vadiem ar “104 marķējumu”, un šāda veida kondensators nav polarizēts un to var novietot jebkurā virzienā.

Šis “atvienošanas” kondensators izlīdzina elektriskos tapas, tāpēc tiek droši noteikts atsāknēšanas signāls, kas tiek nosūtīts uz 1. tapu. Cipari 104 zinātniskā apzīmējumā parāda tā kapacitāti piko Faradā. Pēdējais skaitlis “4” norāda, cik nulles jāpievieno. Kapacitāte sākas ar “10” un pēc tam turpinās ar vēl 4 nullēm - 100 000 piko Faradu, un, tā kā 1000 pico Farads ir 1 nano Farads, tad ir 100 nano Farads (104).

Ievietojiet kondensatoru starp mikroshēmas augšējo kreiso kāju (1. tapa, pretēji pulksteņrādītāja virzienam no pusmēness formas)

5. solis: Kristāla oscilators

Tagad mēs izgatavosim IC pulksteni. Tas ir 16 Mhz kvarcs un divi keramikas kondensatori 22pF (piko Farad) katrs. Kristāla oscilators rada elektrisko signālu ar ļoti precīzu frekvenci. Šajā gadījumā frekvence ir 16 MHz, kas nozīmē, ka mikrokontrolleris var izpildīt 16 miljonus procesora instrukciju sekundē.

16 MHz kristāls (attēls) ļauj Arduino aprēķināt laiku, un kondensatori kalpo barošanas sprieguma izlīdzināšanai.

Kvarca kristāla kājas ir vienādas - jūs nevarat to stiept atpakaļ. Savienojiet vienu kristāla kāju ar ATmega mikroshēmas 9. tapu un otru kāju ar 10. tapu. Pievienojiet viena no 22 pF diska kondensatoriem kājas pie tapas 9 un GND, bet citu diska kondensatoru - ar tapu 10 un GND, kā parādīts attēlā.

Piezīme: disku kondensatori nav polarizēti un tos var ievietot jebkurā veidā.

Ir vērts pieminēt, ka stieples garumam starp 22pF kondensatoriem jābūt vienādam un tam jābūt pēc iespējas tuvāk kontrolierim, lai izvairītos no mijiedarbības ar citām ķēdes daļām.

6. darbība: LED pievienošana tapai 13

Tagad mēs pievienosim zaļo gaismas diodi (Arduino digitālā tapa 13).

Ievietojiet LED garo kāju rindā zem sarkanā stieples (mikroshēmas labajā pusē - jauda vai 5 volti) un īsu kāju pirmajā tukšajā rindā zem mikrokontrollera.

Šis 330 omu rezistors ir savienots virknē ar gaismas diodi, ierobežojot plūstošās elektroenerģijas daudzumu, lai novērstu gaismas diožu iznīcināšanu.

Ievietojiet rezistoru starp gaismas diodes īso kāju un rindu, kurā ir melnais vads mikroshēmas labajā pusē (GND vai 0 volti)

Visas parastā Arduino plates pieejamās analogās, digitālās un citas tapas ir pieejamas arī mūsu maizes dēļa versijā. Kā atsauci varat izmantot ATmega shematisko un tapu tabulu.

7. solis: USB uz seriālo savienotāju

ATmega 328P-PU mikrokontrolleris nodrošina trīs sakaru režīmus: sērijveidā programmējamu USART (universāls sinhronais un asinhronais uztvērējs-raidītājs), SPI (Serial Peripheral Interface) seriālo portu un divu vadu seriālo interfeisu. USART ņem datu baitus un pārraida atsevišķus bitus secīgi, kas prasa pārraides (TX) un saņemšanas (RX) sakaru līnijas. SPI izmanto četras sakaru līnijas: master-out slave-in (MOSI), master-in slave-out (MISO) un sērijas pulkstenis (SCK) ar atsevišķu slave select (SS) līniju katrai ierīcei. I2C sakaru divu vadu interfeisa (TWI) kopne izmanto divas signālu līnijas: sērijas datus (SDA) un sērijas pulksteni (SCL).

Lai savienotu mūsu dēli ar datoru, izmantojot Arduino IDE, lai lejupielādētu skici, mēs izmantosim USB -sērijas UART interfeisu, piemēram, FT232R FTDI.

Pērkot FTDI kabeli, pārliecinieties, vai tas ir 5 V modelis, jo 3,3 V modelis nedarbosies pareizi. Šī kabeļa (parādīts attēlā) vienā galā ir USB spraudnis un otrā ligzda ar sešiem vadiem.

Pievienojot kabeli, pārliecinieties, ka kontaktligzdas puse ar melno vadu ir savienota ar GND tapu maizes dēļa galvenes tapās. Kad kabelis ir pievienots, tas arī piegādā strāvu ķēdei, tāpat kā parasta Arduino plate.

Tad mēs savienosim savu FTDI ar mūsu pašu izgatavoto Arduino plāksni; uzziņai varat izmantot tabulu un shēmu.

0,1μF elektrolītiskais kondensators ir pievienots starp USB un sērijveida UART saskarnes DTR (datu terminālim gatavs) tapu un mikrokontrollera atiestatīšanu, kas atiestata mikrokontrolleri sinhronizācijai ar USB ar seriālo saskarni.

PIEZĪME Viena daļa ir tāda, ka mikrokontrollera RX tapai jābūt savienotai ar USB TX ar seriālo adapteri, un tas pats ar vienas ierīces TX uz otras RX.

CTS (notīrīt, lai nosūtītu) spraudnis USB seriālajā UART saskarnē nav pievienots mikrokontrolleram.

Lai lejupielādētu skici Arduino IDE mikrokontrollerī no izvēlnes Rīki ➤ Port, atlasiet atbilstošo sakaru (COM) portu un izvēlnē Rīki ➤ Padome izvēlieties Arduino/Genuino Uno. Skice tiek apkopota Arduino IDE un pēc tam ar USB tiek ielādēta mikrokontrollerī ar UART sērijas saskarni. Kad skice ir lejupielādēta, mirgo zaļās un sarkanās USB-sērijas UART saskarnes TXD un RXD gaismas diodes.

USB un sērijas UART saskarni var noņemt un mikrokontrolleram pievienot 5 V barošanas avotu. Lai palaistu mirgošanas skici, mikrokontrollera tapai 19 ir pievienots LED un 220 kΩ rezistors, kas ir līdzvērtīgs Arduino tapai 13.

8. darbība: skices augšupielāde vai sāknēšanas ielādētāja instalēšana

Ja jums nav USB-sērijas pārveidotāja-varat izmantot citu Arduino (manā gadījumā Arduino UNO), lai augšupielādētu skici vai sāknēšanas ielādētāju pašizveidotajā panelī.

ATmega238P-PU mikrokontrolleriem ir nepieciešams sāknēšanas ielādētājs, lai augšupielādētu un palaistu skices no Arduino IDE; kad mikrokontrolleram tiek pievienota strāva, sāknēšanas ielādētājs nosaka, vai tiek augšupielādēta jauna skice, un pēc tam ielādē skici mikrokontrollera atmiņā. Ja jums ir ATmega328P-PU bez sāknēšanas ielādētāja, tad sāknēšanas ielādētāju varat augšupielādēt, izmantojot SPI komunikāciju starp diviem dēļiem.

Lūk, kā augšupielādēt sāknēšanas ielādētāju ATmega IC.

Vispirms sāksim ar mūsu Arduino UNO konfigurēšanu kā ISP, tas tiek darīts, jo vēlaties, lai Arduino UNO augšupielādētu skici ATmega IC, nevis pats.

1. darbība: mūsu Arduino UNO konfigurēšana kā ISP

Nepievienojiet ATmega IC, kamēr darbojas zemāk esošā augšupielāde.

• Pievienojiet arduino datoram
• Atveriet arduino IDE
• Atlasiet atbilstošo padomi (Rīki> Dēlis> Arduino UNO) un COM portu (Rīki> Ports> COM?)
• Atveriet> Piemēri> ArduinoISP
• Augšupielādēt skici

Pēc tam jūs varat savienot savu dēli ar Arduino UNO, sekojot shēmai, kā parādīts shēmā. Šajā posmā nav nepieciešams barot savu dēli, jo Arduino nodrošinātu nepieciešamo jaudu.

2. darbība: skices vai sāknēšanas ielādētāja augšupielāde

Kad viss ir pievienots, atveriet IDE no tikko izveidotās mapes (kopija).

• Izvēlieties Arduino328 no Tools> Board
• Izvēlieties Arduino kā ISP no Rīki> Programmētājs
• Atlasiet Burn Bootloader

Pēc veiksmīgas ierakstīšanas jūs saņemsiet “Done burn bootloader”.

Sāknēšanas ielādētājs tagad ir ielādēts mikrokontrollerī, kurš ir gatavs saņemt skici pēc COM porta maiņas izvēlnē Rīki ➤ Port.