Ako si vytvoriť vlastnú radu pre vývoj mikrokontrolérov

Budovanie vlastnej rozvojovej rady má jasné kroky. Najprv sa rozhodnite, čo potrebujete. Ďalej vyberte správne časti. Potom navrhnite schému a PCB. Potom dajte tabuľu dokopy a otestujte ju. Starostlivé plánovanie vám pomôže vyhnúť sa chybám. Možno zabudnete skontrolovať svoj dizajn alebo použiť nesprávne šírky sledovania PCB. Pozrite sa na ďalšie dosky, aby ste sa naučili dobré nápady. Pokúste sa udržať svoj dizajn jednoduchý. Svoju prácu často skontrolujte pomocou kontroly pravidiel dizajnu. Na udržanie napätia stabilné kondenzátory použite kondenzátory. Dobré plánovanie vám šetrí čas a peniaze.

Požiadavky a plánovanie

Konštrukčné špecifikácie

Mali by ste začať zapísaním toho, čo chcete, aby vaša doska urobila. Zamyslite sa nad hlavným účelom. Chcete ovládať svetlá, čítať senzory alebo sa pripojiť k internetu? Vytvorte zoznam funkcií, ktoré potrebujete. Môžete napríklad potrebovať určitý počet digitálnych alebo analógových kolíkov alebo podporu pre komunikáciu ako I2C, UART alebo SPI. Skontrolujte, či potrebujete napájanie spracovania a veľkosť pamäte. Ak chcete používať špeciálny programovací jazyk alebo operačný systém, uistite sa, že ju vaša doska môže podporiť. Vyhľadajte dosky, ktoré pracujú s populárnymi identifikátormi a majú dobrú dokumentáciu. Silná komunita vám môže pomôcť vyriešiť problémy a nájsť návody. Zamyslite sa tiež nad využívaním energie, najmä ak chcete spustiť svoju dosku na batériách.

Tip:Pred výberom dielov si zapíšte potreby svojho projektu. To vám pomôže vyhnúť sa výberu mikrokontroléra, ktorý je pre váš projekt príliš slabý alebo príliš silný.

Bloková schéma

Bloková schéma vám pomôže zistiť, ako sa všetko spája. Nakreslite krabicu pre každú hlavnú časť, napríklad mikrokontrolér, napájací zdroj a senzory. Použite riadky, aby ste ukázali, ako sa tieto časti spájajú. Označte každý riadok typu pripojenia, ako je SPI alebo UART. Zobraziť úrovne napätia pre každú časť. Ak niektoré diely používajú rôzne napätia, pridajte poznámku pre úroveň radičov. Tento diagram uľahčuje spozorovanie chýbajúcich častí alebo problémov skôr, ako začnete stavať.

• Nakreslite blok pre každú hlavnú funkciu.
• Pripojte bloky s riadkami, aby ste ukázali, ako spolu hovoria.
• Označte riadky komunikačným protokolom.
• Označte napätie pre každý blok.
• V prípade potreby pridajte radiče úrovne.

Viac o nás

Štúdium existujúcich dosiek

Môžete sa veľa naučiť pri pohľade na populárne dosky. Mnoho ľudí používa dosky ako Arduino Uno, Blue Pill, Nodemcu a ESP32-devkitc. Tieto dosky ukazujú dobré spôsoby rozloženia častí a ich prepojenia. Spoločnosti ako NXP vytvárajú veľa referenčných rád pre rôzne využitie, od jednoduchých projektov po pokročilé. Keď študujete tieto dosky, skontrolujte, ako zvládajú energiu, aké konektory používajú a ako uľahčujú programovanie. Tento výskum vám pomôže vyhnúť sa bežným chybám a poskytuje vám nápady pre váš vlastný dizajn.

Poznámka:Preskúmanie osvedčených návrhov vám šetrí čas a pomôže vám zostaviť dosku, ktorá funguje dobre.

Ak plánujete opatrne a učíte sa od ostatných, postavíte lepšiu dosku. Začnite svoj projekt ešte dnes a pripojte sa k online komunitám, aby ste získali ešte viac tipov a podpory!

Výber komponentov

Výber mikrokontroléru

Musíte si vybrať správny mikrokontrolér pre svoj projekt. Zamyslite sa nad tým, čo chcete, aby vaša doska urobila. Niektoré projekty potrebujú iba jednoduchú kontrolu. Iní potrebujú rýchle spracovanie alebo prácu v reálnom čase. Môžete si vybrať z 8-bitových, 16-bitových alebo 32-bitových mikrokontrolérov. Každý typ má svoju vlastnú rýchlosť a funkcie.

Tu je niekoľko vecí, na ktoré treba premýšľať, keď vyberiete mikrokontrolér:

• Zložitosť aplikácie: Jednoduché úlohy potrebujú menej energie. Tvrdšie projekty potrebujú väčšiu rýchlosť a pamäť.
• Výkon a architektúra: 8-bitové čipy sú dobré pre ľahké úlohy . 32- Bit čipy sú lepšie pre tvrdé úlohy.
• Použitie energie: Ak používate batérie, vyberte si čipy, ktoré šetria energiu.
• Podpora komunity: Populárne čipy ako Arduino, STM32 a ESP32 majú online veľa pomoci.
• Konektivita: Niektoré mikrokontroléry majú zabudované Wi-Fi, Bluetooth alebo Ethernet.
• Pamiatka: Uistite sa, že máte dostatok Flash a RAM pre svoj kód a údaje.
• Nástroje a IDE: Skontrolujte, či môžete používať jednoduchý softvér ako Arduino IDE alebo pokročilejšie nástroje.
• Nevyberajte si čip, ktorý je príliš slabý alebo príliš silný. Ak má váš čip príliš málo funkcií, možno budete musieť neskôr prepracovať svoju dosku. Ak má príliš veľa funkcií, môžete premrhať peniaze a moc. Pokúste sa prispôsobiť vaše potreby so správnym mikrokontrolérom.

Mnoho ľudí používa tieto mikrokontroléry na projekty pre domácich majstrov:

1,8051 mikrokontroléry

2. AVR mikrokontroléry

3.PIC mikrokontroléry

4.ti MSP430

5.Daruino

6.stm32

7.ESP8266 a ESP32

8.Nodemcu

Tieto čipy majú veľa sprievodcov a príkladov. Nájdete veľa pomoci pre svoju dosku.

Tip:Vyberte mikrokontrolér, ktorý vyhovuje vášmu projektu a má dobrú podporu. To uľahčuje budovanie a riešenie problémov.

Rozvojová radaKomponenty

Dobrá rozvojová rada potrebuje viac ako len mikrokontrolér. Potrebujete ďalšie diely, aby to fungovalo dobre a pripojili sa k iným zariadeniam. Tu je tabuľka dôležitých komponentov a to, čo robia:

Tieto časti potrebujete tiež pre základnú dosku:

• PIN/O: Pripojte sa k senzorom, motorom a ďalším zariadeniam.
• Komunikačné porty: Na rozhovor s inými čipmi použite UART, SPI alebo I2C.
• Rozhranie USB: Umožňuje vám programovať a ladiť svoju dosku.
• Tlačidlo na vynulovanie: Reštartuje mikrokontrolér, ak uviazne.
• Konektory: Uľahčite zapojenie drôtov alebo modulov.
• LED a tlačidlá:Pomôže vám otestovať a ovládať svoju dosku.
• Krištáľový oscilátor: Dáva čipu signál hodín, aby sa udržal čas.

Poznámka:Vždy pridajte oddeľovacie kondenzátory v blízkosti mikrokontroléra. Pomáhajú udržiavať napätie stabilné a zastavovať hluk.

Možnosti napájania

Vaša rozvojová rada potrebuje bezpečné a stabilné napájanie. Máte niekoľko možností. Každý z nich má svoje vlastné výhody. Tu je tabuľka, ktorá vám pomôže rozhodnúť sa:

Ak chcete používať batérie, uistite sa, že váš regulátor napätia zvládne napätie batérie. Pred pripojením napájania vždy skontrolujte rozsah napätia mikrokontroléru.

USB na sériový prevodník

Potrebujete spôsob, ako naprogramovať svoju dosku a porozprávať sa s počítačom. Túto prácu vykonáva USB to Serial Converter. Čip FTDI FT232RL je pre to najspoľahlivejší. Pracuje s mnohými operačnými systémami a má vstavanú ochranu. Mnoho ľudí používa základnú dosku FTDI spoločnosti SparkFun, ktorá používa tento čip. Rada Forse 3 používa novší čip FT231X a poskytuje pre vašu dosku väčšiu energiu.

Ďalšie dobré možnosti zahŕňajú:

1.ch340g (lacné a funguje dobre)

2.Silicon Labs CP2102 (jednoduchý a spoľahlivý)

3.Microchip MCP2200 (má ďalšie funkcie)

4.Exar XR21V1410 (veľmi rýchle a spoľahlivé)

5. Ak chcete najlepšie výsledky, použite čipy FTDI. Pracujú s väčšinou dosiek a majú veľkú podporu.

Periférne moduly

Periférne moduly pridávajú do svojej dosky ďalšie funkcie. Môžete pripojiť senzory, displeje alebo bezdrôtové moduly. Tu je niekoľko bežných modulov, ktoré sa nachádzajú na populárnych doskách:

Tieto moduly vám umožňujú vytvárať veci ako roboty, inteligentné domáce zariadenia a gadget IoT. Môžete spustiť jednoduché a pridať ďalšie moduly, keď sa učíte.

Tip:Začnite jednoduchým dizajnom. Pridajte iba potrebné časti. Vďaka tomu je vaša doska ľahšia na zostavenie a opravu. Vždy môžete pridať ďalšie funkcie neskôr.

Väčšina dielov nájdete online alebo v obchodoch s elektronikou. Vyhľadajte diely s dobrými recenziami a množstvom sprievodcov. Pomôže vám to dokončiť dosku rýchlejšie a s menším počtom problémov.

Ste pripravení vybudovať svoju vlastnú rozvojovú dosku? Opatrne vyberte svoje diely, udržujte svoj dizajn jednoduchý a bavte sa. Každý projekt vám pomôže naučiť sa nové zručnosti a priblíži sa k budovaniu úžasných vecí!

Schéma a dizajn PCB

Navrhovanie vašej schémy a DPS je kľúčovým krokom pri budovaní spoľahlivéhorozvojová rada. Starostlivé plánovanie a správne nástroje vám pomôžu vyhnúť sa chybám a uľahčujú sa zostavenie a ladenie.

Schematický dizajn

Začnete kreslením podrobnej schémy. Je to ako mapa, ktorá ukazuje, ako sa každá časť spája. Softvér ako KICAD uľahčuje túto prácu. Môžete si vybrať diely zo vstavaných knižníc alebo používať komunitné symboly pre populárne mikrokontroléry. Ak nemôžete nájsť časť, môžete si vytvoriť svoj vlastný symbol a stopu. To vám pomôže presne zladiť skutočnú časť.

Postupujte podľa týchto krokov pre silnú schému:

1.Praďte všetky komponenty na mriežke. Na ich otáčanie použite skratky ako „A“.

2. Časti, ktoré vyhovujú vašim potrebám. V prípade vysokorýchlostných obvodov vyberte kondenzátory a čipy s nízkym ESR so správnymi frekvenčnými hodnoteniami.

3.Prijujte kondenzátory oddeľovania blízko výkonových kolíkov vášho mikrokontroléra. To znižuje hluk a udržuje vašu dosku stabilnú.

4. Pripojte všetko pomocou nástroja „Pridať drôt“. Uistite sa, že každý drôt ide na správne miesto.

5. Pre špeciálne signály, ako napríklad diferenciálne páry, udržujte vodiče rovnakú dĺžku a rozstupy.

6. Vykonajte silnú energetickú sieť. Pridajte symboly napájania a zeme a dobre ich spojte.

7. Použite nástroj anotácie, aby ste každej časti poskytli jedinečný názov. Vďaka tomu je ľahké nájsť časti neskôr.

8.Run kontrola elektrického pravidla (ERC). Tento nástroj nachádza chyby, ako sú chýbajúce drôty alebo prepojené kolíky.

9. Vytvorte účet materiálov (Bom) a netlist. Pomáhajú vám objednať si diely a presunúť sa na rozloženie PCB.

Tip:Používajte pre svoj mikrokontrolér existujúce knižnice symbolov a stopy. To šetrí čas a znižuje chyby.

Niektorí dizajnéri používajú špeciálne metódy na zobrazenie konektorov a dcérskych dosiek. Napríklad môžete použiť konektory receptacle alebo symboly priameho modulu. Každá metóda má klady a nevýhody, napríklad lepšie 3D zobrazenia alebo ľahšie riadenie bom. Môžete dokonca priradiť viac ako jeden 3D model k stope pre lepšiu vizualizáciu.

Kontaktovať teraz

Rozloženie PCB

Akonáhle je vaša schéma pripravená, presuňte sa na rozloženie PCB. Tento krok zmení mapu obvodu na skutočnú dosku. Dobré rozloženie spôsobuje, že vaša vývojová doska funguje lepšie a vydrží dlhšie.

Tu je niekoľko osvedčených postupov pre rozloženie PCB:

1. Uplatňujte kondenzátory oddeľovania čo najbližšie k kolíkom mikrokontroléru.

2. Držte sily a pozemné lietadlá pevné a nepretržité. To znižuje hluk a zlepšuje dodanie energie.

3.Výbajte, keď kladie časti príliš blízko k okraju alebo navzájom. To uľahčuje montáž a znižuje výrobné náklady.

4. Skontrolujte pravidlá výrobcu pre šírku stopy, rozstupy a veľkosť prostredníctvom veľkosti. To vám pomôže vyhnúť sa problémom počas výroby.

5.Protivitu vysokorýchlostných alebo citlivých signálov s krátkymi priamymi stopami.

6. Odevy analógových a digitálnych sekcií na zníženie rušenia.

7. Príležitostné chyby zahŕňajú ignorovanie sily a pozemných lietadiel, zle umiestnenie častí a nepremýšľanie o tom, ako sa bude doska vykonať. Tieto 8. misakes môžu spôsobiť hluk, problémy so signálom a dokonca spôsobia zlyhanie vašej dosky.

Poznámka:Vždy si prečítajte svoje rozloženie proti osvedčeným návrhom. Dosky ako Arduino a STM32 Nucleo ukazujú dobré spôsoby umiestnenia častí a trasy signálov.

Integrita signálu

Integrita signálu znamená, že vaše signály cestujú čisto bez hluku alebo straty. Musíte to naplánovať, najmä ak vaša doska používa analógové aj digitálne časti.

Postupujte podľa týchto pokynov pre silnú integritu signálu:

1. Usporiadajte analógové a digitálne obvody od seba. Umiestnite ich do rôznych oblastí predstavenstva.

2. Použite samostatné pozemné roviny pre analógové signály (AGND) a digitálne (DGND) signály. Pripojte ich v jednom hviezdnom bode.

3. Vykonajte stopy pre hodiny a vysokorýchlostné signály čo najkratšie.

4. Zmierte dĺžku a rozstup diferenciálnych párov.

5. Použite široké stopy pre energiu a zem na zníženie odporu.

6.Pace out signálne stopy, aby sa znížilo presluch.

7. Oblasti citlivých na citlivé na kusy a udržiavajte spiatočné cesty nepretržite.

8. Dodávajte pozemné slučky pomocou referencie o jednotlivých pozemkoch.

9. Uveďte svoju dosku nástrojmi, ako sú multimetre a analyzátory logiky, vám pomôže včas chytiť problémy. Dobré uzemnenie a starostlivé usporiadanie udržiava vašu vývojovú dosku plynulo.

Simulácia a prototypovanie

Predtým, ako si objednáte DPS, mali by ste otestovať svoj návrh. Simulácia a prototypovanie vám pomôže nájsť chyby a opraviť ich skoro.

Na vytvorenie jednoduchej verzie vášho okruhu môžete použiť kĺbové dosky alebo proto-dosky. To vám umožní skontrolovať, či všetko funguje skôr, ako míňate peniaze na skutočné dosky. Mnoho ľudí začína vývojovou doskou alebo súpravou na testovanie svojho kódu a hardvéru.

Simulačné nástroje vylepšujú tento proces ešte lepšie. Programy ako LTSPICE, Multisim Live, Circuitmaker, Easyeda a Circuit Lab vám umožňujú otestovať váš obvod v počítači. Môžete vidieť, ako sa signály pohybujú a nájdete problémy bez toho, aby ste niečo vybudovali. Niektoré nástroje, napríklad Autodesk Fusion 360, dokonca zobrazujú PCB v 3D. To vám pomôže skontrolovať, či sa diely prispôsobia a či má rozloženie zmysel.

Tip:Pred vytvorením vášho konečného PCB vždy simulujte a prototyp. To šetrí čas, peniaze a frustráciu.

Po dokončení dizajnu pomocou nástroja CAD na vytvorenie súborov Gerber. Tieto súbory hovoria výrobcovi, ako si vyrobiť svoju dosku. Pred odoslaním súborov dvakrát skontrolujte všetko.

Budovanie vlastnej vývojovej rady berie starostlivo dizajn a testovanie. Každý krok, od schémy po simuláciu, vám pomôže vytvoriť dosku, ktorá funguje dobre a ľahko sa používa. Začnite svoj dizajn ešte dnes a uvidíte, koľko sa môžete naučiť a vytvoriť!

Montáž a testovanie

Spájkovacie komponenty

Svoju rozvojovú radu musíte opatrne dať dohromady. Najprv umiestnite každú časť na správne miesto na DPS. Väčšina častí používa mäkké spájkovanie. To roztopí zmes po plechovke, ktorá sa spája s malými časťami. V prípade častí SMT je spájkovanie prerážky lepšie. Nasaďte na spájkovaciu pastu, pridajte časti a potom zohrejte dosku v reflowovej peci. Časti otvorenia často používajú vlny spájkovanie. Vlna roztavenej spájky spája kolíky. Ak máte špeciálne alebo citlivé časti, skúste selektívne alebo rušivé spájkovanie. Vždy vyberte správnu spájku jadra toku, ako je Rosin alebo Clean Flux. To pomáha zastaviť zvyšky a zlepšuje spájkové kĺby.

Tip:Dajte si pozor na problémy, ako sú studené kĺby, spájkovacie mosty alebo časti na nesprávnom mieste. Vďaka tomu môžu vaša doska nefungovať.

Kontrola sily a funkcií

Po vybudovaní dosky ju pred zapnutím skontrolujte. Urobte tieto kroky:

1. Použite multimeter na kontrolu všetkých napájacích koľajníc a napätia.
2. Vyhľadajte krátke obvody alebo spájkovacie mosty.
3. Zapnite dosku a uistite sa, že napätie je v rámci ± 5% cieľa.
4. Na uľahčenie kontroly použite testovacie body na DPS.
5. Program mikrokontroléra s programovaním v systéme (ISP).
6. Otestujte jednoduché veci, ako sú LED, tlačidlá a porty.
7. Zapíšte si každý test a čo sa stalo. To vám pomôže rýchlo nájsť a vyriešiť problémy.

ProgramovanieRozvojová rada

Svoju dosku môžete naprogramovať populárnymi nástrojmi. Arduino IDE je jednoduchý a má veľa pomoci online. STM32cubeide a STM32CuBEMX sú dobré pre dosky STM32. Raspberry Pi Pico dosky pracujú s mikropythónom a C/C ++. Mnoho dosiek používa USB alebo JTAG na programovanie a ladenie. Vyberte nástroj, ktorý zodpovedá vášmu mikrokontroléru a čo viete.

Ladenie

Ladenie vám pomôže nájsť a opravovať chyby. Používajte nástroje ako debuggery v okruhu (ICDS), JTAG alebo ST-Link. Umožňujú vám nastaviť body prerušenia, sledovať premenné a prejsť kódom. IDE ako STM32Cubeide a Keil majú funkcie, ako je sledovanie premenných v reálnom čase a kontroly pamäte. Na pohľad na signály môžete tiež použiť logické analyzátory a osciloskopy. Pridajte do svojho kódu správy ladenia a zistite, čo sa stane počas testov. Vždy skontrolujte veci, ako sú nesprávne nastavenia registra, chyby pamäte alebo zlé spájkovacie kĺby.

Poznámka:Starostlivé ladenie a testovanie robia vašu vývojovú dosku silnými a pripravenými na skutočné použitie.

Budovanie a testovanie vašej vlastnej rady vám učí dôležité zručnosti. Každý krok vám pomôže priblížiť sa k výrobe vlastnej elektroniky. Začnite svoj projekt hneď teraz a pripojte sa k komunite Maker, aby ste sa podelili o to, čo vyrábate!

Teraz viete, ako plánovať, vyberať diely, navrhovať, zostaviť a testovať svoju dosku. Odborníci tvrdia, že začnú jednoduchými krokmi a používajú blokový diagram. Vyberte si svoje diely s opatrnosťou. Môžete získať pomoc na fórach ako ARM Community, E2E, Edaboard a Electro-Tech-Online.

Pozrite sa na sprievodcov, sledujte webináre a absolvujte kurzy, aby ste sa dozvedeli viac.

Tvorcovia používajú vo svojich projektoch dnes vo svojich projektoch nástroje AI, IoT a Open Source.

Udržujte svoj dizajn ľahký a učte sa od ostatných. Vyskúšajte nové veci, ukážte svojej práci a pripojte sa k online skupinám, aby ste sa stali lepším tvorcom.

Často

Aké nástroje potrebujete na navrhnutie DPS?

Potrebujete softvér na návrh PCB ako KICAD alebo Easyeda. Viac ako 70% fandov používa KICAD na bezplatné a otvorené zdrojové projekty. Potrebujete tiež multimeter a spájkovanie železa na montáž.

Tip: Začnite s bezplatnými nástrojmi, aby ste sa učili rýchlejšie.

Koľko stojí vybudovanie základnej rozvojovej rady?

Väčšina dosiek pre domácich majstrov stojí 10 - 30 dolárov za diely. Ak si objednáte vlastné DPS, očakávajte 5 - 20 dolárov za dosku. Doprava a montáž môžu pridať 10 dolárov. Viac ako 80% tvorcov udržuje náklady pod 50 dolárov.

Dokážete znovu použiť diely zo starej elektroniky?

Áno, môžete znovu použiť komponenty, ako sú odpor, kondenzátory a konektory. Viac ako 60% výrobcov zachránil diely, aby sa ušetrili peniaze a znížili odpad. Pred použitím vždy testujte opakované časti.

Ako testujete, či vaša doska funguje?

Skontrolujete napätie pomocou multimetra. Nahráte jednoduchý program, aby ste zabili LED. Viac ako 90% tvorcov používa túto metódu na prvé testy. Ak LED bliká, funguje vaša doska.

// Simple LED Blink Test DigitalWrite (Led_builtin, High); oneskorenie (500); DigitalWrite (Led_builtin, Low); oneskorenie (500);

Kde môžete získať pomoc, ak máte problémy?

Môžete sa pripojiť k fóram ako Eevblog, Electro-Tech-Online a Arduino. Viac ako 75% začiatočníkov rieši problémy kladením otázok online. Nájdete sprievodcov, videá a podporu komunity.

Ste pripravení postaviť svoju vlastnú dosku? Začnite dnes a pripojte sa k tisícom tvorcov, ktorí zdieľajú nápady a príbehy o úspechu!

Kontaktujte nás