Budovanie seba a PSLab: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Rušný deň v elektronickom laboratóriu, však?

Mali ste niekedy problémy s obvodmi? Na ladenie ste vedeli, že chcete multimetr alebo osciloskop alebo generátor vĺn alebo externý presný zdroj energie alebo povedzme logický analyzátor. Je to však hobby projekt a nechcete takto míňať stovky dolárov na drahé nástroje. Nehovoriac o tom, že celá sada vyššie zaberá veľa priestoru. Môžete skončiť s multimetrom v hodnote 20-30 dolárov, ale pri odlaďovaní obvodu to skutočne nerobí dobrú prácu.

Čo keď poviem, existuje hardvérové zariadenie s otvoreným zdrojovým kódom, ktoré poskytuje všetky tieto funkcie osciloskopu, multimetra, logického analyzátora, generátora vĺn a zdroja energie, a nebude vás to stáť stovky dolárov aby ste vyplnili celú tabuľku. Jedná sa o zariadenie PSLab od open source organizácie FOSSASIA. Oficiálnu webovú stránku nájdete na https://pslab.io/ a archívy otvorených zdrojov z nasledujúcich odkazov;

• Hardvérové schémy:
• Firmvér MPLab:
• Aplikácia pre počítač:
• Aplikácia pre Android:
• Knižnice Python:

Udržiavam archívy hardvéru a firmvéru a ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa používania zariadenia alebo akýchkoľvek iných súvisiacich vecí, pokojne sa ma opýtajte.

Čo nám PSLab dáva?

Toto kompaktné zariadenie s tvarom Arduino Mega má veľa funkcií. Predtým, ako začneme, je vyrobený vo formáte Mega, aby ste ho mohli bez problémov vložiť do svojho efektného puzdra Arduino Mega. Teraz sa pozrime na špecifikácie (extrahované z pôvodného úložiska hardvéru);

• 4-kanálový až 2MSPS osciloskop. Softvérovo voliteľné stupne zosilnenia
• 12-bitový voltmetr s programovateľným zosilnením. Vstupný rozsah je od +/- 10 mV do +/- 16 V
• 3x 12-bit Programovateľné zdroje napätia +/- 3,3 V, +/- 5V, 0-3 V
• 12-bitový programovateľný zdroj prúdu. 0-3,3 mA
• 4-kanálový, 4 MHz, logický analyzátor
• 2x generátor sínusových/trojuholníkových vĺn. 5 Hz až 5 KHz. Manuálne ovládanie amplitúdy pre SI1
• 4x PWM generátory. Rozlíšenie 15 nS. Až 8 MHz
• Meranie kapacity. rozsah pF až uF
• Dátové zbernice I2C, SPI, UART pre moduly Accel/gyroskopy/vlhkosť/teplota

Teraz, keď vieme, čo je toto zariadenie, pozrime sa, ako ho môžeme postaviť.

Krok 1: Začnime so schémami

Hardvér s otvoreným zdrojovým kódom sa dodáva so softvérom s otvoreným zdrojovým kódom:)

Tento projekt je v otvorených formátoch, kedykoľvek je to možné. To má mnoho výhod. Ktokoľvek si môže bezplatne nainštalovať softvér a vyskúšať ho. Nie každý má finančnú silu na to, aby si kúpil proprietárny softvér, takže vám to umožní vykonávať prácu aj naďalej. Schémy boli teda vytvorené s KiCAD. Môžete slobodne používať akýkoľvek softvér, ktorý sa vám páči; len správne prepojiť. Úložisko GitHub obsahuje všetky zdrojové súbory pre schémy na https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m… a ak sa chystáte používať KiCAD, môžeme úložisko ihneď klonovať a mať zdroj pre seba zadaním nasledujúceho príkazu do okna terminálu Linux.

$ git klon

Alebo ak nie ste oboznámení s príkazmi konzoly, vložte tento odkaz do prehliadača a stiahne súbor zip obsahujúci všetky zdroje. PDF verziu schematických súborov nájdete nižšie.

Schéma môže vyzerať trochu komplikovane, pretože obsahuje veľa integrovaných obvodov, odporov a kondenzátorov. Prevediem vás, čo tu je.

V strede prvej stránky obsahuje mikrokontrolér PIC. To je mozog zariadenia. Je prepojený s niekoľkými operačnými zosilňovačmi, kryštálom a niekoľkými odpormi a kondenzátormi na snímanie elektrických signálov z I/O pinov. Pripojenie k počítaču alebo mobilnému telefónu sa vykonáva pomocou mostíka UART, ktorý je MCP2200 IC. Na zadnej strane zariadenia je tiež vylomený otvor pre čip ESP8266-12E. Schematics bude mať tiež integrované obvody zdvojovača napätia a invertora napätia, pretože zariadenie môže podporovať kanály osciloskopu, ktoré môžu dosiahnuť až +/- 16 V

Akonáhle je schéma hotová, ďalším krokom je vybudovanie skutočnej DPS …

Krok 2: Konvertovanie schémy na rozloženie

OK áno, toto je neporiadok, však? Stovky malých komponentov sú totiž umiestnené na malej doske, konkrétne na jednej strane malej dosky veľkosti Arduino Mega. Táto doska je štvorvrstvová. Toľko vrstiev bolo použitých na lepšiu integritu stopy.

Rozmery dosky majú byť presné, pretože Arduino Mega a záhlavia pinov sú umiestnené na rovnakých miestach, kde má Mega svoje kolíky. V strede sú kolíkové hlavičky na pripojenie programátora a modulu Bluetooth. V hornej časti sú štyri testovacie body a v spodnej časti sú štyri testovacie body, ktoré kontrolujú, či sa pri správnom zapojení dosahujú správne úrovne signálu.

Hneď ako sa importujú všetky stopy, najskôr umiestnite mikrokontrolér do stredu. Potom umiestnite odpory a kondenzátory, ktoré sú priamo spojené s mikroradičom, okolo hlavného integrovaného obvodu a potom postupujte, kým nie je na mieste posledný komponent. Je lepšie mať hrubé smerovanie pred skutočným smerovaním. Tu som investoval viac času do úhľadného usporiadania komponentov so správnym rozstupom.

Ako ďalší krok sa pozrime na najdôležitejší kusovník.

Krok 3: Objednávka DPS a kusovníka

Prikladám kusovník. V zásade obsahuje nasledujúci obsah;

1. PIC24EP256GP204 - Mikrokontrolér
2. MCP2200 - UART most
3. TL082 - OpAmps
4. LM324 - OpAmps
5. MCP6S21 - zosilňovač riadený zosilnením
6. MCP4728 - prevodník digitálneho signálu na analógový
7. TC1240A - menič napätia
8. TL7660 - zdvojovač napätia
9. Rezistory, kondenzátory a induktory vo veľkosti 0603
10. Kryštály SMD 12 MHz

Pri zadávaní objednávky DPS sa uistite, že máte nasledujúce nastavenia

• Rozmery: 55 mm x 99 mm
• Vrstvy: 4
• Materiál: FR4
• Hrúbka: 1,6 mm
• Minimálny rozstup stôp: 6 mil
• Minimálna veľkosť otvoru: 0,3 mm

Krok 4: Začnime so zhromaždením

Keď je DPS pripravená a súčiastky dorazili, môžeme začať s montážou. Na tento účel máme radšej šablónu, aby bol postup jednoduchší. Najprv umiestnite šablónu zarovnanú s podložkami a naneste spájkovaciu pastu. Potom začnite umiestňovať komponenty. Video tu ukazuje časovo oneskorenú verziu môjho umiestnenia komponentov.

Akonáhle je každý komponent umiestnený, znova ho roztavte pomocou prepájacej stanice SMD. Dbajte na to, aby sa doska príliš nezahrievala, pretože by mohlo dôjsť k zlyhaniu komponentov v dôsledku silného tepla. Tiež nezastavujte a nerobte to mnohokrát. Vykonajte to jedným ťahom, pretože nechajte komponenty vychladnúť a potom sa zahriať, čím sa zníži štrukturálna integrita komponentov aj samotnej dosky plošných spojov.

Krok 5: Nahrajte firmvér

Keď je zostava dokončená, ďalším krokom je napálenie firmvéru na mikrokontrolér. Na to potrebujeme;

• Programátor PICKit3 - Na nahranie firmvéru
• Prepojovacie vodiče mužského a mužského pohlavia x 6 - Na pripojenie programátora k zariadeniu PSLab
• Kábel USB Mini B - na pripojenie programátora k počítaču
• Kábel USB Micro B - slúži na pripojenie a napájanie systému PSLab pomocou počítača

Firmvér je vyvinutý pomocou MPLab IDE. Prvým krokom je pripojenie programátora PICKit3 k programovacej hlavičke PSLab. Zarovnajte kolík MCLR v programátore aj v zariadení a ostatné kolíky budú správne umiestnené.

Samotný programátor nemôže zapnúť zariadenie PSLab, pretože nemôže poskytnúť veľa energie. Potrebujeme teda zapnúť zariadenie PSLab pomocou externého zdroja. Pripojte zariadenie PSLab k počítaču pomocou kábla Micro B a potom pripojte programátor k rovnakému počítaču.

Otvorte MPLab IDE a na paneli s ponukami kliknite na „Vytvoriť a naprogramovať zariadenie“. Otvorí sa okno na výber programátora. V ponuke vyberte položku „PICKit3“a stlačte tlačidlo OK. Spustí sa napaľovanie firmvéru do zariadenia. Dávajte si pozor na správy tlačené na konzole. Povie, že detekuje PIC24EP256GP204 a nakoniec je programovanie dokončené.

Krok 6: Zapnite ho a môžete ísť !

Ak sa firmvér správne napáli, rozsvieti sa zelená LED dióda, ktorá indikuje úspešný bootovací cyklus. Teraz sme pripravení použiť zariadenie PSLab na vykonávanie všetkých druhov testovania elektronických obvodov, experimentov atď.

Obrázky ukazujú, ako vyzerá aplikácia pre počítače a aplikácia pre Android.