Naučte sa navrhnúť vlastnú tvarovanú dosku pomocou online nástrojov EasyEDA: 12 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Vždy som chcel navrhnúť vlastnú DPS a s online nástrojmi a lacnými prototypmi DPS nebolo nikdy jednoduchšie ako teraz! Je dokonca možné nechať montovať súčiastky na povrchovú montáž lacno a jednoducho v malom objeme, aby ste ušetrili náročnú úlohu spájkovania! Objednal som si 10x PCB so zostavou za menej ako 50 USD. Zatiaľ čo PCB plnia dôležitú funkciu, rozloženie komponentov je dôležitou súčasťou toho, ako vyzerá. Otočil som komponenty na doske tak, aby boli zarovnané s bodmi hviezdy.

Tento návod vás naučí:

• Ako nakresliť vlastný tvar DPS v InkScape (bezplatný grafický nástroj s otvoreným zdrojovým kódom)
• Ako používať nástroje na navrhovanie obvodov EasyEDA a plošných spojov (zadarmo a online, nevyžaduje sa žiadna inštalácia!)
• Ako importovať SVG do EasyEDA pre vlastný tvar DPS a hodvábnu obrazovku
• Ako navrhnúť jednoduchý programovateľný dizajn MCU „Arduino“
• Ako použiť zostavu povrchovej montáže JLCPCB na výrobu a montáž dosiek

Vlastnosti "Hviezdy"

• Vlastná 5-bodová PCB v tvare hviezdy
• Animované osvetlenie - 10x LED na každú stranu, obojstranné
• arduino programovateľný mikrokontrolér ATMEGA328P
• 2x tlačidlá pre interaktivitu - môžete si vytvoriť jednoduchú hru
• napájanie micro USB (voliteľné)
• Sieť viac hviezdičiek pre väčšie animácie (voliteľné) so sériovou komunikáciou

AKTUALIZOVANÉ 02APR2020 po prijatí dosiek.

Zásoby

Pozrite si súbor BOM (kusovník) a schematický dokument PDF.

Celú schému nájdete v prílohe.

Tu je odkaz na projekt EasyEDA z neskoršieho kroku -

Krok 1: Vytvorte dizajn v InkScape

Najprv poďme navrhnúť tvar DPS a akékoľvek umenie sieťotlače, aby sme prešli na DPS.

1. Stiahnite si a nainštalujte inkscape
2. Vytvorte nový dokument
3. Pomocou nástroja na obdĺžnik vytvorte obdĺžnik 100 x 100 mm. JLCPCB ponúka lacnejšie PCB pod touto veľkosťou.
4. Pomocou mnohouholníkového nástroja vytvorte tvar hviezdy, ktorý sa zmestí do obdĺžnika

5. Pridajte ďalšie podrobnosti, napr. malá hviezdicová grafika v obryse, kde umiestnim LED diódy

   1. Začnite pridaním tvarov pre jeden bod hviezdy, napr. vrch
   2. Pridajte zaoblený roh (kvôli bezpečnosti!) Pomocou Bezierovej krivky
   3. Vyberte všetky tvary v tomto bode a zoskupte ich dohromady

   4. Túto skupinu potom môžeme skopírovať a otočiť k iným bodom hviezdy

      "Upraviť -> Klon -> Vytvoriť kachľové klony"

6. Ak ste zaoblili rohy, musíme odstrániť body, ktoré už nie sú potrebné

   1. Aby som to urobil, ručne som nakreslil rovné čiary, ktoré spájajú krivky
   2. Potom odstráňte pôvodnú hviezdu

Uložte 2 verzie tohto obrázku

• A: silkscreen - Kompletný obrázok so všetkými podrobnosťami, ktoré budú použité pre hodvábnu obrazovku
• B: obrys dosky - ako je uvedené vyššie, ale odstráňte všetky detaily v strede a ponechajte iba obrys. Toto bude definovať tvar DPS.

Uložte verzie oboch súborov vo formáte. DXF

• súbor -> Uložiť ako ->.dxf
• Využite odlúčenie

Príklad priložených súborov.ksvg a.dxf inkscape.

Krok 2: Importujte súbor.dxf do programu EasyEDA a vytvorte vlastný tvar

Týmto krokom vytvoríte nový projekt na online nástroji EasyEDA a importujete súbor.dxf, aby ste nastavili tvar dosky plošných spojov a hodvábnej obrazovky. EasyEDA je bezplatný online editor schém a PCB. Vybral som si to, pretože to bolo jednoduchšie ako sťahovanie a inštalácia jedného z mnohých dostupných nástrojov. Zdá sa, že je to skvelé pre moje potreby a dobre sa integruje s JLCPCB pre prototypy DPS a diely LCSC.

Vytvorte projekt a DPS

1. Navštívte stránku https://easyeda.com/ a vytvorte si bezplatný účet.

2. Vytvorte nový projekt vo svojom pracovnom priestore

   Schéma uložte do súboru

3. Kliknite pravým tlačidlom myši na názov projektu a „Nová doska plošných spojov“

   1. OK predvolené hodnoty (100 x 100 mm)
   2. Poznámka - môžeme sa vrátiť a neskôr schému upraviť a pridať komponenty

4. Importujte obrys tabule

   1. Súbor -> importovať DXF
   2. Vyberte súbor osnovy tabule.dxf z inkscape
   3. Skontrolujte, či je vrstva nastavená na „BoardOutLine“
   4. Kliknite na položku „Importovať“
   5. Umiestnite ho do existujúceho obdĺžnika 100 x 100
   6. Odstráňte obdĺžnik, nový tvar hviezdy je BoardOutLine
   7. Skontrolujte, či je na ružovej vrstve BoardOutLine, ak nie, vyberte ju a zmeňte vrstvu na paneli vpravo hore

5. Importujte obrázok z hodvábu

   1. Súbor -> importovať DXF
   2. Vyberte súbor Silkscreen.dxf z inkscape
   3. Skontrolujte, či je vrstva nastavená na „TopSilkLayer“
   4. Kliknite na položku „Importovať“
   5. Umiestnite ho na obrys dosky (kvôli presnosti ho priblížte kolieskom myši)

6. Výsledky si pozrite v 3D náhľade

   Kliknite na ikonu „fotoaparát“a „3D zobrazenie“

Ďalší krok - pridajte komponenty:)

Krok 3: Naplánujte si komponenty, ktoré budete používať, vrátane zostavy SMD

Teraz, keď máme vlastný tvar, môžeme začať pridávať komponenty.

Komponenty môžete jednoducho umiestniť priamo do editora DPS, ale je lepšie ich pridať do schematického zobrazenia a potom ich kliknutím na položku „Aktualizovať DPS“pridať na DPS.

Poznámka - aby ste využili výhody služieb montáže DPS, ktoré ponúka JLCPCB (https://jlcpcb.com/smt-assembly), je dôležité používať komponenty zo špecifického zoznamu, ktorý majú.

• Stiahnite si zoznam dielov XLS

  • Aktuálne -
  • Odkaz je z:

Výber dielov:

• základňa

  Najlacnejšou možnosťou je použiť diely z ich „základného“zoznamu, pretože tieto sú už načítané do ich vychystávacích strojov

• predĺžiť

  Existujú ďalšie „rozšírené“diely, ale pre každú z nich sú prírastkové náklady. napr. LED a ATMEG328P, ktoré používam v tomto projekte, sú rozšírené, všetky diskrétne odpory, kondenzátory a keramický rezonátor sú však štandardnými časťami

• iné - ručne pridané na tabuľu neskôr

  Rozhodol som sa pridať konektor USB, tlačidlá a hlavičku programovania ručne

Priložený obrázok je snímkou obrazovky podmnožiny častí, ktoré som použil v projekte. Pridal som stĺpec „MyProject“, aby mi pomohol filtrovať sa na komponenty, na ktorých mi záleží. Na uľahčenie spájkovania som vybral väčšinou 0805 stôp. Kryštálový/keramický rezonátor môže byť ťažké spájkovať ručne.

Číslo dielu LCSC, napr. C14877, je možné použiť priamo v schematickom (a DPS) editore.

Zhrnutie kusovníka

• C84258. - chladná biela LED dióda, veľmi jasná (dokonca s 2x LED diódami zdieľajúcimi odpor 150R na 5 V) a pekný difúzor
• C7171 - oddeľovací kryt 10uF x2
• C17444 - odpor 12K pre vyťahovanie pinov RESET x1
• C17471 - odpor 150R v sérii s LED diódami x10
• C21120 - oddeľovací kryt 220nF x2
• C13738 - 16MHz keramický rezonátor s integrovanými krytkami
• C14877 - MCU ATMEGA328P

Krok 4: Zostavte schému, urobte z nej programovateľné Arduino

Jadrom tohto dizajnu je ATMEGA328P, ktorý sa používa v mnohých Arduinoch vrátane Uno, Nano a Pro Mini. To znamená, že je možné použiť Arduino IDE na zápis kódu a programovanie dosky.

Túto dosku som navrhol tak, aby používala minimálny počet komponentov na zníženie nákladov a jednoduchú dosku, ale napriek tomu ju bolo možné naprogramovať pomocou hlavičky ISP „In System Programming“, ako keby išlo o Arduino Nano.

Pochopte pinout

Pozrite si diagram vývodov priložený na https://github.com/MCUdude/MiniCore, kde nájdete informácie o tom, ako fyzické kolíky mapy MCU mapujú názvy pinov arduino. napr. fyzický MCU pin 1, (vľavo hore) je tiež arduino pin 3 (na nano značený D3), ovládaný PD3 vo vnútri MCU. Z hľadiska IDE arduino stačí poznať arduino pin '3'.

Minimálne komponenty na napodobenie nano:

• ATMEGA328P
• Rozpojte kondenzátory na vyhladenie napájania

• ISP hlavička „In System Programming“namiesto programovania USB

  • 6-kolíková hlavička, ktorú je možné naprogramovať z iného arduina pomocou obrazu programátora ISP
  • Poznámka - USB/sériové programovanie nie je možné bez prevodníka USB na sériové číslo
• Pozrite si

• 16MHz keramický rezonátor

  • Je to potrebné, ak napodobňujete nano, pretože vždy ide o externý rezonátor 5 V a 16 MHz
  • Všimnite si toho, že väčšina 3 alebo 4 pinových rezonátorov nepotrebuje samostatné kondenzátory, ktoré vyžaduje kryštál

Alternatívna, ešte minimalistickejšia súprava komponentov s MiniCore

Ak nechcete, alebo nemáte kryštál alebo rezonátor, môžete použiť vnútorný 8MHz oscilátor v ATMEGA328P. Ak to chcete povoliť, musíte načítať iný bootloader, napr. bootloader MiniCore, ďalšie informácie nájdete na GitHub.

https://github.com/MCUdude/MiniCore

Teraz začnite pridávať komponenty:

• Kliknite pravým tlačidlom myši na „umiestniť komponent“
• Do vyhľadávacieho poľa zadajte číslo súčiastky z tabuľky / LCSC, napr. C14877 pre ATMEGA328P-AU
• Umiestnite ho na schému

• Opakujte pre ostatné komponenty - kryty, odpory, diódy LED

  spočiatku jeden z každého komponentu, potom ich podľa potreby skopírujte a prilepte okolo návrhu

Krok 5: Pridajte tieto súčasti na DPS pomocou „Aktualizovať DPS“

Jednou úhľadnou funkciou online editora EasyEDA je možnosť vykonať zmeny v schéme a potom aktualizovať DPS.

• V editore schémy kliknite na položku Uložiť súbor

• Potom kliknite na tlačidlo "Aktualizovať DPS" na paneli s nástrojmi

  • Otvorí sa okno, ktoré vám povie, čo sa zmenilo
  • 'Aplikovať zmeny'
• Nové komponenty sú teraz umiestnené v pravom dolnom rohu

• Presuňte ich tam, kam chcete

  • hit priestor otočiť o 90 stupňov
  • na priblíženie použite koliesko myši

• Všimnite si „krysích čiar“, ktoré ukazujú, kde je potrebné komponenty prepojiť

  na uľahčenie zapojenia použite otáčanie komponentov

• Ak chcete umiestniť komponenty na spodnú stranu, kliknite na komponent a v pravom hornom rohu zmeňte hornú vrstvu na spodnú vrstvu.

Krok 6: Veďte komponenty na doske plošných spojov

Teraz zapojte súčiastky tak, ako je to naznačené na koľajniciach

• Na paneli s nástrojmi použite tlačidlo „sledovať“
• Kliknite na jeden komponent, potom na ďalší
• Na prepojenie medzi vrstvami použite priechodky

• Pridajte k celej hornej vrstve základnú rovinu, aby sa automaticky prepojili všetky uzemňovacie kolíky

  • Pomocou tlačidla „medená oblasť“nakreslite obdĺžnik, ktorý pokrýva celú dosku. Nástroj automaticky vyplní správnu oblasť a v predvolenom nastavení sa pripojí k sieti GND
  • Pridajte ďalšiu rovinu do spodnej vrstvy pre VCC
• Otvorte 3D zobrazenie a skontrolujte svoj postup

Rozhodol som sa ponechať smerovanie veľmi priame a úhľadné. Pozrel som sa na rozloženie DPS, aby som vybral, ktorý pin MCU sa má pripojiť k jednotlivým LED diódam, aby sa zjednodušilo smerovanie a stala sa súčasťou procesu návrhu.

Je ľahké prepnúť späť na prehliadač schémy a pridať ku kolíku sieťové meno, napr. Kolík 23 U1 sa pripája k sieti LED4. Na LED diódu položte rovnaký štítok siete, aktualizujte DPS a nasmerujte trasu.

** Tu je odkaz na projekt na webovej stránke EasyEDA:

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

Krok 7: Pridajte ďalšie komponenty, kým nie je návrh úplný, otočte podľa potreby

Neustále pridávajte diódy LED, tlačidlá atď.

Každý komponent môžete ľubovoľne otáčať, napr. v prípade 5 -bodovej hviezdy je každý bod od seba vzdialený 72 stupňov. Ak chcete získať správne uhly pre diódy LED a ďalšie súčiastky, napíšte 72 do poľa pre otáčanie a narazte na priestor, aby ste sa mohli otáčať o 90 stupňov naraz, kým nedosiahnete požadovaný výsledok. Niekedy potrebujete iné uhly súvisiace so 72, napr. 90 - 72 = 18. Alebo 2x 18 = 36. S rotáciami 18/36/72 a 90 stupňov sa môžete vyrovnať so všetkými hlavnými osami hviezdy.

Pozrite si priložený dokument PDF s úplnou schémou [všimnite si, že toto je trochu odlišný dizajn ako na predchádzajúcich záberoch obrazovky, ale rovnaké zásady]

Krok 8: Objednajte si DPS a voliteľne pridajte zostavu SMD

Keď dokončíte návrh, skontrolujete ho a skontrolujete, či neobsahuje chyby, pokračujte a vygenerujte súbory Gerber. Zobrazí sa výzva na vykonanie kontrol pravidiel návrhu (DRC). Skontrolujte, či neexistujú chyby, a uložte súbory Gerber na výrobu, alebo otvorte JLCPCB priamo z editora.

Ak chcete využiť služby výroby SMD, uložte aj kusovník (kusovník) a vyberte a umiestnite súbor (to povedzte strojom, kam umiestniť vaše súčiastky)

Prejdite procesom objednávky a dvakrát skontrolujte orientáciu všetkých polarizovaných komponentov, ako sú LED diódy, kondenzátory, rezonátory a samotný MCU!

Na 10 zostavených dosiek (bez hlavičky USB a programovania) som nechal odoslať náklady okolo 35 GBP GBP (približne 45 USD v závislosti od výmenného kurzu).

Sledujte aktualizačný e -mail a sledujte svoju nástenku a vytváranie prostredníctvom webovej stránky JLCPCB.

Krok 9: Vytvorte prototyp softvéru (priložený súbor.ino)

Kým čakáte na príchod dosiek, je čas začať písať softvér:)

Umiestnil som Arduino Nano na dosku a zapojil LED diódy na rovnaké miesto a rovnaké pripojenia na napodobnenie DPS. Potom by malo byť možné načítať rovnaký softvér priamo na dosku plošných spojov, aj keď s programátorom ISP Arduino.

Kód používa polia na zjednodušenie programovania. Importoval som aj knižnicu „FastLED.h“, pretože má niekoľko užitočných pomocných funkcií, ako je sin8 ()

Tu sú niektoré najdôležitejšie body:

Toto pole mapuje piny Arduino na LED1 až do 10. LED1 je pripojený k ekvivalentu Arduino A2 a LED10 pripojený k D4

• // vytvorte pole fyzických názvov pinov pripojených k LED1, LED2 atď. k LED10
• led piny const = {A2, A3, A1, A0, 9, 10, 6, 5, 3, 4};

Hlavná slučka je jednoduchá softvérová rutina PWM, ktorá kontroluje „pwm_now“oproti aktuálnej hodnote „led_brightness“.

Toto je v súčasnosti testovací kód na experimentovanie s niekoľkými vzormi osvetlenia.

Krok 10: Rozbaľte krabicu a obdivujte svoje nové PCB! Voliteľné - Spájkujte ďalšie diely

Užite si rozbalenie a obdivujte svoj vlastný PCB:)

So zostavou SMD som nechal všetky dôležité súčiastky spájkovať na jednej strane, aby som získal pracovné zariadenie.

Voliteľné - spájkujte ďalšie komponenty:

• Micro-USB konektor pre napájanie (nie programovanie)
• Stlačením tlačidiel urobíte interaktívny
• LED diódy na zadnej strane - urobte to obojstranné!

Krok 11: Programujte dosku pomocou programátora ArduinoISP

Toto je tá zábavná časť. Načítanie bootloadera Arduino a kódu na DPS!

Pár dní po prvom napísaní tohto návodu dorazili dosky! 10x dosky, všetky fantasticky dobre vyrobené a komponenty úhľadne spájkované a všetky fungujúce perfektne.

Pripojte náhradné Arduino ako programátor ArduinoISP

Používam Arduino Nano na malej doske zapojenej ako programátor ArduioISP. To znamená, že sa pripája z IDE cez USB na nano, ktoré sa potom pripája k cieľovému zariadeniu prostredníctvom 6-kolíkového programovacieho konektora.

Pinout je rovnaký ako nano IP konektor, v zásade iba MISO/MOSI/RST/SCK/5V/GND

Viac podrobností nájdete na tomto odkaze:

1 - MISO

2 - +5V

3 - SCK

4 - MOSI

5 - RST => poháňané z pinu 10 Arduino nano

6 - GND

Vložte skicu ArduinoISP do programátora

• Príklady -> 11. ArduinoISP -> ArduinoISP
• Poznámka - pri odosielaní tohto obrázku do programátora je potrebné odstrániť kondenzátor medzi kolíkmi RST a GND. Vráťte to späť, než použijete programátor.

Odošlite zavedený kód a kód na cieľovú dosku

• Pripojte programátor k cieľu pomocou 6-kolíkového konektora

  Môžete len držať 6x kolíkový konektor na doske plošných spojov bez spájkovania držaním pod uhlom, aby bol v dobrom kontakte

• Ak máte na doske 16MHz keramický rezonátor a ste radi, že pinout namapujete tak, aby zodpovedal arduino nano, potom dosku jednoducho naprogramujte ako nano Arduino, ale s nasledujúcim nastavením:

  • Doska: "Arduino Nano"
  • Procesor: "ATmega328P"
  • Programátor: „Arduino ako ISP“

• Odovzdajte bootloader

  Toto nastaví poistky v MCU tak, aby povolili 16MHz externý kryštál alebo rezonátor. Ak to nemáte, použite alternatívny bootloader, napr. minikore

• Nahrajte svoj kód

  Dôležité - pretože sťahujeme kód pomocou programátora, musíte stlačiť SHIFT po stlačení tlačidla UPLOAD (=>). Toto zmení programovanie z normálneho „nahrávania“cez sériový port, aby namiesto toho použilo „nahrávanie pomocou programátora“do pinov ISP

Ak bolo vyššie uvedené úspešné, mali by ste teraz mať veľa blikajúcich diód LED!:

Krok 12: Užite si svoj projekt

Dúfam, že vám tento návod bol užitočný. Strávil som mnoho hodín experimentovaním s týmito nástrojmi, aby som vyrobil zaujímavé dosky plošných spojov, a zistil som, že nástroje online sú veľmi praktické.

Tento konkrétny dizajn je relatívne jednoduchý z hľadiska obvodu, ale zaujímavý z hľadiska fyzického rozloženia. Bude to tiež dobrá dekorácia na prázdniny!

Druhá cena v súťaži PCB Design Challenge