การสร้าง PSLab ให้ตัวเอง: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

วันที่วุ่นวายที่แล็บอิเล็กทรอนิกส์ใช่มั้ย?

คุณเคยมีปัญหากับวงจรของคุณหรือไม่? ในการดีบัก คุณรู้ว่าคุณต้องการมัลติมิเตอร์หรือออสซิลโลสโคปหรือเครื่องกำเนิดคลื่นหรือแหล่งพลังงานที่แม่นยำภายนอกหรือพูดเครื่องวิเคราะห์ลอจิก แต่มันเป็นโครงการอดิเรก และคุณไม่ต้องการที่จะเสียเงินหลายร้อยดอลลาร์ไปกับเครื่องมือราคาแพงแบบนั้น ไม่ต้องพูดถึงทั้งชุดด้านบนใช้พื้นที่มากในการเก็บ คุณอาจลงเอยด้วยเงินหลายเมตรมูลค่า 20-30 ดอลลาร์ แต่ก็ไม่ได้ผลดีในการดีบักวงจร

ถ้าฉันพูดว่า มีอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์โอเพ่นซอร์สที่ให้ฟังก์ชันทั้งหมดเหล่านั้นของออสซิลโลสโคป มัลติมิเตอร์ ตัววิเคราะห์ลอจิก เครื่องกำเนิดคลื่น และแหล่งพลังงาน คุณจะไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายหลายร้อยดอลลาร์และไม่ไป ที่จะหยิบมาเต็มโต๊ะ เป็นอุปกรณ์ PSLab โดยองค์กรโอเพ่นซอร์ส FOSSASIA คุณสามารถค้นหาเว็บไซต์อย่างเป็นทางการได้ที่ https://pslab.io/ และที่เก็บโอเพ่นซอร์สจากลิงก์ต่อไปนี้

• แผนผังฮาร์ดแวร์:
• เฟิร์มแวร์ MPLab:
• แอปเดสก์ท็อป:
• แอพ Android:
• ห้องสมุดไพทอน:

ฉันดูแลที่เก็บฮาร์ดแวร์และเฟิร์มแวร์ และหากคุณมีคำถามใด ๆ ในขณะที่ใช้อุปกรณ์หรือสิ่งที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ อย่าลังเลที่จะถามฉัน

PSLab ให้อะไรเราบ้าง?

อุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดที่มีฟอร์มแฟคเตอร์ของ Arduino Mega นี้มีคุณสมบัติมากมาย ก่อนที่เราจะเริ่มต้น มันถูกสร้างขึ้นในฟอร์มแฟกเตอร์ Mega เพื่อให้คุณสามารถใส่สิ่งนี้ลงในเคส Arduino Mega แฟนซีของคุณได้โดยไม่มีปัญหาใดๆ ตอนนี้เรามาดูข้อมูลจำเพาะ (แยกจากที่เก็บฮาร์ดแวร์ดั้งเดิม);

• 4-Channel สูงสุด 2MSPS ออสซิลโลสโคป ซอฟต์แวร์ขั้นตอนการขยายที่เลือกได้
• โวลต์มิเตอร์แบบ 12 บิตพร้อมอัตราขยายที่ตั้งโปรแกรมได้ ช่วงอินพุตตั้งแต่ +/-10 mV ถึง +/-16 V
• แหล่งจ่ายแรงดันไฟที่ตั้งโปรแกรมได้ 3x 12 บิต +/-3.3 V, +/-5V, 0-3 V
• แหล่งกระแสที่ตั้งโปรแกรมได้ 12 บิต 0-3.3 mA
• 4-Channel, 4 MHz, ตัววิเคราะห์ลอจิก
• เครื่องกำเนิดคลื่นไซน์/สามเหลี่ยม 2 เครื่อง 5 Hz ถึง 5 KHz การควบคุมแอมพลิจูดแบบแมนนวลสำหรับ SI1
• เครื่องกำเนิด PWM 4x ความละเอียด 15 ns สูงสุด 8 MHz
• การวัดความจุ pF ถึง uF range
• บัสข้อมูล I2C, SPI, UART สำหรับโมดูล Accel/gyros/humidity/temperature

เมื่อรู้แล้วว่าอุปกรณ์นี้คืออะไร มาดูกันว่าเราจะสร้างได้อย่างไร..

ขั้นตอนที่ 1: เริ่มต้นด้วยแผนผัง

ฮาร์ดแวร์โอเพ่นซอร์สไปกับซอฟต์แวร์โอเพ่นซอร์ส:)

โปรเจ็กต์นี้อยู่ในรูปแบบเปิดทุกเมื่อที่ทำได้ นี้มีข้อดีหลายประการ ทุกคนสามารถติดตั้งซอฟต์แวร์ได้ฟรีและทดลองใช้ ไม่ใช่ทุกคนที่มีความแข็งแกร่งทางการเงินในการซื้อซอฟต์แวร์ที่เป็นกรรมสิทธิ์ ดังนั้นสิ่งนี้จึงทำให้งานยังคงสำเร็จลุล่วงได้ ดังนั้นแผนผังจึงถูกสร้างขึ้นด้วย KiCAD คุณมีอิสระในการใช้ซอฟต์แวร์ใดๆ ที่คุณต้องการ เพียงแค่เชื่อมต่อให้ถูกต้อง ที่เก็บ GitHub มีไฟล์ต้นฉบับทั้งหมดสำหรับแผนผังที่ https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m… และหากคุณจะใช้ KiCAD เราสามารถโคลนที่เก็บได้ทันทีและมีแหล่งที่มา ให้กับตัวเราเองโดยพิมพ์คำสั่งต่อไปนี้ในหน้าต่างเทอร์มินัล Linux

$ git clone

หรือถ้าคุณไม่คุ้นเคยกับคำสั่งคอนโซล เพียงวางลิงก์นี้บนเบราว์เซอร์แล้วมันจะดาวน์โหลดไฟล์ zip ที่มีทรัพยากรทั้งหมด ไฟล์แผนผังเวอร์ชัน PDF อยู่ด้านล่าง

แผนผังอาจดูซับซ้อนเล็กน้อยเนื่องจากมีไอซี ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุจำนวนมาก ฉันจะแนะนำคุณเกี่ยวกับสิ่งที่อยู่ในนี้

ที่กึ่งกลางของหน้าแรก ประกอบด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC นั่นคือสมองของอุปกรณ์ มีการเชื่อมต่อกับ OpAmps หลายตัว คริสตัลหนึ่งตัว และตัวต้านทานและตัวเก็บประจุสองสามตัวเพื่อตรวจจับสัญญาณไฟฟ้าจากพิน I/O การเชื่อมต่อกับพีซีหรือโทรศัพท์มือถือทำได้ผ่านบริดจ์ UART ซึ่งเป็น MCP2200 IC นอกจากนี้ยังมีช่องเปิดสำหรับชิป ESP8266-12E ที่ด้านหลังของอุปกรณ์ แผนผังจะมีตัวเพิ่มแรงดันไฟสองตัวและไอซีอินเวอร์เตอร์แรงดันไฟเนื่องจากอุปกรณ์สามารถรองรับช่องสัญญาณออสซิลโลสโคปที่สูงถึง +/-16 V

เมื่อทำแผนผังเสร็จแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการสร้าง PCB จริง…

ขั้นตอนที่ 2: การแปลงแผนผังเป็นเลย์เอาต์

ตกลง นี่มันเป็นระเบียบใช่มั้ย นั่นเป็นเพราะว่าส่วนประกอบขนาดเล็กหลายร้อยชิ้นถูกวางไว้ในบอร์ดขนาดเล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ด้านหนึ่งของบอร์ดขนาดเล็กที่มีขนาดเท่ากับ Arduino Mega กระดานนี้เป็นสี่ชั้นหนึ่ง เลเยอร์จำนวนมากนี้ถูกใช้เพื่อให้มีความสมบูรณ์ของแทร็กที่ดีขึ้น

ขนาดของบอร์ดจะต้องตรงกับ Arduino Mega และส่วนหัวของพินจะอยู่ที่ตำแหน่งเดียวกันกับที่ Mega มีหมุด ตรงกลางมีส่วนหัวของพินสำหรับเชื่อมต่อโปรแกรมเมอร์และโมดูล Bluetooth มีจุดทดสอบสี่จุดอยู่ด้านบนและสี่จุดด้านล่างเพื่อตรวจสอบว่าระดับสัญญาณที่ถูกต้องได้รับการเชื่อมต่อที่ถูกต้องหรือไม่

เมื่อนำเข้ารอยเท้าทั้งหมดแล้ว สิ่งแรกคือการวางไมโครคอนโทรลเลอร์ไว้ตรงกลาง จากนั้นวางตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อโดยตรงกับไมโครคอนโทรลเลอร์รอบๆ IC หลัก จากนั้นจึงดำเนินการไปเรื่อยๆ จนถึงส่วนประกอบสุดท้าย เป็นการดีกว่าที่จะมีการกำหนดเส้นทางคร่าวๆ ก่อนกำหนดเส้นทางจริง ที่นี่ฉันได้ใช้เวลามากขึ้นในการจัดองค์ประกอบให้เรียบร้อยด้วยระยะห่างที่เหมาะสม

ขั้นตอนต่อไป เรามาดูบิลวัสดุที่สำคัญที่สุดกัน..

ขั้นตอนที่ 3: การสั่งซื้อ PCB และ Bill of Materials

ฉันได้แนบบิลวัสดุ โดยทั่วไปจะมีเนื้อหาดังต่อไปนี้

1. PIC24EP256GP204 - ไมโครคอนโทรลเลอร์
2. MCP2200 - สะพาน UART
3. TL082 - OpAmps
4. LM324 - OpAmps
5. MCP6S21 - ได้รับ OpAmp. ที่ควบคุม
6. MCP4728 - ตัวแปลงดิจิตอลเป็นแอนะล็อก
7. TC1240A - อินเวอร์เตอร์แรงดันไฟ
8. TL7660 - ตัวเพิ่มแรงดันไฟ
9. ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และตัวเหนี่ยวนำขนาด 0603
10. 12MHz SMD Crystals

เมื่อทำการสั่งซื้อ PCB ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ตั้งค่าดังต่อไปนี้

• ขนาด: 55mm x 99mm
• ชั้น: 4
• วัสดุ: FR4
• ความหนา: 1.6mm
• ระยะห่างติดตามขั้นต่ำ: 6mil
• ขนาดรูขั้นต่ำ: 0.3mm

ขั้นตอนที่ 4: มาเริ่มกันที่แอสเซมบลี

เมื่อ PCB พร้อมและส่วนประกอบมาถึงแล้ว เรามาเริ่มประกอบกันเลย เพื่อจุดประสงค์นี้ ควรมีลายฉลุเพื่อให้กระบวนการง่ายขึ้น ขั้นแรก วางลายฉลุโดยให้ชิดกับแผ่นอิเล็กโทรดแล้ววางประสาน จากนั้นเริ่มวางส่วนประกอบ วิดีโอที่นี่แสดงเวอร์ชันไทม์แลปส์ของฉันในการวางส่วนประกอบ

เมื่อวางส่วนประกอบทั้งหมดแล้ว ให้ทำการบัดกรีซ้ำโดยใช้สถานีปรับปรุง SMD ระวังอย่าให้บอร์ดร้อนมากเกินไป เนื่องจากส่วนประกอบอาจล้มเหลวเมื่อเผชิญกับความร้อนจัด อย่าหยุดและทำหลายครั้ง ทำในครั้งเดียวโดยปล่อยให้ส่วนประกอบเย็นลงและจากนั้นให้ความร้อนขึ้นจะทำให้ความสมบูรณ์ของโครงสร้างของทั้งส่วนประกอบและ PCB ล้มเหลว

ขั้นตอนที่ 5: อัปโหลดเฟิร์มแวร์

เมื่อการประกอบเสร็จสิ้น ขั้นตอนต่อไปคือการเบิร์นเฟิร์มแวร์ลงบนไมโครคอนโทรลเลอร์ สำหรับสิ่งนี้ เราต้องการ;

• โปรแกรมเมอร์ PICKit3 - การอัปโหลดเฟิร์มแวร์
• สายจัมเปอร์ตัวผู้ถึงตัวผู้ x 6 - เพื่อเชื่อมต่อโปรแกรมเมอร์กับอุปกรณ์ PSLab
• สายเคเบิล USB Mini B - เพื่อเชื่อมต่อโปรแกรมเมอร์กับ PC
• สาย USB Micro B - เพื่อเชื่อมต่อและเปิดเครื่อง PSLab กับ PC

เฟิร์มแวร์ได้รับการพัฒนาโดยใช้ MPLab IDE ขั้นตอนแรกคือการเชื่อมต่อโปรแกรมเมอร์ PICKit3 กับส่วนหัวของโปรแกรม PSLab จัดตำแหน่งพิน MCLR ทั้งในโปรแกรมเมอร์และอุปกรณ์ และหมุดที่เหลือจะถูกวางอย่างถูกต้อง

โปรแกรมเมอร์เองไม่สามารถเปิดเครื่องอุปกรณ์ PSLab ได้เนื่องจากไม่สามารถให้พลังงานได้มาก ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องเพิ่มพลังให้กับอุปกรณ์ PSLab โดยใช้แหล่งภายนอก เชื่อมต่ออุปกรณ์ PSLab กับคอมพิวเตอร์โดยใช้สายเคเบิลชนิด Micro B จากนั้นเชื่อมต่อโปรแกรมเมอร์กับพีซีเครื่องเดียวกัน

เปิด MPLab IDE และคลิกที่ "Make and Program Device" จากแถบเมนู จะเปิดหน้าต่างให้เลือกโปรแกรมเมอร์ เลือก "PICKit3" จากเมนูแล้วกดตกลง มันจะเริ่มเขียนเฟิร์มแวร์ไปยังอุปกรณ์ ระวังข้อความที่พิมพ์บนคอนโซล จะบอกว่าตรวจพบ PIC24EP256GP204 และในที่สุดโปรแกรมก็เสร็จสมบูรณ์

ขั้นตอนที่ 6: เพิ่มพลังและพร้อมที่จะไป !

หากเฟิร์มแวร์เบิร์นได้ถูกต้อง ไฟ LED สีเขียวจะสว่างขึ้นซึ่งบ่งชี้ว่ารอบการบู๊ตสำเร็จ ตอนนี้เราพร้อมที่จะใช้อุปกรณ์ PSLab เพื่อทำการทดสอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ทำการทดลอง ฯลฯ

รูปภาพแสดงรูปลักษณ์ของแอปเดสก์ท็อปและแอป Android