บอร์ด Arduino ทองคำ: 12 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

วัตถุประสงค์

จุดประสงค์ของบอร์ดนี้คือเพื่อให้มีฟังก์ชันการทำงานเหมือนกับ Arduino Uno แต่ด้วยคุณสมบัติการออกแบบที่ได้รับการปรับปรุง โดยจะรวมคุณสมบัติการออกแบบเพื่อลดสัญญาณรบกวน เช่น การกำหนดเส้นทางและตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนที่ได้รับการปรับปรุง เราจะรักษารอยเท้าพินเอาต์ของบอร์ด Arduino มาตรฐานเพื่อให้เข้ากันได้กับชิลด์ อย่างไรก็ตาม แถวของหมุดส่งคืนจะถูกเพิ่มนอกรอยเท้านี้ เพื่อปรับปรุงเลย์เอาต์ของบอร์ดโดยลดการครอสทอล์คสำหรับสัญญาณที่ออกมาจากบอร์ด นอกจากนี้ คริสตัล 16 MHz จะใช้สำหรับนาฬิการะบบแทนเรโซเนเตอร์เพื่อเพิ่มความแม่นยำและความเสถียรของนาฬิกา

งบประมาณพลังงาน

กำลังไฟฟ้าเข้าจะเท่ากับที่จำเป็นสำหรับการจ่ายไฟให้กับ Arduino Uno ช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่แนะนำคือ 7 ถึง 12 โวลต์ หากจ่ายไฟน้อยกว่า 7 V พินเอาต์พุต 5 V อาจจ่ายไฟน้อยกว่า 5 โวลต์ และบอร์ดอาจไม่เสถียร หากใช้มากกว่า 12 V ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอาจร้อนเกินไปและทำให้บอร์ดเสียหายได้ Atmega 328 จะใช้ 5 V แทน 3.3 V เพื่อให้มีความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่เร็วที่สุด

การบริหารความเสี่ยงความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้น:

การรับส่วนประกอบที่ผิดพลาดเป็นความเสี่ยงที่อาจบรรเทาได้โดยการสั่งซื้ออุปกรณ์เสริม

การวางชิป IC ผิดทิศทางเช่น Atmega 328 อาจส่งผลให้เกิดการเชื่อมต่อกับพินที่ไม่ถูกต้อง เราจะตรวจสอบทิศทางที่ถูกต้องก่อนทำการบัดกรี

ความเค้นทางกลที่วางอยู่บนพินเอาต์พุตอาจทำให้การเชื่อมต่อขาด เราจะใช้แท่นยึดแบบทะลุรูเพื่อให้แน่ใจว่าสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น

เมื่อทำการบัดกรี มีโอกาสเกิดรอยต่อประสานเย็น เราสามารถลดปัญหานี้ได้โดยการตรวจสอบการเชื่อมต่อแต่ละครั้งหลังจากสร้างข้อต่อแล้ว

การระบุตำแหน่งที่ชิ้นส่วนไปบนกระดานอาจกลายเป็นเรื่องยาก

การรวมการระบุซิลค์สกรีนจะทำให้สิ่งนี้ง่ายขึ้น

แผนการนำขึ้น:

สวิตช์จะถูกวางเพื่อแยกวงจรย่อยของบอร์ดและอนุญาตให้เราประกอบและทดสอบชิ้นส่วนของบอร์ดทีละชิ้นและตรวจสอบให้แน่ใจว่าแต่ละชิ้นทำงานอย่างถูกต้องก่อนที่จะดำเนินการและประกอบส่วนที่เหลือของหมูป่า

ขั้นตอนที่ 1: แผนผัง

แผนผังนี้สร้างขึ้นโดยอ้างอิงจาก Arduino Uno schematics แบบโอเพนซอร์สและปรับแต่งเพื่อปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณ

ขั้นตอนที่ 2: เค้าโครง PCB

ขั้นตอนที่ 3: การประกอบ

เราเริ่มประกอบ PCB ด้วยตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนและฟิวส์

จากนั้นเราก็ทำการบัดกรีชิปกำลังและชิปไดโอด ESD ชิปป้องกัน ESD บัดกรีได้ยากเนื่องจากชิปมีขนาดเล็กและแผ่นอิเล็กโทรดขนาดเล็ก แต่เราประกอบเสร็จเรียบร้อยแล้ว

เราพบปัญหาที่บอร์ดของเราไม่รีเซ็ต แต่นั่นเป็นเพราะปุ่มของเรามีการติดต่อที่ไม่ดี หลังจากกดปุ่มด้วยแรงบางอย่าง ปุ่มจะกลับสู่สถานะการทำงานและทำงานตามปกติ

ขั้นตอนที่ 4: การสลับสัญญาณรบกวน: ปักหมุด 9

ต่อไปนี้คือภาพสองภาพที่เปรียบเทียบสัญญาณรบกวนการสลับจากพิน 9-13 ภาพขอบเขตสีเขียวเป็นตัวแทนของกระดานการค้า ภาพขอบเขตสีเหลืองเป็นตัวแทนของกระดานในบ้านของเรา และสัญญาณสีน้ำเงินแสดงถึงสัญญาณทริกเกอร์เพื่อให้ได้ภาพขอบเขตที่ชัดเจนและสม่ำเสมอ

เป็นการยากที่จะมองเห็นการติดฉลากบนภาพขอบเขต แต่กระดานการค้า (สีเขียว) มีสัญญาณรบกวนจากการเปลี่ยนจากจุดสูงสุดถึงจุดสูงสุดประมาณสี่โวลต์ บอร์ดในบ้านของเรามีเสียงสวิตชิ่งประมาณสองโวลต์ นี่คือการลดสัญญาณรบกวนการสลับที่ขา 9 ลง 50%

ขั้นตอนที่ 5: การสลับสัญญาณรบกวน: ปักหมุด 10

บนพิน 10 สัญญาณรบกวนการสลับบนบอร์ดการค้ามากกว่าสี่โวลต์ อยู่ที่ประมาณ 4.2 โวลต์พีคถึงพีค บนบอร์ดในบ้านของเรา เสียงสวิตชิ่งจะสูงกว่าสองโวลต์จากยอดถึงจุดสูงสุด นี่เป็นการลดสัญญาณรบกวนการสลับลงประมาณ 50%

ขั้นตอนที่ 6: การสลับสัญญาณรบกวน: ปักหมุด 11

ที่พิน 11 บนบอร์ดเชิงพาณิชย์ สัญญาณรบกวนจากสวิตช์จากสูงไปต่ำอยู่ที่ประมาณ 800 mV และสัญญาณรบกวนจากสวิตช์จากต่ำไปสูงอยู่ที่ประมาณ 900 mV บนบอร์ดในบ้านของเรา เสียงสวิตชิ่งจากสูงไปต่ำอยู่ที่ประมาณ 800 mV และเสียงสวิตชิ่งของเราจากต่ำไปสูงอยู่ที่ประมาณ 200mV เราลดสัญญาณรบกวนการสลับจากต่ำไปสูงลงอย่างมาก แต่ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อสัญญาณรบกวนการสลับจากสูงไปต่ำจริงๆ

ขั้นตอนที่ 7: การสลับสัญญาณรบกวน: ปักหมุด 12

ที่พิน 12 เราใช้สวิตชิ่ง IO เพื่อทริกเกอร์ช็อตขอบเขตทั้งในบอร์ดเชิงพาณิชย์และบอร์ดในบ้าน ในบอร์ดการค้า เสียงสวิตชิ่งอยู่ที่ประมาณ 700mV พีคถึงพีค และบอร์ดในบ้านมีพีคถึงพีคที่ 150mV นี่คือการลดสัญญาณรบกวนการสลับลงประมาณ 20%

ขั้นตอนที่ 8: การสลับสัญญาณรบกวน: ปักหมุด 13

ที่พิน 13 บอร์ดเชิงพาณิชย์แสดงสัญญาณรบกวนการสลับที่สี่โวลต์จากจุดสูงสุดไปยังจุดสูงสุด และบอร์ดในบ้านของเราแสดงสัญญาณรบกวนการสลับเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย นี่เป็นความแตกต่างอย่างมากและเป็นสาเหตุให้เกิดการเฉลิมฉลอง

ขั้นตอนที่ 9: การสร้างบอร์ดฟังก์ชันพิเศษใหม่โดยใช้การออกแบบที่ได้รับการปรับปรุงของเรา

จุดประสงค์ของบอร์ดนี้คือการขยายไปสู่บอร์ด Golden Arduino ของเรา ด้วยคุณสมบัติการออกแบบที่ได้รับการปรับปรุงและส่วนประกอบเพิ่มเติม เช่น ไฟ LED เปลี่ยนสีและเซ็นเซอร์วัดการเต้นของหัวใจ โดยจะรวมคุณสมบัติการออกแบบเพื่อลดสัญญาณรบกวน เช่น การกำหนดเส้นทางที่ได้รับการปรับปรุง การใช้เลเยอร์ PCB พิเศษ 2 ชั้นเพื่อทำให้เป็นบอร์ด 4 ชั้น และตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนรอบๆ รางจ่ายไฟและสวิตช์ I/O ในการสร้างเซ็นเซอร์การเต้นของหัวใจ เราจะใช้โฟโตไดโอดที่วางไว้ระหว่างไฟ LED สองดวง ซึ่งจะวัดแสงที่สะท้อนจากเลือดในนิ้วที่วางอยู่เหนือเซ็นเซอร์การเต้นของหัวใจ นอกจากนี้ เราจะรวม LED ที่สามารถระบุตำแหน่งได้ทีละตัวซึ่งควบคุมผ่าน I2C

กำลังไฟฟ้าเข้าจะเท่ากับที่จำเป็นสำหรับการจ่ายไฟให้กับ Arduino Uno ช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่แนะนำคือ 7 ถึง 12 โวลต์ หากจ่ายไฟน้อยกว่า 7 V พินเอาต์พุต 5 V อาจจ่ายไฟน้อยกว่า 5 โวลต์ และบอร์ดอาจไม่เสถียร หากใช้มากกว่า 12 V ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอาจร้อนเกินไปและทำให้บอร์ดเสียหายได้ Atmega 328 จะใช้ 5 V แทน 3.3 V เพื่อให้มีความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่เร็วที่สุด

ขั้นตอนที่ 10: แผนผัง

ขั้นตอนที่ 11: เค้าโครงบอร์ด

Power ชั้น Pour และ Ground Layer Pour ซ่อนเพื่อดูร่องรอย เมื่อออกแบบบอร์ดนี้ รอยเท้า USB จะถูกพลิกกลับโดยบังเอิญ ควรพลิกเพื่อให้เสียบสายได้อย่างถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 12: การประกอบ

รูปภาพไม่ได้ถ่ายในแต่ละขั้นตอน แต่ภาพด้านล่างแสดงการดึงบอร์ดขั้นสุดท้าย ไม่ได้เพิ่มหมุดส่วนหัวเนื่องจากหน้าที่หลักของบอร์ดนี้คือการเพิ่ม LED และ ADC พอร์ต USB ควรหันไปทางตรงกันข้าม เพื่อไม่ให้สายพันกันจนเกินบอร์ด