บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ทั้งหมดในหนึ่งเดียว: 8 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

ในการออกแบบบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์แบบ all-in-one นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ใช้งานได้มากกว่า Arduino หลังจากประมาณ 100 ชั่วโมงของการออกแบบ ฉันได้ตัดสินใจแชร์กับชุมชน ฉันหวังว่าคุณจะขอบคุณสำหรับความพยายามและสนับสนุน (มีคำถามใดๆ หรือ ข้อมูลจะยินดี)

ขั้นตอนที่ 1: วัตถุประสงค์

โครงการใด ๆ มีความต้องการที่แตกต่างกัน: เซ็นเซอร์ แอคทูเอเตอร์ และการคำนวณ วิธีที่ประหยัดที่สุดคือไมโครคอนโทรลเลอร์เช่น Arduino ใด ๆ ในกรณีนี้ ฉันใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ช่วง PIC16F ตัวใดตัวหนึ่งเนื่องจากฉันคุ้นเคยดีกว่า

ข้อมูล PIC16F1829:

ทางเศรษฐกิจ;)

ภายใน 32 MHz

อินเทอร์เฟซ UART หรือ USB (ch340)

SPI หรือ I2C x2

ตัวจับเวลา (8/16 บิต) x4 x1

ADC 10 บิต x12

I / O's x18

และอื่นๆ อีกมากมาย (ข้อมูลในแผ่นข้อมูล)

มีแพ็คเกจที่แตกต่างกัน แต่เมื่อทำการผลิต PCB ที่ไม่ได้ทำด้วยมือ แพ็คเกจที่เล็กที่สุดก็ถูกที่สุดเช่นกัน

ขั้นตอนที่ 2: อัปเกรดสำหรับ MCU

ไมโครคอนโทรลเลอร์ต้องการตัวเก็บประจุและการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์สำหรับพินรีเซ็ต แต่ไม่เพียงพอ

- วงจรจ่ายไฟ

- การอัพเกรดฮาร์ดแวร์

- บูตโหลดเดอร์

- ส่วนต่อประสานกับมนุษย์

- การกำหนดค่าพิน

ขั้นตอนที่ 3: วงจรพาวเวอร์ซัพพลาย

- การป้องกันการขั้วของพาวเวอร์ซัพพลาย (MOSFET-P)

ฉันใช้ประโยชน์จากไดโอดภายในของมอสเฟตเพื่อขับและเมื่อเกิดเหตุการณ์นั้น Gate Voltage ก็เพียงพอที่จะมี RDSon link_info ที่ต่ำมาก

- ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VCO) ตัวควบคุมทั่วไป ฉันใช้ LD1117AG และบรรจุ TO-252-2(DPAK) เหมือนกับ lm7805 แต่ราคาถูกกว่าและ LDO

- ฟิลเตอร์ capacitive ทั่วไป (100n)

- ฟิวส์สำหรับจ่ายไฟ USB

เพื่อป้องกันมากกว่า 1A

- ตัวกรองเฟอร์ไรต์สำหรับไฟ USB

อยู่ระหว่างการทดสอบ

ขั้นตอนที่ 4: การอัพเกรดฮาร์ดแวร์

เพื่อวัตถุประสงค์ทั่วไปฉันตัดสินใจเพิ่ม:

- การรีเซ็ตซอฟต์สตาร์ทหากมีการควบคุมสิ่งอื่น ๆ ด้วยความล่าช้าในการรีเซ็ตเริ่มต้น ไมโครคอนโทรลเลอร์จะไม่เริ่มทำงาน หลังจากเปิดเครื่องและความเสถียรแล้ว แรงดันไฟฟ้าจะปลอดภัยเพื่อควบคุมสิ่งอื่น ๆ

พินรีเซ็ตถูกปฏิเสธ ซึ่งจะรีเซ็ต MCU เมื่อเป็น 0V วงจร RC (ความต้านทานของตัวเก็บประจุ) ทำให้พัลส์ยาวขึ้น และไดโอดจะคายประจุตัวเก็บประจุเมื่อ VCC เป็น 0V

- N-Channel Mosfet AO3400A

เนื่องจากไมโครคอนโทรลเลอร์มาตรฐานไม่สามารถให้มากกว่า 20mA หรือ 3mA ต่อพิน บวกกับกำลังจำกัดการใช้พลังงานทั้งหมดไว้ที่ 800mA และมอสเฟตสามารถใช้การสื่อสารการแปลง 5V ถึง 3.3V ได้

- OP-AMP LMV358A

เพื่อขยายสัญญาณที่อ่อนมาก เอาต์พุตที่มีความต้านทานต่ำและเครื่องมือวัดเพื่อตรวจจับกระแส ฯลฯ …

ขั้นตอนที่ 5: Bootloader

bootloader ให้เขียนคำสั่งได้ แต่โดยสรุปแล้วหน้าที่ของมันคือโหลดโปรแกรม ใน Arduino One เช่น มีไมโครคอนโทรลเลอร์อีกตัวหนึ่งที่รองรับ USB ดั้งเดิม ในกรณีของ PIC ทั้งหมด bootloader คือ PICKIT3 แม้ว่าเราจะมี CH340C (ไม่ใช่ bootloader จะเป็น USB to Serial microcontroler ที่เรียกว่า UART)

PICKIT3 -> bootloader ผ่าน ICSP (การเขียนโปรแกรมอนุกรมในวงจร)

CH340C -> การสื่อสาร USB แบบอนุกรม

ทั้งหมดอยู่ในระหว่างการพัฒนา แต่ bootloader ใช้งานได้

ขั้นตอนที่ 6: ส่วนต่อประสานกับมนุษย์

- รองรับ USB

CH340C เป็นตัวแปลง USB เป็น Serial แบบฝัง

การกำหนดค่ามาตรฐานของซีเรียลที่ 9600 บอด, 8 บิต, 1 บิตหยุด, ไม่มีพาริตี, บิตที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุดส่งก่อนและไม่กลับด้าน

- ปุ่มรีเซ็ต

ใช้ในวงจร Soft-Start Reset เพื่อรีเซ็ตไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่ ICSP RST เหนือกว่า

- ปุ่มผู้ใช้

ทั่วไป 10k เพื่อดึงลงในพินเอาต์พุต

- ไฟ LED สีน้ำเงิน 3 มม. x8 5V - 2.7 Vled = 2.3 Vres

2.3 Vres / 1500 Rres = 1.5 mA (คุณสามารถรับความสว่างได้มากขึ้น)

2.3 Vres * 1.5 mA => 4 mW (น้อยกว่า 1/8W)

ขั้นตอนที่ 7: การกำหนดค่าพิน

วิธีแก้ปัญหาที่มีพื้นที่น้อยคือการระบุชั้นพินและประสานพวกมันขนานกับบอร์ด, พินสองแถวและความหนาที่สอดคล้องกันของบอร์ด, คล้ายกับขั้วต่อ pci express

แต่พินกลางทั่วไปที่จะพินคือ 100mils = 2.55mm

ระยะห่างประมาณ 2 มม. = 2.55 - 0.6 (พิน)

ความหนาของบอร์ดก็ 1.6 เช่นกันครับ

นี่คือตัวอย่างที่มี 2 แผง 1mm

ขั้นตอนที่ 8: จุดจบ

แต่ละส่วนที่ฉันรวมเข้าด้วยกันได้รับการทดสอบแยกต่างหากกับส่วนประกอบอื่นๆ (TH) และเวอร์ชันต้นแบบ ฉันออกแบบด้วยแพลตฟอร์ม easyEDA และสั่งซื้อใน JLC และ LCSC (เพื่อให้คำสั่งมารวมกันก่อน คุณต้องสั่งซื้อใน JLC และเมื่อสั่งซื้อ ด้วยเซสชันเดียวกันกับที่คุณทำการซื้อใน LCSC และเพิ่ม)

น่าเสียดายที่ฉันไม่มีรูปถ่ายและฉันไม่สามารถพิสูจน์ร่วมกันได้ถึงเวลาที่ต้องสั่งซื้อไปยังประเทศจีนและทำเอกสารทั้งหมด แต่สำหรับคำแนะนำต่อไปนี้เนื่องจากครอบคลุมการออกแบบทั่วไป ที่นี่ คำถามใด ๆ ที่คุณสามารถทิ้งไว้ในความคิดเห็น

และนี่คือเมื่อคำสั่งมาถึง ฉันจะประสานมัน ลองใช้ร่วมกัน รายงานปัญหา อัปเดต เอกสารประกอบ โปรแกรม และอาจสร้างวิดีโอ

ขอบคุณ ลาก่อน และสนับสนุน !

ลิงค์: easyEDA, YouTube, คำแนะนำที่ชัดเจน