วิธีใช้ Tinkercad เพื่อทดสอบและใช้งานฮาร์ดแวร์ของคุณ: 5 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

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

การจำลองวงจรเป็นเทคนิคที่ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์จำลองพฤติกรรมของวงจรหรือระบบอิเล็กทรอนิกส์ การออกแบบใหม่สามารถทดสอบ ประเมิน และวินิจฉัยได้โดยไม่ต้องสร้างวงจรหรือระบบจริงๆ การจำลองวงจรอาจเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการแก้ไขปัญหาระบบเพื่อรวบรวมข้อมูลก่อนที่จะมีการแก้ไขปัญหาระดับวงจรจริง ซึ่งช่วยให้ผู้ออกแบบสามารถกำหนดความถูกต้องและประสิทธิภาพของการออกแบบก่อนที่ระบบจะถูกสร้างขึ้นจริง ดังนั้น ผู้ใช้อาจสำรวจข้อดีของการออกแบบทางเลือกโดยไม่ต้องสร้างระบบจริง โดยการตรวจสอบผลกระทบของการตัดสินใจออกแบบเฉพาะในระหว่างขั้นตอนการออกแบบมากกว่าขั้นตอนการก่อสร้าง ต้นทุนโดยรวมของการสร้างระบบจะลดลงอย่างมาก

ดังนั้นการจำลองซอฟต์แวร์จึงเป็นวิธีที่ดีในการลองทำวงจร Tinkercad เป็นเครื่องมือจำลองสถานการณ์บนเว็บ ซึ่งจะช่วยให้คุณทดสอบฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ของคุณได้โดยไม่ต้องทำการเชื่อมต่อทางกายภาพ หรือแม้แต่ไม่ต้องซื้อฮาร์ดแวร์ใดๆ

คุณเคยรู้สึกว่าขาอินพุต - เอาต์พุตไม่เพียงพอบน Arduino หรือไม่? หากคุณคิดว่าจะขับ LED จำนวนมากหรือต้องการสร้าง LED Cube ฉันคิดว่าคุณคงรู้สึกต้องการพิน I/O อย่างแน่นอน คุณรู้หรือไม่ว่าคุณสามารถขับ LED ได้ไม่จำกัดจำนวนโดยใช้ Arduino เพียง 3 พิน? ใช่ shift register จะช่วยให้คุณสร้างเวทย์มนตร์นี้ได้ ในคำแนะนำนี้ ฉันจะแสดงให้คุณเห็นว่าเราสามารถปรับใช้อินพุตและเอาต์พุตแบบไม่จำกัดโดยใช้การลงทะเบียนกะ 74HC595 ได้อย่างไร ตัวอย่างเช่น ฉันจะสร้างนาฬิกาดิจิตอลพร้อมเทอร์โมมิเตอร์และเครื่องวัดลักซ์โดยใช้จอแสดงผล 7 ส่วนหกส่วน ก่อนที่จะสร้างวงจรฮาร์ดแวร์ในที่สุด ฉันได้จำลองวงจรใน Tinkercad เนื่องจากมีการเชื่อมต่อจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับสิ่งเหล่านี้ การจำลองจะทำให้คุณมั่นใจมากขึ้น และคุณสามารถทดสอบการสิ้นสุดวงจรของคุณได้โดยไม่ต้องลองผิดลองถูก แน่นอน มันจะช่วยให้คุณประหยัดฮาร์ดแวร์ที่มีราคาแพงและเวลาอันมีค่าของคุณ

คุณสามารถเข้าถึงการจำลองได้จากที่นี่:

ขั้นตอนที่ 1: บันทึกฮาร์ดแวร์ของคุณจากการเบิร์น

เช่นเดียวกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ วงจร LED มีความไวต่อกระแสมาก LED จะไหม้หากกระแสไหลมากกว่ากระแสที่กำหนด (เช่น 20mA) การเลือกตัวต้านทานที่เหมาะสมมีความสำคัญมากสำหรับความสว่างที่เหมาะสมโดยไม่ทำให้วงจรหรือไฟ LED ไหม้

วงจร Tinkercad มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม มันแสดงให้คุณเห็นว่ากระแสไฟเกินพิกัดไหลผ่านองค์ประกอบวงจรหรือไม่ ในวงจรต่อไปนี้ ฉันเชื่อมต่อจอแสดงผลเจ็ดส่วนโดยตรงกับ shift register โดยไม่มีตัวต้านทาน ไม่ปลอดภัยสำหรับการลงทะเบียนแม้แต่สำหรับจอแสดงผลเจ็ดส่วนและทั้งสองสามารถเผาไหม้ได้ด้วยการเชื่อมต่อนี้ ทิงเกอร์แคดแสดงความจริงโดยดาวแดง

ในวงจรต่อไปนี้ ฉันเพิ่มตัวต้านทาน 180 โอห์มหนึ่งตัวในแต่ละส่วนของ LED กระแสไฟประมาณ 14.5mA ไหลผ่านแต่ละส่วนของจอแสดงผลซึ่งถูกบันทึกไว้สำหรับการแสดงผล แต่จากการจำลองจะเห็นได้ว่าค่าความต้านทานนี้ไม่ปลอดภัยสำหรับไอซี ความจุกระแสสูงสุดของ shift register คือ 50mA ดังนั้น IC จึงปลอดภัยถึงสามส่วนของจอแสดงผล (14.5 x 3 = 43.5mA) หากมีมากกว่าสามส่วนบน IC สามารถเผาไหม้ได้ (เช่น 14.5 x 4 = 58mA) ผู้ผลิตส่วนใหญ่ไม่สนใจข้อเท็จจริงนี้ พวกเขาคำนวณค่าความต้านทานโดยพิจารณาจากการแสดงผลเท่านั้น

แต่ถ้าพวกเขาจำลองวงจรใน Tinkercad โอกาสในการทำผิดพลาดนี้จะเป็นศูนย์ เพราะ Tinkercad จะเตือนคุณโดยแสดงดาวสีแดง

คุณสามารถสังเกตสถานการณ์เมื่อวางเคอร์เซอร์ของเมาส์ไว้บนดาวดังรูปที่แสดงด้านล่าง

การออกแบบต่อไปนี้สมบูรณ์แบบโดยที่ฉันเลือกตัวต้านทาน 470 โอห์มสำหรับแต่ละส่วนของจอแสดงผล ใช้ร่าง Arduino ของผู้ช่วยในการจำลองวงจร

ขั้นตอนที่ 2: วัดแรงดัน กระแส ความต้านทาน และรูปร่างคลื่น

การวัดกระแสและแรงดันไฟฟ้าเป็นปัญหาใหญ่สำหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการวัดแบบขนานหลายครั้งเป็นสิ่งจำเป็น การจำลอง Tinkercad สามารถแก้ปัญหานี้ได้ง่ายมาก คุณสามารถวัดแรงดันและความต้านทานกระแสไฟได้อย่างง่ายดาย คุณสามารถทำเช่นนี้ได้หลายสาขาพร้อมกัน การตั้งค่าต่อไปนี้แสดงกระแสรวมและแรงดันไฟของวงจร

คุณยังสามารถใช้ออสซิลโลสโคปเพื่อสังเกตรูปร่างคลื่นและวัดความถี่ได้อีกด้วย

ในการตั้งค่าออสซิลโลสโคปด้านบนแสดงสัญญาณนาฬิกาจาก Arduino คุณยังสามารถวัดกระแสและแรงดันไฟของกิ่งก้านสาขาได้ครั้งละหลายๆ กิ่ง ซึ่งมีประสิทธิภาพมาก หากคุณต้องการวัดกระแสหลายสาขาในคราวเดียวโดยใช้มัลติมิเตอร์จากวงจรที่ใช้งานได้จริง มันจะยากมาก แต่ใน Tinkercad คุณสามารถทำได้ง่ายมาก ในวงจรต่อไปนี้ ฉันใช้แอมมิเตอร์หลายตัวเพื่อวัดกระแสจากสาขาต่างๆ

ขั้นตอนที่ 3: เขียนโปรแกรม & การใช้ Serial Monitor

หนึ่งในคุณสมบัติที่น่าสนใจและมีประโยชน์ของวงจร Tinkercad คือ มันมีตัวแก้ไขโค้ด และคุณสามารถเขียนโปรแกรมสำหรับ Arduino และ ESP8266 ได้โดยตรงจากสภาพแวดล้อมของมัน คุณยังสามารถพัฒนาโปรแกรมโดยใช้สภาพแวดล้อมแบบกราฟิกโดยเลือกโหมดบล็อก มันมีประโยชน์มากสำหรับผู้สร้างและนักอดิเรกที่ไม่มีประสบการณ์ในการเขียนโปรแกรม

นอกจากนี้ยังมี Debugger ในตัวซึ่งคุณสามารถดีบักโค้ดของคุณได้ โปรแกรมดีบั๊กจะช่วยคุณระบุจุดบกพร่อง (ข้อผิดพลาด) ในโค้ดของคุณ และแก้ไข (ดีบัก) ให้ถูกต้อง

วงจร Tinkercad ยังมีจอภาพแบบอนุกรม และคุณสามารถตรวจสอบค่าเซ็นเซอร์และแก้ปัญหาวงจรของคุณได้อย่างง่ายดาย วงจรต่อไปนี้ใช้เพื่อทดสอบ PIR และเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกและเปิด = ให้ข้อมูลในมอนิเตอร์แบบอนุกรม

เข้าวงจรได้จากลิงค์

ขั้นตอนที่ 4: การจำลองวงจรขนาดใหญ่และซับซ้อน (นาฬิกาพร้อมเทอร์โมมิเตอร์ & ลักซ์มิเตอร์)

ใน Tinkercad คุณสามารถจำลองวงจรที่ซับซ้อนใดๆ ก่อนสร้างจริงได้ สามารถประหยัดเวลาอันมีค่าของคุณ โอกาสในการทำผิดพลาดในวงจรที่ซับซ้อนมีมาก หากคุณทดสอบใน Tinkercad ก่อน มันอาจจะมีประสิทธิภาพมากเพราะคุณรู้ว่าวงจรและโปรแกรมของคุณจะทำงานได้หรือไม่ จากผลลัพธ์ คุณยังสามารถปรับเปลี่ยนและอัปเดตวงจรของคุณได้ตามความต้องการ

ฉันได้จำลองวงจรที่ซับซ้อนใน Tinkercad และเป็นวงจรนาฬิกาที่มีเทอร์โมมิเตอร์และลักซ์มิเตอร์ วงจรนี้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 9V พร้อมตัวควบคุม 5V หกส่วนเจ็ดส่วนแสดงใช้เพื่อแสดงเวลาด้วยชั่วโมงนาทีและวินาที ปุ่มสี่ปุ่มที่ใช้อินพุตแบบอนาล็อกเดียวใช้เพื่อปรับเวลา มีการเชื่อมต่อออดเพื่อตั้งปลุก LM35 IC ใช้เพื่อแสดงอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม ใช้เซ็นเซอร์วัดแสงโดยรอบเพื่อวัดค่าลักซ์

สวิตช์ปุ่มดิจิตอลใช้กับขา Arduino #7 สวิตช์ปุ่มนี้ใช้เพื่อเปลี่ยนตัวเลือก โดยค่าเริ่มต้น จะแสดงเวลาหรือทำงานในโหมดนาฬิกา สำหรับการกดครั้งแรก จะแสดงอุณหภูมิและแสดงระดับลักซ์สำหรับการกดครั้งที่สอง

ขั้นตอนที่ 5: การใช้งานกับฮาร์ดแวร์

หลังจากจำลองวงจรและปรับโปรแกรมและค่าความต้านทานแล้ว ก็ถึงเวลาที่เหมาะสมที่จะนำวงจรไปใช้จริง สามารถใช้วงจรที่ใช้งานได้จริงบนเขียงหั่นขนมหากคุณต้องการสร้างต้นแบบเพื่อจัดแสดงที่ไหนสักแห่ง วงจรเขียงหั่นขนมมีข้อดีและข้อเสียบางประการ ข้อได้เปรียบหลักของวงจรเขียงหั่นขนมคือสามารถปรับเปลี่ยนได้ง่ายและไม่จำเป็นต้องบัดกรี ในอีกด้านหนึ่ง การเชื่อมต่อของวงจรเขียงหั่นขนมอาจหลวมได้ง่ายมาก และเป็นการยากที่จะระบุวงจรที่ซับซ้อนได้

หากคุณต้องการทำให้มันใช้งานได้จริงวงจร PCB บัดกรีที่ดีที่สุด คุณสามารถสร้างวงจร PCB ของคุณเองที่บ้านได้อย่างง่ายดาย ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือพิเศษสำหรับสิ่งนั้น หากคุณต้องการทราบเกี่ยวกับ DIY PCB คุณสามารถปฏิบัติตามคำแนะนำที่ดีเหล่านี้ได้

1. Home-made-PCB-step-by-step by recwap.

2. คู่มือการทำ PCB โดย pinomelean

คุณสามารถสั่งซื้อ PCB แบบมืออาชีพทางออนไลน์ได้ ผู้ผลิตหลายรายให้บริการพิมพ์ PCB ในราคาที่ต่ำมาก SeeedStudio Fusion PCB และ JLCPCB เป็นผู้ให้บริการที่โดดเด่นที่สุดสองราย คุณสามารถลองหนึ่งในสิ่งเหล่านี้

[หมายเหตุ: ภาพบางภาพรวบรวมจากอินเทอร์เน็ต]

รางวัลรองชนะเลิศ สาขา Electronics Tips & Tricks Challenge