Өз алдынча жасалган Arduino Board: 8 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:40

Өзүңүздүн Arduino-Boardуңузду иштеп чыгуу менен сиз кээ бир жаңы компоненттер жана электрондук схемалар, анын ичинде электр менен камсыздоо, убакыт схемасы жана ATmega IC (Интегралдык микросхема) колдонуу сыяктуу алдыңкы темаларды биле аласыз.

Бул келечекте метеостанция, үй автоматташтыруу калканчалары сыяктуу өз долбоорлоруңузду түзүүгө жардам берет.

Өз алдынча жасалган Arduinoнун артыкчылыгы-бул энергияны аз керектөө жана долбоордун батарейкада көпкө иштешин камсыздоо.

Кошумча катары санариптик же аналогдук портту кеңейтүү же кээ бир байланыш модулдарын кошуу менен тактаны кеңейте аласыз.

Жабдуулар

Аппараттык

Минималист Ардуинону куруу үчүн сизге төмөнкү жабдыктар керек болот:

1x ATmega328P-PU микроконтроллери Arduino жүктөгүч менен

1x 7805 сызыктуу чыңалуу жөндөгүчү (5v чыгаруу, 35v max киргизүү)

1x нан (мен 830 пин тактасын колдонуп жатам)

Ар кандай туташтыруучу зымдар

1х 16 МГц кристалл осциллятору

1x 28 пин ic розеткасы

1x 1 μF, 25 В электролиттик конденсатор

1x 100 мкФ, 25 В электролитикалык конденсатор

2x 22 pF, 50 V керамикалык конденсаторлор

2х 100 нФ, 50 В керамикалык конденсаторлор

2x 330 Ом резисторлору (R1 жана R2)

1x 10 kOhm каршылыгы (R3)

Сиз тандаган 2x LED (LED1 жана LED2)

1x баскыч

Кошумча 2x 6-pin header жана 3x 8-pin header

1x PP3 тибиндеги батарейка

1х 9 В PP3 типтеги батарея

1x FTDI программалоо адаптери

1 -кадам: 7805 Сызыктуу Voltage Regulator

Сызыктуу чыңалуу жөнгө салгычы бир чыңалууну экинчисине айландыруучу жөнөкөй схеманы камтыйт. 7805 регулятору 7 жана 30 вольттун ортосундагы чыңалууну 5 вольтко, 1 амперге чейин ток менен алмаштыра алат, бул биздин Arduino-тактабыз үчүн идеалдуу.

Биз TO-220 түрүндө 7805 чыңалуу жөндөгүчүн жана 100 мкФ ар бири бар эки конденсаторду камтыган электр менен камсыздоо схемасын түзүүдөн баштайбыз.

7805 чипинин маңдайын карасаңыз - сол жактагы пин кирүү чыңалуусу үчүн, борбордук пин GND менен туташат, ал эми оң колу 5 В чыгаруу байланышы. Мен жылыткычты коюуну сунуштайт элем, анткени схема 1 ампердин эң жогорку чегине жеткенде 7805 чипи ысык болот (колуңуз тийгенде манжаңыздын учун күйгүзүп аласыз).

100 мкФ конденсаторду жөндөгүч менен жердин IN менен a100 мкФ конденсаторду күч менен жердин ортосундагы темир жолго кой. Сиз сак болушуңуз керек - электролиттик конденсатор поляризацияланган (конденсатордогу күмүш тилке жердин бутун билдирет) жана схемага ылайык так жайгаштырылышы керек.

Ар бир темир жолду тактанын оң жагына туташтырып, чыңалууңузду жөндөгүч турган жерге электр жана жер зымдарын кошуңуз. Мына ушундай жол менен бизде 5 Вольттук электр энергиясы бар. Кошумчалай кетсек, биз күйгүзүлгөндө күйгүзүлгөн кызыл LEDди кошобуз, тактайыбыз качан иштей турганын дайыма көрө алабыз.

Светодиод диод болуп саналат жана ал электр тогунун бир багытта агышына гана мүмкүндүк берет. Электр узун буттун ичине жана кыска бутунан чыгышы керек. LED катодунун дагы бир аз тегизделген тарабы бар, бул LEDдин кыска, терс бутуна туура келет.

Биздин схемада 5 вольт электр энергиясы бар жана кызыл LED 1,5 - 2 вольттун тегерегинде бааланат. Чыңалууну азайтуу үчүн, биз LEDдин жок болушуна жол бербөө үчүн аккан электр энергиясын чектөөчү LED менен резисторду туташтырышыбыз керек. Чыңалуунун бир бөлүгү резистор тарабынан сарпталат жана анын ылайыктуу үлүшү LED аркылуу колдонулат. LEDдин кыска буту менен чиптин (GND) оң жагында кара зым камтылган катардын ортосуна резисторду салыңыз.

Чыңалуу жөндөгүчүнүн сол жагындагы кызыл жана кара зымдар сиздин энергия булагыңызга туташтырылат. Кызыл зым БИЙЛИК үчүн, ал эми кара зым жер үчүн (GND).

ЭСКЕРТҮҮ: Сиз 7-16В ортосундагы кубаттуулукту гана тиркей аласыз. Кандайдыр бир төмөн жана сиз жөнгө салуучуңуздан 5В албайсыз, ал эми 17 В жогорку чыңалуу сиздин чипти бузат. 9В батарейка, 9В туруктуу электр энергиясы же 12В туруктуу электр энергиясы ылайыктуу.

Ал эми дагы бир нече алдын ала схемалар үчүн сиз жөнгө салынуучу чыңалуусу бар чыңалуу жөндөгүчүн жайгаштыра аласыз. Ушундай жол менен сиз тактага кээ бир 3.3 В сенсорлорду кошо аласыз же 9 В DC моторун иштете аласыз.

Сызыктуу чыңалуу жөнгө салуучулар жөнүндө көбүрөөк маалымат -

www.instructables.com/id/Introduction-to-Linear-Voltage-Regulators

2-кадам: ATmega328P-PU микроконтроллери

Нан тактасында Arduino куруу үчүн сизге ATmega328P-PU микроконтроллери керек, бул биздин өзүбүз жасаган Arduino тактасынын мээси. Аны схемада көрсөтүлгөндөй жайгаштырыңыз жана этият болуңуз - эгерде сиз аларды мажбурлап киргизсеңиз, буттар сынып кетиши мүмкүн, же сиз 28 пин IC розеткасын колдонсоңуз болот. IC панелдин сол жагына багытталган ай формасында жайгаштырылышы керек (казыктар сааттын жебесине каршы 1ден 28ге чейин номерленген).

ЭСКЕРТҮҮ: Бардык ATmega IC Arduino жүктөгүчүн камтыбайт (Arduino үчүн жазылган эскиздерди чечмелөөгө мүмкүндүк берген программа). Өзүңүз жасаган Arduino үчүн микроконтроллер издеп жатканда, жүктөгүч камтылган бирин тандап алыңыз.

Бул жерде бир аз микроконтроллер теориясы

Микроконтроллер - көрсөтмөлөрдү аткаруучу процессору бар кичинекей компьютер. Биздин программанын маалыматтарын жана көрсөтмөлөрүн сактоо үчүн эс тутумдун ар кандай түрлөрү бар (эскиз); ATmega328P-PU эс тутумдун үч түрүнө ээ: эскиздер сакталган 32kB ISP (системалык программалоо) флеш-эс, узак мөөнөттүү маалыматтарды сактоо үчүн 1kB EEPROM (электрдик түрдө өчүрүлүүчү программалоочу окуу үчүн гана эстутум) жана 2kB SRAM (статикалык туш келди жетүү эс тутуму)) эскиз иштеп жатканда өзгөрмөлөрдү сактоо үчүн.

ЭСКЕРТҮҮ: Микроконтроллердин кубаты өчүрүлгөндө флеш -эстеги жана EEPROMдагы маалыматтар сакталып турганын билүү маанилүү.

Микроконтроллерде 13 санариптик жалпы максаттуу киргизүү/чыгаруу (GPIO) линиялары жана пиндеги чыңалууну санариптик мааниге айлантуу үчүн санариптик конверторго (ADC) GPIO линияларынын 10 аналогу (0 менен 1023тын ортосундагы алты) бар. Эскизде кечиктирүү () функциясы же импульстун туурасы модуляциясы (PWM) тарабынан колдонулган 0 жана 255 ортосундагы 8 8-бит таймерлери бар үч таймер жана 0 менен 65535 ортосундагы 16 биттик таймер бар..

Беш программалык камсыздоону тандап алган энергияны үнөмдөө режимдери бар жана микроконтроллер 1.8V менен 5.5V ортосунда иштейт. Сиз сүрөттү ATmega328P-PU пин жайгашуусуна шилтеме катары колдоно аласыз.

Порттордун үч тобу бар: PB, PC жана PD, тиешелүүлүгүнө жараша 8, 7 жана 8 казыктары, плюс эки жер (GND) казыгы, 5V пин (VCC) менен камсыздоо чыңалуусу (AVCC) жана аналогдук чыңалуу чыңалуусу (AREF)) аналогдук-санариптик конвертер (ADC) үчүн төөнөгүчтөр.

3-кадам: ATmega328P-PU өз ара туташуусу

ICди койгондон кийин, ATmega 7, 20 жана 21 төөнөгүчтөрүн плитадагы оң күч темир жолуна, ал эми 8 жана 23 пинтерди терс электр рельсине туташтырыңыз, позитивдүү жана GND электр рельстерин эки жагына туташтырыңыз. такта, сүрөттө көрсөтүлгөндөй.

Pin 7 - Vcc - Санариптик камсыздоо чыңалуусу

Pin 8 - GND

Pin 22 - GND

Pin 21 - AREF - ADC үчүн аналогдук шилтеме пин

Pin 20 - AVcc - ADC конвертери үчүн камсыздоо чыңалуусу. Эгерде биздин мисалда ADC колдонулбаса, анда бийликке туташуу керек. Эгерде сиз аны келечекте колдонууну кааласаңыз, анда ал аз өтүүчү чыпка аркылуу иштетилиши керек (ызы-чууну азайтуу үчүн).

Ошол жерден кийин он төрт тараптуу баштык пин-бул Arduino GPIOsго окшош болот.

4 -кадам: Кайра коюу баскычы

Ардуинону баштапкы абалга келтирүү жана жаңы программаны жүктөө үчүн чипти даярдоо үчүн кичинекей тийүү которгучун кошуңуз. Бул которгучту бир заматта басуу чипти баштапкы абалга келтирет.

Сүрөттө көрсөтүлгөндөй, биз схемага баштапкы абалга келтирүү баскычын киргизебиз, аны басканда электр схемасы 1kOhm резисторун айланып GNDге кыскарат жана ATmega Pin 1ди GNDге туташтырат. Андан кийин, ATmega чипинин RESET пинине которгучтун астыңкы сол бутунан зым жана которгучтун жогорку сол бутунан жерге зым кошуңуз.

Кошумча, чип кадимки иштөө учурунда өзүн өзү калыбына келтирбеши үчүн, RESET пининен +5Vга 10 к Ом тартылуу каршылыгын кошуңуз. Бул резистор 5 вольттук электр булагына туташып, Pin 1ден 5 вольтко чейин "тартылат". Жана Pin 1ди 0Vге каршылыгы жок туташтырганда, чип кайра жүктөлөт. Кайра жүктөөдө микроконтроллер жүктөлүп жаткан жаңы программаны издеңиз (эгерде эч нерсе жөнөтүлбөсө, анда ал акыркы жөнөтүлгөн программаны иштетет).

Резистордун төрт түстүү тилкеси бар. Окуу Браун = 1, Кара = 0, Апельсин = 3 бизге 103 санын берет. Омдогу каршылык '10' менен башталат 3 нөлдөн кийин - 10 000 Ом же 10 кило Ом, ал эми алтын тилке - бул толеранттуулук (5 %)).

Биздин схеманы жакшыртуу үчүн - биз "ажыратуучу" конденсаторду жайгаштыра алабыз. 100 нФ (нано Фарад) керамикалык конденсаторун коюңуз. Бул "104 белгиси" бар эки зымы бар кичинекей диск жана бул типтеги конденсатор поляризацияланган эмес жана каалаган багытта жайгаштырылышы мүмкүн.

Бул "ажыратуучу" конденсатор электр чукулдарын тегиздейт, андыктан 1 -пинге жөнөтүлгөн өчүрүү сигналы ишенимдүү түрдө аныкталат. Цифралар 104 анын сыйымдуулугун илимий нотада пико Фарадда көрсөтөт. Акыркы "4" цифрасы бизге канча нөлдү кошуу керек экенин айтат. Сыйымдуулук '10' баштап, андан кийин дагы 4 нөл менен уланат - 100 000 пико Фарад, жана 1000 пико Фарад 1 нано Фарад болгондуктан, 100 нано Фарад бар (104).

Конденсаторду чиптин жогорку сол бутунун ортосуна салыңыз (1-пин, жарым ай формасынан саат жебесине каршы)

5 -кадам: Crystal Oscillator

Эми биз IC үчүн саатты жасайбыз. Бул 16 МГц кварц жана эки керамикалык конденсатор 22pF (пико Фарад) ар бири. Кристалл осциллятору абдан так жыштыкта электрдик сигналды жаратат. Бул учурда, жыштык 16 МГц, бул микроконтроллер секундасына 16 миллион процессордук көрсөтмөнү аткара алат дегенди билдирет.

16 MHz кристаллы (сүрөт) Arduinoго убакытты эсептөөгө мүмкүндүк берет жана конденсаторлор камсыздоо чыңалуусун текшилөө үчүн кызмат кылат.

Кварцтын кристалл буттары тең бирдей - аны артка зым менен байланыштырууга болбойт. Кристаллдын бир бутун ATmega чипиндеги 9 -пинге, ал эми экинчи бутун 10. 10 -графага туташтырыңыз. сүрөттө көрсөтүлгөн.

Эскертүү: диск конденсаторлору поляризацияланган эмес жана аларды ар кандай жол менен салса болот.

Айта кетүүчү нерсе, 22pF конденсаторлорунун ортосундагы зымдардын узундугу бирдей болушу керек жана микросхемалардын башка бөлүктөрү менен өз ара аракеттенүүнү болтурбоо үчүн контроллерге мүмкүн болушунча жакын болушу керек.

6 -кадам: Pin 13кө LED кошуу

Эми биз жашыл LEDди кошобуз (Arduinoдогу санарип пин 13).

LEDдин узун бутун кызыл зымдын астындагы катарга (чиптин оң жагында - кубат, же 5 Вольт) жана кыска бутун микроконтроллердин астындагы биринчи бош сапка салыңыз.

Бул 330 Ом каршылыгы LED менен катар туташып, LEDлердин жок болушуна жол бербөө үчүн агып жаткан электр энергиясынын көлөмүн чектейт.

Резисторду LEDдин кыска буту менен чиптин оң жагындагы кара зымды камтыган катарга салыңыз (GND же 0Volts)

Кадимки Arduino тактасында жеткиликтүү болгон бардык аналогдук, санариптик жана башка төөнөгүчтөр биздин панелдик версиябызда да бар. Сиз шилтеме катары ATmega схемалык жана пин столун колдоно аласыз.

7 -кадам: USB сериялык туташтыргычы

ATmega 328P-PU микроконтроллери үч байланыш режимин камсыз кылат: сериялык программалоочу USART (универсалдуу синхрондуу жана асинхрондук кабыл алуучу-өткөргүч), SPI (Serial Perifheral Interface) сериялык порт жана эки зымдуу сериялык интерфейс. USART маалыматтын байттарын алат жана жеке биттерди ырааттуу түрдө өткөрөт, бул байланыш линияларын берүү (TX) жана алуу (RX) талап кылат. SPI төрт байланыш линиясын колдонот: Master-out slave-in (MOSI), master-in slave-out (MISO) жана сериялык саат (SCK) менен өзүнчө кул тандоо (SS) линиясы ар бир түзмөк үчүн. I2C байланышы Two Wire Interface (TWI) автобусу эки сигнал линиясын колдонот: сериялык маалыматтар (SDA) жана сериялык саат (SCL).

Тактайыбызды Эскизди жүктөө үчүн Arduino IDE менен ЖКга туташтыруу үчүн, FT232R FTDI сыяктуу UART сериясындагы USBди колдонобуз.

FTDI кабелин сатып алууда 5 В модели экенин текшериңиз, анткени 3.3 V модели туура иштебейт. Бул кабелдин (сүрөттө көрсөтүлгөн) бир учунда USB сайгычы, экинчи жагында алты зым бар розеткасы бар.

Кабелди туташтырып жатканыңызда, розетканын кара зым менен капталынын панелдин башкы казыктарындагы GND пинине туташтырылганына ишениңиз. Кабель туташкандан кийин, ал кадимки Arduino тактасы сыяктуу эле, чынжырга да энергия берет.

Андан кийин биз FTDIбизди өзүбүз жасаган Arduino-board менен байланыштырабыз; маалымдама үчүн таблицаны жана схеманы колдоно аласыз.

0.1μF электролиттик конденсатор USBдеги DTR (Data Terminal Ready) пининин ортосунда UART сериясындагы интерфейске жана микроконтроллерди Resetке туташтырылган, ал микроконтроллерди USB менен сериялык интерфейске мезгилдештирет.

ЭСКЕРТҮҮ: Oneclever бөлүгү - бул микроконтроллердин RX пини USB TXтин сериялык адаптерине туташуусу жана бир түзмөктүн TX экинчисине RXке туташуусу керек.

UTS сериялык интерфейсине USBдеги CTS (Жөнөтүү үчүн Тазалоо) пини микроконтроллерге туташкан эмес.

Куралдар ➤ Порт менюсунан Arduino IDEдеги микроконтроллерге эскизди жүктөө үчүн тиешелүү байланышты (COM) жана Аспаптар ➤ Такта менюсунан Arduino/Genuino Uno тандаңыз. Эскиз Arduino IDEде түзүлөт, андан кийин UART сериясындагы USB менен микроконтроллерге жүктөлөт. Эскиз жүктөлгөндө, USB сериясындагы UART интерфейсинин жашыл жана кызыл диоддору TXD жана RXD жаркылдайт.

UART сериясындагы USB интерфейси алынып салынышы мүмкүн жана микроконтроллерге 5В кубаттуулугу кошулган. LED жана 220 кОмдук резистор микроскоптун эскизин иштетүү үчүн микроконтроллердин 19 пинине, Arduino pin 13ке барабар.

8 -кадам: Эскизди жүктөө же жүктөгүчтү орнотуу

Эгерде сизде USB сериялык конвертери жок болсо-эскизди же жүктөгүчтү өзү жасаган тактага жүктөө үчүн башка Arduino (менин учурда Arduino UNO) колдоно аласыз.

ATmega238P-PU микроконтроллерлери Arduino IDEден эскиздерди жүктөө жана иштетүү үчүн жүктөгүчтү талап кылат; Микроконтроллерге кубат берилгенде, жүктөгүч жаңы эскиз жүктөлүп жаткандыгын аныктайт, анан эскизди микроконтроллердин эс тутумуна жүктөйт. Эгерде сизде ATmega328P-PU жүктөөчү жок болсо, анда эки тактанын ортосундагы SPI байланышын колдонуу менен жүктөгүчтү жүктөй аласыз.

Бул жерде ATmega ICге жүктөгүчтү кантип жүктөө керек.

Биринчиден, биздин Arduino UNOту провайдер катары конфигурациялоодон баштайлы, бул сиз Arduino UNO эскизин өзү эмес, ATmega ICге жүктөөсүн каалагандыгыңыз үчүн жасалды.

1 -кадам: Биздин Arduino UNOну ISP катары конфигурациялоо

Төмөндөгү жүктөө иштеп жатканда ATmega ICди туташтырбаңыз.

• Ардуинону компьютерге туташтырыңыз
• Arduino IDE ачыңыз
• Тиешелүү тактаны тандаңыз (Куралдар> Такта> Arduino UNO) жана COM Порт (Куралдар> Порт> COM?)
• Ачуу> Мисалдар> ArduinoISP
• Эскизди жүктөө

Андан кийин схемаңызда көрсөтүлгөн схеманы аткаруу менен өзүңүздүн тактаңызды Arduino UNOго туташтыра аласыз. Бул этапта Arduino керектүү кубаттуулукту камсыз кылгандыктан, өзүңүздүн тактаңызды энергия менен камсыздоонун кажети жок.

2 -кадам: Эскизди же жүктөгүчтү жүктөө

Баары туташып турганда, IDEди жаңы эле түзүлгөн папкадан ачыңыз (көчүрмөсү).

• Куралдар> Башкармадан Arduino328 тандаңыз
• Куралдар> Программисттен ISP катары Arduino тандаңыз
• Burn Bootloader тандаңыз

Ийгиликтүү күйгүзүлгөндөн кийин, сиз "жүктөлүүчү жүктөөчү аткарылды" аласыз.

Жүктөөчү азыр микроконтроллерге жүктөлдү, ал Tools ➤ Port менюсунда COM портун өзгөрткөндөн кийин эскизди алууга даяр.