Как собрать аналог ардруино

Arduino — популярный бренд, под которым выходят программируемые отладочные платы. Стоит заметить, что в этих устройствах нет ничего особенного. Каждый радиолюбитель может собрать «Ардуино» своими руками.

Описание задачи

При сборке собственных электронных устройств (управляемых роботов или станков с ЧПУ) оказывается, что расположение выводов на стандартных платах «Ардуино» не удовлетворяет техническим требованиям. Например, между контактами приходится прокладывать много проводов. Это снижает надежность работающей схемы, а также повышает ее стоимость.

Чтобы избавиться от проблемы, можно сделать собственный аналог Arduino (любой модели) с нужным расположением элементов.

Собственная модель

Подготовительный этап

Прежде чем приступать к сборке, необходимо провести подготовительные работы:

  • приобрести материалы и электронные компоненты;
  • разработать электрическую схему устройства.

Список необходимых материалов и инструментов

Обязательно следует купить:

  1. Микроконтроллер (м/к). В Arduino используются процессоры от Atmel серии ATmega. В зависимости от задачи и удобства программирования выбирают любой другой чипсет (даже с иной архитектурой). Исполнение корпуса может быть как DIP-формата, так и SMD.
  2. Обвязку м/к: фильтрующие конденсаторы (индуктивности при необходимости), кварцевый резонатор (когда требуется высокая точность выполнения процессов).
  3. Вспомогательные разъемы интерфейсов (если они используются).
  4. PLS-контакты.

Разместить эти компоненты можно на:

  • макетной плате (простой, но ненадежный вариант);
  • универсальной печатной плате (п/п) — тогда придется самостоятельно прокладывать контактные дорожки с помощью проводников;
  • разработанной п/п (сложный и дорогой, но надежный вариант).

Если размещать элементы на последней, ее предварительно необходимо изготовить:

  • заказать на заводе, что бывает дорого, если объем покупки не исчисляется тысячами штук;
  • вытравить самостоятельно, однако это требует сноровки.

Универсальная плата

Оптимально в финансовом плане расположить все компоненты на универсальной п/п и соединить их проводниками.

Схема сборки

При сборке Arduino учитывается следующее:

  1. Микроконтроллер располагается посередине платы.
  2. Выводы (PLS-контакты, а также разъемы для программирования и питания) размещаются по краям.
Всю обвязку, состоящую из кварцевого генератора (10 МГц), токоограничивающих резисторов, диодной индикации и фильтрующих конденсаторов, можно размещать там, где удобно.

Пошаговая инструкция

Инструкция по сборке Arduino самостоятельно состоит из следующих этапов:

  • разработки платы;
  • размещения элементов;
  • проверки соединений мультиметром;
  • прошивки микропроцессора.

Печатная плата

Если собирать «Ардуино»на универсальной плате, то предварительно нужно подготовить план расположения элементов. Делается это в графическом редакторе или рисуется от руки.

Контактные дорожки из проводов обязательно будут пересекаться друг с другом, поэтому нужно обеспечить их качественную изоляцию, чтобы избежать короткого замыкания.

Если плата вытравливается самостоятельно или заказывается на специализированном предприятии, то ее предварительно необходимо спроектировать в программе.

Схема сборки

Разработка делится на следующие этапы:

  1. Создание или скачивание библиотек элементов.
  2. Проектирование электрической схемы.
  3. Разводка п/п.
  4. Формирование гербер-файлов (герберов).

На основе последних и создается плата.

Спайка элементов

Если на плате есть SMD-компоненты, то для их монтажа приобретают специальную пасту и фен, потому что припаивать ножки, например, SMD-микроконтроллера вручную долго и неудобно.

При спайке SMD-элементов с большим количеством выводов нужно следить за тем, чтобы не образовывались «замки» (короткие замыкания). Убирать их удобно с помощью флюса и паяльника с жалом небольшого диаметра.

Определить «замки» можно мультиметром в режиме прозвонки. Аналогичным образом рекомендуется проверить все контактные дорожки в соответствии с электрической схемой.

Запуск загрузчика

AVR-микроконтроллеры, используемые в платах Arduino, особенные в плане загрузки первой прошивки. Чтобы они работали, нужно корректно выставлять в них FUSE (фьюзы) — байты, которые настраивают микропроцессор на рабочую частоту, защищают от записи (при необходимости) и т.д.

Чтобы упростить жизнь радиолюбителям, были созданы калькуляторы фьюзов. Достаточно выставить требуемые параметры работы м/к.

В одних программаторах галочка напротив фьюза обозначает «1», а в других — «0». Если неверно выставить FUSE, то м/к будет заблокирован. В таком случае активировать его можно с помощью параллельного программирования.

Запуск

Второй способ формирования загрузчика микроконтроллера:

  1. Подключить плату к программатору.
  2. Открыть среду программирования Arduino IDE.
  3. В разделе «Сервис» во вкладке «Программатор» выбрать «USBasp».
  4. Во вкладке «Плата» выставить тип м/к.
  5. В разделе «Сервис» нажать «Записать загрузчик».

Прошивка для контроллера

Загрузка осуществляется либо через интерфейс SPI (подключается через 6 PLS-контактов), либо через USB (требуется установка микросхемы-драйвера SPI-USB).

Проверка результата

Если плата была спроектирована, запаяна и прошита правильно, то можно загрузить в нее любую программу и удостовериться в корректности работы. Пишется простейший код, в котором к выводу подключается светодиод и мигает с выбранной частотой.

Самодельная «Ардуино» (UNO, Nano или Mega) может не работать в следующих случаях:

  1. Неверно спроектировано устройство. Тогда рекомендуется обратиться к первоисточнику и проверить связи между элементами.
  2. Не до конца припаялись компоненты (относится к многовыводным).
  3. Брак. Проверить работоспособность электронных элементов можно либо мультиметром, либо включением их в работающие приборы.
  4. Блокировка микропроцессора при прошивке.

В электронике встречается 2 вида неисправностей: контакт там, где его не должно быть, и отсутствие такового в месте, в котором он предусмотрен.

Ссылка на основную публикацию