Содержание
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.
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:
- 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.
- Обвязку м/к: фильтрующие конденсаторы (индуктивности при необходимости), кварцевый резонатор (когда требуется высокая точность выполнения процессов).
- Вспомогательные разъемы интерфейсов (если они используются).
- 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.
Оптимально в финансовом плане расположить все компоненты на универсальной п/п и соединить их проводниками.
Схема сборки
При сборке Arduino учитывается следующее:
- Микроконтроллер располагается посередине платы.
- Выводы (PLS-контакты, а также разъемы для программирования и питания) размещаются по краям.
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.
Разработка делится на следующие этапы:
- Создание или скачивание библиотек элементов.
- Проектирование электрической схемы.
- Разводка п/п.
- 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.
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.
Второй способ формирования загрузчика микроконтроллера:
- Подключить плату к программатору.
- Открыть среду программирования Arduino IDE.
- В разделе «Сервис» во вкладке «Программатор» выбрать «USBasp».
- Во вкладке «Плата» выставить тип м/к.
- 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
Самодельная «Ардуино» (UNO, Nano или Mega) может не работать в следующих случаях:
- Неверно спроектировано устройство. Тогда рекомендуется обратиться к первоисточнику и проверить связи между элементами.
- Не до конца припаялись компоненты (относится к многовыводным).
- Брак. Проверить работоспособность электронных элементов можно либо мультиметром, либо включением их в работающие приборы.
- 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.