O'z-o'zidan ishlab chiqarilgan Arduino taxtasi: 8 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:25

O'zingizning Arduino-taxtangizni loyihalash orqali siz yangi komponentlar va elektron sxemalar haqida bilib olasiz, jumladan, elektr ta'minoti, vaqt sxemasi va ATmega IC (Integrated Circuit) dan foydalanish kabi ilg'or mavzular.

Bu sizga kelajakda ob -havo stantsiyasi, uyni avtomatlashtirish qalqoni va boshqalar kabi o'z loyihalaringizni yaratishda yordam beradi.

O'z-o'zidan ishlab chiqarilgan Arduino-ning afzalligi shundaki, u kam energiya sarflaydi va loyihaning batareyada uzoq vaqt ishlashini ta'minlaydi.

Bundan tashqari, siz raqamli yoki analog portni kengaytirish yoki ba'zi aloqa modullarini qo'shib, kengashni kengaytirishingiz mumkin.

Ta'minotlar

Uskuna

Minimalist Arduino -ni yaratish uchun sizga quyidagi uskunalar kerak bo'ladi.

Arduino bootloader bilan 1x ATmega328P-PU mikrokontroller

1x 7805 chiziqli voltaj regulyatori (5V chiqishi, 35V maksimal kirish)

1x non paneli (men 830 pinli taxtadan foydalanaman)

Har xil ulanish simlari

1x 16 MGts kristalli osilator

1x 28 pinli soket

1x 1 mF, 25 V elektrolitik kondansatör

1x 100 mF, 25 V elektrolitik kondansatör

2x 22 pF, 50 V sopol kondansatörler

2x 100 nF, 50 V sopol kondansatörler

2x330 Ohm qarshilik (R1 va R2)

1x 10 kOhm qarshilik (R3)

Siz tanlagan 2x LED (LED1 va LED2)

1x tugma

Ixtiyoriy 2x 6-pinli sarlavha va 3x 8-pinli sarlavha

1 x PP3 tipli batareyalar

1 x 9 V PP3 tipli batareya

1x FTDI dasturlash adapteri

1 -qadam: 7805 chiziqli kuchlanish regulyatori

Chiziqli voltaj regulyatori bitta kuchlanishni boshqasiga o'zgartiradigan oddiy sxemani o'z ichiga oladi. 7805 regulyatori 7 dan 30 voltgacha bo'lgan kuchlanishni 5 voltli, 1 ampergacha bo'lgan oqim bilan o'zgartirishi mumkin, bu bizning Arduino-platamiz uchun juda mos keladi.

Biz TO-220 shaklidagi 7805 kuchlanish regulyatori va har biri 100 mkF bo'lgan ikkita kondansatkichni o'z ichiga olgan quvvat manbai sxemasini yaratishni boshlaymiz.

7805 chipining old tomoniga qaraganingizda - chapdagi pin kirish voltaji uchun, markaziy pin GND ga ulanadi va o'ng pin - 5 V chiqish aloqasi. Men issiqlik qabul qilgichni joylashtirishni maslahat berardim, chunki kontaktlarning zanglashi maksimal 1 ampergacha bo'lganida, 7805 chipi jim bo'lib qoladi (tegib turganingizda barmoq uchini yoqib yuborishingiz mumkin).

100 mF kondansatörni regulyatorning IN va erining o'rtasida va 100 mkF kondansatkichni elektr va er orasidagi to'g'ri temir yo'lga joylashtiring. Siz ehtiyot bo'lishingiz kerak - elektrolitik kondansatör qutblangan (kondansatordagi kumush chiziq zaminning oyog'ini bildiradi) va uni sxemaga muvofiq joylashtirish kerak.

Har bir temir yo'lni taxtaning o'ng va o'rtasiga ulab, voltaj regulyatoringiz o'rnatiladigan joyga elektr va topraklama simlarini qo'shing. Shunday qilib, biz non panelining yuqori va pastki panjaralaridan 5 voltli quvvat manbai olamiz. Bundan tashqari, biz qizil LEDni o'z ichiga olamiz, u quvvat yoqilganda yonadi, shuning uchun biz har doim taxtamiz quvvatlanayotganini ko'rishimiz mumkin.

LED - bu diod va u faqat bitta yo'nalishda elektr tokini oqishiga imkon beradi. Elektr uzun oyoqqa va qisqa oyoqdan chiqishi kerak. LEDlarning katodining bir oz yassilangan tomoni ham bor, bu LEDning qisqa, manfiy oyog'iga to'g'ri keladi.

Bizning sxemamiz 5 voltli quvvat manbaiga ega va qizil LED 1,5-2 volt atrofida baholanadi. Quvvatni pasaytirish uchun rezistorni ketma -ket LED bilan ulashimiz kerak, bu esa LEDning yo'q qilinishini oldini oladi. Voltajning bir qismi rezistor tomonidan sarflanadi va faqat LEDning tegishli ulushi qo'llaniladi. LEDning qisqa oyog'i bilan chipning o'ng tomonidagi qora simli qator (GND) orasidagi rezistorni joylashtiring.

Voltaj regulyatorining chap tomonidagi qizil va qora simlar sizning elektr manbaiga ulanadi. Qizil sim POWER uchun, qora sim esa yer uchun (GND).

QAYD: Siz faqat 7-16 V kuchlanishli quvvat manbasini ulashingiz mumkin. Har qanday pastroq bo'lsa, siz regulyatordan 5V chiqa olmaysiz va 17 V kuchlanish yuqori bo'lsa, chipingiz shikastlanadi. 9V batareya, 9V doimiy quvvat manbai yoki 12V doimiy quvvat manbai mos keladi.

Va yana bir qancha oldingi davrlar uchun siz sozlanishi kuchlanishli voltaj regulyatorini qo'yishingiz mumkin. Shunday qilib, siz kartaga 3,3 V datchiklarni qo'shishingiz yoki 9 V kuchlanishli doimiy dvigatelni yoqishingiz mumkin.

Chiziqli voltaj regulyatorlari haqida ko'proq

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

2-qadam: ATmega328P-PU mikrokontroller

Arduino-ni taxtaga o'rnatish uchun sizga ATmega328P-PU mikrokontroler kerak bo'ladi, bu bizning o'zimiz ishlab chiqaradigan Arduino-platamizning miyasi. Uni sxemada ko'rsatilgandek joylashtiring va ehtiyot bo'ling - agar siz ularni majburlab qo'ysangiz, oyoqlari sinishi mumkin yoki siz 28 pinli IC rozetkasidan foydalanishingiz mumkin. ICni taxtaning chap tomoniga yo'naltirilgan oy shakli bilan joylashtirish kerak (pim soat yo'nalishi bo'yicha 1 dan 28 gacha raqamlangan).

QAYD: Hamma ATmega ICda Arduino bootloader (Arduino uchun yozilgan eskizlarni talqin qilish imkonini beruvchi dastur) mavjud emas. O'z qo'lingiz bilan ishlab chiqarilgan Arduino uchun mikrokontrolerni qidirayotganda, yuklovchini o'z ichiga olganini tanlang.

Bu erda bir oz mikrokontroller nazariyasi

Mikrokontroller - bu ko'rsatmalarni bajaradigan protsessorli kichik kompyuter. Bizning dasturimizdagi ma'lumot va ko'rsatmalarni saqlash uchun har xil turdagi xotira mavjud (eskiz); ATmega328P-PU uch xil xotira turiga ega: eskizlar saqlanadigan 32 kb ISP (tizimda dasturlash) flesh xotira, uzoq muddatli ma'lumotlarni saqlash uchun 1 kb EEPROM (faqat o'chirilishi mumkin bo'lgan dasturlashtirilgan o'qiladigan xotira) va 2 kb SRAM (statik tasodifiy kirish xotirasi)) eskiz ishlayotgan vaqtda o'zgaruvchilarni saqlash uchun.

ESLATMA: mikrokontrollerdan quvvat o'chirilganida flesh xotira va EEPROMdagi ma'lumotlar saqlanib qolishini bilish muhim.

Mikrokontrollerda 13 ta raqamli umumiy maqsadli kirish/chiqish (GPIO) liniyasi va oltita 10-bitli (0 dan 1023 gacha bo'lgan qiymatlar) raqamli konvertorga (ADC) GPIO liniyasi mavjud bo'lib, ular pimdagi kuchlanishni raqamli qiymatga aylantiradi. 0 dan 255 gacha bo'lgan ikkita 8 bitli taymerli uchta taymer va 0 dan 65535 gacha bo'lgan 16 bitli taymer mavjud, ular eskizdagi kechikish () funktsiyasi yoki puls kengligi modulyatsiyasi (PWM) yordamida ishlatiladi..

Quvvatni tejaydigan beshta dasturiy ta'minot mavjud va mikrokontroller 1,8 V dan 5,5 V gacha ishlaydi. Siz rasmni ATmega328P-PU pinining joylashuvi uchun mos yozuvlar sifatida ishlatishingiz mumkin.

Portlarning uchta guruhi mavjud: mos ravishda 8, 7 va 8 pinli PB, shaxsiy kompyuter va PD, shuningdek ikkita tuproqli (GND) pinli, besleme kuchlanishli (AVCC) 5V pinli (VCC) va analog mos yozuvlar kuchlanishli (AREF)) analog-raqamli konvertor (ADC) uchun pinlar.

3-qadam: ATmega328P-PU o'zaro bog'liqligi

ICni qo'ygandan so'ng, ATmega -ning 7, 20 va 21 -gachalarini plyonkadagi musbat quvvat rayıga, 8 va 23 -pinlarni esa manfiy quvvat relslariga ulang. taxta, rasmda ko'rsatilgandek.

7 -pin - Vcc - Raqamli besleme zo'riqishi

Pin 8 - GND

Pin 22 - GND

Pin 21 - AREF - ADC uchun analog mos yozuvlar pimi

Pin 20 - AVcc - ADC konvertori uchun besleme zo'riqishi. Agar bizning misolimizdagi kabi ADC ishlatilmasa, quvvatga ulanish kerak. Agar siz uni kelajakda ishlatmoqchi bo'lsangiz, u past o'tkazgichli filtr yordamida quvvatlanishi kerak (shovqinni kamaytirish uchun).

Bu joydan so'ng, o'n to'rt tomonlama sarlavhali pin Arduino GPIO-lariga o'xshash bo'ladi.

4 -qadam: Qayta tiklash tugmasi

Arduino -ni asl holatiga qaytarish va chipni yangi dasturni yuklash uchun tayyorlash uchun sensorli kalitni qo'shing. Bu kalitni bir zumda bosish chipni qayta tiklaydi.

Qayta tiklash tugmachasini rasmda ko'rsatilgandek o'z zanjirimizga kiritamiz, uni bosganimizda elektr zanjiri 1kOhmlik rezistorni chetlab o'tib GND ga qisqaradi va ATmega pin 1ni GND ga ulaydi. Keyin, kalitning pastki chap oyog'idan ATmega chipining RESET piniga simni va kalitning yuqori chap oyog'idan erga sim qo'shing.

Bundan tashqari, RESET pinidan +5V ga 10 k Ohmlik tortish qarshiligini qo'shing, bu normal ish paytida chipning o'z-o'zidan tiklanishiga yo'l qo'ymaydi. Bu rezistor 5 voltli quvvat manbaiga ulanadi, 1 -pinni 5 voltgacha "tortadi". Agar siz 1 -pinni 0V ga qarshiliksiz ulasangiz, chip qayta ishga tushadi. Qayta yuklashda mikrokontrolder yuklanayotgan yangi dasturni qidiring (agar biror narsa yuborilmasa, u yoqilganda oxirgi yuborilgan dastur ishlaydi).

Rezistor to'rt rangli chiziqdan iborat. Jigarrang = 1, Qora = 0, Orange = 3 ni o'qish bizga 103 raqamini beradi. Ohmdagi qarshilik '10' dan boshlanadi va 3 nol bilan boshlanadi - 10 000 Ohm yoki 10 kilo Ohm, va oltin chiziq - bardoshlik (5 %)).

O'chirish tizimini yangilash uchun biz "ajratuvchi" kondansatkichni joylashtirishimiz mumkin. 100 nF (nano Farad) seramika kondansatkichini joylashtiring. Bu ikkita simli "104 belgisi" bo'lgan kichik disk va bunday kondansatör qutblanmagan va har qanday yo'nalishda joylashtirilishi mumkin.

Ushbu "ajratuvchi" kondansatör elektr uchlarini tekislaydi, shuning uchun 1 -pin orqali yuborilgan qayta yuklash signali ishonchli tarzda aniqlanadi. 104 raqamlari ilmiy belgilarda Farad pikosidagi sig'imini ko'rsatadi. Oxirgi "4" raqami bizga nechta nol qo'shish kerakligini aytadi. Imkoniyatlar "10" dan boshlanadi va keyin yana 4 ta nol bilan davom etadi - 100 000 piko Farad va 1000 piko Farad 1 nano Farad bo'lgani uchun 100 nano Farad bor (104).

Kondensatorni chipning yuqori chap oyog'i orasiga joylashtiring (1-pin, yarim oy shaklidan soat sohasi farqli ravishda)

5 -qadam: Kristalli osilator

Endi biz IC uchun soatni qilamiz. Bu 16 MGts kvarts va har biri 22 pF (piko Farad) ikkita sopol kondansatör. Kristalli osilator juda aniq chastotali elektr signalini yaratadi. Bunday holda, chastota 16 MGts ni tashkil qiladi, ya'ni mikrokontroller sekundiga 16 million protsessor ko'rsatmalarini bajarishi mumkin.

16 MGts kristalli (rasm) Arduino -ga vaqtni hisoblash imkonini beradi va kondansatörler besleme zo'riqishini yumshatishga xizmat qiladi.

Kvarts kristalli oyoqlari ikkalasi bir xil - siz uni orqaga sim bilan ulay olmaysiz. Kristalning bir oyog'ini ATmega chipining 9 -piniga, ikkinchi oyog'ini esa 10 -piniga ulang. 22 pF diskli kondansatkichlardan birining oyoqlarini 9 va GND pinlariga, boshqa disk kondensatorining 10 va GND pinlariga ulang. rasmda ko'rsatilgan.

Eslatma: disk kondansatörleri qutblanmagan va ularni har qanday usulda kiritish mumkin.

Ta'kidlash joizki, 22pF kondansatörler orasidagi simlarning uzunligi teng bo'lishi kerak va kontaktlarning zanglashiga olib kelmasligi uchun nazoratchiga iloji boricha yaqin bo'lishi kerak.

6 -qadam: 13 -pinga LEDni qo'shish

Endi biz yashil LEDni qo'shamiz (Arduino -dagi raqamli pin 13).

LEDning uzun oyog'ini qizil sim ostidagi qatorga (chipning o'ng tomonida - quvvat yoki 5 volts) va qisqa oyoqni mikrokontrolder ostidagi birinchi bo'sh qatorga joylashtiring.

Bu 330 Ohmli rezistor LED bilan ketma -ket ulanadi, bu esa LEDlarning yo'q qilinishini oldini olish uchun oqayotgan elektr miqdorini cheklaydi.

Rezistorni LEDning qisqa oyog'i bilan chipning o'ng tomonidagi qora simli qator (GND yoki 0Volts) orasiga joylashtiring.

Oddiy Arduino kartasida mavjud bo'lgan barcha analog, raqamli va boshqa pinlar bizning taxta versiyamizda ham mavjud. Malumot sifatida ATmega sxematik va pinli jadvalidan foydalanishingiz mumkin.

7 -qadam: USB -ni ketma -ket ulagich

ATmega 328P-PU mikrokontroller uchta aloqa rejimini ta'minlaydi: ketma-ket programlanadigan USART (universal sinxron va asenkron qabul qiluvchi-uzatuvchi), SPI (ketma-ket periferik interfeys) ketma-ket porti va ikki simli ketma-ket interfeys. USART ma'lumotlar baytlarini oladi va alohida bitlarni ketma -ket uzatadi, buning uchun aloqa (TX) va qabul qilish (RX) aloqa liniyalari kerak bo'ladi. SPI to'rtta aloqa liniyalaridan foydalanadi: har bir qurilma uchun alohida qul tanlash (SS) liniyasi bo'lgan master-out slave-in (MOSI), master-in slave-out (MISO) va ketma-ket soat (SCK). I2C aloqa ikki simli interfeys (TWI) avtobusi ikkita signal chizig'idan foydalanadi: ketma -ket ma'lumotlar (SDA) va ketma -ket soat (SCL).

Eskizni yuklab olish uchun taxtamizni Arduino IDE bilan kompyuterga ulash uchun biz USB -dan UART -ning ketma -ket interfeysi, masalan, FT232R FTDI -dan foydalanamiz.

FTDI kabelini sotib olayotganda uning 5 V modeli ekanligiga ishonch hosil qiling, chunki 3.3 V modeli to'g'ri ishlamaydi. Bu kabelda (rasmda ko'rsatilgan) bir uchida USB vilkasi, ikkinchisida oltita simli rozetka bor.

Kabelni ulashda, qora simli rozetkaning yon tomoni, non paneli taxtasi pinlaridagi GND piniga ulanganligiga ishonch hosil qiling. Kabel ulangandan so'ng, oddiy Arduino kartasi kabi, kontaktlarning zanglashiga olib keladi.

Keyin biz FTDI-ni o'zimiz ishlab chiqaradigan Arduino-platasi bilan bog'laymiz; ma'lumot olish uchun siz jadval va sxemadan foydalanishingiz mumkin.

0,1 mF elektrolitik kondansatkich USB -dagi DTR (Data Terminal Ready) pimi va UART -ning ketma -ket interfeysi o'rtasida ulanadi, bu mikrokontrollerni USB bilan ketma -ket interfeysga sinxronlashni o'rnatadi.

QAYD: Bir xil qism - RX mikrokontrollerining USB TX -ga ketma -ket adapterga ulanishi va bir qurilmaning TX -ining boshqa qurilmaning RX -ga ulanishi.

UTS ketma -ket interfeysiga ulangan USB -dagi CTS (yuborish uchun tozalash) pinasi mikrokontrollerga ulanmagan.

Arduino IDE mikrokontrolleriga eskizni Tools ➤ Port menyusidan tegishli aloqa (COM) portini va Tools ➤ Board menyusidan Arduino/Genuino Uno -ni tanlang. Eskiz Arduino IDE -da tuziladi va keyin USB bilan ketma -ket UART interfeysiga mikrokontrollerga yuklanadi. Eskiz yuklab olinganda, USB-ketma-ket UART interfeysi TXD va RXD ning yashil va qizil LEDlari miltillaydi.

USB -dan ketma -ket UART interfeysini olib tashlash va mikrokontrollerga 5V quvvat manbasini ulash mumkin. Yorug'lik chizmasini ishga tushirish uchun LED va 220kΩ rezistor Arduino pin 13 ga teng bo'lgan mikrokontroller pin 19 ga ulangan.

8 -qadam: Sketchni yuklash yoki Bootloaderni o'rnatish

Agar sizda USB-ni ketma-ket konvertorga ega bo'lmasangiz-eskiz yoki yuklagichni o'z-o'zidan yasalgan taxtaga yuklash uchun boshqa Arduino-dan (mening holatimda Arduino UNO) foydalanishingiz mumkin.

ATmega238P-PU mikrokontrollerlari Arduino IDE dan eskizlarni yuklash va ishga tushirish uchun bootloader talab qiladi; mikrokontrollerga quvvat berilganda, yuklovchi yangi eskiz yuklanayotganligini aniqlaydi va eskizni mikrokontroller xotirasiga yuklaydi. Agar sizda yuklovchisiz ATmega328P-PU bo'lsa, siz ikkita taxta orasidagi SPI aloqasi yordamida yuklovchini yuklashingiz mumkin.

ATmega IC -ga yuklovchini qanday yuklash mumkin.

Birinchidan, biz Arduino UNO -ni ISP sifatida sozlashdan boshlaylik, chunki siz Arduino UNO eskizni o'zi emas, ATmega IC -ga yuklashini xohlaysiz.

1 -qadam: Arduino UNO -ni ISP sifatida sozlash

Quyidagi yuklash ishlayotganda ATmega IC ni ulamang.

• Arduino -ni kompyuterga ulang
• Arduino IDE -ni oching
• Tegishli kengashni tanlang (Asboblar> Kengash> Arduino UNO) va COM portini (Asboblar> Port> COM?)
• Ochish> Misollar> ArduinoISP
• Sketch yuklash

Shundan so'ng, siz sxemani ko'rsatilgandek sxemaga rioya qilib, o'z taxtangizni Arduino UNO ga ulashingiz mumkin. Bu bosqichda, o'zingizning shaxsiy taxtangizni quvvat bilan ta'minlashning hojati yo'q, chunki Arduino kerakli quvvatni beradi.

2 -qadam: Sketch yoki bootloader yuklash

Hamma narsa ulangan bo'lsa, IDE -ni yangi yaratilgan papkadan oching (nusxa).

• Asboblar> Kengash -dan Arduino328 -ni tanlang
• Asboblar> Dasturchi -dan Arduino -ni Internet -provayder sifatida tanlang
• Burn Bootloader -ni tanlang

Muvaffaqiyatli kuyishdan so'ng siz "Boot bootloader yondi" ni olasiz.

Bootloader endi asboblar ➤ port menyusidagi COM portini o'zgartirgandan so'ng eskizni olishga tayyor bo'lgan mikrokontrollerga yuklanadi.