Öz istehsalı Arduino lövhəsi: 8 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:45

Öz Arduino-lövhənizi tərtib edərək, enerji təchizatı, vaxt dövrəsi və ATmega IC (İnteqrasiya edilmiş Devre) istifadəsi kimi bəzi inkişaf etmiş mövzular daxil olmaqla bəzi yeni komponentlər və elektron sxemlər haqqında məlumat əldə edəcəksiniz.

Hava stansiyası, ev avtomatlaşdırma qalxanları və s. Kimi öz layihələrinizi yaratmaqla gələcəkdə sizə kömək edəcək.

Özüyeriyən Arduinonun üstünlüyü, aşağı enerji istehlakına malik olması və bir layihənin batareyada uzun müddət işləməsini təmin etməsidir.

Əlavə olaraq rəqəmsal və ya analoq port genişləndirilməsi və ya bəzi ünsiyyət modulları əlavə edərək lövhəni genişləndirə bilərsiniz.

Təchizat

Avadanlıq

Minimalist bir Arduino qurmaq üçün aşağıdakı avadanlığa ehtiyacınız olacaq:

Arduino yükləyicisi olan 1x ATmega328P-PU mikro nəzarətçi

1x 7805 xətti gərginlik tənzimləyicisi (5v çıxış, 35v max giriş)

1x çörək taxtası (830 pinli lövhədən istifadə edirəm)

Müxtəlif bağlayıcı tellər

1x 16 MHz kristal osilator

1 x 28 pinli ic yuvası

1x 1 μF, 25 V elektrolitik kondansatör

1x 100 μF, 25 V elektrolitik kondansatör

2x 22 pF, 50 V keramika kondansatörləri

2x 100 nF, 50 V keramika kondansatörləri

2x 330 Ohm rezistorlar (R1 və R2)

1x 10 kOhm müqavimət (R3)

Seçdiyiniz 2x LED (LED1 və LED2)

1x düymə

İsteğe bağlı 2x 6 pinli başlıq və 3x 8 pinli başlıq

1 x PP3 tipli batareya tutacağı

1 x 9 V PP3 tipli batareya

1x FTDI Proqramlaşdırma adapteri

Addım 1: 7805 Xətti Gərginlik Tənzimləyicisi

Xətti gərginlik tənzimləyicisi bir gərginliyi digərinə çevirən sadə bir dövrə ehtiva edir. 7805 tənzimləyicisi Arduino lövhəmiz üçün mükəmməl olan 1 amperə qədər cərəyanla 7 ilə 30 volt arasında sabit 5 volta çevirə bilər.

TO-220 formasında 7805 gərginlik tənzimləyicisi və hər biri 100 μF olan iki kondansatördən ibarət olan enerji təchizatı dövrəsini yaratmağa başlayacağıq.

7805 çipinin ön tərəfinə baxdığınızda - soldakı pin giriş gərginliyi üçündür, mərkəzi pin GND -yə, sağ pin isə 5 V çıxış bağlantısıdır. Soyuducu yerləşdirməyi məsləhət görürəm, çünki dövrə maksimum 1 amper cərəyana qədər çəkildikdə 7805 çipi sakitcə isti olacaq (toxunduğunuzda barmağınızın ucunu yandıra bilərsiniz).

Tənzimləyicinin və torpağın GİRİŞİ arasına 100 μF kondansatör və güclə şerid arasındakı sağ dəmiryoluna 100 μF kondansatör qoyun. Ehtiyatlı olmalısınız - elektrolitik kondansatör qütblüdür (kondansatördəki gümüş zolaq yerin ayağını bildirir) və sxemə uyğun olaraq yerləşdirilməlidir.

Lövhənin ortasında və sağ hissəsində hər bir dəmir yolu bağlayaraq, gərginlik tənzimləyicinizin yerləşəcəyi yerə elektrik və torpaq telləri əlavə edin. Bu şəkildə çörək bişirmə panelinin üst və alt raylarından 5 Volt enerji təchizatı əldə edirik. Əlavə olaraq, güc açıldıqda yanan qırmızı bir LED daxil edəcəyik, bu şəkildə lövhəmizin nə vaxt işlədiyini görə bilərik.

Bir LED bir dioddur və elektrik cərəyanının yalnız bir istiqamətdə axmasına imkan verir. Elektrik uzun ayağa və qısa ayağa çıxmalıdır. LED -lərin katodunun LED -in qısa, mənfi ayağına uyğun gələn bir qədər yastı tərəfi də var.

Dövrəmizdə 5 volt enerji təchizatı var və qırmızı LED təxminən 1,5-2 volt civarında qiymətləndirilir. Gərginliyi azaltmaq üçün rezistoru LED -in dağılmasının qarşısını almaq üçün axan elektrik miqdarını məhdudlaşdıran LED -ə ardıcıl olaraq bağlamalıyıq. Gərginliyin bir hissəsi rezistor tərəfindən istifadə ediləcək və LED -də yalnız uyğun bir pay tətbiq olunur. Rezistoru LED -in qısa ayağı ilə çipin (GND) sağ tərəfində qara tel olan sıra arasına daxil edin.

Gərginlik tənzimləyicisinin solundakı qırmızı və qara tellər enerji təchizatınızın bağlandığı yerdir. Qırmızı tel GÜÇ üçün, qara tel isə torpaq üçündür (GND).

Qeyd: Yalnız 7-16V arasında olan bir enerji təchizatı bağlaya bilərsiniz. Hər hansı bir aşağı və tənzimləyicinizdən 5V çıxmayacaqsınız və 17 V daha yüksək gərginlik çipinizə zərər verəcəkdir. 9V batareya, 9V DC enerji təchizatı və ya 12V DC enerji təchizatı uyğundur.

Daha bir neçə əvvəlcədən dövrə üçün tənzimlənən gərginlikli bir gərginlik tənzimləyicisi yerləşdirə bilərsiniz. Bu şəkildə lövhəyə bir neçə 3.3 V sensoru əlavə edə və ya 9 V DC mühərriki işə sala bilərsiniz.

Xətti gərginlik tənzimləyiciləri haqqında daha çox -

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

Addım 2: ATmega328P-PU mikro nəzarətçi

Çörək taxtasında bir Arduino qurmaq üçün, özümüz hazırladığımız Arduino lövhəsinin beyni olan ATmega328P-PU mikro nəzarətçisinə ehtiyacınız var. Şemada göstərildiyi kimi yerləşdirin və diqqətli olun - məcbur etsəniz ayaqları qıra bilər və ya 28 pinli IC prizindən istifadə edə bilərsiniz. IC, çörək taxtasının soluna yönəldilmiş ay şəklində kəsilmiş şəkildə yerləşdirilməlidir (pinlər saat yönünün əksinə 1 -dən 28 -ə qədər nömrələnmişdir).

Qeyd: Bütün ATmega IC -də Arduino bootloader (Arduino üçün yazılmış eskizləri şərh etməyə imkan verən proqram) yoxdur. Özünüz hazırladığınız Arduino üçün bir mikro nəzarətçi axtararkən, artıq yükləyicini özündə birləşdirən birini seçdiyinizə əmin olun.

Burada bir az mikrokontrolör nəzəriyyəsi

Mikro nəzarətçi, təlimatları yerinə yetirən prosessoru olan kiçik bir kompüterdir. Proqramımızdakı məlumatları və təlimatları saxlamaq üçün müxtəlif növ yaddaşa malikdir (eskiz); ATmega328P-PU üç növ yaddaşa malikdir: eskizlərin saxlandığı 32kB ISP (sistemda proqramlaşdırma) flaş yaddaş, uzunmüddətli məlumatların saxlanması üçün 1kB EEPROM (elektriklə silinə bilən proqramlaşdırılan yalnız oxunan yaddaş) və 2kB SRAM (statik təsadüfi giriş yaddaşı)) eskiz işləyərkən dəyişənləri saxlamaq üçün.

QEYD: Mikro nəzarətçiyə güc çıxarıldıqda flash yaddaşdakı məlumatların və EEPROM -un saxlanıldığını bilmək vacibdir.

Mikrodenetleyicinin, pindəki gərginliyi rəqəmsal bir dəyərə çevirmək üçün 13 rəqəmsal ümumi təyinatlı giriş/çıxış (GPIO) xətləri və rəqəmsal çeviricinin (ADC) GPIO xəttinə bənzər 10 ədəd 10 bitlik (0 ilə 1023 arasındakı dəyərlər) xətləri var. Bir eskizdə gecikmə () funksiyası və ya nəbz genişliyi modulyasiyası (PWM) ilə istifadə olunan 0-dan 255-ə qədər olan iki 8 bitlik taymeri olan üç taymer və 0-dan 65535-ə qədər olan bir 16 bitlik taymer var..

Beş proqram seçilə bilən enerji qənaət rejimi var və mikro nəzarətçi 1.8V ilə 5.5V arasında işləyir. Şəkildən ATmega328P-PU pin düzeni üçün bir istinad olaraq istifadə edə bilərsiniz.

Üç port portu var: sırasıyla 8, 7 və 8 sancaqlı PB, PC və PD, üstəgəl iki torpaq (GND) sancağı, təchizat gərginliyi (AVCC) olan 5V pin (VCC) və analoq istinad gərginliyi (AREF)) analog-rəqəmsal çevirici (ADC) üçün pinlər.

Addım 3: ATmega328P-PU ara bağlantısı

IC yerləşdirdikdən sonra ATmega 7, 20 və 21 pinlərini çörək lövhəsindəki müsbət güc rayına, 8 və 23 pinlərini isə mənfi elektrik raylarına bağlayın, hər iki tərəfdəki pozitiv və GND elektrik raylarını bağlamaq üçün keçid tellərindən istifadə edin. lövhə, şəkildə göstərildiyi kimi.

Pin 7 - Vcc - Rəqəmsal Təchizat Gərginliyi

Pin 8 - GND

Pin 22 - GND

Pin 21 - AREF - ADC üçün analoq istinad pin

Pin 20 - AVcc - ADC çeviricisi üçün təchizat gərginliyi. ADC nümunəmizdəki kimi istifadə edilmirsə, gücə qoşulmaq lazımdır. Gələcəkdə istifadə etmək istəyirsinizsə, aşağı keçid filtri ilə (səs-küyü azaltmaq üçün) təchiz olunmalıdır.

Bu yerdən sonra Arduino GPIO-lara bənzər on dörd tərəfli başlıq pimi olacaq.

Addım 4: Sıfırlama Düyməsini

Kiçik toxunma açarını əlavə edin ki, Arduino'yu sıfırlayasınız və çipi yeni bir proqram yükləmək üçün hazırlayasınız. Bu düyməyə qısa müddətdə basmaq çipi sıfırlayacaq.

Şəkildə göstərildiyi kimi sıfırlama düyməsini dövrəmizə daxil edəcəyik, basıldığında elektrik dövrəsi 1kOhm rezistoru keçərək ATmega Pin 1 -i GND -yə bağlayaraq GND -ə qısalacaq. Sonra, açarın sol alt ayağından ATmega çipinin RESET pininə bir tel və açarın sol üst ayağından yerə tel əlavə edin.

Əlavə olaraq, çipin normal işləməsi zamanı sıfırlanmasının qarşısını almaq üçün RESET pinindən +5V-ə 10 k Ohm çəkmə müqaviməti əlavə edin. Bu rezistor 5 voltluq enerji təchizatına qoşularaq Pin 1 -dən 5 volta qədər "çəkilir". Pin 1 -ni 0V -ə bir rezistor olmadan bağladığınız zaman çip yenidən başlayacaq. Yenidən başladıqda mikrokontrolör yüklənən yeni bir proqramı axtarın (yeni bir şey göndərilmədiyi təqdirdə, son göndərilən proqramı işə salır).

Rezistorun dörd rəngli zolağı var. Qəhvəyi = 1, Qara = 0, Turuncu = 3 oxumaq bizə 103 rəqəmini verir. Ohmsdakı müqavimət 10 sıfırdan sonra 10 sıfır ilə 10 sıfırdan başlayır və qızıl zolaq tolerantlıqdır (5 %)).

Dövrümüzü təkmilləşdirmək üçün 'ayırma' kondansatörünü yerləşdirə bilərik. 100 nF (nano Farad) keramika kondansatörü qoyun. "104 işarəsi" olan iki teli olan kiçik bir diskdir və bu tip kondansatörlər qütbləşməmişdir və istənilən istiqamətə yerləşdirilə bilər.

Bu "ayıran" kondansatör elektrik sıçrayışlarını hamarlaşdırır, buna görə Pin 1 -ə göndərilən yenidən başladın siqnalı etibarlı şəkildə aşkarlanır. 104 rəqəmləri, elmi qeydlərdə pico Faraddakı tutumunu göstərir. Son rəqəm '4' bizə neçə sıfır əlavə edəcəyimizi bildirir. Kapasitans '10' ilə başlayır və daha sonra daha 4 sıfırla davam edir - 100.000 piko Farad və 1000 piko Farad 1 nano Farad olduğundan 100 nano Farad var (104).

Kondansatörü çipin sol üst ayağı arasına daxil edin (pin 1, yarım ay şəklindən saat əqrəbinin əksinə)

Addım 5: Kristal Osilatör

İndi IC üçün saatı düzəldəcəyik. 16 Mhz kvars və hər biri 22pF (piko Farad) olan iki keramika kondansatördür. Kristal osilator çox dəqiq bir tezliklə elektrik siqnalı yaradır. Bu vəziyyətdə, tezlik 16 MHz -dir, yəni mikrokontrolör saniyədə 16 milyon prosessor təlimatını yerinə yetirə bilər.

16 MHz kristal (rəqəm) Arduino -ya vaxt hesablamağa imkan verir və kondansatörlər təchizat gərginliyini hamarlaşdırmağa xidmət edir.

Kvars kristal ayaqları hər ikisi eynidır - geriyə tel bağlaya bilməzsiniz. Kristalın bir ayağını ATmega çipindəki 9 -cu pinlə, digər ayağını isə 10 -cu pinlə bağlayın. 22 pF disk kondansatöründən birinin ayaqlarını pin 9 və GND -ə, digər disk kondansatörünü isə pin 10 və GND -yə bağlayın. şəkildə göstərilmişdir.

Qeyd: disk kondansatörləri qütblü deyil və hər hansı bir şəkildə daxil edilə bilər.

Qeyd etmək lazımdır ki, 22pF kondansatörler arasındakı tel uzunluqları bərabər olmalıdır və dövrələrin digər hissələri ilə qarşılıqlı əlaqənin qarşısını almaq üçün nəzarətçiyə mümkün qədər yaxın olmalıdır.

Addım 6: Pin 13 -ə LED əlavə edin

İndi yaşıl LED əlavə edəcəyik (Arduino -da rəqəmsal pin 13).

Qırmızı telin altındakı cərgəyə (çipin sağ tərəfində - güc və ya 5 Volt) uzun bir ayağı olan LEDləri və qısa ayağı mikro nəzarətçinin altındakı ilk boş sıraya daxil edin.

Bu 330 Ohm rezistor, LED -lərin dağılmasının qarşısını almaq üçün axan elektrik miqdarını məhdudlaşdıraraq LED -ə ardıcıl olaraq bağlıdır.

Rezistoru LED -in qısa ayağı ilə çipin sağ tərəfində qara tel olan sıra arasına daxil edin (GND və ya 0Volts)

Normal Arduino lövhəsində mövcud olan bütün analoq, rəqəmsal və digər sancaqlar bizim taxta versiyamızda da mövcuddur. Bir istinad olaraq ATmega sxematik və pin cədvəlindən istifadə edə bilərsiniz.

Addım 7: USB -dən Serial Bağlayıcıya

ATmega 328P-PU mikrokontrolörü üç ünsiyyət rejimi təmin edir: seriyalı proqramlaşdırıla bilən USART (universal sinxron və asinxron qəbuledici-ötürücü), SPI (Serial Periferik İnterfeys) seriyalı portu və iki telli serial interfeysi. USART məlumat baytlarını götürür və fərdi bitləri ardıcıl olaraq ötürür, bunun üçün ötürmə (TX) və qəbul (RX) rabitə xətləri tələb olunur. SPI dörd rabitə xəttindən istifadə edir: master-out slave-in (MOSI), master-in slave-out (MISO) və serial saat (SCK) ilə hər bir cihaz üçün ayrı bir slave seçin (SS) xətti. I2C rabitə İki Telli İnterfeys (TWI) avtobusu iki siqnal xəttindən istifadə edir: serial məlumatları (SDA) və serial saatı (SCL).

Bir eskiz yükləmək üçün lövhəmizi Arduino IDE ilə PC -yə bağlamaq üçün FT232R FTDI kimi USB -dən UART -a qədər interfeysdən istifadə edəcəyik.

FTDI kabeli alarkən 5 V model olduğundan əmin olun, çünki 3.3 V model düzgün işləməyəcək. Bu kabelin (şəkildə göstərilmişdir) bir ucunda USB fişi, digərində isə altı telli bir yuva var.

Kabeli bağladığınız zaman, qara telli rozetkanın yan tərəfinin çörək taxtasının baş pinlərindəki GND pininə qoşulduğundan əmin olun. Kabel bağlandıqdan sonra, adi bir Arduino lövhəsinin etdiyi kimi, dövrə də enerji verir.

Sonra FTDI-nı öz istehsalı olan Arduino lövhəmizə bağlayacağıq; istinad üçün cədvəldən və sxemdən istifadə edə bilərsiniz.

0.1μF elektrolitik kondansatör, USB üzərindəki DTR (Data Terminal Ready) pimi ilə serial UART interfeysinə və mikro nəzarətçinin Reset interfeysi ilə USB ilə sinxronizasiya olunmasını sıfırlayan mikro nəzarətçi ilə bağlanır.

Diqqət: Oneclever hissəsi, RX pin mikrokontrolörünün USB TX -yə Serial adapterə, eyni zamanda bir cihazın TX ilə digərinin RX -ə bağlanmasıdır.

USB -də CART (Göndərmək üçün Təmiz) seriyası UART interfeysi üçün pin mikrokontrolöre bağlı deyil.

Alətlər ➤ Port menyusundan Arduino IDE -də mikrokontrolörə eskiz yükləmək üçün müvafiq rabitə (COM) portunu seçin və Alətlər ➤ Board menyusundan Arduino/Genuino Uno seçin. Eskiz Arduino IDE -də tərtib edilir və sonra USB ilə birlikdə seriyalı UART interfeysinə mikro nəzarətçiyə yüklənir. Eskiz yükləndikdə, USB-to-UART interfeysi TXD və RXD-nin yaşıl və qırmızı LEDləri yanıb-sönür.

USB -nin seriyalı UART interfeysi sökülə bilər və mikrokontrolöre 5V enerji təchizatı qoşula bilər. Bir LED və 220kΩ rezistor, göz qırpım eskizini işlətmək üçün Arduino pin 13 -ə bərabər olan mikrokontrolör pininə 19 qoşulur.

Addım 8: Sketch yükləmək və ya Bootloader quraşdırmaq

USB-dən serial çeviriciniz yoxdursa-başqa bir Arduino (mənim vəziyyətimdə Arduino UNO) istifadə edərək öz əlinizlə lövhəyə bir eskiz və ya yükləyici yükləyə bilərsiniz.

ATmega238P-PU mikro nəzarətçiləri Arduino IDE-dən eskizləri yükləmək və işlətmək üçün bir önyükleyici tələb edir; Mikro nəzarətçiyə güc verildikdə, yükləyici yeni bir eskizin yükləndiyini müəyyən edir və sonra eskizi mikro nəzarətçi yaddaşına yükləyir. Bir yükləyici olmadan ATmega328P-PU varsa, iki lövhə arasında SPI əlaqəsi istifadə edərək yükləyicini yükləyə bilərsiniz.

ATmega IC -yə bir yükləyicini necə yüklədiyiniz budur.

Əvvəlcə Arduino UNO -nuzu ISP olaraq konfiqurasiya etməklə başlayaq, çünki bu, Arduino UNO -nun eskizi özünü deyil, ATmega IC -yə yükləməsini istədiyiniz üçün edilir.

Addım 1: Arduino UNO -nuzu ISP olaraq konfiqurasiya edin

Aşağıdakı yükləmə işləyərkən ATmega IC -ni bağlamayın.

• Arduino -nu kompüterə qoşun
• Arduino IDE -ni açın
• Müvafiq lövhəni seçin (Alətlər> Kart> Arduino UNO) və COM Portu (Alətlər> Port> COM?)
• Açın> Nümunələr> ArduinoISP
• Sketch yükləyin

Bundan sonra sxemdə göstərildiyi kimi dövrəni izləyərək öz lövhənizi Arduino UNO -ya bağlaya bilərsiniz. Bu mərhələdə Arduino lazımi gücü təmin edəcəyi üçün öz lövhənizi enerji ilə təmin etməyə ehtiyac yoxdur.

Addım 2: Sketch və ya Bootloader yükləyin

Bağlandığınız hər şey ilə IDE -ni yeni yaratdığınız qovluqdan açın (surəti).

• Alətlər> Lövhədən Arduino328 seçin
• Alətlər> Proqramçıdan Arduinonu ISP olaraq seçin
• Boot Bootloader seçin

Uğurlu bir yanıqdan sonra "Yandırılmış yükləyici yükləndi" alacaqsınız.

Bootloader artıq Tools ➤ Port menyusundakı COM portunu dəyişdirdikdən sonra eskiz almağa hazır olan mikrokontrolörə yüklənir.