EasyEDA Çevrimiçi Araçları ile Özel Şekilli Bir PCB Tasarlamayı Öğrenin: 12 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Her zaman özel bir PCB tasarlamak istemişimdir ve çevrimiçi araçlar ve ucuz PCB prototipleme ile hiç bu kadar kolay olmamıştı! Zor lehimleme görevinden tasarruf etmek için yüzeye montaj bileşenlerini ucuz ve kolay bir şekilde küçük hacimlerde monte etmek bile mümkündür! 50 ABD Dolarından daha düşük bir fiyata montajlı 10x PCB sipariş ettim. PCB'ler önemli bir işleve hizmet ederken, bileşenlerin yerleşimi nasıl göründüğünün önemli bir parçasıdır. Yıldızın noktalarıyla hizalanacak şekilde tahtadaki bileşenleri döndürdüm.

Bu talimat size şunları öğretecektir:

• InkScape'te özel PCB şekli nasıl çizilir (ücretsiz, açık kaynaklı grafik aracı)
• EasyEDA devre ve PCB tasarım araçları nasıl kullanılır (ücretsiz ve çevrimiçi, kurulum gerektirmez!)
• Özel PCB şekli ve serigrafi için SVG'yi EasyEDA'ya aktarma
• Basit bir 'Arduino' programlanabilir MCU tasarımı nasıl tasarlanır
• Panoların yapılıp monte edilmesi için JLCPCB yüzeye montaj düzeneği nasıl kullanılır?

"Yıldız"ın Özellikleri

• Özel 5 noktalı yıldız şekilli PCB
• Animasyonlu aydınlatma - her tarafta 10x LED, çift taraflı
• arduino programlanabilir ATMEGA328P mikro denetleyici
• Etkileşim için 2 adet düğme - basit bir oyun yapabilirsiniz
• mikro USB destekli (isteğe bağlı)
• Seri iletişim ile daha büyük animasyonlar (isteğe bağlı) için birden çok yıldız ağı

GÜNCELLENMİŞ 02APR2020, panolar alındıktan sonra.

Gereçler

BOM (Malzeme Listesi) dosyasına ve ekteki şematik PDF'ye bakın.

Ekteki tam şemaya bakın.

İşte daha sonraki bir adımdan EasyEDA projesine bir bağlantı -

Adım 1: Tasarımı InkScape'te Oluşturun

İlk önce PCB'nin şeklini ve PCB'ye gitmek için herhangi bir serigrafi resmini tasarlayalım.

1. Inkscape'i indirin ve yükleyin
2. Yeni bir belge oluştur
3. 100x100 mm'lik bir dikdörtgen oluşturmak için dikdörtgen aracını kullanın. JLCPCB, bu boyutun altında daha ucuz PCB'ler sunar.
4. Dikdörtgenin içine uyan bir yıldız şekli oluşturmak için çokgen aracını kullanın

5. Diğer ayrıntıları ekleyin, ör. LED'leri yerleştireceğim anahat içindeki küçük yıldız grafikleri

   1. Yıldızın bir noktası için şekiller ekleyerek başlayın, ör. üst
   2. Bir bezier eğrisi kullanarak yuvarlak bir köşe (güvenlik için!) ekleyin
   3. Bu noktadaki tüm şekilleri seçin ve birlikte gruplayın.

   4. Daha sonra bu grubu yıldızın diğer noktalarına kopyalayıp döndürebiliriz.

      "Düzenle -> Klonla -> Döşemeli klonlar oluştur"

6. Köşeleri yuvarladıysanız, artık gerekli olmayan noktaları kaldırmamız gerekir.

   1. Bunu yapmak için eğrileri birbirine bağlayan düz çizgileri elle çizdim.
   2. Ardından, orijinal yıldızı kaldırın

Bu görüntünün 2 versiyonunu kaydet

• A: serigrafi - Serigrafi için kullanılacak tüm detayları içeren resmin tamamı
• B: pano anahattı - yukarıdaki gibi, ancak merkezdeki tüm ayrıntıları yalnızca anahattı bırakarak kaldırın. Bu, PCB'nin şeklini tanımlayacaktır.

Her iki dosyanın. DXF sürümlerini kaydedin

• dosya -> Farklı kaydet ->.dxf
• Ayrıntıları kullanın

Örnek inkscape.svg ve.dxf dosyaları ekli.

Adım 2: Özel Şekli Oluşturmak için.dxf'yi EasyEDA'ya Aktarın

Bu adım, EasyEDA çevrimiçi aracında yeni bir proje oluşturacak ve PCB ve serigrafi şeklini ayarlamak için.dxf dosyasını içe aktaracaktır. EasyEDA ücretsiz bir çevrimiçi şematik ve PCB editörüdür. Bunu, mevcut birçok araçtan birini indirip kurmaktan daha kolay olduğu için seçtim. İhtiyaçlarım için harika görünüyor ve PCB prototipleri ve LCSC parçaları için JLCPCB ile iyi bir şekilde bütünleşiyor.

Proje ve PCB oluşturun

1. https://easyeda.com/ adresini ziyaret edin ve ücretsiz bir hesap oluşturun.

2. Çalışma alanınızda yeni bir proje oluşturun

   Dosya şemayı kaydet

3. Proje adına sağ tıklayın ve "Yeni PCB"

   1. Tamam varsayılanları (100x100mm)
   2. Not - daha sonra geri gelip şemayı düzenleyebilir ve bileşenler ekleyebiliriz

4. Pano taslağını içe aktarın

   1. Dosya -> DXF'yi içe aktar
   2. Inkscape'den.dxf pano anahat dosyasını seçin
   3. Katmanın 'BoardOutLine' olarak ayarlandığını kontrol edin
   4. 'İçe Aktar'ı tıklayın
   5. Mevcut 100x100 dikdörtgenin içine yerleştirin
   6. Dikdörtgeni silin, yeni yıldız şekli BoardOutLine
   7. Pembe BoardOutLine katmanında olup olmadığını kontrol edin, değilse seçin ve sağ üstteki panelden katmanı değiştirin

5. Serigraf görüntüsünü içe aktarın

   1. Dosya -> DXF'yi içe aktar
   2. Inkscape'den.dxf serigrafi dosyasını seçin
   3. Katmanın 'TopSilkLayer' olarak ayarlandığını kontrol edin
   4. 'İçe Aktar'ı tıklayın
   5. Tahta anahattının üstüne yerleştirin (doğruluk için fare tekerleğiyle yakınlaştırın)

6. 3D önizlemeyi önizleyerek sonuçları kontrol edin

   'Kamera' simgesini ve '3d görünüm'ü tıklayın

Sonraki adım - bileşenleri ekleyin:)

Adım 3: SMD Montajı Dahil Kullanacağınız Bileşenleri Planlayın

Artık özel bir şekle sahip olduğumuza göre bileşenleri eklemeye başlayabiliriz.

Bileşenleri doğrudan PCB düzenleyicisine yerleştirebilirsiniz, ancak bunları şematik görünüme eklemek ve ardından PCB'ye eklemek için 'PCB'yi Güncelle'ye basmak daha iyidir.

Not - JLCPCB (https://jlcpcb.com/smt-assembly) tarafından sunulan PCB montaj hizmetlerinden yararlanmak için, sahip oldukları belirli bir listeden bileşenleri kullanmak önemlidir.

• XLS parça listesini indirin

  • Şu anda -
  • Bağlantılı olan:

Parça seçimi:

• temel

  En ucuz seçenek, "taban" listesindeki parçaları kullanmaktır, çünkü bunlar zaten toplama ve yerleştirme makinelerine yüklenmiştir

• uzatmak

  Ek 'genişletilmiş' parçalar var ama her biri için artan bir maliyet var. Örneğin. Bu projede kullandığım LED'ler ve ATMEG328P'nin ikisi de genişletilmiş, ancak tüm ayrık dirençler, kapasitörler ve seramik rezonatör standart parçalar

• diğer - panoya daha sonra manuel olarak eklendi

  USB konektörünü, basmalı düğmeleri ve programlama başlığını manuel olarak eklemeyi seçtim

Ekli resim, projede kullandığım parçaların alt kümesinin ekran görüntüsüdür. Önem verdiğim bileşenleri filtrelememe yardımcı olması için bir "Projem" sütunu ekledim. Lehimlemeyi kolaylaştırmak için çoğunlukla 0805 ayak izi seçtim. Kristal/seramik rezonatörün elle lehimlenmesi zor olabilir.

LCSC parça numarası, ör. C14877, doğrudan şematik (ve PCB) düzenleyicide kullanılabilir.

Malzeme Listesinin Özeti

• C84258. - soğuk beyaz LED, çok parlak (5v'de 150R direnci paylaşan 2x LED ile bile) ve güzel bir difüzör yaptı
• C7171 - 10uF dekuplaj kapağı x2
• C17444 - RESET pimi çekme x1 için 12K direnç
• C17471 - LED'ler x10 ile seri olarak 150R direnç
• C21120 - 220nF dekuplaj kapağı x2
• C13738 - Entegre kapaklı 16MHz seramik rezonatör
• C14877 - ATMEGA328P MCU

Adım 4: Şemayı Oluşturun, Arduino Programlanabilir Hale Getirin

Bu tasarımın kalbinde, Uno, Nano ve Pro Mini dahil olmak üzere birçok Arduino'da kullanılan bir ATMEGA328P var. Bu, kodu yazmak ve kartı programlamak için Arduino IDE'yi kullanmanın mümkün olduğu anlamına gelir.

Bu kartı, maliyeti azaltmak ve kartı basit tutmak için minimum bileşen sayısı kullanacak şekilde tasarladım, ancak yine de bir Arduino Nano gibi ISP 'Sistem Programlama' başlığı aracılığıyla programlanmasına izin verdim.

Pinout'u anlayın

MCU'nun fiziksel pinlerinin arduino pin adlarıyla nasıl eşleştiğini görmek için https://github.com/MCUdude/MiniCore adresinden ekli pinout şemasına bakın. Örneğin. fiziksel MCU pin 1, (sol üst) ayrıca MCU içinde PD3 tarafından kontrol edilen arduino pin 3'tür (nano üzerinde D3 etiketli). Bir arduino IDE bakış açısından, sadece arduino pini '3'ü bilmeniz gerekir.

Bir nanoyu taklit etmek için minimum bileşenler:

• ATMEGA328P
• Güç kaynağını yumuşatmak için dekuplaj kapasitörleri

• USB programlama yerine ISP 'Sistem Programlamada' başlığı

  • ISP programlayıcı görüntüsü ile başka bir arduinodan programlanabilen 6 pinli başlık
  • Not - USB'den seriye dönüştürücü olmadan USB/seri programlama mümkün değildir
• Bkz.

• 16MHz seramik rezonatör

  • Nano'yu taklit ediyorsanız bu gereklidir, çünkü bunlar her zaman 5V ve 16MHz harici rezonatördür
  • Çoğu 3 veya 4 pinli rezonatörün bir kristalin gerektirdiği ayrı kapasitörlere ihtiyaç duymadığını unutmayın.

MiniCore ile alternatif, daha da minimal bileşen seti

Eğer istemiyorsanız veya kristal veya rezonatöre sahip değilseniz, ATMEGA328P içindeki dahili 8MHz osilatörü kullanabilirsiniz. Bunu etkinleştirmek için farklı bir önyükleyici yüklemeniz gerekir, ör. MiniCore önyükleyici, daha fazla bilgi için GitHub'a bakın.

https://github.com/MCUdude/MiniCore

Şimdi bileşenleri eklemeye başlayın:

• "Bileşeni yerleştir" e sağ tıklayın
• Arama kutusuna elektronik tablodan / LCSC'den parça numarasını girin, ör. ATMEGA328P-AU için C14877
• şematik üzerine yerleştirin

• Diğer bileşenler için tekrarlayın - kapaklar, dirençler, LED'ler

  önce her bir bileşenden birer tane, ardından bunları gerektiği gibi kopyalayıp tasarımın etrafına yapıştırın

Adım 5: Bu Bileşenleri "PCB'yi Güncelle" ile PCB'ye Ekleyin

EasyEDA çevrimiçi düzenleyicisinin güzel bir özelliği, şemada değişiklik yapma ve ardından PCB'yi güncelleme yeteneğidir.

• Şematik düzenleyicide, dosya kaydetmeye basın

• Ardından, araç çubuğundaki "PCB'yi Güncelle" düğmesi

  • Nelerin değiştiğini size söyleyen bir pencere açılır
  • 'Değişiklikleri uygula'
• Yeni bileşenler şimdi sağ alt köşeye yerleştirildi

• Onları istediğiniz yere taşıyın

  • 90 derece döndürmek için boşluğa basın
  • yakınlaştırmak için fare tekerleğini kullanın

• Bileşenlerin nereye bağlanması gerektiğini gösteren 'sıçan çizgilerine' dikkat edin

  kablolamayı kolaylaştırmak için bileşen dönüşünü kullanın

• Bileşenleri alt tarafa yerleştirmek için bir bileşene tıklayın ve sağ üst köşede TopLayer'ı Alt Katman olarak değiştirin

Adım 6: Bileşenleri PCB Üzerinde Yönlendirin

Şimdi bileşenleri fare çizgilerinde gösterildiği gibi bağlayın

• Araç çubuğundaki 'izle' düğmesini kullanın
• Bir bileşene, ardından bir sonrakine tıklayın
• Katmanlar arasında bağlantı kurmak için vias kullanın

• Tüm topraklama pimlerini otomatik olarak bağlamak için tüm üst katmana bir toprak düzlemi ekleyin

  • Tüm tahtayı kaplayan bir dikdörtgen çizmek için 'bakır alan' düğmesini kullanın. Araç, otomatik olarak doğru alanı dolduracak ve varsayılan olarak GND ağına bağlanacaktır.
  • VCC için alt katmana başka bir düzlem ekleyin
• İlerlemenizi kontrol etmek için 3D görünümü açın

Yönlendirmeyi çok doğrudan ve düzenli tutmayı seçtim. Yönlendirmeyi basitleştirmek ve tasarım sürecinin bir parçası yapmak için MCU'nun hangi pininin her bir LED'e bağlanacağını seçmek için PCB düzenine baktım.

Şematik görüntüleyiciye geri dönmek ve pime bir ağ adı eklemek kolaydır, örn. U1 pin 23, net LED4'e bağlanır. Aynı net etiketi LED'e koyun, PCB'yi güncelleyin ve rayı yönlendirin.

** İşte EasyEDA web sitesinde projeye bir bağlantı:

easyeda.com/neil.parris/thestar-instructab…

Adım 7: Tasarım Tamamlanana Kadar Daha Fazla Bileşen Ekleyin, Gerektiğinde Döndürün

LED'ler, düğmeler vb. eklemeye devam edin.

Her bileşeni özel olarak döndürebilirsiniz, ör. 5 noktalı bir yıldız için her nokta 72 derecedir. LED'ler ve diğer bileşenler için doğru açıları elde etmek için döndürme kutusuna 72 yazın ve aradığınız sonucu elde edene kadar bir seferde 90 derece döndürmek için boşluğa basın. Bazen 72 ile ilgili başka açılara ihtiyaç duyarsınız, ör. 90 - 72 = 18. Veya 2x 18 = 36. 18/36/72 ve 90 derecelik dönüşlerle yıldızın tüm ana eksenlerine hizalayabilirsiniz.

Tam şemanın ekli PDF'sine bakın [bunun önceki ekran görüntülerinden biraz farklı bir tasarım olduğunu, ancak aynı prensipler olduğunu unutmayın]

Adım 8: PCB'yi Sipariş Edin ve İsteğe Bağlı Olarak SMD Yapısını Ekleyin

Tasarımı tamamladıktan, gözden geçirdikten ve hata olmadığını kontrol ettikten sonra devam edin ve Gerber dosyalarını oluşturun. Tasarım Kuralı Kontrolleri (DRC'ler) yapmanızı isteyecektir. Hata olmadığını kontrol edin ve Gerber dosyalarını üretim için kaydedin veya JLCPCB'yi doğrudan düzenleyiciden açın.

SMD üretim hizmetlerini kullanmak istiyorsanız, malzeme listesini (malzeme listesi) ve alma ve yerleştirme dosyasını da kaydedin (bu, makinelere bileşenlerinizi nereye yerleştireceklerini söyler)

Sipariş sürecini gözden geçirin ve LED'ler, kapasitörler, rezonatörler ve MCU'nun kendisi gibi polarize bileşenlerin yönünü iki kez kontrol edin!

Birleştirilen 10 pano için (USB ve programlama başlığı olmadan) yaklaşık 35 GBP sevkıyat maliyetim vardı (döviz kuruna bağlı olarak yaklaşık 45 ABD doları).

Güncelleme e-postasını izleyin ve panonuzu takip edin ve JLCPCB web sitesi aracılığıyla oluşturun.

Adım 9: Yazılımın Prototipini Yapın (.ino Dosyası Ekli)

Panoların gelmesini beklerken sıra yazılımları yazmaya başlamaya geldi:)

Bir devre tahtasına bir Arduino Nano yerleştirdim ve LED'leri aynı yere ve PCB'yi taklit etmek için aynı bağlantıları bağladım. Daha sonra, bir ISP programcısı Arduino ile olsa da, aynı yazılımı doğrudan PCB'ye yüklemek mümkün olmalıdır.

Kod, programlamayı kolaylaştırmak için dizileri kullanır. sin8() gibi bazı yararlı yardımcı işlevleri olduğu için "FastLED.h" kitaplığını da içe aktardım.

İşte bazı önemli noktalar:

Bu dizi, Arduino pinlerini 10'a kadar LED1'e eşler. LED1, Arduino A2'nin eşdeğerine bağlanır ve LED10, D4'e bağlanır.

• // LED1, LED2 vb. ile LED10'a bağlı fiziksel pin adlarının bir dizisini oluşturun
• const bayt ledpinler = {A2, A3, A1, A0, 9, 10, 6, 5, 3, 4};

Ana döngü, 'pwm_now' değerini mevcut 'led_brightness' değerine karşı kontrol eden basit bir yazılım PWM rutinidir.

Bu, şu anda birkaç aydınlatma modeliyle deneme yapmak için test kodudur.

Adım 10: Kutudan Çıkarın ve Yeni PCB'lerinize Hayran Olun! Opsiyonel - Lehim Ek Parçaları

Kutudan çıkarmanın keyfini çıkarın ve kendi özel PCB'nize hayran kalın:)

SMD montajıyla, bana çalışan bir cihaz vermek için tüm önemli bileşenleri tek tarafa lehimledim.

İsteğe bağlı - lehim ek bileşenleri:

• Güç için mikro USB konektörü (programlama değil)
• Düğmelere basın - etkileşimli hale getirmek için
• Arka taraftaki LED'ler - çift taraflı yapın!

Adım 11: Kartı ArduinoISP Programlayıcı ile Programlayın

Bu işin eğlenceli kısmı. Arduino önyükleyicisini ve kodu PCB'ye yükleme!

Bu talimatı ilk yazdıktan birkaç gün sonra panolar geldi! 10x panolar, hepsi fevkalade iyi yapılmış ve bileşenler düzgün bir şekilde lehimlenmiş ve hepsi mükemmel çalışıyor.

ArduinoISP programcısı olarak yedek bir Arduino'yu bağlayın

ArduioISP programcısı olarak bağlanmış küçük bir devre tahtasında Arduino Nano kullanıyorum. Bu, USB üzerinden IDE'den nano'ya bağlandığı ve ardından 6 pinli programlama konektörü aracılığıyla hedef cihaza bağlandığı anlamına gelir.

Pin çıkışı nano IP konektörüyle aynıdır, temelde sadece MISO/MOSI/RST/SCK/5V/GND

Daha fazla ayrıntı için bu bağlantıya bakın:

1 - MİSO

2 - +5V

3 - SCK

4 - MOSI

5 - RST => Arduino nano'nun Pin 10'undan sürülür

6 - GND

ArduinoISP taslağını programcıya yükleyin

• Örnekler -> 11. ArduinoISP -> ArduinoISP
• Not - Bu görüntüyü programlayıcıya yüklerken, RST ve GND pinleri arasındaki kondansatörün çıkarılması gerekir. Programlayıcıyı kullanmadan önce bunu geri koyun.

Önyüklenen ve kodu hedef panoya yükleyin

• Programlayıcıyı 6 pinli konektör ile hedefe bağlayın

  6x pin başlığını PCB'ye lehimlemeden, iyi bir temas sağlayacak şekilde bir açıyla tutarak tutabilirsiniz

• Kartta 16MHz seramik rezonatör varsa ve pin çıkışını arduino nano ile eşleştirmekten memnunsanız, kartı Arduino nano gibi ancak aşağıdaki ayarlarla programlayın:

  • Yönetim Kurulu: "Arduino Nano"
  • İşlemci: "ATmega328P"
  • Programcı: "ISP olarak Arduino"

• Önyükleyiciyi yükleyin

  Bu, 16MHz harici kristali veya rezonatörü etkinleştirmek için MCU'daki sigortaları ayarlar. Buna sahip değilseniz, alternatif bir önyükleyici kullanın, ör. minicore

• Kodunuzu yükleyin

  Önemli - Kodu programlayıcı ile indirdiğimiz için YÜKLE (=>) düğmesine bastığınızda SHIFT'e basmanız gerekir. Bu, programlamayı, seri port üzerinden normal 'yükleme'den, bunun yerine ISS pinlerine 'programlayıcı ile yükleme' kullanmak üzere değiştirir

Yukarıdakiler başarılı olduysa, artık çok sayıda yanıp sönen LED'iniz olmalıdır!:

Adım 12: Projenizin Keyfini Çıkarın

Umarım bu talimatı faydalı bulmuşsunuzdur. İlginç PCB'ler yapmak için bu araçları denemek için saatler harcadım ve çevrimiçi araçları çok kullanışlı buldum.

Bu özel tasarım, devre açısından nispeten basittir, ancak fiziksel yerleşim açısından ilginçtir. Ayrıca tatil sezonu için iyi bir dekorasyon olur!

PCB Tasarım Yarışmasında İkincilik Ödülü