Altın Arduino Kurulu: 12 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Amaç

Bu kartın amacı, Arduino Uno ile tamamen aynı işlevselliğe sahip olmak, ancak geliştirilmiş tasarım özelliklerine sahip olmaktır. Geliştirilmiş yönlendirme ve dekuplaj kapasitörleri gibi gürültüyü azaltmak için tasarım özellikleri içerecektir. Shields ile uyumlu olması için standart Arduino board pin-out ayak izini koruyacağız; ancak, karttan gelen sinyaller için çapraz konuşmayı azaltarak kart düzenini iyileştirmek için bu ayak izinin dışına bir dizi dönüş pimi eklenecektir. Ayrıca, saat doğruluğunu ve kararlılığını artırmak için sistem saati için bir rezonatör yerine 16 MHz'lik bir kristal kullanılacaktır.

Enerji bütçesi

Giriş gücü, bir Arduino Uno'ya güç sağlamak için gerekli olanla aynı olacaktır. Önerilen giriş voltajı aralığı 7 ila 12 volttur. 7 V'tan daha az bir güçle beslenirse, 5 V'luk çıkış pimi beş volttan daha azını besleyebilir ve kart kararsız hale gelebilir. 12 V'tan fazla kullanılıyorsa, voltaj regülatörü aşırı ısınabilir ve karta zarar verebilir. Atmega 328, en yüksek saat hızına sahip olmak için 3,3 V yerine 5 V kullanacak.

Risk YönetimiPotansiyel Riskler:

Arızalı bileşenlerin alınması, ekstralar sipariş edilerek azaltılabilecek potansiyel bir risktir.

Atmega 328 gibi IC yongalarının yanlış yönlendirilmesi, pimlere yanlış bağlantılara neden olabilir. Lehimlemeden önce doğru yönü kontrol edeceğiz.

Çıkış pinlerine uygulanan mekanik gerilimler bağlantıları koparabilir. Bunun olmamasını sağlamak için delikli montaj aparatları kullanacağız.

Lehimleme sırasında soğuk lehim bağlantıları için potansiyel vardır. Eklem oluşturulduktan sonra her bir bağlantıyı inceleyerek bunu azaltabiliriz.

Parçaların tahtada nereye gittiğini belirlemek zorlaşabilir.

Serigrafi tanımlamalarının dahil edilmesi bunu kolaylaştıracaktır.

Yetiştirme Planı:

Kartın alt devrelerini izole etmek için anahtarlar yerleştirilecek ve tahtanın parçalarını birer birer monte etmemize ve test etmemize ve hareket etmeden ve yaban domuzunun geri kalanını monte etmeden önce her parçanın doğru çalıştığından emin olmamıza izin verecek.

Adım 1: Şematik

Şematik, açık kaynaklı Arduino Uno şemalarına başvurularak ve sinyal bütünlüğünü iyileştirmek için ayarlanarak oluşturulmuştur.

Adım 2: PCB Düzeni

Adım 3: Montaj

Dekuplaj kapasitörleri ve Sigortalar ile PCB montajına başladık.

Daha sonra güç çiplerini ve ESD diyot çipini lehimledik. Küçük çip boyutu ve küçük pedler nedeniyle ESD koruma çipinin lehimlenmesi zordu, ancak montajı başarıyla tamamladık.

Panomuzun sıfırlanmadığı bir sorunla karşılaştık, ancak bunun nedeni düğmemizin zayıf temas kurmasıydı. Düğmeye biraz kuvvetle bastıktan sonra, işlevsel bir duruma döndü ve normal şekilde çalıştı.

Adım 4: Anahtarlama Gürültüsü: Pim 9

İşte 9-13 pinlerinden gelen anahtarlama seslerinin karşılaştırıldığı iki resim. Yeşil dürbün görüntüleri ticari panoyu, sarı dürbün görüntüleri şirket içi panomuzu ve mavi sinyaller temiz, tutarlı bir dürbün görüntüsü elde etmek için tetik sinyallerini temsil eder.

Dürbün çekimlerinde etiketlemeyi görmek zor, ancak ticari pano (yeşil) yaklaşık dört voltluk bir tepeden tepeye anahtarlama gürültüsüne sahip. Ev kartımızın yaklaşık iki voltluk bir anahtarlama sesi vardır. Bu, pim 9'daki anahtarlama gürültüsünde %50'lik bir azalmadır.

Adım 5: Anahtarlama Gürültüsü: Pim 10

Pin 10'da, ticari panodaki anahtarlama gürültüsü dört volttan fazladır. Tepeden tepeye yaklaşık 4.2 voltta oturuyor. Ev kartımızda, anahtarlama gürültüsü tepeden tepeye iki voltun biraz üzerindedir. Bu, anahtarlama gürültüsünde yaklaşık %50'lik bir azalmadır.

Adım 6: Anahtarlama Gürültüsü: Pim 11

Ticari panodaki pim 11'de, yüksekten düşüğe anahtarlama gürültüsü yaklaşık 800 mV ve düşükten yükseğe anahtarlama gürültüsü yaklaşık 900 mV'dir. Ev kartımızda, yüksekten düşüğe geçiş gürültüsü yaklaşık 800 mV ve düşükten yükseğe geçiş gürültümüz yaklaşık 200mV'dir. Düşükten yükseğe anahtarlama gürültüsünü önemli ölçüde azalttık, ancak yüksekten düşüğe anahtarlama gürültüsünü gerçekten etkilemedik.

Adım 7: Anahtarlama Gürültüsü: Pim 12

Pin 12'de, hem ticari panoda hem de şirket içi panoda kapsam çekimlerini tetiklemek için bir anahtarlama IO'su kullandık. Ticari panoda, anahtarlama gürültüsü tepeden tepeye yaklaşık 700mV'dir ve dahili panoda tepeden tepeye 150mV'dir. Bu, anahtarlama gürültüsünde yaklaşık %20'lik bir azalmadır.

Adım 8: Anahtarlama Gürültüsü: Pim 13

Pim 13'te, ticari kart tepeden tepeye dört voltluk bir anahtarlama gürültüsü gösteriyor ve şirket içi kartımız çok az anahtarlama gürültüsü gösteriyor veya hiç yok. Bu büyük bir farktır ve kutlama sebebidir

Adım 9: Geliştirilmiş Tasarımımızı Kullanarak Yeni Bir Özel Fonksiyon Kartı Oluşturma

Bu kartın amacı, geliştirilmiş tasarım özellikleri ve renk değiştiren LED'ler ve kalp atışı sensörü gibi ek bileşenler ile Altın Arduino kartımızı genişletmektir. Geliştirilmiş yönlendirme, 4 katmanlı bir kart yapmak için 2 ekstra PCB katmanı kullanma ve güç rayları etrafındaki kapasitörleri ayırma ve I/O'ları değiştirme gibi gürültüyü azaltan tasarım özelliklerini içerecektir. Kalp atışı sensörünü oluşturmak için, kalp atışı sensörünün üzerine yerleştirilen parmaktaki kandan yansıyan ışığı ölçecek olan iki LED arasına yerleştirilmiş bir fotodiyot kullanacağız. Ek olarak, I2C üzerinden kontrol edilen ayrı ayrı adreslenebilir LED'leri de dahil edeceğiz.

Giriş gücü, bir Arduino Uno'ya güç sağlamak için gerekli olanla aynı olacaktır. Önerilen giriş voltajı aralığı 7 ila 12 volttur. 7 V'tan daha az bir güçle beslenirse, 5 V'luk çıkış pimi beş volttan daha azını besleyebilir ve kart kararsız hale gelebilir. 12 V'tan fazla kullanılırsa, voltaj regülatörü aşırı ısınabilir ve karta zarar verebilir. Atmega 328, en yüksek saat hızına sahip olmak için 3,3 V yerine 5 V kullanacak.

Adım 10: Şematik

Adım 11: Pano Düzeni

İzleri görmek için Güç katmanı Dökün ve Zemin Katmanı Gizli Dökün. Bu kart tasarlanırken, USB ayak izi aslında kazara geriye doğru yönlendirilmişti. Bir kablonun doğru şekilde takılabilmesi için çevrilmesi gerekir.

Adım 12: Montaj

Her adımda fotoğraf çekilmemiştir, ancak aşağıdaki fotoğraf panonun son halini göstermektedir. Bu kartın birincil işlevi LED'leri ve ADC'yi eklemek olduğu için başlık pimleri eklenmedi. USB bağlantı noktası ters yöne bakmalıdır, böylece bir kablonun kartın üzerinden geçmesine gerek kalmaz.