برد آردوینو خود ساخته: 8 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

با طراحی برد آردوینو خود ، با برخی از قطعات و مدارهای الکترونیکی جدید ، از جمله موضوعات پیشرفته مانند منبع تغذیه ، مدار زمان بندی و استفاده از IC (مدار مجتمع) آشنا می شوید.

در آینده با ایجاد پروژه های خود مانند ایستگاه هواشناسی ، سپرهای اتوماسیون خانگی و غیره به شما کمک می کند.

مزیت آردوینوی خود ساز این است که مصرف انرژی کمی دارد و این اطمینان را می دهد که یک پروژه می تواند به مدت طولانی با باتری کار کند.

علاوه بر این ، می توانید برد را با افزودن پورت دیجیتال یا آنالوگ یا برخی از ماژول های ارتباطی گسترش دهید.

تدارکات

سخت افزار

برای ساخت یک آردوینو مینیمالیستی ، به سخت افزار زیر نیاز دارید:

1 عدد میکروکنترلر ATmega328P-PU با بوت لودر آردوینو

تنظیم کننده ولتاژ خطی 1x 7805 (خروجی 5 ولت ، حداکثر ورودی 35 ولت)

1x breadboard (من از تخته 830 پین استفاده می کنم)

سیم های مختلف اتصال

نوسان ساز کریستال 1x 16 مگاهرتز

1x سوکت IC 28 پین

1x 1 μF ، خازن الکترولیتی 25 ولت

1x 100μF ، خازن الکترولیتی 25 ولت

2x 22 pF ، خازن های سرامیکی 50 ولت

خازن های سرامیکی 2x 100 nF ، 50 ولت

2x مقاومت 330 اهم (R1 و R2)

مقاومت 1x 10 کیلو اهم (R3)

2 برابر LED به انتخاب شما (LED1 و LED2)

دکمه فشاری 1 برابر

هدر اختیاری 2x 6 پین و هدر 3x 8 پین اختیاری

1 برابر فشردن باتری از نوع PP3

باتری 1x 9V از نوع PP3

1x آداپتور برنامه نویسی FTDI

مرحله 1: تنظیم کننده ولتاژ خطی 7805

یک تنظیم کننده ولتاژ خطی شامل یک مدار ساده است که یک ولتاژ را به دیگری تبدیل می کند. تنظیم کننده 7805 می تواند ولتاژ بین 7 تا 30 ولت را به 5 ولت ثابت ، با جریان تا 1 آمپر تبدیل کند ، که برای برد آردوینو ما مناسب است.

ما با ایجاد مدار منبع تغذیه که شامل تنظیم کننده ولتاژ 7805 به شکل TO-220 و دو خازن با هرکدام 100 μF است شروع می کنیم.

وقتی به جلوی تراشه 7805 نگاه می کنید - پین سمت چپ مربوط به ولتاژ ورودی است ، پین مرکزی به GND متصل می شود و پین سمت راست اتصال خروجی 5 ولت است. من توصیه می کنم یک سینک حرارتی قرار دهید ، زیرا وقتی مدار به حداکثر 1 آمپر جریان برسد ، تراشه 7805 داغ می شود (هنگام لمس می توانید نوک انگشت خود را بسوزانید).

یک خازن 100 μF بین IN تنظیم کننده و زمین و یک خازن a100 μF روی ریل راست بین قدرت و زمین قرار دهید. شما باید مراقب باشید - خازن الکترولیتی قطبی شده است (نوار نقره ای روی خازن نشان دهنده پایه زمین است) و باید دقیقاً مطابق طرح کلی قرار گیرد.

سیمهای برق و زمین را برای محل تنظیم کننده ولتاژ خود اضافه کنید ، هر ریل را در وسط و در قسمت راست برد قرار دهید. به این ترتیب ما منبع تغذیه 5 ولت را از ریل های بالا و پایین تخته نان داریم. علاوه بر این ، ما یک LED قرمز خواهیم داشت که هنگام روشن بودن برق روشن می شود ، به این ترتیب ما همیشه می توانیم ببینیم که برد ما چگونه روشن می شود.

LED یک دیود است و فقط اجازه می دهد جریان الکتریکی در یک جهت جریان یابد. برق باید به ساق بلند و از ساق کوتاه خارج شود. کاتد LED ها نیز یک طرف کمی صاف دارد که با پای کوتاه و منفی LED مطابقت دارد.

مدار ما دارای منبع تغذیه 5 ولت است و LED قرمز در حدود 1.5 - 2 ولت است. برای کاهش ولتاژ ، ما باید مقاومت را به صورت سری به LED متصل کنیم که میزان جریان الکتریسیته را محدود می کند تا از تخریب LED جلوگیری شود. مقداری از ولتاژ توسط مقاومت مصرف می شود و فقط سهم مناسبی از آن روی LED اعمال می شود. مقاومت را بین پایه کوتاه LED و ردیف حاوی سیم سیاه در سمت راست تراشه (GND) قرار دهید.

سیم های قرمز و سیاه در سمت چپ تنظیم کننده ولتاژ جایی است که منبع تغذیه شما وصل می شود. سیم قرمز برای POWER و سیم سیاه برای زمین (GND) است.

توجه: فقط می توانید منبع تغذیه ای را بین 7-16 ولت متصل کنید. پایین تر و 5V از رگولاتور خارج نمی شوید و ولتاژ بالاتر 17 ولت به تراشه شما آسیب می رساند. یک باتری 9 ولت ، منبع تغذیه 9 ولت DC یا منبع تغذیه 12 ولت DC مناسب است.

و برای برخی مدارهای پیشرفته تر می توانید یک تنظیم کننده ولتاژ با ولتاژ قابل تنظیم قرار دهید. به این ترتیب می توانید تعدادی سنسور 3.3 ولت را به برد اضافه کنید یا یک موتور DC 9 ولت را تقویت کنید.

اطلاعات بیشتر در مورد تنظیم کننده های ولتاژ خطی -

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

مرحله 2: میکروکنترلر ATmega328P-PU

برای ساختن آردوینو روی تخته نان به یک میکروکنترلر ATmega328P-PU نیاز دارید که مغز تخته آردوینو خود ساخته ما است. آن را همانطور که در نمودارها نشان داده شده است قرار دهید و مراقب باشید - اگر پاها را به زور وارد کنید ممکن است پاها بشکند یا می توانید از سوکت IC 28 پین استفاده کنید. IC باید با برش ماه به جهت چپ تخته نان قرار گیرد (پین ها از 1 تا 28 خلاف جهت عقربه های ساعت شماره گذاری می شوند).

توجه: همه IC ATmega حاوی بوت لودر Arduino (نرم افزاری که به آن امکان تفسیر طرح های نوشته شده برای Arduino را می دهد) نیستند. هنگام جستجوی میکروکنترلر برای آردوینوی خودساخته خود ، حتماً یکی را انتخاب کنید که از قبل دارای بوت لودر باشد.

در اینجا کمی نظریه میکروکنترلرها آمده است

میکروکنترلر یک کامپیوتر کوچک با پردازنده است که دستورالعمل ها را اجرا می کند. دارای انواع مختلفی از حافظه برای نگهداری داده ها و دستورالعمل های برنامه ما (طرح). ATmega328P-PU دارای سه نوع حافظه است: 32 کیلوبایت ISP (برنامه نویسی درون سیستم) فلش مموری که طرح ها در آن ذخیره می شوند ، 1 کیلوبایت EEPROM (حافظه قابل خواندن قابل برنامه ریزی با قابلیت پاک شدن الکتریکی) برای ذخیره سازی طولانی مدت داده ها و 2 کیلوبایت SRAM (حافظه دسترسی تصادفی استاتیک)) برای ذخیره متغیرها در زمان اجرای طرح.

توجه: مهم است بدانید که داده ها در حافظه فلش و EEPROM با قطع برق به میکروکنترلر حفظ می شوند.

میکروکنترلر دارای 13 خط ورودی/خروجی دیجیتال عمومی (GPIO) و شش خط 10 بیتی (مقادیر بین 0 تا 1023) آنالوگ با مبدل دیجیتال (ADC) GPIO برای تبدیل ولتاژ روی یک پین به مقدار دیجیتال است. سه تایمر با دو تایمر 8 بیتی با مقادیر بین 0 تا 255 و یک تایمر 16 بیتی با مقادیر بین 0 تا 65535 وجود دارد که توسط تابع تاخیر () در طرح یا مدولاسیون عرض پالس (PWM) استفاده می شود. به

پنج حالت ذخیره انرژی توسط نرم افزار وجود دارد و میکروکنترلر بین 1.8 ولت و 5.5 ولت کار می کند. می توانید از تصویر به عنوان مرجع برای طرح پین ATmega328P-PU استفاده کنید.

سه گروه پورت وجود دارد: PB ، PC و PD به ترتیب با 8 ، 7 و 8 پین ، به علاوه دو پین زمینی (GND) ، پین 5V (VCC) با ولتاژ منبع تغذیه (AVCC) و ولتاژ مرجع آنالوگ (AREF)) پین های مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC).

مرحله 3: اتصال ATmega328P-PU

پس از قرار دادن IC ، پین های 7 ، 20 و 21 ATmega را به ریل قدرت مثبت روی تخته نان و پین 8 و 23 را به ریل های قدرت منفی وصل کنید ، از سیم های جامپر برای اتصال ریل های قدرت مثبت و GND در دو طرف دستگاه استفاده کنید. هیئت مدیره ، همانطور که در شکل نشان داده شده است.

پین 7 - Vcc - ولتاژ منبع دیجیتال

پین 8 - GND

پین 22 - GND

پین 21 - AREF - پین مرجع آنالوگ برای ADC

پین 20 - AVcc - ولتاژ تغذیه مبدل ADC. اگر از ADC مانند مثال ما استفاده نمی شود ، باید به برق متصل شود. اگر می خواهید در آینده از آن استفاده کنید ، باید از طریق یک فیلتر کم گذر (برای کاهش نویز) تغذیه شود.

پس از آن یک پین هدر چهارده جهته قرار دهید-شبیه GPU های آردوینو خواهد بود.

مرحله 4: دکمه تنظیم مجدد

سوئیچ لمسی کوچک را اضافه کنید تا بتوانید Arduino را ریست کنید و تراشه را برای بارگذاری یک برنامه جدید آماده کنید. با فشردن لحظه ای سریع این کلید تراشه بازنشانی می شود.

همانطور که در شکل نشان داده شده است ، دکمه تنظیم مجدد را در مدار خود قرار می دهیم ، وقتی آن را فشار می دهیم ، مدار الکتریکی با دور زدن مقاومت 1 کیلو اهم و اتصال ATmega Pin 1 به GND به GND کوتاه می شود. سپس ، یک سیم از پای چپ پایین سوئیچ به پین RESET تراشه ATmega و یک سیم از پای چپ بالای سوئیچ به زمین اضافه کنید.

علاوه بر این ، یک مقاومت کششی 10 کیلو اهم را به پین RESET به +5V اضافه کنید تا مانع از تنظیم مجدد تراشه در حین عملکرد عادی شوید. این مقاومت به منبع تغذیه 5 ولت متصل می شود و پین 1 تا 5 ولت را "بالا می کشد". و وقتی پین 1 را بدون مقاومت به 0 وصل می کنید ، تراشه راه اندازی مجدد می شود. در راه اندازی مجدد میکروکنترلر ، به دنبال برنامه جدیدی باشید که بارگذاری می شود (در صورت فعال نشدن برنامه جدید ، آخرین برنامه ارسال شده را اجرا می کند).

مقاومت دارای یک نوار چهار رنگ است. خواندن قهوه ای = 1 ، سیاه = 0 ، نارنجی = 3 عدد 103 را به ما می دهد. مقاومت در اهم با '10' با 3 صفر شروع می شود - 10،000 اهم یا 10 کیلو اهم ، و نوار طلا تحمل است (5)

برای ارتقاء مدار - می توان خازن "جداسازی" را قرار داد. یک خازن سرامیکی 100 nF (نانو فاراد) قرار دهید. این یک دیسک کوچک با دو سیم با علامت "104" است و این نوع خازن هیچ قطبی نیست و می تواند در هر جهت قرار گیرد.

این خازن "جداسازی" نوسانات الکتریکی را صاف می کند ، بنابراین سیگنال راه اندازی مجدد ارسال شده به پین 1 با اطمینان قابل تشخیص است. اعداد 104 ظرفیت آن را در پیکو فاراد در نماد علمی نشان می دهد. آخرین شکل '4' به ما می گوید که چند صفر باید اضافه کنیم. خازن از "10" شروع می شود و سپس با 4 صفر دیگر - 100000 پیک فاراد ادامه می یابد و از آنجا که 1000 پیکو فاراد 1 نانو فاراد است ، 100 نانو فاراد (104) وجود دارد.

خازن را بین پای چپ بالای تراشه قرار دهید (پین 1 ، در جهت عقربه های ساعت از شکل نیمه ماه)

مرحله 5: نوسان ساز کریستال

اکنون ساعت را برای IC می سازیم. این یک کوارتز 16 مگاهرتز و دو خازن سرامیکی 22pF (پیکو فراد) است. نوسان ساز کریستالی یک سیگنال الکتریکی با فرکانس بسیار دقیق ایجاد می کند. در این حالت ، فرکانس 16 مگاهرتز است ، به این معنی که میکروکنترلر می تواند 16 میلیون دستور پردازنده را در ثانیه اجرا کند.

کریستال 16 مگاهرتز (شکل) به آردوینو اجازه می دهد تا زمان را محاسبه کند و خازن ها به صاف کردن ولتاژ تغذیه کمک می کنند.

پایه های کریستال کوارتز هر دو یکسان هستند - نمی توانید سیم را به عقب وصل کنید. یک پایه کریستال را به پین 9 در تراشه ATmega و پای دیگر را به پین 10 وصل کنید. پایه های یکی از خازن های دیسک 22 pF را به پین 9 و GND و دیگر خازن دیسک را به پین 10 و GND متصل کنید ، مانند در شکل نشان داده شده است.

توجه: خازن های دیسک قطبی نیستند و به هر نحوی می توان آنها را وارد کرد.

لازم به ذکر است که طول سیم بین خازنهای 22pF باید از نظر طول مساوی باشد و تا آنجا که ممکن است به کنترل کننده نزدیک باشد تا از برهم کنش با سایر قسمتهای مدار جلوگیری شود.

مرحله 6: افزودن LED به پین 13

اکنون LED سبز (پین دیجیتال 13 در آردوینو) را اضافه می کنیم.

یک پایه بلند LED را به ردیف زیر سیم قرمز (در سمت راست تراشه - قدرت ، یا 5 ولت) و پای کوتاه را در اولین ردیف خالی زیر میکروکنترلر وارد کنید.

این مقاومت 330 اهم به صورت سری به LED متصل شده است و میزان جریان برق را محدود می کند تا از تخریب LED ها جلوگیری شود.

مقاومت را بین پایه کوتاه LED و ردیف حاوی سیم سیاه در سمت راست تراشه (GND یا 0Volts) قرار دهید

همه پین های آنالوگ ، دیجیتالی و سایر پدهای موجود در برد معمولی آردوینو نیز در نسخه نان ورید ما موجود است. می توانید از جدول شماتیک و پین ATmega به عنوان مرجع استفاده کنید.

مرحله 7: اتصال USB به سریال

میکروکنترلر ATmega 328P-PU سه حالت ارتباطی را ارائه می دهد: یک سریال USART قابل برنامه ریزی (گیرنده و فرستنده گیرنده همزمان و ناهمزمان جهانی) ، یک پورت سریال SPI (رابط جانبی سریال) و یک رابط سریال دو سیمه. USART بایت داده ها را گرفته و بیت های فردی را به صورت متوالی منتقل می کند ، که به خطوط ارتباطی انتقال (TX) و دریافت (RX) نیاز دارد. SPI از چهار خط ارتباطی استفاده می کند: master-out slave-in (MOSI) ، master-in slave-out (MISO) و سریال سریال (SCK) با خط جداگانه slave select (SS) برای هر دستگاه. گذرگاه ارتباطی دو سیمه (TWI) I2C از دو خط سیگنال استفاده می کند: داده های سریال (SDA) و ساعت سریال (SCL).

برای اتصال برد خود به رایانه با Arduino IDE برای بارگیری طرح ، از رابط USB به سریال UART سریال مانند FT232R FTDI استفاده می کنیم.

هنگام خرید کابل FTDI مطمئن شوید که مدل 5 ولت است ، زیرا مدل 3.3 ولت به درستی کار نمی کند. این کابل (در شکل نشان داده شده) دارای یک پریز USB در یک طرف و یک سوکت با شش سیم در طرف دیگر است.

وقتی کابل را وصل می کنید ، مطمئن شوید که قسمت سوکت با سیم مشکی به پایه GND در پین هدر تخته نان متصل می شود. پس از اتصال کابل ، تغذیه مدار نیز انجام می شود ، درست مانند یک برد معمولی آردوینو.

سپس FTDI خود را با برد آردوینو خود ساخته خود متصل می کنیم. برای مرجع می توانید از جدول و شماتیک استفاده کنید.

یک خازن الکترولیتی 0.1μF بین پین DTR (Data Terminal Ready) روی USB به رابط سریال UART و میکروکنترلر Reset متصل است که میکروکنترلر را برای همگام سازی با USB به رابط سریال وصل می کند.

توجه: قسمت Oneclever این است که پین RX میکروکنترلر باید به TX USB به آداپتور سریال متصل شود و همینطور با TX یک دستگاه به RX دستگاه دیگر.

پین CTS (پاک کردن برای ارسال) روی USB به رابط سریال UART به میکروکنترلر متصل نیست.

برای بارگیری طرح به میکروکنترلر در Arduino IDE از منوی Tools ➤ Port ، پورت ارتباطی مربوطه (COM) و از منوی Tools ➤ Board ، Arduino/Genuino Uno را انتخاب کنید. این طرح در Arduino IDE کامپایل می شود و سپس با USB در رابط سریال UART روی میکروکنترلر بارگذاری می شود. هنگامی که طرح بارگیری می شود ، LED های سبز و قرمز رابط USB-to-serial UART TXD و RXD چشمک می زنند.

رابط USB به سریال UART را می توان حذف کرد و منبع تغذیه 5 ولت به میکروکنترلر متصل شد. یک LED و مقاومت 220kΩ به پین میکروکنترلر 19 ، معادل پین 13 آردوینو متصل شده اند تا طرح پلک زدن را اجرا کنند.

مرحله 8: بارگذاری طرح یا نصب بوت لودر

اگر مبدل USB به سریال ندارید-می توانید از Arduino دیگری (در مورد من Arduino UNO) برای بارگذاری یک طرح یا بوت لودر در برد خود ساخته استفاده کنید.

میکروکنترلرهای ATmega238P-PU برای بارگذاری و اجرای طرح ها از Arduino IDE به یک بوت لودر نیاز دارند. هنگامی که قدرت به میکروکنترلر اعمال می شود ، بوت لودر تعیین می کند که آیا یک طرح جدید بارگذاری می شود یا خیر ، و سپس این طرح را در حافظه میکروکنترلر بارگذاری می کند. اگر ATmega328P-PU را بدون بوت لودر دارید ، می توانید بوت لودر را با استفاده از ارتباط SPI بین دو برد بارگذاری کنید.

در اینجا نحوه بارگذاری بوت لودر در IC ATmega آمده است.

ابتدا بیایید با پیکربندی Arduino UNO به عنوان ISP شروع کنیم ، این امر به این دلیل انجام می شود که شما می خواهید Arduino UNO این طرح را در IC ATmega بارگذاری کند و نه خودش.

مرحله 1: پیکربندی Arduino UNO به عنوان ISP

تا بارگذاری زیر در حال اجرا است IC ATmega را متصل نکنید.

• آردوینو را به رایانه وصل کنید
• arduino IDE را باز کنید
• برد مناسب (Tools> Board> Arduino UNO) و COM Port (Tools> Port> COM؟) را انتخاب کنید
• > نمونه ها> ArduinoISP را باز کنید
• بارگذاری طرح

پس از آن می توانید با دنبال کردن مدار همانطور که در شکل نشان داده شده است ، برد خود را به Arduino UNO متصل کنید. در این مرحله نیازی به تغذیه برد خود ندارید زیرا آردوینو قدرت لازم را تأمین می کند.

مرحله 2: بارگذاری Sketch یا Bootloader

با اتصال همه چیز IDE را از پوشه ای که ایجاد کرده اید (کپی) را باز کنید.

• Arduino328 را از Tools> Board انتخاب کنید
• Arduino را به عنوان ISP از Tools> Programmer انتخاب کنید
• Burn Bootloader را انتخاب کنید

پس از سوختگی موفقیت آمیز ، "بوت لودر انجام شد" را دریافت می کنید.

بوت لودر در حال حاضر بر روی میکروکنترلر بارگذاری شده است که پس از تغییر پورت COM در منوی Tools ➤ Port آماده دریافت طرح است.