Создание PSLab самому себе: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Напряженный день в лаборатории электроники, а?

Были ли у вас проблемы с цепями? Для отладки вы знали, что вам нужен мультиметр, или осциллограф, или генератор волн, или внешний точный источник питания, или, скажем, логический анализатор. Но это хобби-проект, и вы не хотите тратить сотни долларов на такие дорогие инструменты. Не говоря уже о том, что весь набор выше занимает много места. У вас может получиться мультиметр стоимостью 20-30 долларов, но он не очень хорошо справляется с отладкой схемы.

Что, если я скажу, что есть аппаратное устройство с открытым исходным кодом, которое обеспечивает все эти функции осциллографа, мультиметра, логического анализатора, генератора волн и источника питания, и оно не будет стоить вам сотен долларов и не пойдет. взять целую таблицу для заполнения. Это устройство PSLab от организации с открытым исходным кодом FOSSASIA. Вы можете найти официальный сайт по адресу https://pslab.io/ и репозитории с открытым исходным кодом по следующим ссылкам;

• Схема оборудования:
• Прошивка MPLab:
• Настольное приложение:
• Приложение для Android:
• Библиотеки Python:

Я поддерживаю репозитории оборудования и прошивки, и если у вас есть какие-либо вопросы при использовании устройства или любых других связанных вещей, не стесняйтесь спрашивать меня.

Что нам дает PSLab?

Это компактное устройство в форм-факторе Arduino Mega обладает массой функций. Прежде чем мы начнем, он выполнен в форм-факторе Mega, так что вы можете без проблем поместить его в свой необычный корпус Arduino Mega. Теперь давайте посмотрим на спецификации (извлеченные из исходного аппаратного репозитория);

• 4-канальный осциллограф до 2 MSPS. Программно выбираемые каскады усиления
• 12-битный вольтметр с программируемым усилением. Диапазон входного сигнала от +/- 10 мВ до +/- 16 В
• 3x 12-битных программируемых источника напряжения +/- 3,3 В, +/- 5 В, 0-3 В
• 12-битный программируемый источник тока. 0-3,3 мА
• 4-канальный, 4 МГц, логический анализатор
• 2x генератора синусоидальных / треугольных волн. От 5 Гц до 5 кГц. Ручное управление амплитудой для SI1
• 4 генератора ШИМ. Разрешение 15 нСм. До 8 МГц
• Измерение емкости. Диапазон пФ до мкФ
• Шины данных I2C, SPI, UART для модулей Accel / гироскопов / влажности / температуры

Теперь, когда мы знаем, что это за устройство, давайте посмотрим, как его построить.

Шаг 1: Начнем со схем

Оборудование с открытым исходным кодом идет с программным обеспечением с открытым исходным кодом:)

По возможности, этот проект находится в открытых форматах. У этого есть много преимуществ. Любой желающий может бесплатно установить программу и попробовать ее. Не у всех есть финансовые возможности покупать проприетарное программное обеспечение, поэтому это позволяет выполнять работу. Итак, схемы были созданы с помощью KiCAD. Вы можете использовать любое программное обеспечение, которое вам нравится; просто установите правильные соединения. Репозиторий GitHub содержит все исходные файлы для схем по адресу https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m…, и если вы собираетесь использовать KiCAD, мы можем сразу же клонировать репозиторий и получить исходный код. себе, набрав следующую команду в окне терминала Linux.

$ git clone

Или, если вы не знакомы с консольными командами, просто вставьте эту ссылку в браузер, и он загрузит zip-файл, содержащий все ресурсы. PDF-версию файлов схемы можно найти ниже.

Схема может показаться немного сложной, поскольку она содержит множество микросхем, резисторов и конденсаторов. Я проведу вас через то, что здесь.

В центре первой страницы находится микроконтроллер PIC. Это мозг устройства. Он подключен к нескольким операционным усилителям, кристаллу и нескольким резисторам и конденсаторам для считывания электрических сигналов с контактов ввода / вывода. Подключение к ПК или мобильному телефону осуществляется через мост UART, который представляет собой микросхему MCP2200. Он также имеет отверстие для подключения микросхемы ESP8266-12E на задней панели устройства. Схема также будет иметь удвоитель напряжения и интегральные схемы инвертора напряжения, поскольку устройство может поддерживать каналы осциллографа, которые могут повышаться до +/- 16 В.

Как только схема будет готова, следующим шагом будет создание настоящей печатной платы …

Шаг 2: преобразование схемы в макет

Хорошо, да, это беспорядок, правда? Это потому, что сотни мелких компонентов размещены на маленькой плате, в частности, на одной стороне маленькой платы размером с Arduino Mega. Эта доска четырехслойная. Такое количество слоев использовалось для лучшей целостности дорожки.

Размеры платы должны быть точными, как у Arduino Mega, и разъемы для контактов расположены в тех же местах, где находятся контакты Mega. Посередине расположены контактные разъемы для подключения программатора и модуля Bluetooth. Есть четыре контрольных точки вверху и четыре внизу, чтобы проверить, достигаются ли правильные уровни сигнала при правильных соединениях.

После того, как все посадочные места импортированы, первым делом поместите микроконтроллер в центр. Затем поместите резисторы и конденсаторы, которые напрямую подключены к микроконтроллеру, вокруг основной ИС, а затем продвигайтесь, пока не будет установлен последний компонент. Лучше иметь грубую трассировку перед фактической трассировкой. Здесь я потратил больше времени на аккуратную расстановку компонентов с правильным интервалом.

В качестве следующего шага давайте взглянем на наиболее важную спецификацию материалов.

Шаг 3: заказ печатной платы и ведомости материалов

Прилагаю ведомость материалов. Он в основном содержит следующий контент;

1. PIC24EP256GP204 - Микроконтроллер
2. MCP2200 - мост UART
3. TL082 - операционные усилители
4. LM324 - операционные усилители
5. MCP6S21 - Операционный усилитель с регулируемым усилением
6. MCP4728 - Цифро-аналоговый преобразователь
7. TC1240A - Инвертор напряжения
8. TL7660 - удвоитель напряжения
9. Резисторы, конденсаторы и индукторы размера 0603
10. Кристаллы SMD 12 МГц

При размещении заказа на печатную плату убедитесь, что выполнены следующие настройки

• Размеры: 55 мм x 99 мм
• Слои: 4
• Материал: FR4
• Толщина: 1,6 мм
• Минимальное расстояние между гусеницами: 6 мил
• Минимальный размер отверстия: 0,3 мм

Шаг 4: Начнем со сборки

Когда печатная плата готова и компоненты доставлены, можно приступать к сборке. Для этого лучше иметь трафарет, чтобы процесс был проще. Сначала разместите трафарет по контактным площадкам и нанесите паяльную пасту. Затем приступайте к размещению компонентов. На видео здесь показана замедленная версия того, как я размещаю компоненты.

После того, как каждый компонент размещен, повторно припаяйте его с помощью паяльной станции для поверхностного монтажа. Следите за тем, чтобы не нагревать плату слишком сильно, так как компоненты могут выйти из строя из-за сильного нагрева. Также не останавливайтесь и делайте много раз. Сделайте это одним движением, так как если компоненты остынут, а затем нагреются, это нарушит структурную целостность как компонентов, так и самой печатной платы.

Шаг 5: Загрузите прошивку

После завершения сборки следующим шагом будет запись прошивки на микроконтроллер. Для этого нам понадобятся;

• PICKit3 Programmer - для загрузки прошивки
• 6 перемычек между мужчинами и женщинами - для подключения программатора к устройству PSLab.
• Кабель USB Mini B - для подключения программатора к ПК.
• USB-кабель типа Micro B - для подключения и включения PSLab с ПК

Прошивка разработана с использованием MPLab IDE. Первый шаг - подключить программатор PICKit3 к программному заголовку PSLab. Совместите вывод MCLR как в программаторе, так и в устройстве, и остальные контакты будут размещены правильно.

Сам программист не может включить устройство PSLab, так как он не может обеспечить большую мощность. Итак, нам нужно включить устройство PSLab с помощью внешнего источника. Подключите устройство PSLab к компьютеру с помощью кабеля типа Micro B, а затем подключите программатор к тому же компьютеру.

Откройте MPLab IDE и нажмите «Сделать и запрограммировать устройство» в строке меню. Откроется окно для выбора программиста. Выберите в меню «PICKit3» и нажмите OK. Начнется запись прошивки на устройство. Следите за сообщениями, которые печатаются на консоли. Он скажет, что обнаружил PIC24EP256GP204, и, наконец, программирование завершено.

Шаг 6: Включите питание и готово

Если прошивка сгорит правильно, загорится зеленый светодиод, что указывает на успешный цикл загрузки. Теперь мы готовы использовать устройство PSLab для проведения всевозможных испытаний электронных схем, проведения экспериментов и т. Д.

На изображениях показано, как выглядят настольное приложение и приложение для Android.