Узнайте, как разработать печатную плату нестандартной формы с помощью онлайн-инструментов EasyEDA: 12 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Я всегда хотел разработать собственную печатную плату, и с онлайн-инструментами и дешевым прототипом печатной платы это никогда не было проще, чем сейчас! Можно даже дешево и легко собрать компоненты для поверхностного монтажа в небольшом объеме, чтобы избавиться от сложной пайки! Я заказал 10 печатных плат со сборкой менее чем за 50 долларов США. Хотя печатные платы выполняют важную функцию, расположение компонентов является важной частью внешнего вида. Я повернул компоненты на плате, чтобы они совпадали с точками звезды.

Это руководство научит вас:

• Как нарисовать произвольную форму печатной платы в InkScape (бесплатный графический инструмент с открытым исходным кодом)
• Как использовать инструменты EasyEDA для проектирования схем и печатных плат (бесплатно и онлайн, установка не требуется!)
• Как импортировать SVG в EasyEDA для нестандартной формы печатной платы и шелкографии
• Как разработать простой программируемый микроконтроллер Arduino
• Как использовать сборку для поверхностного монтажа JLCPCB для изготовления и сборки плат

Особенности «Звезды»

• Специальная 5-конечная звездообразная печатная плата
• Анимированное освещение - 10 светодиодов на каждую сторону, двустороннее
• микроконтроллер ATMEGA328P, программируемый на arduino
• 2 кнопки для интерактивности - можно сделать простую игру
• питание от micro USB (опция)
• Сеть нескольких звезд для больших анимаций (опция) с последовательной связью

ОБНОВЛЕНО 02APR2020 после получения плат.

Запасы

См. Прикрепленный файл спецификации (ведомости материалов) и схематический PDF-файл.

См. Полную схему в приложении.

Вот ссылка на проект EasyEDA с более позднего этапа -

Шаг 1. Создайте дизайн в InkScape

Сначала давайте спроектируем форму печатной платы и любое изображение шелкографии, которое будет размещено на печатной плате.

1. Скачайте и установите inkscape
2. Создать новый документ
3. Используйте инструмент «Прямоугольник», чтобы создать прямоугольник размером 100x100 мм. JLCPCB предлагает более дешевые печатные платы под этот размер.
4. Используйте инструмент многоугольника, чтобы создать звезду, которая вписывается в прямоугольник.

5. Добавьте другие детали, например маленькая звездочка внутри контура, где я размещу светодиоды

   1. Начните с добавления фигур для одной точки звезды, например. вершина
   2. Добавьте закругленный угол (для безопасности!) С помощью кривой Безье
   3. Выделите все фигуры в этой точке и сгруппируйте их вместе.

   4. Затем мы можем скопировать и повернуть эту группу к другим точкам звезды.

      «Правка -> Клонировать -> Создать плиточные клоны»

6. Если вы скруглили углы, то нам нужно удалить точки, которые больше не нужны.

   1. Для этого я вручную нарисовал прямые линии, соединяющие кривые.
   2. Затем удалите исходную звезду

Сохраните 2 версии этого изображения

• A: шелкография - полное изображение со всеми деталями, которые будут использоваться для шелкографии.
• B: контур платы - как указано выше, но удалите все детали в центре, оставив только контур. Это определит форму печатной платы.

Сохраните. DXF версии обоих файлов.

• файл -> Сохранить как ->.dxf
• Используйте детали

Примеры вложенных файлов inkscape.svg и.dxf.

Шаг 2. Импортируйте.dxf в EasyEDA, чтобы создать произвольную форму

Этот шаг создаст новый проект в онлайн-инструменте EasyEDA и импортирует.dxf, чтобы задать форму печатной платы и шелкографии. EasyEDA - это бесплатный онлайн-редактор схем и плат. Я выбрал его, так как это было проще, чем загружать и устанавливать один из множества доступных инструментов. Кажется, он отлично подходит для моих нужд и хорошо интегрируется с JLCPCB для прототипов печатных плат и деталей LCSC.

Создать проект и печатную плату

1. Посетите https://easyeda.com/ и создайте бесплатную учетную запись.

2. Создайте новый проект в своем рабочем пространстве

   Файл сохранить схему

3. Щелкните правой кнопкой мыши имя проекта и выберите «New PCB».

   1. ОК по умолчанию (100x100 мм)
   2. Примечание - мы можем вернуться и отредактировать схему позже и добавить компоненты

4. Импортировать контур платы

   1. Файл -> импортировать DXF
   2. Выберите файл схемы платы.dxf в inkscape
   3. Убедитесь, что Layer установлен на BoardOutLine.
   4. Нажмите "Импорт".
   5. Поместите его в существующий прямоугольник 100x100
   6. Удалите прямоугольник, новая форма звезды - BoardOutLine.
   7. Убедитесь, что он находится на розовом слое BoardOutLine, если нет, выберите его и измените слой на панели вверху справа.

5. Импортируйте изображение шелкографии

   1. Файл -> импортировать DXF
   2. Выберите файл шелкографии.dxf в inkscape
   3. Убедитесь, что для слоя установлено значение «TopSilkLayer».
   4. Нажмите "Импорт".
   5. Поместите его поверх контура платы (увеличьте масштаб с помощью колеса мыши для точности)

6. Проверьте результаты, предварительно просмотрев 3D-превью

   Щелкните значок «камера» и выберите «3D-вид»

Следующий шаг - добавляем компоненты:)

Шаг 3: спланируйте компоненты, которые вы будете использовать, включая сборку SMD

Теперь, когда у нас есть нестандартная форма, мы можем начать добавлять компоненты.

Вы можете просто разместить компоненты прямо в редакторе плат, но лучше добавить их в схематический вид, а затем нажать «Обновить плату», чтобы добавить их на плату.

Примечание. Чтобы воспользоваться услугами по сборке печатных плат, предлагаемыми JLCPCB (https://jlcpcb.com/smt-assembly), важно использовать компоненты из определенного списка, который у них есть.

• Загрузите список запчастей XLS

  • В настоящее время -
  • Ссылка на:

Выбор деталей:

• база

  Самый дешевый вариант - использовать детали из их «базового» списка, поскольку они уже загружены на их машины для захвата и размещения

• продлевать

  Существуют дополнительные «расширенные» части, но за каждую из них взимается дополнительная плата. например светодиоды и ATMEG328P, которые я использую в этом проекте, являются расширенными, однако все дискретные резисторы, конденсаторы и керамический резонатор являются стандартными деталями

• другое - вручную добавлено на доску позже

  Я решил добавить разъем USB, кнопки и программный заголовок вручную

Прикрепленное изображение представляет собой снимок экрана подмножества частей, которые я использовал в проекте. Я добавил столбец «MyProject», чтобы помочь мне отфильтровать компоненты, которые мне интересны. Я выбрал в основном 0805 посадочных мест, чтобы упростить пайку. Кристаллический / керамический резонатор сложно припаять вручную.

Номер детали LCSC, например C14877, можно использовать непосредственно в редакторе схем (и плат).

Сводка спецификации

• C84258. - холодный белый светодиод, очень яркий (даже с двумя светодиодами, использующими резистор 150R на 5 В) и красивый диффузор.
• C7171 - развязывающая крышка 10 мкФ x2
• C17444 - резистор 12K для подтягивания вывода RESET x1
• C17471 - резистор 150R последовательно со светодиодами x10
• C21120 - 2 развязки 220 нФ
• C13738 - керамический резонатор 16 МГц со встроенными колпачками
• C14877 - микроконтроллер ATMEGA328P

Шаг 4: Создайте схему, сделайте ее программируемой на Arduino

В основе этого дизайна лежит ATMEGA328P, который используется во многих Arduinos, включая Uno, Nano и Pro Mini. Это означает, что можно использовать IDE Arduino для написания кода и программирования платы.

Я разработал эту плату, чтобы использовать минимальное количество компонентов, чтобы снизить стоимость и сохранить простоту платы, но при этом ее можно программировать через заголовок ISP «In System Programming», как если бы это была Arduino Nano.

Разберитесь в распиновке

См. Схему распиновки, прикрепленную к https://github.com/MCUdude/MiniCore, чтобы увидеть, как физические контакты MCU сопоставляются с именами контактов Arduino. например физический вывод 1 микроконтроллера (вверху слева) также является выводом 3 Arduino (обозначен D3 на нано), управляемым PD3 внутри микроконтроллера. С точки зрения IDE Arduino вам нужно знать только контакт Arduino «3».

Минимальные компоненты для имитации нано:

• ATMEGA328P
• Конденсаторы развязки для сглаживания электропитания

• Заголовок ISP 'In System Programming' вместо USB-программирования

  • 6-контактный разъем, который можно запрограммировать с другого Arduino с помощью образа программиста ISP
  • Примечание - программирование USB / последовательного порта невозможно без преобразователя USB в последовательный порт.
• См.

• Керамический резонатор 16 МГц

  • Это необходимо, если вы имитируете Nano, так как это всегда внешний резонатор 5 В и 16 МГц.
  • Обратите внимание, что большинству 3- или 4-контактных резонаторов не нужны отдельные конденсаторы, которые требуются кристаллу.

Альтернативный, еще более минимальный набор компонентов с MiniCore

Если вы не хотите или у вас нет кристалла или резонатора, вы можете использовать внутренний осциаллятор 8 МГц в ATMEGA328P. Чтобы включить это, вам необходимо загрузить другой загрузчик, например загрузчик MiniCore, дополнительную информацию см. на GitHub.

https://github.com/MCUdude/MiniCore

Теперь приступим к добавлению компонентов:

• Щелкните правой кнопкой мыши "разместить компонент"
• В поле поиска введите номер детали из электронной таблицы / LCSC, например. C14877 для ATMEGA328P-AU
• Поместите это на схему

• Повторите то же самое для остальных компонентов - колпачков, резисторов, светодиодов.

  сначала по одному из каждого компонента, затем скопируйте и вставьте их вокруг дизайна по мере необходимости

Шаг 5: Добавьте эти компоненты к печатной плате с помощью «Обновить печатную плату»

Одной из замечательных функций онлайн-редактора EasyEDA является возможность вносить изменения в схему, а затем обновлять плату.

• В редакторе схем нажмите "Сохранить файл".

• Затем нажмите кнопку «Обновить плату» на панели инструментов.

  • Всплывает окно, чтобы рассказать, что изменилось
  • 'Применить изменения'
• Новые компоненты теперь размещены в правом нижнем углу.

• Переместите их туда, где вы хотите

  • нажмите пробел, чтобы повернуть на 90 градусов
  • Используйте колесо мыши для масштабирования

• Обратите внимание на «крысиные линии», которые показывают, где необходимо соединить компоненты.

  используйте вращение компонентов, чтобы упростить электромонтаж

• Чтобы разместить компоненты на нижней стороне, щелкните компонент и в правом верхнем углу измените TopLayer на Bottom Layer.

Шаг 6: Разместите компоненты на печатной плате

Теперь подключите компоненты, как показано линиями ratlines.

• Используйте кнопку "трек" на панели инструментов.
• Щелкните один компонент, затем следующий
• Используйте переходные отверстия для соединения между слоями

• Добавьте заземляющую пластину по всему верхнему слою для автоматического подключения всех заземляющих контактов.

  • Используйте кнопку «Медная область», чтобы нарисовать прямоугольник, покрывающий всю плату. Инструмент автоматически заполнит нужную область и по умолчанию подключится к сети GND.
  • Добавьте еще одну плоскость на нижнем слое для VCC.
• Откройте 3D-вид, чтобы проверить свой прогресс

Я решил, что маршрут будет очень прямым и аккуратным. Я посмотрел на компоновку печатной платы, чтобы выбрать, какой вывод микроконтроллера подключать к каждому светодиоду, чтобы упростить разводку и сделать ее частью процесса проектирования.

Легко вернуться к программе просмотра схем и добавить имя цепи к выводу, например Вывод 23 U1 подключается к сети LED4. Поместите такую же сетевую метку на светодиод, обновите печатную плату и проложите дорожку.

** Вот ссылка на проект на сайте EasyEDA:

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

Шаг 7: добавьте больше компонентов, пока дизайн не будет завершен, при необходимости поверните

Продолжайте добавлять светодиоды, кнопки и т. Д.

Вы можете настраивать поворот каждого компонента, например для пятиконечной звезды каждая точка находится на расстоянии 72 градуса друг от друга. Чтобы получить правильные углы для светодиодов и других компонентов, введите 72 в поле вращения и нажмите пробел, чтобы повернуть на 90 градусов за раз, пока не получите желаемый результат. Иногда вам нужны другие углы, относящиеся к 72, например. 90 - 72 = 18. Или 2x 18 = 36. С 18/36/72 и поворотом на 90 градусов вы можете выровнять по всем большим осям звезды.

См. Прилагаемый PDF-файл с полной схемой [обратите внимание, что это немного отличается от предыдущих снимков экрана, но те же принципы]

Шаг 8: Закажите печатную плату и, при желании, добавьте SMD-сборку

После того, как вы завершили дизайн, проверили его и убедились, что нет ошибок, продолжайте создавать файлы Gerber. Вам будет предложено выполнить проверку правил проектирования (DRC). Убедитесь, что нет ошибок, и сохраните файлы Gerber для изготовления или откройте JLCPCB прямо из редактора.

Если вы хотите использовать услуги производства SMD, также сохраните спецификацию (спецификацию материалов) и выберите и поместите файл (это сообщит машинам, где разместить ваши компоненты)

Пройдите процесс заказа и дважды проверьте ориентацию любых поляризованных компонентов, таких как светодиоды, конденсаторы, резонаторы и сам микроконтроллер!

Для 10 собранных плат (без USB-разъема и разъема для программирования) у меня была стоимость доставки около 35 фунтов стерлингов (около 45 долларов США в зависимости от обменного курса).

Следите за обновлениями по электронной почте, отслеживайте свою доску и создавайте ее через веб-сайт JLCPCB.

Шаг 9: Прототип программного обеспечения (прикрепленный файл.ino)

В ожидании прибытия плат самое время приступить к написанию софта:)

Я поместил Arduino Nano на макетную плату и подключил светодиоды в том же месте и те же соединения, чтобы имитировать печатную плату. После этого можно будет загрузить это же программное обеспечение непосредственно на печатную плату, хотя и с помощью программатора Arduino ISP.

В коде используются массивы, чтобы упростить программирование. Я также импортировал библиотеку FastLED.h, так как в ней есть несколько полезных вспомогательных функций, таких как sin8 ()

Вот некоторые основные моменты:

Этот массив отображает контакты Arduino на LED1 до 10. LED1 подключен к эквиваленту Arduino A2, а LED10 подключен к D4.

• // создаем массив имен физических контактов, подключенных к LED1, LED2 и т. д. к LED10
• const byte ledpins = {A2, A3, A1, A0, 9, 10, 6, 5, 3, 4};

Основной цикл - это простая программная процедура PWM, которая проверяет pwm_now на соответствие текущему значению led_brightness.

В настоящее время это тестовый код для экспериментов с несколькими образцами освещения.

Шаг 10: Распакуйте и полюбуйтесь своими новыми печатными платами! Дополнительно - дополнительные детали для пайки

Наслаждайтесь распаковкой и восхищайтесь вашей собственной нестандартной печатной платой:)

При сборке SMD у меня были припаяны все важные компоненты с одной стороны, чтобы получить работающее устройство.

По желанию - припаять дополнительные компоненты:

• Разъем Micro-USB для питания (без программирования)
• Кнопки - сделать интерактивным
• Светодиоды на обратной стороне - сделайте двусторонней!

Шаг 11: запрограммируйте плату с помощью программатора ArduinoISP

Это самое интересное. Загрузка загрузчика Arduino и кода на печатную плату!

Через пару дней после написания этой инструкции пришли платы! Платы 10x, все фантастически хорошо сделаны, компоненты аккуратно припаяны, и все работает отлично.

Подключите запасной Arduino как программист ArduinoISP

Я использую Arduino Nano на небольшой макетной плате, подключенной как программатор ArduioISP. Это означает, что он подключается от IDE через USB к nano, который затем подключается к целевому устройству через 6-контактный разъем для программирования.

Распиновка такая же, как у разъема nano IP, в основном просто MISO / MOSI / RST / SCK / 5V / GND.

См. Эту ссылку для получения более подробной информации:

1 - MISO

2 - + 5В

3 - SCK

4 - MOSI

5 - RST => управляемый от Pin 10 Arduino nano

6 - GND

Загрузите скетч ArduinoISP в программатор

• Примеры -> 11. ArduinoISP -> ArduinoISP
• Примечание - при загрузке этого изображения в программатор необходимо удалить конденсатор между контактами RST и GND. Верните это перед использованием программатора.

Загрузите загрузку и код на целевую плату

• Подключите программатор к цели с помощью 6-контактного разъема.

  Вы можете просто прикрепить 6-контактный разъем к печатной плате без пайки, удерживая его под углом, чтобы он имел хороший контакт

• Если на плате установлен керамический резонатор с частотой 16 МГц, и вы счастливы сопоставить распиновку так, чтобы она соответствовала Arduino nano, просто запрограммируйте плату как Arduino nano, но со следующими настройками:

  • Плата: «Arduino Nano»
  • Процессор: «ATmega328P»
  • Программист: "Arduino как интернет-провайдер"

• Загрузите загрузчик

  Это устанавливает предохранители в микроконтроллере для включения внешнего кварцевого резонатора или резонатора с частотой 16 МГц. Если у вас его нет, используйте альтернативный загрузчик, например minicore

• Загрузите свой код

  Важно - поскольку мы загружаем код с помощью программатора, вам нужно нажать SHIFT при нажатии кнопки UPLOAD (=>). Это изменяет программирование с обычной «загрузки» через последовательный порт на использование «загрузки с помощью программиста» на контакты ISP

Если все вышеперечисленное было успешным, то теперь у вас должно быть много мигающих светодиодов!:

Шаг 12: Наслаждайтесь своим проектом

Надеюсь, вы нашли это руководство полезным. Я провел много часов, экспериментируя с этими инструментами, чтобы сделать интересные печатные платы, и нашел интерактивные инструменты очень удобными.

Эта конкретная конструкция относительно проста с точки зрения схемы, но интересна с точки зрения физической схемы. Это также станет отличным украшением для новогодних праздников!

Второй приз в конкурсе PCB Design Challenge