Золотая плата Arduino: 12 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Цель

Цель этой платы - иметь ту же функциональность, что и Arduino Uno, но с улучшенными конструктивными особенностями. Он будет включать конструктивные особенности для снижения шума, такие как улучшенная разводка и развязка конденсаторов. Мы сохраним стандартную распиновку платы Arduino, чтобы она была совместима с экранами; однако ряд возвратных контактов будет добавлен за пределами этого посадочного места, чтобы улучшить компоновку платы за счет уменьшения перекрестных помех для сигналов, исходящих от платы. Кроме того, для системных часов вместо резонатора будет использоваться кристалл 16 МГц, чтобы повысить точность и стабильность тактовой частоты.

Бюджет мощности

Входная мощность будет такой же, как и для питания Arduino Uno. Рекомендуемый диапазон входного напряжения от 7 до 12 вольт. При подаче напряжения менее 7 В на выходной вывод 5 В может подаваться напряжение менее пяти вольт, и плата может работать нестабильно. При использовании напряжения более 12 В регулятор напряжения может перегреться и повредить плату. Atmega 328 будет использовать 5 В вместо 3,3 В для максимальной тактовой частоты.

Управление рисками Потенциальные риски:

Получение неисправных компонентов - это потенциальный риск, который можно снизить, заказав дополнительные принадлежности.

Неправильная ориентация микросхем IC, таких как Atmega 328, может привести к неправильному подключению к контактам. Мы проверим правильность ориентации перед тем, как паять его.

Механические нагрузки на выходные контакты могут нарушить соединения. Мы будем использовать сквозные крепления, чтобы этого не произошло.

При пайке возможно образование холодных паяных соединений. Мы можем смягчить это, проверяя каждое соединение после того, как соединение сформировано.

Определить, где находятся части на плате, может быть сложно.

Включение идентификации шелкографии упростит это.

План воспитания:

Переключатели будут размещены, чтобы изолировать подсхемы платы и позволить нам собирать и тестировать части платы по одной за раз и убедиться, что каждая часть работает правильно, прежде чем двигаться дальше и собирать остальную часть кабана.

Шаг 1: Схема

Схема была создана путем ссылки на схему Arduino Uno с открытым исходным кодом и корректировки для улучшения целостности сигнала.

Шаг 2: компоновка печатной платы

Шаг 3: Сборка

Мы начали сборку печатной платы с разделительными конденсаторами и предохранителями.

Затем мы спаяли микросхемы питания и микросхему диода ESD. Микросхему защиты от электростатического разряда было трудно припаять из-за небольшого размера микросхемы и небольших контактных площадок, но мы успешно завершили сборку.

Мы столкнулись с проблемой, когда наша плата не сбрасывалась, но это было из-за того, что наша кнопка плохо контактировала. После нажатия кнопки с некоторым усилием она вернулась в рабочее состояние и работала в обычном режиме.

Шаг 4: Коммутационный шум: контакт 9

Вот два изображения, на которых сравниваются шумы переключения от контактов 9-13. Зеленые снимки прицела представляют собой коммерческую доску, желтые снимки прицела представляют нашу внутреннюю доску, а синие сигналы представляют собой триггерные сигналы для получения чистого, последовательного прицела.

Маркировку на снимках прицела трудно увидеть, но на коммерческой плате (зеленый) пиковый шум переключения составляет около четырех вольт. Наша внутренняя плата имеет коммутационный шум около двух вольт. Это 50% снижение коммутационного шума на выводе 9.

Шаг 5: Коммутационный шум: контакт 10

На выводе 10 шум переключения на коммерческой плате превышает четыре вольта. Напряжение от пика до пика составляет примерно 4,2 вольта. На нашей домашней плате шум переключения составляет чуть более двух вольт от пика к пику. Это примерно на 50% снижение шума переключения.

Шаг 6: Коммутационный шум: контакт 11

На выводе 11 коммерческой платы шум переключения с высокого на низкий составляет около 800 мВ, а шум переключения с низкого на высокий составляет около 900 мВ. На нашей внутренней плате шум переключения с высокого на низкий составляет около 800 мВ, а наш шум переключения с низкого на высокий составляет примерно 200 мВ. Мы резко снизили шум переключения с низкого на высокий, но не повлияли на шум переключения с высокого на низкий.

Шаг 7: Коммутационный шум: контакт 12

На контакте 12 мы использовали переключающий ввод-вывод для запуска выстрелов прицела как на коммерческой плате, так и на внутренней плате. В коммерческой плате шум переключения составляет около 700 мВ от пика до пика, а на внутренней плате пик до пика составляет 150 мВ. Это примерно на 20% меньше шума переключения.

Шаг 8: Коммутационный шум: контакт 13

На контакте 13 коммерческая плата показывает шум переключения в четыре вольта от пика до пика, а наша внутренняя плата практически не показывает шума переключения. Это огромная разница и повод для празднования

Шаг 9: Создание новой платы со специальными функциями с использованием нашего улучшенного дизайна

Целью этой платы является расширение нашей платы Golden Arduino с улучшенными конструктивными особенностями и добавленными компонентами, такими как светодиоды, меняющие цвет, и датчик сердцебиения. Он будет включать в себя конструктивные особенности для снижения шума, такие как улучшенная маршрутизация, использование 2 дополнительных слоев печатной платы, чтобы сделать ее 4-слойной платой, и разделительные конденсаторы вокруг шин питания и коммутации ввода / вывода. Чтобы создать датчик сердцебиения, мы будем использовать фотодиод, расположенный между двумя светодиодами, который будет измерять свет, отраженный от крови в пальце, который находится над датчиком сердцебиения. Кроме того, мы добавим индивидуально адресуемые светодиоды, которые управляются через I2C.

Входная мощность будет такой же, как и для питания Arduino Uno. Рекомендуемый диапазон входного напряжения от 7 до 12 вольт. При подаче напряжения менее 7 В на выходной вывод 5 В может подаваться напряжение менее пяти вольт, и плата может работать нестабильно. При использовании напряжения более 12 В регулятор напряжения может перегреться и повредить плату. Atmega 328 будет использовать 5 В вместо 3,3 В для максимальной тактовой частоты.

Шаг 10: Схема

Шаг 11: макет платы

Заливка слоя питания и Заливка слоя грунта Скрыты, чтобы увидеть следы. Когда эта плата была сконструирована, след USB на самом деле был случайно ориентирован в обратном направлении. Его следует перевернуть, чтобы кабель мог правильно подключиться.

Шаг 12: Сборка

Фотографии не делались на каждом этапе, но на фото ниже показан окончательный вид доски. Контакты заголовка не добавлялись, поскольку основная функция этой платы - добавление светодиодов и АЦП. Порт USB должен быть обращен в противоположную сторону, чтобы кабель не проходил через плату.