Bygg mig själv en PSLab: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Upptagen dag på elektroniklabben va?

Har du någonsin haft några problem med dina kretsar? För att felsöka visste du att du ville ha en multimeter eller ett oscilloskop eller en våggenerator eller en extern exakt strömkälla eller säga en logisk analysator. Men det är ett hobbyprojekt och du vill inte lägga hundratals dollar på dyra verktyg som det. För att inte tala om att hela uppsättningen ovan tar mycket plats att behålla. Du kan sluta med en multimeter värd 20-30 dollar men det gör inte riktigt ett bra jobb med att felsöka kretsen.

Vad händer om jag säger, det finns en hårdvara med öppen källkod som ger alla funktioner i ett oscilloskop, en multimätare, en logisk analysator, en våggenerator och en strömkälla och det kommer inte att kosta dig hundratals dollar och inte gå att ta ett helt bord att fylla. Det är PSLab -enheten från FOSSASIA open source -organisation. Du hittar den officiella webbplatsen på https://pslab.io/ och lagren med öppen källkod från följande länkar;

• Hårdvaruscheman:
• MPLab Firmware:
• Skrivbordsapp:
• Android-app:
• Python Libraries:

Jag underhåller hårdvaru- och fastvarelagren och om du har några frågor när du använder enheten eller andra relaterade saker, fråga mig gärna.

Vad ger PSLab oss?

Denna kompakta enhet med formfaktorn för en Arduino Mega har massor av funktioner. Innan vi börjar är den tillverkad i Mega -formfaktor så att du kan lägga detta i ditt snygga Arduino Mega -hölje utan problem. Låt oss nu titta på specifikationerna (extraherade från det ursprungliga hårdvaruförvaret);

• 4-kanals upp till 2 MSPS oscilloskop. Valbara förstärkningssteg för programvara
• 12-bitars voltmeter med programmerbar förstärkning. Ingången sträcker sig från +/- 10 mV till +/- 16 V
• 3x 12-bitars programmerbara spänningskällor +/- 3,3 V, +/- 5V, 0-3 V
• 12-bitars programmerbar strömkälla. 0-3,3 mA
• 4-kanals, 4 MHz, logisk analysator
• 2x sinus/triangulära våggeneratorer. 5 Hz till 5 KHz. Manuell amplitudkontroll för SI1
• 4x PWM -generatorer. 15 nS upplösning. Upp till 8 MHz
• Kapacitansmätning. pF till uF -intervall
• I2C, SPI, UART databussar för Accel/gyros/fukt/temperatur moduler

Nu när vi vet vad den här enheten är, låt oss se hur vi kan bygga en..

Steg 1: Låt oss börja med schemat

Öppen källkodsmaskinvara går med programvara med öppen källkod:)

Detta projekt är i öppna format där det är möjligt. Detta har många fördelar. Vem som helst kan installera programvaran gratis och testa. Inte alla har ekonomisk styrka att köpa egenutvecklad programvara så det gör det möjligt att fortfarande få jobbet gjort. Så schemat gjordes med KiCAD. Du är fri att använda vilken programvara du vill; få rätt anslutningar. GitHub-förvaret innehåller alla källfiler för scheman på https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m… och om du ska gå med KiCAD kan vi genast klona förvaret och få källan för oss själva genom att skriva följande kommando i ett Linux -terminalfönster.

$ git-klon

Eller om du inte är bekant med konsolkommandon klistrar du bara in den här länken i en webbläsare och den laddar ner zip -filen som innehåller alla resurser. PDF -versionen av schematiska filer finns nedan.

Schemat kan se lite komplicerat ut eftersom det innehåller många IC: er, motstånd och kondensatorer. Jag leder dig igenom vad som finns här.

I mitten av den första sidan innehåller den en PIC-mikrokontroller. Det är enhetens hjärna. Den är ansluten med flera OpAmps, en Crystal och några motstånd och kondensatorer för att känna elektriska signaler från I/O -stift. Anslutning till en PC eller en mobiltelefon sker via en UART -bro som är MCP2200 IC. Den har också en brytningsöppning för ett ESP8266-12E-chip på baksidan av enheten. Schematik kommer också att ha en spänningsdubblare och en spänningsomvandlare IC: er eftersom enheten kan stödja oscilloskopskanaler som kan gå upp till +/- 16 V

När schemat är klart är nästa steg att bygga upp det riktiga kretskortet …

Steg 2: Konvertera schemat till en layout

OK ja, det här är en röra? Det beror på att hundratals små komponenter är placerade i en liten bräda, specifikt på ena sidan av en liten bräda av en storlek på en Arduino Mega. Denna bräda är en fyra lager. Dessa många lager användes för att få bättre spårintegritet.

Bräddimensionerna är exakta eftersom Arduino Mega och stifthuvudena är placerade på samma platser där Mega har sina stift. I mitten finns stifthuvuden för att ansluta programmeraren och en Bluetooth -modul. Det finns fyra testpunkter på toppen och fyra på undersidan för att kontrollera om de korrekta signalnivåerna når korrekta anslutningar.

När alla fotavtryck har importerats är det första att placera mikrokontrollen i mitten. Placera sedan motstånden och kondensatorerna som är direkt anslutna med mikrokontrollern runt huvud-IC och fortsätt sedan tills den sista komponenten är placerad. Det är bättre att ha en grov routing före själva routningen. Här har jag investerat mer tid på att ordentligt ordna komponenterna med rätt avstånd.

Som nästa steg ska vi titta på det viktigaste materialet.

Steg 3: Beställa kretskortet och materialförteckningen

Jag har bifogat räkningen. Den innehåller i princip följande innehåll;

1. PIC24EP256GP204 - Mikrokontroller
2. MCP2200 - UART -bro
3. TL082 - OpAmps
4. LM324 - OpAmps
5. MCP6S21 - Förstärkningsstyrd OpAmp
6. MCP4728 - Digital till analog omvandlare
7. TC1240A - Spänningsomvandlare
8. TL7660 - Spänningsdubblare
9. 0603 storlek motstånd, kondensatorer och induktorer
10. 12MHz SMD -kristaller

När du beställer kretskortet, se till att ha följande inställningar

• Mått: 55 mm x 99 mm
• Lager: 4
• Material: FR4
• Tjocklek: 1,6 mm
• Minsta spåravstånd: 6mil
• Minsta hålstorlek: 0,3 mm

Steg 4: Låt oss börja med församlingen

När kretskortet är klart och komponenterna har kommit kan vi börja med montering. För detta ändamål har vi bättre en stencil så att processen blir enklare. Placera först schablonen i linje med kuddar och applicera lödpastan. Börja sedan placera komponenter. Videon här visar en förfluten version av mig som placerar komponenter.

När varje komponent är placerad, flödar du om den med en SMD-omarbetningsstation. Var noga med att inte värma upp brädan för mycket eftersom komponenterna kan misslyckas inför intensiv värme. Stanna inte heller och gör många gånger. Gör det i ett svep som att låta komponenterna bli kalla och sedan värma upp kommer att misslyckas strukturella integriteten för både komponenterna och själva kretskortet.

Steg 5: Ladda upp firmware

När monteringen är klar är nästa steg att bränna fast programvara på mikrokontrollen. För detta behöver vi;

• PICKit3 Programmer - För att ladda upp firmware
• Manliga till manliga bygelkablar x 6 - För att ansluta programmeraren med PSLab -enhet
• USB Mini B -kabel - För att ansluta programmerare till PC
• USB Micro B -kabel - För att ansluta och slå på PSLab med PC

Firmware utvecklas med MPLab IDE. Första steget är att ansluta PICKit3 -programmeraren till PSLab -programmeringsrubriken. Rikta in MCLR -stiftet i både programmeraren och enheten och resten av stiften kommer att placeras korrekt.

Programmeraren själv kan inte slå på PSLab -enheten eftersom den inte kan ge mycket ström. Så vi måste slå på PSLab -enheten med en extern källa. Anslut PSLab -enheten till en dator med kabel av Micro B -typ och anslut sedan programmeraren till samma dator.

Öppna MPLab IDE och klicka på "Gör och programmera enhet" från menyraden. Det öppnar ett fönster för att välja en programmerare. Välj "PICKit3" från menyn och tryck på OK. Det kommer att börja bränna firmware till enheten. Se upp för att meddelanden skrivs ut på konsolen. Det kommer att säga att det upptäcker PIC24EP256GP204 och slutligen är programmeringen klar.

Steg 6: Slå på och redo att gå !

Om den fasta programvaran brinner korrekt tänds den gröna lysdioden som indikerar en lyckad startcykel. Nu är vi redo att använda PSLab -enheten för att göra alla typer av elektroniska kretstester, utföra experiment etc.

Bilderna visar hur skrivbordsappen och Android -appen ser ut.