Golden Arduino Board: 12 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:40

Ändamål

Syftet med detta kort är att ha exakt samma funktionalitet som en Arduino Uno, men med förbättrade designfunktioner. Det kommer att innehålla designfunktioner för att minska buller som förbättrad routing och frikoppling av kondensatorer. Vi kommer att behålla det vanliga Arduino-kortets pin-out fotavtryck så att det är kompatibelt med sköldar; emellertid kommer en rad med returtappar att läggas till utanför detta fotavtryck för att förbättra kortets layout genom att reducera cross-talk för signaler som kommer från kortet. Dessutom kommer en 16 MHz kristall att användas för systemklockan istället för en resonator för att öka klockans noggrannhet och stabilitet

Effektbudget

Ingångseffekten kommer att vara densamma som vad som krävs för att driva en Arduino Uno. Det rekommenderade intervallet för ingångsspänning är 7 till 12 volt. Om den levereras med mindre än 7 V, kan 5 V utgångsstift leverera mindre än fem volt och kortet kan bli instabilt. Om du använder mer än 12 V kan spänningsregulatorn överhettas och skada kortet. Atmega 328 kommer att använda 5 V istället för 3,3 V för att ha den snabbaste klockhastigheten.

Riskhantering Potentiella risker:

Att ta emot felaktiga komponenter är en potentiell risk som kan minskas genom att beställa tillbehör.

Miss-orientering av IC-chipsen som Atmega 328 kan resultera i felaktiga anslutningar till stiften. Vi kommer att kontrollera efter rätt orientering innan vi lödar in den.

De mekaniska påfrestningarna på utgångsstiften kan bryta anslutningarna. Vi kommer att använda genomgående hål för att säkerställa att detta inte händer.

Vid lödning finns risk för kalla lödfogar. Vi kan mildra detta genom att inspektera varje anslutning efter att leden har bildats.

Det kan bli svårt att identifiera var delar går på tavlan.

Införandet av silkskärmsidentifieringar kommer att göra detta enklare.

Plan för uppföljning:

Brytare kommer att placeras för att isolera brädans underkretsar och tillåta oss att montera och testa brädorna en i taget och se till att varje bit fungerar korrekt innan vi går vidare och monterar resten av vildsvinet

Steg 1: Schematisk

Schemat skapades genom att referera till Arduino Uno -scheman med öppen källkod och justera den för att förbättra signalintegriteten.

Steg 2: PCB -layout

Steg 3: Montering

Vi började montera kretskortet med avkopplingskondensatorerna och säkringarna.

Vi lödde sedan kraftchipsen och ESD -diodchippet. ESD -skyddschipet var svårt att löda på grund av den lilla flisstorleken och de små kuddarna, men vi lyckades montera.

Vi stötte på ett problem där vår styrelse inte återställdes, men det var för att vår knapp fick dålig kontakt. Efter att ha tryckt på knappen med viss kraft återgick den till ett funktionellt tillstånd och fungerade som vanligt

Steg 4: Kopplingsljud: Pin 9

Här är två bilder där kopplingsljuden från stift 9-13 jämförs. De gröna omfångsbilderna representerar det kommersiella kortet, de gula omfångsbilderna representerar vårt interna bräde och de blå signalerna representerar triggersignaler för att få ett rent och konsekvent scopeshot.

Det är svårt att se märkningen på omfångsbilderna, men det kommersiella kortet (grönt) har ett topp -till -topp -omkopplingsljud på cirka fyra volt. Vår interna styrelse har ett kopplingsljud på cirka två volt. Detta är en 50% minskning av omkopplingsbruset på stift 9.

Steg 5: Kopplingsljud: Pin 10

På stift 10 är omkopplingsbruset på det kommersiella kortet större än fyra volt. Den sitter på cirka 4,2 volt topp till topp. På vår egen styrelse är omkopplingsljudet strax över två volt topp till topp. Det handlar om en 50% minskning av omkopplingsbrus.

Steg 6: Kopplingsljud: Pin 11

På stift 11 på det kommersiella kortet är omkopplingsbruset på högt till lågt cirka 800 mV och lågt till högt omkopplingsbrus är cirka 900 mV. På vår egen styrelse är omkopplingsljudet på högt till lågt cirka 800 mV och vårt kopplingsljud på lågt till högt är cirka 200 mV. Vi reducerade låg-till-hög-omkopplingsbruset dramatiskt, men påverkade inte riktigt hög-till-låg-omkopplingsbruset.

Steg 7: Bytebrus: Stift 12

På stift 12 använde vi en omkopplings -IO för att utlösa omfattningsbilderna i både kommersiella styrelsen och interna styrelsen. I det kommersiella kortet är omkopplingsbruset cirka 700mV topp till topp och internt kort har en topp till topp på 150mV. Detta är ungefär en 20% minskning av omkopplingsbruset.

Steg 8: Kopplingsljud: Pin 13

På stift 13 visar det kommersiella kortet ett kopplingsljud på fyra volt topp till topp och vårt interna kort visar lite eller inget omkopplingsbrus. Detta är en enorm skillnad och en anledning till firande

Steg 9: Skapa ett nytt specialfunktionskort med hjälp av vår förbättrade design

Syftet med denna bräda är att expandera på vårt Golden Arduino -bräda, med förbättrade designfunktioner och tillagda komponenter som färgförändrande lysdioder och en hjärtslagssensor. Det kommer att innehålla designfunktioner för att minska buller som förbättrad routing, med hjälp av 2 extra PCB-lager för att göra det till ett 4-lagers kort och avkoppling av kondensatorer runt kraftskenorna och byte av I/O. För att skapa hjärtslagssensorn använder vi en fotodiod placerad mellan två lysdioder, som mäter ljuset som reflekteras från blodet i fingret som placeras över hjärtslagssensorn. Dessutom kommer vi att inkludera individuellt adresserbara lysdioder som styrs via I2C.

Ingångseffekten kommer att vara densamma som vad som krävs för att driva en Arduino Uno. Det rekommenderade intervallet för ingångsspänning är 7 till 12 volt. Om den levereras med mindre än 7 V, kan 5 V utgångsstift leverera mindre än fem volt och kortet kan bli instabilt. Om du använder mer än 12 V kan spänningsregulatorn överhettas och skada kortet. Atmega 328 kommer att använda 5 V istället för 3,3 V för att ha den snabbaste klockhastigheten.

Steg 10: Schematisk

Steg 11: Board Layout

Kraftlager Häll och markskikt Häll Gömt för att se spår. När detta kort designades var USB -fotavtrycket faktiskt orienterat bakåt av en slump. Den ska vändas så att en kabel kan anslutas korrekt.

Steg 12: Montering

Bilder togs inte i varje steg, men bilden nedan visar den slutliga plockningen av brädet. Sidhuvudstiften har inte lagts till eftersom den huvudsakliga funktionen för detta kort är att lägga till lysdioder och ADC. USB -porten ska vända motsatt riktning så att en kabel inte behöver nå över hela kortet.