Construindo um PSLab para mim mesmo: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Dia agitado no laboratório de eletrônica, hein?

Você já teve problemas com seus circuitos? Para depurar, você sabia que queria um multímetro ou um osciloscópio ou um gerador de ondas ou uma fonte de alimentação externa precisa ou, digamos, um analisador lógico. Mas é um projeto de hobby e você não quer gastar centenas de dólares em ferramentas caras como essa. Sem mencionar que todo o conjunto acima requer muito espaço para ser guardado. Você pode acabar com um multímetro no valor de 20-30 dólares, mas ele não está realmente fazendo um bom trabalho de depuração do circuito.

E se eu disser que existe um dispositivo de hardware de código aberto que fornece todas as funcionalidades de um osciloscópio, um multímetro, um analisador lógico, um gerador de ondas e uma fonte de energia e não vai custar centenas de dólares e não vai para ocupar uma mesa inteira. É o dispositivo PSLab da organização de código aberto FOSSASIA. Você pode encontrar o site oficial em https://pslab.io/ e os repositórios de código aberto nos links a seguir;

• Esquemas de hardware:
• MPLab Firmware:
• Aplicativo para desktop:
• Aplicativo Android:
• Bibliotecas Python:

Eu mantenho os repositórios de hardware e firmware e se você tiver alguma dúvida enquanto uso o dispositivo ou qualquer outro material relacionado, sinta-se à vontade para me perguntar.

O que o PSLab nos oferece?

Este dispositivo compacto com o formato de um Arduino Mega tem muitos recursos. Antes de começarmos, ele é feito em formato Mega para que você possa colocá-lo em seu sofisticado invólucro do Arduino Mega sem problemas. Agora vamos dar uma olhada nas especificações (extraídas do repositório de hardware original);

• Osciloscópio de 4 canais até 2MSPS. Estágios de amplificação selecionáveis por software
• Voltímetro de 12 bits com ganho programável. A entrada varia de +/- 10 mV a +/- 16 V
• 3 fontes de tensão programáveis de 12 bits +/- 3,3 V, +/- 5 V, 0-3 V
• Fonte de corrente programável de 12 bits. 0-3,3 mA
• 4 canais, 4 MHz, analisador lógico
• 2x geradores de ondas seno / triangulares. 5 Hz a 5 KHz. Controle de amplitude manual para SI1
• 4 geradores PWM. Resolução de 15 nS. Até 8 MHz
• Medição de capacitância. faixa de pF a uF
• I2C, SPI, barramentos de dados UART para módulos Accel / giroscópios / umidade / temperatura

Agora que sabemos o que é este dispositivo, vamos ver como podemos construir um..

Etapa 1: vamos começar com os esquemas

O hardware de código aberto acompanha o software de código aberto:)

Este projeto está em formatos abertos sempre que possível. Isso tem muitas vantagens. Qualquer pessoa pode instalar o software gratuitamente e testá-lo. Nem todo mundo tem força financeira para comprar software proprietário, então isso torna possível ainda fazer o trabalho. Portanto, os esquemas foram feitos com KiCAD. Você é livre para usar qualquer software que desejar; apenas faça as conexões certas. O repositório GitHub contém todos os arquivos de origem para esquemas em https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m … e se você for usar o KiCAD, podemos clonar imediatamente o repositório e ter o código-fonte para nós mesmos, digitando o seguinte comando em uma janela de terminal do Linux.

$ git clone

Ou se você não estiver familiarizado com os comandos do console, apenas cole este link em um navegador e ele fará o download do arquivo zip contendo todos os recursos. A versão em PDF dos arquivos esquemáticos pode ser encontrada abaixo.

O esquema pode parecer um pouco complicado, pois contém muitos CIs, resistores e capacitores. Vou explicar o que está aqui.

No centro da primeira página, ele contém um microcontrolador PIC. Esse é o cérebro do dispositivo. Ele é conectado a vários OpAmps, um Crystal e alguns resistores e capacitores para detectar os sinais elétricos dos pinos de E / S. A conexão com um PC ou telefone móvel é feita através de uma ponte UART que é MCP2200 IC. Ele também tem uma abertura de fuga para um chip ESP8266-12E na parte traseira do dispositivo. O esquema também terá um duplicador de tensão e um inversor de tensão ICs, pois o dispositivo pode suportar canais de osciloscópio que podem ir até +/- 16 V

Assim que o esquema estiver pronto, a próxima etapa é construir o PCB real …

Etapa 2: convertendo o esquemático em um layout

OK, sim, isso é uma bagunça, certo? Isso ocorre porque centenas de pequenos componentes são colocados em uma pequena placa, especificamente em um lado de uma pequena placa do tamanho de um Arduino Mega. Esta placa é de quatro camadas. Essa quantidade de camadas foi usada para ter uma melhor integridade da trilha.

As dimensões da placa devem ser exatas, pois o Arduino Mega e os cabeçotes dos pinos são colocados nos mesmos lugares onde o Mega tem seus pinos. No meio, existem cabeçalhos de pinos para conectar o programador e um módulo Bluetooth. Existem quatro pontos de teste na parte superior e quatro na parte inferior para verificar se os níveis de sinal corretos estão atingindo as conexões corretas.

Uma vez que todas as pegadas são importadas, a primeira coisa é colocar o microcontrolador no centro. Em seguida, coloque os resistores e capacitores que estão diretamente conectados ao microcontrolador em torno do IC principal e prossiga até que o último componente seja colocado. É melhor ter um roteamento preliminar antes do roteamento real. Aqui, investi mais tempo organizando ordenadamente os componentes com espaçamento adequado.

Como a próxima etapa, vamos dar uma olhada na lista de materiais mais importante.

Etapa 3: Solicitando o PCB e a lista de materiais

Anexei a lista de materiais. Basicamente, contém o seguinte conteúdo;

1. PIC24EP256GP204 - Microcontrolador
2. MCP2200 - ponte UART
3. TL082 - OpAmps
4. LM324 - OpAmps
5. MCP6S21 - OpAmp controlado por ganho
6. MCP4728 - Conversor Digital para Analógico
7. TC1240A - Inversor de Tensão
8. TL7660 - Dobrador de tensão
9. Resistores, capacitores e indutores de tamanho 0603
10. Cristais SMD de 12MHz

Ao fazer o pedido de PCB, certifique-se de ter as seguintes configurações

• Dimensões: 55 mm x 99 mm
• Camadas: 4
• Material: FR4
• Espessura: 1,6 mm
• Espaçamento mínimo da trilha: 6mil
• Tamanho mínimo do furo: 0,3 mm

Etapa 4: vamos começar com a montagem

Quando o PCB estiver pronto e os componentes chegarem, podemos começar com a montagem. Para isso é melhor ter um estêncil para que o processo seja mais fácil. Primeiro, coloque o estêncil alinhado com almofadas e aplique a pasta de solda. Em seguida, comece a colocar os componentes. O vídeo aqui mostra uma versão transcorrida de meu posicionamento de componentes.

Uma vez que cada componente é colocado, re-soldar usando uma estação de retrabalho SMD. Certifique-se de não aquecer muito a placa, pois os componentes podem falhar devido ao calor intenso. Também não pare e faça muitas vezes. Faça isso de uma vez, pois deixar os componentes esfriarem e depois aquecer prejudicará a integridade estrutural de ambos os componentes e da própria placa de circuito impresso.

Etapa 5: fazer upload do firmware

Assim que a montagem estiver concluída, a próxima etapa é gravar o firmware no microcontrolador. Para isso, precisamos;

• Programador PICKit3 - Para fazer o upload do firmware
• Fios de jumper macho para macho x 6 - Para conectar o programador ao dispositivo PSLab
• Cabo USB Mini B - Para conectar o programador ao PC
• Cabo USB Micro tipo B - Para conectar e ligar o PSLab com o PC

O firmware é desenvolvido usando MPLab IDE. O primeiro passo é conectar o programador PICKit3 ao cabeçalho de programação PSLab. Alinhe o pino MCLR no programador e no dispositivo e o restante dos pinos será colocado corretamente.

O próprio programador não pode ligar o dispositivo PSLab porque ele não pode fornecer muita energia. Portanto, precisamos ligar o dispositivo PSLab usando uma fonte externa. Conecte o dispositivo PSLab a um computador usando um cabo tipo Micro B e, em seguida, conecte o programador ao mesmo PC.

Abra o MPLab IDE e clique em "Make and Program Device" na barra de menu. Isso abrirá uma janela para selecionar um programador. Escolha "PICKit3" no menu e pressione OK. Ele vai começar a gravar o firmware no dispositivo. Cuidado com as mensagens impressas no console. Ele dirá que detectou o PIC24EP256GP204 e finalmente a programação está completa.

Etapa 6: Ligue e pronto para usar

Se o firmware queimar corretamente, o LED verde acenderá, indicando um ciclo de inicialização bem-sucedido. Agora estamos prontos para usar o dispositivo PSLab para fazer todo tipo de teste de circuito eletrônico, realizar experimentos etc.

As imagens mostram a aparência do aplicativo de desktop e do aplicativo Android.