Placa Golden Arduino: 12 etapas

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-13 06:58

Propósito

O objetivo desta placa é ter exatamente a mesma funcionalidade de um Arduino Uno, mas com recursos de design aprimorados. Incluirá recursos de design para reduzir o ruído, como roteamento aprimorado e capacitores de desacoplamento. Manteremos a área de cobertura da pinagem da placa Arduino padrão para que seja compatível com os escudos; no entanto, uma linha de pinos de retorno será adicionada fora dessa área para melhorar o layout da placa, reduzindo a interferência dos sinais que saem da placa. Além disso, um cristal de 16 MHz será usado para o relógio do sistema em vez de um ressonador para aumentar a precisão e estabilidade do relógio

Orçamento de energia

A potência de entrada será a mesma necessária para alimentar um Arduino Uno. A faixa recomendada de tensão de entrada é de 7 a 12 volts. Se fornecido com menos de 7 V, o pino de saída de 5 V pode fornecer menos de cinco volts e a placa pode se tornar instável. Se usar mais de 12 V, o regulador de tensão pode superaquecer e danificar a placa. O Atmega 328 utilizará 5 V em vez de 3,3 V para ter a velocidade de clock mais rápida.

Gerenciamento de risco Riscos potenciais:

O recebimento de componentes com defeito é um risco potencial que pode ser mitigado solicitando extras.

A orientação incorreta dos chips IC, como o Atmega 328, pode resultar em conexões incorretas aos pinos. Verificaremos a orientação correta antes de soldá-lo.

As tensões mecânicas colocadas nos pinos de saída podem quebrar as conexões. Usaremos montagens de orifício para garantir que isso não aconteça.

Ao soldar, há potencial para juntas de solda a frio. Podemos atenuar isso inspecionando cada conexão após a formação da junta.

Identificar onde as peças vão no quadro pode se tornar difícil.

A inclusão de identificações de tela de seda tornará isso mais fácil.

Plano de criação:

Serão colocados interruptores para isolar os subcircuitos do tabuleiro e permitir-nos montar e testar peças do tabuleiro uma de cada vez e garantir que cada peça está funcionando corretamente antes de prosseguir e montar o resto do javali

Etapa 1: Esquemático

O esquema foi criado referenciando o esquema de código aberto do Arduino Uno e ajustando-o para melhorar a integridade do sinal.

Etapa 2: Layout PCB

Etapa 3: Montagem

Começamos a montar o PCB com os capacitores de desacoplamento e os fusíveis.

Em seguida, soldamos os chips de potência e o chip de diodo ESD. O chip de proteção ESD era difícil de soldar devido ao pequeno tamanho do chip e as pequenas almofadas, mas concluímos a montagem com sucesso.

Encontramos um problema em que nossa placa não zerou, mas isso ocorreu porque nosso botão estava fazendo contato ruim. Depois de pressionar o botão com alguma força, ele voltou ao estado funcional e funcionou normalmente

Etapa 4: Trocando o ruído: Pino 9

Aqui estão duas imagens onde os ruídos de comutação dos pinos 9-13 são comparados. As tomadas de escopo verdes representam o quadro comercial, as tomadas de escopo amarelas representam nossa placa interna e os sinais azuis representam sinais de gatilho para obter um tiro de escopo limpo e consistente.

É difícil ver a etiqueta nas tomadas do osciloscópio, mas a placa comercial (verde) tem um ruído de comutação de pico a pico de cerca de quatro volts. Nossa placa interna tem um ruído de comutação de aproximadamente dois volts. Esta é uma redução de 50% no ruído de comutação no pino 9.

Etapa 5: Trocando o ruído: Pino 10

No pino 10, o ruído de chaveamento na placa comercial é maior que quatro volts. Ele está situado a aproximadamente 4,2 volts pico a pico. Em nossa placa interna, o ruído de comutação é um pouco acima de dois volts pico a pico. Isso representa uma redução de cerca de 50% no ruído de comutação.

Etapa 6: Trocando o ruído: Pino 11

No pino 11 na placa comercial, o ruído de chaveamento do alto para baixo é de cerca de 800 mV e o ruído de chaveamento de baixo para alto é de cerca de 900 mV. Em nossa placa interna, o ruído de chaveamento do high-to-low é de cerca de 800 mV e nosso ruído de chaveamento do low-to-high é de aproximadamente 200mV. Reduzimos drasticamente o ruído de comutação de baixo para alto, mas não afetamos realmente o ruído de comutação de alto para baixo.

Etapa 7: Trocando o ruído: Pino 12

No pino 12, usamos um IO de comutação para acionar os disparos de escopo na placa comercial e na placa interna. Na placa comercial, o ruído de comutação é de cerca de 700mV pico a pico e a placa interna tem um pico a pico de 150mV. Isso representa uma redução de aproximadamente 20% no ruído de comutação.

Etapa 8: Trocando o ruído: Pino 13

No pino 13, a placa comercial mostra um ruído de comutação de quatro volts pico a pico e nossa placa interna mostra pouco ou nenhum ruído de comutação. Esta é uma diferença enorme e é motivo de comemoração

Etapa 9: Criando um novo quadro de funções especiais usando nosso design aprimorado

O objetivo desta placa é expandir nossa placa Golden Arduino, com recursos de design aprimorados e componentes adicionais, como LEDs de mudança de cor e um sensor de batimento cardíaco. Incluirá recursos de design para reduzir o ruído, como roteamento aprimorado, usando 2 camadas de PCB extras para torná-la uma placa de 4 camadas e capacitores de desacoplamento em torno dos barramentos de alimentação e E / S de comutação. Para criar o sensor de batimentos cardíacos, usaremos um fotodiodo colocado entre dois LEDs, que medirá a luz refletida no sangue no dedo colocado sobre o sensor de batimentos cardíacos. Além disso, incluiremos LEDs endereçáveis individualmente que são controlados via I2C.

A potência de entrada será a mesma necessária para alimentar um Arduino Uno. A faixa recomendada de tensão de entrada é de 7 a 12 volts. Se fornecido com menos de 7 V, o pino de saída de 5 V pode fornecer menos de cinco volts e a placa pode se tornar instável. Se usar mais de 12 V, o regulador de tensão pode superaquecer e danificar a placa. O Atmega 328 utilizará 5 V em vez de 3,3 V para ter a velocidade de clock mais rápida.

Etapa 10: Esquemático

Etapa 11: Layout da placa

Power layer Pour e Ground Layer Pour Hidden para ver os vestígios. Quando esta placa foi projetada, a pegada USB foi na verdade orientada para trás por acidente. Ele deve ser virado para que o cabo possa ser conectado corretamente.

Etapa 12: Montagem

Não foram tiradas fotos em cada etapa, mas a foto abaixo mostra a apresentação final do quadro. Os pinos de cabeçalho não foram adicionados, pois a função principal desta placa é adicionar LEDs e o ADC. A porta USB deve estar voltada para a direção oposta para que o cabo não precise passar pela placa.