Clone compatível com DIY Arduino: 21 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

O Arduino é a ferramenta definitiva no arsenal do Maker. Você deve ser capaz de construir o seu próprio! Nos primeiros dias do projeto, por volta de 2005, o design consistia em todas as peças do orifício e a comunicação era feita por meio de um cabo serial RS232. Os arquivos ainda estão disponíveis, então você pode fazer os seus próprios, e eu tenho, mas poucos computadores têm as portas seriais mais antigas.

A versão do Arduino USB foi lançada em breve e provavelmente contribuiu muito para o sucesso do projeto porque permitiu uma conexão e comunicação fáceis. No entanto, teve um custo: o chip de comunicação FTDI só veio em um pacote de montagem em superfície. Planos ainda estão disponíveis para ele também, mas a soldagem de montagem em superfície está além da maioria dos iniciantes.

As placas Arduino mais recentes usam chips 32U4 com USB (Leonardo) integrado, ou chips Atmel separados para USB (UNO), ambos os quais ainda nos deixam no território de montagem em superfície. Em um ponto, havia "TAD" da Dangerous Devices que usava um PIC de orifício para fazer USB, mas não consigo encontrar nada na web deles.

Então aqui estamos nós. Eu acredito firmemente que um iniciante, como um Cavaleiro Jedi, deve ser capaz de construir seu próprio Arduino (sabre de luz). "Uma arma elegante de uma época mais civilizada". Minha solução: fazer um chip FTDI através do orifício usando um pacote de montagem em superfície! Isso me permite fazer a montagem em superfície e oferecer o projeto restante como um orifício de passagem DIY! Eu também o projetei em Open Source KiCad, para que você possa estudar os arquivos do projeto, modificá-los e girar sua própria versão.

Se você acha que esta é uma ideia estúpida, ou adora soldagem de montagem em superfície, verifique meu Leonardo Clone, caso contrário, continue lendo…

Etapa 1: Peças e suprimentos

A lista completa de materiais está localizada em

As partes exclusivas disso são as placas de circuito, uma para o Arduino e outra para o chip FTDI. Você pode fazer com que o OSH Park os faça para você ou use os arquivos de design com sua casa de tabuleiro favorita.

Um kit para este projeto está disponível em Tindie.com. Adquirir o kit economizará tempo e despesas com pedidos de vários fornecedores diferentes e evitará o prêmio mínimo do pedido de PCB. Ele também fornecerá a você um chip passante FDTI montado na superfície testado, bem como um Atmega pré-flasheado.

Ferramentas e suprimentos: para meus workshops, eu uso o kit de ferramentas para iniciantes do SparkFun, que tem a maior parte do que você precisa:

• Ferro de solda.
• Solda
• Pinças de arame
• Trança dessoldada (espero que não seja necessária, mas você nunca sabe).

Etapa 2: Senhoras e Senhores, Comece seus Ferros

Não vou tentar ensinar você a soldar. Aqui estão alguns dos meus vídeos favoritos que mostram isso muito melhor do que eu:

• Carrie Ann de Geek Girl Diaries.
• Colin de Adafruit

Em geral:

• Encontre o local no PCB usando as marcações da tela de seda.
• Dobre as pontas do componente para ajustar a pegada.
• Solde os cabos.
• Apare os leads

Etapa 3: resistores

Vamos começar com os resistores, já que eles são os mais abundantes, os assentamentos mais baixos e os mais fáceis de soldar. Eles são mais resistentes ao calor e lhe darão a chance de aprimorar sua técnica. Eles também não têm polaridade, portanto, você pode colocá-los de qualquer maneira.

• Comece com os três 10K ohm (marrom - preto - laranja-dourado), que estão em alguns lugares no quadro (veja a imagem). Esses são resistores "pull-up" que mantêm o sinal em 5 V, a menos que sejam ativamente puxados para baixo.
• Par de 22 ohms (vermelho - vermelho - preto - dourado) estão no canto superior esquerdo. Eles fazem parte do circuito de comunicação USB.
• Par de 470 ohms (amarelo, violeta, marrom, dourado) são os próximos a descer. Estes são resistores limitadores de corrente para os LEDs RX / TX.
• Único 4,7 K ohm (amarelo, violeta, vermelho, dourado). Uma bola ímpar para o sinal FTDI VCC.
• E, finalmente, um par de 1K ohm (marrom, preto, vermelho, dourado). Esses são resistores limitadores de corrente para os LEDs de alimentação e D13 (330 ohm funcionariam, mas não gosto deles muito brilhantes).

Etapa 4: Diodo

Em seguida, temos o diodo que protege o circuito da corrente reversa do conector de força. A maioria, mas nem todos os componentes reagirão mal à polaridade reversa.

Possui uma polaridade marcada por uma faixa prateada em uma das extremidades.

Combine-o com a marcação do silk screen e solde no lugar.

Etapa 5: regulador de tensão (5V)

Existem dois reguladores de tensão, e o principal é um 7805 que regulará doze volts da tomada para 5 volts que o Atmega 328 precisa. Existem grandes recursos de cobre na placa de circuito impresso para ajudar a dissipar o calor. Dobre os cabos de modo que a parte de trás toque a placa com o orifício alinhado com o orifício em parte e solda no lugar.

Etapa 6: Soquetes

Os soquetes permitem que os chips IC sejam inseridos e removidos sem solda. Eu penso neles como um seguro porque eles são baratos e permitem que você substitua um chip queimado ou reoriente o IC se colocado ao contrário. Eles têm uma ponta em uma das extremidades para mostrar a direção do chip, portanto, combine-o com a tela de seda. Solde dois pinos e verifique se estão assentados corretamente antes de soldar os pinos restantes.

Etapa 7: Botão

O Arduino normalmente tem um botão de reinicialização para reiniciar o chip se ele travar ou precisar ser reiniciado. O seu está no canto superior esquerdo. Pressione-o no lugar e solde.

Etapa 8: LEDs

Existem vários LEDs para indicar o status. Os LEDs têm polaridade. A perna longa é o ânodo, ou positivo, e vai na almofada redonda com o "+" ao lado. A perna curta é o cátodo, ou negativo, e vai no bloco quadrado.

A cor é arbitrária, mas normalmente uso:

• Amarelo para RX / TX que pisca quando o chip está se comunicando ou sendo programado.
• Verde para o LED D13 que pode ser usado pelo programa para indicar eventos.
• Vermelho para mostrar que a alimentação de 5 volts está disponível via USB ou pelo conector de alimentação.

Etapa 9: Capacitores de cerâmica

Os capacitores de cerâmica não têm polaridade.

Capacitores de suavização de energia são normalmente usados para remover transientes da fonte de alimentação para os chips. Os valores são normalmente especificados na planilha de dados do componente.

Cada chip IC em nosso projeto tem um capacitor de 0,1 uF para suavização de potência.

Existem dois capacitores de 1uF para suavizar a energia em torno do regulador de 3,3 volts.

Além disso, há um capacitor de 1uF que ajuda na temporização da função de reinicialização do software.

Etapa 10: Capacitores eletrolíticos

Capacitores eletrolíticos têm uma polaridade que deve ser observada. Eles normalmente vêm em valores maiores do que os capacitores de cerâmica, mas neste caso temos um capacitor de 0,33 uF para suavização de potência em torno do regulador 7805.

A perna longa do dispositivo é positiva e vai no bloco quadrado marcado com "+". Eles tendem a "estourar" se colocados ao contrário, portanto, faça certo ou você precisará substituí-los.

Etapa 11: 3.3 Regulador de tensão

Enquanto o chip Atmega funciona com 5 volts, o chip FTDI USB precisa de 3,3 volts para operar corretamente. Para fornecer isso, usamos um MCP1700 e, como requer muito pouca corrente, está em um pequeno pacote TO-92-3 como os transistores em vez do grande pacote TO-220 como o 7805.

O dispositivo tem uma face plana. Combine-o com a tela de seda e ajuste a altura do componente cerca de um quarto de polegada acima da placa. Solda no lugar.

Etapa 12: cabeçalhos

A beleza do Arduino é a pegada e a pinagem padronizadas. Os cabeçalhos permitem a conexão de "escudos" que permitem alterar rapidamente as configurações de hardware, conforme necessário.

Normalmente, soldo um pino de cada conector e, em seguida, verifico o alinhamento antes de soldar os pinos restantes.

Etapa 13: ressonador

Os chips Atmega têm um ressonador interno que pode operar em diferentes frequências de até 8 Mhz. Uma fonte de temporização externa permite que o chip rode até 20 Mhz, mas o Arduino padrão usa 16 Mhz, que era a velocidade máxima dos chips Atmega8 usados no projeto original.

A maioria dos Arduino usa cristais, que são mais precisos, mas exigem capacitores adicionais. Decidi usar um ressonador, que é preciso o suficiente para a maioria dos trabalhos. Não tem polaridade, mas geralmente fico de frente para a marcação para que fabricantes curiosos possam saber que você está executando uma configuração padrão.

Etapa 14: Fusível

A maioria do Arduino não tem fusíveis, mas qualquer Criador que esteja aprendendo irá frequentemente (pelo menos no meu caso) conectar as coisas incorretamente. Um simples fusível reconfigurável ajudará a evitar a liberação da "fumaça mágica" que exige a substituição do chip. Este fusível abrirá se muita corrente for puxada e se reinicializará quando esfriar. Não tem polaridade e dobras nas pernas o prendem acima do tabuleiro.

Etapa 15: cabeçalhos

Mais dois cabeçalhos, este com pinos machos. Perto do conector USB estão três pinos que permitem alternar entre a alimentação USB e o conector usando um jumper. Um UNO tem um circuito para fazer isso automaticamente, mas não fui capaz de replicar isso na forma de orifício.

O segundo cabeçalho é um cabeçalho de seis pinos "na programação do sistema". Isso permite conectar um programador externo para reprogramar o Atmega diretamente, se necessário. Se você comprar o meu kit, o chip já tem o firmware carregado, ou o Atmega pode ser removido do soquete e colocado diretamente em um soquete de programação, portanto, este cabeçalho raramente é usado e, portanto, opcional.

Etapa 16: Power Jack

Em vez de USB, um conector padrão de 5,5 x 2,1 mm pode ser usado para fornecer energia externa. Isso fornece o pino marcado com "Vin" e alimenta o regulador de tensão 7805, que produz 5 volts. O pino central é positivo e a entrada pode ser de até 35 V, embora 12 V seja mais comum.

Etapa 17: USB

Arduinos mais novos como o Leonardo usam uma micro conexão USB, mas a conexão USB B original é robusta e barata e você provavelmente tem muitos cabos por aí. As duas abas grandes não são conectadas eletricamente, mas são soldadas para resistência mecânica.

Etapa 18: Chips

É hora de instalar os chips. Verifique a orientação. Se o soquete estiver invertido, certifique-se de que o chip corresponda às marcações do silk screen. Na orientação que temos trabalhado, os dois chips inferiores estão de cabeça para baixo.

Insira o chip de forma que as pernas fiquem alinhadas com os suportes. Os CIs vêm da fábrica com as pernas ligeiramente abertas, portanto, precisam ser dobrados na vertical. Isso geralmente já é feito para você em meus kits. Assim que tiver certeza da orientação, pressione suavemente os dois lados do chip. Certifique-se de que nenhuma perna se dobrou acidentalmente.

Etapa 19: Atualizando o Bootloader

O bootloader é um pequeno código no chip que permite carregar o código facilmente via USB. Ele é executado nos primeiros segundos ao ser inicializado em busca de atualizações e, em seguida, inicia o código existente.

O IDE do Arduino facilita a atualização do firmware, mas requer um programador externo. Eu uso meu próprio AVR Programmer e, é claro, vou vender um kit para isso. Se você tiver um programador, não precisará de um Arduino, pois pode programar o chip diretamente. Uma coisa tipo ovo e galinha.

Outra opção é comprar o Atmega com um bootloader já instalado:

Vou apontar para você as instruções oficiais do Arduino, já que ele pode facilmente se transformar em seu próprio Instructable se não formos cuidadosos:

Etapa 20: instalar o jumper de alimentação e conectar

O jumper de alimentação é uma forma manual de selecionar a fonte de alimentação entre 5 volts do USB ou do conector de alimentação. Os Arduinos padrão têm circuitos para alternar automaticamente, mas não fui capaz de implementá-los facilmente com peças de orifício passante.

Se o jumper não estiver instalado, não há energia. Se você selecionar o conector e não tiver nada conectado, não haverá energia. É por isso que há um LED vermelho para mostrar se você tem energia.

Inicialmente, você deseja ver se o Arduino se comunica via USB, então coloque o jumper nessa configuração. Conecte o Arduino ao computador no relógio com cuidado. Se você receber um "dispositivo USB não reconhecido", desconecte e comece a solucionar o problema.

Caso contrário, use seu Arduino IDE para fazer o upload do esboço básico do blink. Use "Arduino UNO" como placa. Siga as instruções aqui:

Etapa 21: Solução de problemas

Na inicialização, você está sempre procurando por indicações de sucesso ou falha e está pronto para desconectar a placa rapidamente se as coisas não estiverem indo como o esperado. Não desanime se o sucesso não for imediato. Em meus workshops, tento encorajar:

• Paciência, isso nem sempre é fácil, mas geralmente vale a pena.
• Persistência, você não resolverá o problema se desistir.
• Atitude positiva, você pode descobrir isso, mesmo se precisar de ajuda para fazê-lo.

Sempre que estou lutando com um problema, sempre digo a mim mesmo que quanto mais difícil é resolvê-lo, maior será a recompensa ou o aprendizado por resolvê-lo.

Com isso em mente, comece com coisas simples:

• Inspecione as juntas de solda na parte de trás da placa, retocando qualquer junta que pareça suspeita.
• Verifique se os chips IC estão na orientação correta e se nenhum dos fios dobrou ao ser inserido.
• O LED vermelho está aceso quando conectado? Caso contrário, verifique o jumper de alimentação e as juntas de solda USB.
• Verifique se outros componentes com polaridade estão orientados corretamente.
• Procure outras pistas, como mensagens de erro ou componentes que esquentam.

Se você ainda estiver tendo problemas, peça ajuda. Escrevo Instructables porque quero ensinar e ajudar quem quer aprender. Forneça uma boa descrição de quais são os sintomas e quais etapas você executou para localizar os erros. Uma fotografia de alta resolução da frente e do verso do quadro também pode ajudar. Nunca desista. Cada luta é uma lição.