Como construir um programador USBTiny ISP: utilizando a máquina de fresagem CNC PCB: 13 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Você pensou em como construir seu próprio projeto eletrônico do zero?

Fazer projetos eletrônicos é tão empolgante e divertido para nós, fabricantes. Mas a maioria dos fabricantes e entusiastas de hardware que estão apenas dando um passo à frente na cultura do fabricante construíram seus projetos com placas de desenvolvimento, placas de ensaio e módulos. Dessa forma, podemos construir a versão rápida do protótipo do nosso projeto. Mas deve ser volumoso em tamanho e bagunçado com fiações protoboard. Caso semelhante ao usar uma placa PCB genérica, também parece bagunçado e pouco profissional!

Então, como podemos construir nossos projetos de uma forma mais conveniente?

A melhor maneira de usar PCBs independentes para nosso projeto!

Projetar e fabricar um PCB para nosso projeto é a maneira melhor e conveniente de expressar seu profissionalismo e especialização !. Podemos minimizar o tamanho do nosso projeto em um tamanho compatível e formas personalizadas, PCBs têm uma aparência elegante e conexões robustas são algumas das vantagens.

Então, o que importa é como construímos uma PCB econômica e eficaz em termos de tempo?

Podemos enviar nosso projeto para um fabricante de PCB para fabricar nosso projeto de PCB, mas deve levar um tempo e estourar seu bolso. Outro método é fazer o método de transferência de toner usando uma impressora a laser e papel fotográfico. Mas também leva tempo e testa o seu nível de pacientes e você também precisa de um marcador permanente para remendar as partes não gravadas. Usei esse método muito tempo e odeio.

Então, qual é a melhor forma?

No meu caso, a melhor maneira de usar fresadoras CNC para construir seu PCB. As fresadoras de PCB fornecem PCB de boa qualidade e leva menos tempo, menos recursos e a maneira mais barata de produzir protótipos de PCB!

Então, vamos construir um programador ISP USB minúsculo usando uma fresadora CNC!

Sem fazer mais nada, vamos começar!

Etapa 1: Você não quer ser rico

Mesmo! você não quer comprar uma fresadora PCB. A maioria de nós não tem orçamento para comprar uma máquina cara como essa. Eu nem tenho um.

Então, como eu tenho acesso a uma máquina? Simplesmente, eu vou para um fablab, makerpace ou um hackerspace na minha localidade! No meu caso, eu apenas vou para um fablab e uso a máquina por um preço barato. Então, encontre um lugar como o fablab ou um makerpace em sua localidade. Para mim, o preço é 48 ¢ / hora para usar a fresadora de PCB. O preço pode variar na sua localidade. Então, como eu disse, você não quer ficar rico!

Etapa 2: Lista de materiais

Lista de componentes

• 1 x microcontrolador Attiny 45/85 (pacote SOIC)
• 2 x 499 ohms
• 2 x 49 Ohms
• 2 x 1K
• 2 x 3,3 diodo Zener
• 1 x 0,1mf capacitor
• 1 x led azul
• 1 x led verde
• 1 x 2x3 pinos de cabeçalho machos (smd)
• Cabo de fita de 6 fios de 1 x 20 cm
• Conector de transição de cabo de fita para IDC de cabeçalho fêmea 2 x 2 x 3
• 1x 4 cm x 8 cm FR4 Cobertura de Cobre

Observação: (resistores, capacitores, diodos e led são usados neste projeto no pacote 1206)

Requisitos de ferramentas

• Estação de solda ou ferro de solda (micro ponta)
• Fio de solda
• Pinça (microtip)
• Desoldering Wick
• Ferramenta de terceira mão
• Multímetro
• Decapador de Arame
• Extrator de fumaça (opcional)

Requisito de máquinas

Modela MDX20 (Qualquer fresadora de PCB faz o trabalho, mas o software de controle de trabalho mudará)

Baixe os recursos para este projeto!

Etapa 3: O que é uma fresadora de PCB?

A fresadora de PCB é uma máquina CNC (Controle Numérico Computadorizado) que costumava fabricar protótipos de PCB. As fresadoras de PCB são fresadas para remover as partes de cobre do revestimento de cobre para fazer traços e camadas do PCB. A fresadora PCB vem com um movimento mecânico de três eixos (X, Y, Z). Cada eixo é controlado por um motor de passo para movimentos precisos. Esses movimentos do eixo são controlados por um programa de computador, dando comandos de código G. Gcode está amplamente usando linguagens de programação de controle numérico, a maioria das máquinas está usando o código G para controlar o eixo das máquinas. Um cabeçote de ferramenta (geralmente uma broca de fresagem) é conectado a esses eixos para fresar os PCBs.

: - A máquina que estou usando é uma fresadora CNC MODELA MDX20.

Máquina fresadora Modela MDX 20 PCB

Modela MDX20 é uma fresadora de PCB. Modela MDX20 é normalmente usado para fabricar PCBs, mas também podemos fazer molduras, gravuras, etc … Modela pode moer em diferentes materiais como compensado, cera, acrílico, materiais de PCB diferentes como Fr1 Fr4 etc … O modela é leve e vem com um tamanho pequeno. Podemos colocá-lo até mesmo em uma pequena área de trabalho. A base (superfície de fresagem) é fixada ao eixo Y e a cabeça da ferramenta é fixada a X e Z. Isso significa que o movimento da base é controlado pelo eixo Y e o movimento da cabeça da ferramenta é controlado pelo eixo X e a cabeça da ferramenta é controlado pelo eixo Z. A Modela possui seu próprio programa de computador. Mas estou usando um programa Linux chamado FABModules. Os módulos FAB comunicam-se com a Modela para controlar o processo de corte e fresagem. Módulos Fab nunca definem os eixos X, Y, Z automaticamente, precisamos defini-los manualmente.

Etapa 4: Comece a usar o Modela MDX20

Se eu quiser fresar meu PCB, neste caso, um programador FabISP. Primeiro eu preciso de um layout de design de PCB e um layout de contorno de PCB. A fresagem de PCB é um processo de duas etapas. No primeiro estágio, preciso fresar os traços e almofadas do PCB e, no segundo estágio, preciso cortar o contorno do PCB. Usando módulos fab, podemos converter o layout de design de PCB-p.webp

Especificação geral

• Espaço de trabalho: 203,2 x 152,4 mm
• Curso do eixo Z: 60,5 mm
• Velocidade do fuso: 6500 RPM

Bits de fresagem para usar

• Broca de fresagem: broca de 1/64 pol. (0,4 mm)
• Broca de corte: broca de 1/32 pol. (0,8 mm)

Etapa 5: O que é ISP (IN - System - Programmer)?

In System Programmer (ISP), também conhecido como In-Circuit Serial Programmer (ICSP), é um programador de microcontrolador. O ISP irá ler as instruções e comandos do USB do computador e enviar para o Microcontrolador através da interface periférica serial (SPI). Dispositivos simplesmente ISP nos permitem comunicar com o microcontrolador usando linhas SPI. SPI é o meio de comunicação no microcontrolador. Todos os periféricos e interfaces conectados se comunicam com microcontroladores por meio de SPI. Como um entusiasta da eletrônica, a primeira coisa que me vem à mente quando falo sobre o ISP é MISO, MOSI SCK. Esses três pinos são os pinos importantes.

Simplesmente, o ISP é usado para gravar programas no microcontrolador e também para se comunicar com o seu microcontrolador!

Etapa 6: USBTiny ISP: esquemas e layout de PCB

ISP USBTiny

USBTiny ISP é um programador USB AVR de código aberto simples e interface SPI. É de baixo custo, fácil de fazer, funciona muito bem com avrdude, é compatível com AVRStudio e testado em Windows, Linux e MacOS X. Perfeito para estudantes e iniciantes, ou como um programador de backup.

Todos os componentes são usados neste projeto Componentes SMD. O cérebro do USBTinyISP é um microcontrolador Attiny45.

Microcontrolador ATtiny 45

O microcontrolador que está usando no USBTinyISP é o Attiny 45. Attiny45 é um microcontrolador AVR de 8 bits de alto desempenho e baixa potência rodando na arquitetura RISC da Atmel (microchip adquirido pela Atmel recentemente). Attiny 45 vem em um pacote de 8 pinos. Attiny 45 tem 6 pinos de E / S, três deles são pinos ADC (ADC de 10 bits) e os outros dois são pinos digitais que suportam PWM. Ele vem com uma memória flash de 4 KM, 256 EEPROM programável no sistema e 256B SRAM. Tensão de operação em torno de 1,8 V a 5,5 V 300 mA. Attiny 45 suporta interface serial universal. Ambas as versões SMD e THT estão disponíveis no mercado. Attiny 85 é uma versão superior do Attiny 45, eles são quase iguais. A única diferença está na memória Flash, Attiny 45 tem flash de 4KB e Attiny 85 tem flash de 8KB. Podemos escolher Attiny 45 ou Attiny 85, não é grande coisa, mas Attiny 45 é mais o suficiente para fazer FabTinyISP. Veja a documentação oficial aqui.

Etapa 7: configurar a máquina

Agora vamos construir o PCB usando a fresadora de PCB. Incluí o layout de rastreamento e o layout de corte no arquivo zip, você pode baixar o arquivo zip abaixo.

Pré-requisito: Baixe e instale os módulos Fab a partir deste link

Fabmodules com suporte apenas em máquinas Linux, estou usando o Ubuntu!

Etapa 1: Camada Sacrificial

Em primeiro lugar, a placa de trabalho da fresadora PCB (também conhecida como leito de fresagem) é uma placa de metal. É robusto e bem construído. Mas, em alguns casos, pode danificar ao cortar em profundidade por engano. Então, coloco uma camada sacrificial em cima da cama de moagem (um revestimento de cobre colocado em cima da cama de moagem para evitar tocar os bits na placa de metal).

Etapa 2: Fixe a broca de fresagem 1/62 na cabeça da ferramenta

Depois de colocar a camada sacrificial, agora preciso fixar a broca de fresagem (normalmente usada uma broca de 1/62) no cabeçote da ferramenta. Já expliquei o processo de duas etapas de moagem de PCBs. Para fresar os traços e almofadas do PCB, use uma broca de fresagem 1/64 e coloque-a no cabeçote da ferramenta usando a chave Allen. Ao trocar os bits, sempre dê um cuidado extra com os bits. A ponta da broca é tão fina, tem mais chances de quebrar a broca enquanto escorrega de nossas mãos, mesmo que seja uma pequena queda. para superar essa situação, coloquei um pequeno pedaço de espuma sob a cabeça da ferramenta para protegê-la de quedas acidentais.

Etapa 3: limpe o revestimento de cobre

Estou usando um revestimento de cobre FR1 para este projeto. Os FR-1 são resistentes ao calor e mais duráveis. Mas os revestimentos de cobre oxidam rapidamente. Os cobre são ímãs de impressão digital. Portanto, antes de usar um revestimento de cobre, mesmo que seja um novo, recomendo que você limpe o PCB com um limpador de PCB ou acetona antes e depois de fresar o PCB. Usei um limpador de PCB para limpar o PCB.

Etapa 4: fixe o revestimento de cobre na almofada de fresagem

Depois de limpar o revestimento de cobre, coloque o revestimento de cobre no topo da base de moagem. Coloquei o revestimento de cobre na base de fresagem com a ajuda de uma fita adesiva dupla-face. As fitas adesivas dupla-face são muito fáceis de remover e estão disponíveis por um preço barato. Eu colo a fita dupla-face no topo da camada sacrificial. Em seguida, coloque o revestimento de cobre no topo da fita adesiva.

Etapa 8: Configurar Módulos Fab e Processo de Moagem

Etapa 1: Ligue a máquina e carregue os módulos Fab

ligue a máquina e abra o software do módulo Fab em um sistema Linux (estou usando o Ubuntu) digitando o comando abaixo no terminal Linux.

f ab

Em seguida, uma nova janela aparecerá. Selecione a imagem (.png) como formato de arquivo de entrada e o formato de saída como Roland MDX-20 mill (rml). Depois disso, clique no botão Make_png_rml.

Etapa 2: Carregar a imagem de design do PCB

No topo da nova janela, selecione o bit que você vai usar. em seguida, carregue seu formato-p.webp

Etapa 3: definir os eixos X, Y e Z

Ainda não terminamos. Agora pressione o botão Exibir no painel de controle do Modela MDX20. certifique-se de que a broca está bem apertada. pressione mais uma vez o botão visualizar para voltar à posição padrão. Agora defina as posições X, Y inserindo as medidas (depende da posição da placa) nas caixas de texto desejadas. Eu recomendo que você anote as posições X e Y em algum lugar. Se algo deu errado e você precisa começar do primeiro, você deve precisar das posições X&Y exatas para continuar seu processo de fresamento, caso contrário, ele vai bagunçar.

Abaixe o cabeçote da ferramenta pressionando o botão Down. Pare quando o cabeçote da ferramenta chegar perto do revestimento de cobre. Em seguida, solte o parafuso da cabeça da ferramenta e abaixe um pouco a broca até tocar na camada de cobre do revestimento de cobre. Em seguida, aperte o parafuso novamente e traga o cabeçote da ferramenta para a posição inicial pressionando o botão Exibir. Agora está tudo pronto. Feche a tampa de segurança do Modela e clique no botão Enviar. A modela iniciará o processo de fresagem.

Deve levar um mínimo de 10 a 13 minutos para fresar os traços e almofadas. Depois de terminar a fresagem, obtive um bom resultado.

Etapa 4: Cortar o layout de contorno

Depois de terminar o fresamento Trace, corte o layout do contorno do PCB (simplesmente a forma do PCB). O processo é quase o mesmo. Para cortar o layout, mude de 1/64 bits para 1/32 bits no cabeçote da ferramenta. Em seguida, carregue o arquivo-p.webp

Etapa 9: PCB concluído

Aqui está o PCB após o processo de fresagem!

Etapa 10: Soldando os componentes no PCB

Agora eu tenho um PCB concluído. tudo que preciso fazer é soldar os componentes no PCB. Para mim, é uma tarefa fácil e divertida.

Quando se trata de soldagem, os componentes através do orifício são tão fáceis de soldar quando comparados aos componentes SMD. Os componentes SMD são pequenos em suas pegadas. é um pouco difícil de soldar para iniciantes. Há muitas chances de cometer erros, como soldas a frio, deslocamentos de componentes e o mais comum, ou fazer pontes entre os traços e as almofadas. Mas todos têm suas próprias dicas e truques de soldagem, que aprenderam com suas próprias experiências. isso tornará essa tarefa fácil e divertida. Portanto, reserve um tempo para soldar os componentes!

Aqui como faço solda

Eu geralmente soldo microcontroladores e outros ICs primeiro. Então eu soldo pequenos componentes como resistores e capacitores etc …

Por fim, os componentes do orifício, fios e pinos de cabeçalho. Para soldar meu USBTinyISP, sigo os mesmos passos. Para soldar SMDs facilmente, primeiro, eu aqueço o ferro de solda a 350 ° C. Em seguida, adicione um pouco de fluxo de solda nas almofadas. Em seguida, aqueço a almofada na qual desejo soldar os componentes e, em seguida, adiciono um pouco de solda a uma única almofada da almofada do componente. Usando uma pinça, arranque o componente e coloque-o sobre a almofada e aqueça a almofada por 2 a 4 segundos. Depois disso, solde as pastilhas restantes. Se você fizer pontes entre os pinos e traços ou der muita solda em um componente, use a fita do pavio de solda para remover a solda indesejada. Eu continuo os mesmos passos até que a placa de circuito impresso esteja totalmente soldada sem nenhum problema. Se algo deu errado, primeiro eu verifico cuidadosamente todos os vestígios e componentes com quebras ou pontes usando uma lupa e multímetro. Se eu encontrar, retifico!

Etapa 11: Fazendo o cabo ISP

Para conectar o microcontrolador ou outro programador ISP para fazer o flash do firmware. precisamos de um fio ribon ribon de seis linhas com dois conectores de fio fêmea 2x3. Usei um fio de fita de 4/3 pés e 6 canais e conectei cuidadosamente o conector fêmea em ambos os lados. Para fazer bem, usei uma pinça G. Veja a foto.

Etapa 12: Flashing Firmware

Agora podemos atualizar o firmware para nosso ISP. Para fazer isso, precisamos de outro programador de ISP. Usei outro USBTinyISP, mas você pode usar um Arduino como ISP para fazer essa tarefa. Conecte ambos os ISPs usando o conector ISP que criamos anteriormente. Em seguida, conecte o USBinyISP (o que estamos usando para programação) ao computador. Certifique-se de que o ISP seja detectado em seu sistema digitando o comando abaixo no terminal Linux.

lsusb

Etapa 1: instalar a cadeia de ferramentas AVR GCC

Em primeiro lugar, precisamos instalar a cadeia de ferramentas. Para fazer isso, abra um terminal Linux e digite.

sudo apt-get install avrdude gcc-avr avr-libc make

Etapa 2: Baixe e descompacte o firmware

Agora baixe e descompacte os arquivos do firmware. Você pode baixá-lo aqui. Depois de baixar o arquivo zip, extraia em um bom local que você possa encontrar facilmente (para evitar confusões desnecessárias).

Etapa 3: criar o arquivo

Antes de gravar o firmware. precisamos garantir que o makefile esteja configurado para os microcontroladores Attiny. Para fazer isso, abra o Makefile em qualquer editor de texto. em seguida, confirme MCU = Attiny45. Veja a imagem abaixo.

Etapa 4: atualize o firmware

Agora podemos atualizar o firmware para nosso ISP. Para fazer isso, precisamos de outro programador de ISP, como disse antes. Usei um FabTinyISP, que fiz anteriormente. Mas você pode usar qualquer ISP ou usar um Arduino como programador de ISP. Conecte ambos os ISPs usando o conector ISP que eu fiz anteriormente. Em seguida, conecte o FabTinyISP (aquele que uso para programar meu ISP) ao computador. Certifique-se de que o Isp seja detectado em seu sistema digitando o comando abaixo no terminal Linux.

lsusb

Agora estamos prontos para piscar. Abra o terminal no caminho da pasta do firmware localizado e digite "make" para fazer o arquivo.hex. Isso irá gerar um. arquivo hex que precisamos gravar no Attiny 45.

Digite o comando abaixo no terminal Linux para atualizar o firmware para o microcontrolador.

fazer flash

Etapa 5: Habilitando o Fusebit

Acabamos de atualizar o firmware. Mas precisamos ativar o fusível. Basta digitar

fazer fusível

o terminal para ativar o fusível interno.

Agora precisamos remover o jumper ou desativar o pino de reinicialização. Remover a conexão do jumper não é obrigatório, podemos desabilitar o pino de reinicialização. É com você. Eu escolho desativar o pino de redefinição.

Observe: - Se você desabilitar o pino de reinicialização, o pino de reinicialização será desconectado internamente. Significa que você não pode programá-lo mais após desativar o pino de reinicialização.

Se você quiser desabilitar o pino de reinicialização, digite make o comando abaixo no terminal.

rstdisbl

Você receberá uma mensagem de sucesso. Depois de fazer o upload do firmware com sucesso, eu preciso verificar se o USBTinyISP está funcionando corretamente, para fazer isso você precisa inserir um comando no terminal

sudo avrdude -c usbtiny -b9600 -p t45 -v

Após inserir o comando, obterá o feedback de retorno na janela do terminal.

Etapa 13: Terminamos

Agora você pode remover os dois dispositivos do computador e usar o USBtiny criado agora para programar seus microcontroladores a partir de agora. Estou usando este ISP para fazer flash em meus esboços do Arduino.