Construindo um Arduino DIY em um PCB e algumas dicas para iniciantes: 17 etapas (com imagens)

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

Isso serve como um guia para qualquer pessoa que esteja soldando seu próprio Arduino a partir de um kit, que pode ser adquirido na A2D Electronics. Ele contém muitas dicas e truques para construí-lo com sucesso. Você também aprenderá sobre o que todos os diferentes componentes fazem.

Continue lendo e aprenda o que é necessário para construir seu próprio Arduino!

Você também pode ver este projeto no meu site aqui.

Etapa 1: Mini Conector USB

A primeira parte a ser soldada é o conector mini USB. Isso fornecerá energia ao seu arduino quando concluído, mas um adaptador RS232 / USB para serial será necessário para programá-lo. O conector mini USB é inserido primeiro para que você possa colocá-lo, vire a placa para que os pinos fiquem voltados para cima e, em seguida, coloque-o sobre a mesa. Antes de colocá-lo, dobre o mini conjunto de 2 pinos levemente em direção à parte frontal da placa para que ele se encaixe perfeitamente nos orifícios da placa de circuito impresso. O peso da placa de circuito impresso manterá o conector no lugar e você pode soldá-lo ali mesmo.

Etapa 2: Fixar cabeçalhos

Os cabeçalhos de pino são as próximas peças a serem inseridas. Você deve ter cabeçalhos fêmeas em 6 pinos x2, 8 pinos x2 e 10 pinos x1. Um cabeçalho macho de 3 × 2 também é necessário para o cabeçalho ICSP (In Circuit Serial Programming). Todos eles ficam do lado de fora da placa e se encaixam perfeitamente em seus devidos lugares. Solde-os com o mesmo método da tomada USB, fazendo um conector de cada vez. Os cabeçalhos devem estar perfeitamente perpendiculares ao PCB. Para conseguir isso, solde apenas um pino da plataforma e, enquanto segura a plataforma com a mão, derreta a solda novamente e reposicione a plataforma em sua posição perpendicular. Certifique-se de que ele também fique alinhado com a placa em todo o comprimento. Segure-o na posição até que a solda endureça, então continue soldando o resto dos pinos.

Etapa 3: Soquete IC

Dica rápida para soldar o resto dos componentes: Todos os cabos dos componentes podem ser colocados através da placa primeiro e depois dobrados para o lado para que os componentes permaneçam na placa ao virá-la. Isso tornará muito mais fácil soldar, pois os componentes se manterão no lugar.

Comece colocando o soquete de 28 pinos IC. Certifique-se de alinhar o divot em uma extremidade com o desenho no PCB. Isso permite que você saiba como inserir o microcontrolador AtMega328P. Mesmo que os pinos neste soquete sejam mais curtos do que resistores ou capacitores, eles ainda podem ser dobrados para segurar o componente no lugar enquanto você o solda.

Etapa 4: resistores

Os 3 resistores podem ser os próximos. Não importa como eles são colocados - os resistores não são polarizados. Existem 2 resistores de 1K ohm como resistores limitadores de corrente para os LEDs e um resistor de 10K ohm como um resistor pull-up na linha de reinicialização. Foram escolhidos resistores de 1K ohm para o LED em vez dos comuns de 220 ohm para que os LEDs tenham uma corrente mais baixa passando por eles, agindo mais como indicadores do que uma lanterna.

Etapa 5: LEDs

Existem 2 LEDs, um como indicador de energia e outro no pino 13 do Arduino. A perna mais longa nos LEDs marca o lado positivo (ânodo). Certifique-se de colocar a perna mais longa no lado marcado com + no PCB. O terminal negativo de um LED também é achatado na lateral, para que você ainda possa decifrar os terminais positivo (ânodo) e negativo (cátodo) se eles forem cortados.

Etapa 6: Oscilador

O próximo é o oscilador de cristal e os 2 capacitores de cerâmica de 22pF. Não importa de que maneira qualquer um desses seja colocado - capacitores de cerâmica e osciladores de cristal não são polarizados. Esses componentes darão ao Arduino um sinal de clock externo de 16 MHz. O arduino pode produzir um clock interno de 8 MHz, portanto, esses componentes não são estritamente necessários, mas permitem que ele opere em velocidade total.

Etapa 7: Reinicializar a chave

O botão de reinicialização pode ser o próximo. As pernas do switch não precisam ser dobradas, ele deve se prender no slot.

Etapa 8: Capacitores de cerâmica

4 capacitores de cerâmica 100nF (nano Farad) podem ser os próximos. C3 e C9 ajudam a suavizar pequenos picos de tensão nas linhas de 3,3 V e 5 V para fornecer energia limpa ao Arduino. C7 está em série com a linha de reinicialização externa para permitir que um dispositivo externo (conversor USB para serial) reinicie o Arduino no momento certo para programá-lo. C4 está no pino AREF (referência analógica) do Arduino e no GND para garantir que o Arduino mede valores analógicos precisos em suas entradas analógicas. Sem C4, AREF seria considerado 'flutuante' (não conectado à alimentação ou aterramento) e causaria imprecisões nas leituras analógicas porque um pino flutuante assumirá qualquer tensão ao seu redor, incluindo os pequenos sinais AC em seu corpo que chegaram da fiação ao seu redor. Novamente, os capacitores de cerâmica não são polarizados, então não importa como você os coloca.

Etapa 9: Fusível PTC

Agora você pode instalar o fusível PTC (coeficiente de temperatura positivo). O fusível PTC não é polarizado, portanto, pode ser colocado em qualquer uma das formas. Isso vai logo atrás do soquete USB. Se o seu circuito tentar consumir mais de 500mA de corrente, este fusível PTC começará a aquecer e aumentar a resistência. Este aumento na resistência reduzirá a corrente e protegerá a porta USB. Essa proteção está apenas no circuito quando o Arduino está sendo alimentado por USB, portanto, ao alimentar o Arduino por meio do conector DC ou por alimentação externa, certifique-se de que seu circuito está correto. Certifique-se de puxar as pernas completamente pelos orifícios, mesmo após as curvas. Um par de alicates será útil aqui.

Etapa 10: Capacitores eletrolíticos

Os 3 capacitores eletrolíticos de 47uF (microFarad) podem ser colocados a seguir. A perna mais longa é a perna positiva, mas a identificação mais comum é a coloração do invólucro do lado da perna negativa. Certifique-se de que, ao colocá-los, a perna positiva vá em direção à marca + no tabuleiro. Esses capacitores suavizam as irregularidades maiores da tensão de entrada, bem como as linhas de 5 V e 3,3 V, de modo que seu Arduino obtenha 5 V / 3,3 V constantes em vez de uma tensão flutuante.

Etapa 11: DC Jack

O próximo é o conector de entrada DC. Mesma coisa que todos os outros componentes, coloque-o e vire a placa sobre ele para que fique no lugar enquanto você o solda. Dobrar as pernas pode ser um pouco difícil, pois elas são grossas, então você sempre pode manter este no lugar da mesma forma que o conector mini USB que foi soldado anteriormente. Este só vai de uma maneira - com o macaco voltado para o lado de fora da placa.

Etapa 12: reguladores de tensão

Agora, os dois reguladores de tensão. Certifique-se de colocá-los nos lugares certos. Ambos estão etiquetados, então apenas combine a escrita no quadro com a escrita nos reguladores. O regulador de 3,3 V é um LM1117T-3.3 e o regulador de 5 V é um LM7805. Ambos são reguladores de tensão linear, o que significa que a corrente de entrada e a corrente de saída serão iguais. Digamos que a tensão de entrada seja 9 V e a tensão de saída seja 5 V, ambas com 100 mA de corrente. A diferença nas tensões de entrada e saída será dissipada como calor pelo regulador. Nesta situação, (9V-4V) x 0,1A = 0,4W de calor a ser dissipado pelo regulador. Se você achar que o regulador esquenta durante o uso, isso é normal, mas se estiver consumindo uma grande corrente e houver uma grande diferença de tensão, um dissipador de calor no regulador pode ser necessário. Agora, para soldá-los na placa, a aba de metal de um lado deve ir para o lado da placa que tem uma linha dupla. Para prendê-los no lugar até soldá-los, dobre uma perna de um lado e as outras duas do outro. Uma vez soldado no lugar, dobre o regulador de 5 V para fora da placa e o regulador de 3,3 V para o lado de dentro da placa.

Etapa 13: Inserindo o AtMega328P IC

A parte final é colocar o microcontrolador em seu soquete. Alinhe os divots no soquete e no IC e, em seguida, alinhe todos os pinos. Uma vez no lugar, você pode empurrá-lo para baixo. Será necessário um pouco mais de força do que você espera, então certifique-se de aplicar pressão uniformemente para não dobrar nenhum dos pinos.

Etapa 14: algumas notas de cuidado com seu Arduino

• NUNCA conecte a alimentação USB e a alimentação externa ao Arduino ao mesmo tempo. Embora ambos possam ser classificados em 5 V, muitas vezes não são exatamente 5 V. A pequena diferença de tensão entre as duas fontes de alimentação causa um curto-circuito na placa.
• NUNCA extraia mais de 20mA de corrente de qualquer pino de saída (D0-D13, A0-A5). Isso vai fritar o microcontrolador.
• NUNCA extraia mais de 800mA do regulador de 3,3 V ou mais de 1A do regulador de 5V. Se precisar de mais energia, use um adaptador de energia externo (um banco de energia USB funciona bem para 5V). A maioria dos Arduinos gera sua alimentação de 3,3 V do USB para o chip serial a bordo. Eles são capazes de apenas uma saída de 200mA, portanto, se você usar um Arduino diferente, certifique-se de não consumir mais do que 200mA do pino de 3,3V.
• NUNCA coloque mais de 16 V no conector DC. Os capacitores eletrolíticos usados são classificados para apenas 16V.

Etapa 15: Algumas dicas / fatos interessantes

• Se você achar que seu projeto precisa de muitos pinos, os pinos de entrada analógica também podem ser usados como pinos de saída digital. A0 = D14, até A5 = D19.
• O comando analogWrite () é na verdade um sinal PWM, não uma tensão analógica. Os sinais PWM estão disponíveis nos pinos 3, 5, 6, 9, 10 e 11. Eles são úteis para controlar o brilho de um LED, controlar motores ou gerar sons. Para obter um sinal de áudio nos pinos de saída PWM, use a função tone ().
• Os pinos digitais 0 e 1 são os sinais TX e RX para o AtMega328 IC. Se possível, não os use em seus programas, mas se for necessário, pode ser necessário desconectar as partes desses pinos durante a programação do Arduino.
• Os pinos SDA e SCL para comunicação i2c são, na verdade, pinos A4 e A5, respectivamente. Se estiver usando uma comunicação i2c, os pinos A4 e A5 não podem ser usados para outros fins.

Etapa 16: Programando Seu Arduino

Primeiro, desconecte qualquer fonte de alimentação externa para evitar curto-circuito em 2 fontes de alimentação diferentes. Agora, conecte um adaptador USB para serial no conector logo atrás da alimentação do mini USB. Conecte-o de acordo com o seguinte:

Arduino USB para adaptador serial

GND GND (terra)

VCC VCC (potência)

DTR DTR (redefinir pino)

TX RX (dados)

RX TX (dados)

Sim, os pinos TX e RX são invertidos. TX é o pino de transmissão e RX é o pino de recepção, então se você tivesse 2 pinos de transmissão conectados juntos, não aconteceria muita coisa. Esta é uma das armadilhas mais comuns para iniciantes.

Certifique-se de que o jumper no adaptador USB para serial esteja definido para 5V.

Conecte o adaptador USB para serial no computador, selecione a porta COM apropriada (dependerá do seu computador) e Placa (Arduino UNO) no menu Ferramentas do IDE do Arduino (baixado de Arduino.cc), em seguida, compile e carregue seu programa.

Etapa 17: Testando com um Blink Sketch

A primeira coisa que você deve fazer é piscar um LED. Isso irá familiarizá-lo com o IDE do Arduino e a linguagem de programação, e garantir que sua placa esteja funcionando corretamente. Vá para os exemplos, encontre o exemplo do Blink, compile e faça upload para a placa Arduino para se certificar de que tudo funciona. Você deve ver o LED conectado ao pino 13 começar a piscar e desligar em intervalos de 1 segundo.