Selbst ein PSLab bauen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Ein arbeitsreicher Tag im Elektroniklabor, oder?

Hatten Sie schon einmal Probleme mit Ihren Schaltungen? Zum Debuggen wussten Sie, dass Sie ein Multimeter oder ein Oszilloskop oder einen Wellengenerator oder eine externe präzise Stromquelle oder beispielsweise einen Logikanalysator benötigen. Aber es ist ein Hobbyprojekt und Sie möchten nicht Hunderte von Dollar für solche teuren Tools ausgeben. Ganz zu schweigen davon, dass das gesamte oben genannte Set viel Platz zum Aufbewahren benötigt. Sie könnten am Ende ein Multimeter im Wert von 20-30 Dollar haben, aber es macht nicht wirklich gute Arbeit, die Schaltung zu debuggen.

Was, wenn ich sage, es gibt ein Open-Source-Hardwaregerät, das all diese Funktionen eines Oszilloskops, eines Multimeters, eines Logikanalysators, eines Wellengenerators und einer Stromquelle bietet und Sie nicht Hunderte von Dollar kosten wird und nicht geht einen ganzen Tisch zu füllen. Es ist das PSLab-Gerät der Open-Source-Organisation FOSSASIA. Sie finden die offizielle Website unter https://pslab.io/ und die Open-Source-Repositorys unter den folgenden Links;

• Hardware-Schaltpläne:
• MPLab-Firmware:
• Desktop-App:
• Android-App:
• Python-Bibliotheken:

Ich pflege die Hardware- und Firmware-Repositorys und wenn Sie Fragen zur Verwendung des Geräts oder andere verwandte Dinge haben, können Sie mich gerne fragen.

Was bietet uns PSLab?

Dieses kompakte Gerät mit dem Formfaktor eines Arduino Mega hat eine Menge Funktionen. Bevor wir beginnen, wird es im Mega-Formfaktor hergestellt, sodass Sie es problemlos in Ihr schickes Arduino Mega-Gehäuse stecken können. Werfen wir nun einen Blick auf die Spezifikationen (extrahiert aus dem ursprünglichen Hardware-Repository);

• 4-Kanal bis zu 2MSPS Oszilloskop. Software wählbare Verstärkungsstufen
• 12-Bit-Voltmeter mit programmierbarer Verstärkung. Eingangsbereiche von +/-10 mV bis +/-16 V
• 3x 12-Bit programmierbare Spannungsquellen +/-3,3 V, +/-5V, 0-3 V
• 12-Bit Programmierbare Stromquelle. 0-3,3 mA
• 4-Kanal, 4 MHz, Logikanalysator
• 2x Sinus-/Dreieckgeneratoren. 5Hz bis 5KHz. Manuelle Amplitudensteuerung für SI1
• 4x PWM-Generatoren. 15 nS Auflösung. Bis zu 8 MHz
• Kapazitätsmessung. pF bis uF-Bereich
• I2C-, SPI-, UART-Datenbusse für Accel-/Gyros-/Feuchtigkeits-/Temperaturmodule

Jetzt, da wir wissen, was dieses Gerät ist, wollen wir sehen, wie wir eines bauen können.

Schritt 1: Beginnen wir mit den Schaltplänen

Open-Source-Hardware passt zu Open-Source-Software:)

Dieses Projekt ist in offenen Formaten, wo immer möglich. Dies hat viele Vorteile. Jeder kann die Software kostenlos installieren und ausprobieren. Nicht jeder hat die finanzielle Stärke, proprietäre Software zu kaufen, so dass es möglich ist, die Arbeit trotzdem zu erledigen. Also wurden die Schaltpläne mit KiCAD erstellt. Es steht Ihnen frei, jede beliebige Software zu verwenden; nur die Verbindungen richtig machen. Das GitHub-Repository enthält alle Quelldateien für Schaltpläne unter https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m… und wenn Sie sich für KiCAD entscheiden, können wir das Repository sofort klonen und die Quelle haben uns selbst, indem Sie den folgenden Befehl in einem Linux-Terminalfenster eingeben.

$ git clone

Wenn Sie mit Konsolenbefehlen nicht vertraut sind, fügen Sie einfach diesen Link in einen Browser ein und die ZIP-Datei mit allen Ressourcen wird heruntergeladen. Die PDF-Version der Schaltplandateien finden Sie unten.

Der Schaltplan sieht vielleicht etwas kompliziert aus, da er viele ICs, Widerstände und Kondensatoren enthält. Ich werde Sie durch das führen, was hier drin ist.

In der Mitte der ersten Seite befindet sich ein PIC-Mikrocontroller. Das ist das Gehirn des Geräts. Es ist mit mehreren OpAmps, einem Quarz und einigen Widerständen und Kondensatoren verbunden, um elektrische Signale von I/O-Pins zu erfassen. Die Verbindung mit einem PC oder einem Mobiltelefon erfolgt über eine UART-Brücke, die MCP2200 IC ist. Es hat auch eine Breakout-Öffnung für einen ESP8266-12E-Chip auf der Rückseite des Geräts. Schematics hat auch einen Spannungsverdoppler und einen Spannungsinverter-ICs, da das Gerät Oszilloskopkanäle unterstützen kann, die bis zu +/-16 V. gehen können

Sobald der Schaltplan fertig ist, besteht der nächste Schritt darin, die echte Platine aufzubauen …

Schritt 2: Konvertieren des Schaltplans in ein Layout

OK ja, das ist ein Durcheinander, oder? Das liegt daran, dass Hunderte von kleinen Komponenten in einer kleinen Platine untergebracht sind, und zwar auf einer Seite einer kleinen Platine in der Größe eines Arduino Mega. Dieses Brett ist ein vierschichtiges. So viele Schichten wurden verwendet, um eine bessere Spurintegrität zu erzielen.

Die Abmessungen der Platine sind genau wie beim Arduino Mega und die Stiftleisten werden an den gleichen Stellen platziert, an denen der Mega seine Pins hat. In der Mitte befinden sich Stiftleisten zum Anschluss des Programmiergeräts und eines Bluetooth-Moduls. Es gibt vier Testpunkte oben und vier unten, um zu überprüfen, ob die richtigen Signalpegel an den richtigen Anschlüssen ankommen.

Sobald alle Footprints importiert sind, müssen Sie zunächst den Mikrocontroller in der Mitte platzieren. Platzieren Sie dann die Widerstände und Kondensatoren, die direkt mit dem Mikrocontroller verbunden sind, um den Haupt-IC und fahren Sie dann fort, bis die letzte Komponente platziert ist. Es ist besser, ein grobes Routing vor dem eigentlichen Routing zu haben. Hier habe ich mehr Zeit investiert, um die Komponenten mit den richtigen Abständen ordentlich anzuordnen.

Werfen wir im nächsten Schritt einen Blick auf die wichtigsten Stücklisten.

Schritt 3: Bestellung der Leiterplatte und der Stückliste

Die Materialliste habe ich beigefügt. Es enthält im Wesentlichen folgenden Inhalt;

1. PIC24EP256GP204 - Mikrocontroller
2. MCP2200 - UART-Brücke
3. TL082 - Operationsverstärker
4. LM324 - Operationsverstärker
5. MCP6S21 - Verstärkungsgesteuerter OpAmp
6. MCP4728 - Digital-Analog-Wandler
7. TC1240A - Spannungswandler
8. TL7660 - Spannungsverdoppler
9. 0603 große Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten
10. 12MHz SMD-Kristalle

Stellen Sie bei der Bestellung der Leiterplatte sicher, dass Sie die folgenden Einstellungen haben

• Abmessungen: 55 mm x 99 mm
• Schichten: 4
• Material: FR4
• Dicke: 1,6 mm
• Mindestspurabstand: 6mil
• Mindestlochgröße: 0,3 mm

Schritt 4: Beginnen wir mit der Montage

Wenn die Leiterplatte fertig ist und die Bauteile angekommen sind, können wir mit der Bestückung beginnen. Zu diesem Zweck haben wir besser eine Schablone, damit der Prozess einfacher ist. Legen Sie zuerst die Schablone auf die Pads ausgerichtet und tragen Sie die Lotpaste auf. Beginnen Sie dann mit dem Platzieren von Komponenten. Das Video hier zeigt eine Zeitrafferversion von mir, wie ich Komponenten platziere.

Sobald jedes Bauteil platziert ist, reflowlöten Sie es mit einer SMD-Rework-Station. Achten Sie darauf, die Platine nicht zu stark zu erhitzen, da die Komponenten bei starker Hitze versagen können. Auch nicht aufhören und viele Male tun. Tun Sie dies in einem Zug, da das Erkalten der Komponenten und das anschließende Aufheizen die strukturelle Integrität sowohl der Komponenten als auch der Leiterplatte selbst beeinträchtigen.

Schritt 5: Laden Sie die Firmware hoch

Sobald die Montage abgeschlossen ist, besteht der nächste Schritt darin, die Firmware auf den Mikrocontroller zu brennen. Dafür brauchen wir;

• PICKit3 Programmer - Zum Hochladen der Firmware
• Stecker-zu-Stecker-Überbrückungsdrähte x 6 - Zum Verbinden des Programmiergeräts mit dem PSLab-Gerät
• USB-Kabel vom Typ Mini B - Zum Verbinden des Programmiergeräts mit dem PC
• USB-Kabel vom Typ Micro B - Zum Verbinden und Einschalten des PSLab mit dem PC

Die Firmware wird mit MPLab IDE entwickelt. Der erste Schritt besteht darin, den PICKit3-Programmierer mit dem PSLab-Programmierheader zu verbinden. Richten Sie den MCLR-Pin sowohl im Programmiergerät als auch im Gerät aus und der Rest der Pins wird korrekt platziert.

Das Programmiergerät selbst kann das PSLab-Gerät nicht einschalten, da es nicht viel Strom liefern kann. Daher müssen wir das PSLab-Gerät mit einer externen Quelle einschalten. Schließen Sie das PSLab-Gerät mit einem Micro-B-Kabel an einen Computer an und schließen Sie dann das Programmiergerät an denselben PC an.

Öffnen Sie MPLab IDE und klicken Sie in der Menüleiste auf "Gerät erstellen und programmieren". Es öffnet sich ein Fenster, um einen Programmierer auszuwählen. Wählen Sie "PICKit3" aus dem Menü und drücken Sie OK. Es beginnt mit dem Brennen der Firmware auf das Gerät. Achten Sie auf Nachrichten, die auf der Konsole gedruckt werden. Es wird sagen, dass es den PIC24EP256GP204 erkennt und schließlich die Programmierung abgeschlossen ist.

Schritt 6: Schalten Sie es ein und es kann losgehen

Wenn die Firmware korrekt brennt, leuchtet die grüne LED auf, was einen erfolgreichen Boot-Zyklus anzeigt. Jetzt können wir das PSLab-Gerät verwenden, um alle Arten von elektronischen Schaltungstests, Experimenten usw.

Die Bilder zeigen, wie die Desktop-App und die Android-App aussehen.