Erfahren Sie, wie Sie mit EasyEDA Online-Tools eine kundenspezifisch geformte Leiterplatte entwerfen – wikiHow

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Ich wollte schon immer eine kundenspezifische Leiterplatte entwerfen, und mit Online-Tools und billigem PCB-Prototyping war es noch nie so einfach wie jetzt! Es ist sogar möglich, die SMD-Komponenten kostengünstig und einfach in kleinen Stückzahlen zu montieren, um sich die schwierige Lötaufgabe zu ersparen! Ich habe 10x PCBs mit Bestückung für weniger als 50 US-Dollar bestellt. Während PCBs eine wichtige Funktion erfüllen, ist das Layout der Komponenten ein wichtiger Teil des Aussehens. Ich habe die Komponenten auf der Platine gedreht, um sie an den Punkten des Sterns auszurichten.

Dieses anweisbare wird Ihnen beibringen:

• So zeichnen Sie die benutzerdefinierte PCB-Form in InkScape (kostenloses Open-Source-Grafiktool)
• So verwenden Sie EasyEDA-Schaltungs- und PCB-Designtools (kostenlos und online, keine Installation erforderlich!)
• So importieren Sie das SVG in EasyEDA für benutzerdefinierte PCB-Form und Siebdruck
• So entwerfen Sie ein einfaches programmierbares Arduino-MCU-Design
• So verwenden Sie die JLCPCB-Oberflächenmontage, um die Platinen herzustellen und zu montieren

Merkmale von "Der Stern"

• Kundenspezifische sternförmige 5-Punkt-Leiterplatte
• Animierte Beleuchtung - 10x LEDs pro Seite, doppelseitig
• Arduino programmierbarer ATMEGA328P Mikrocontroller
• 2x Schaltflächen für Interaktivität - Sie könnten ein einfaches Spiel erstellen
• Stromversorgung über Micro-USB (Option)
• Vernetzen Sie mehrere Sterne für größere Animationen (Option) mit serieller Kommunikation

AKTUALISIERT 02APR2020 nach Erhalt der Boards.

Lieferungen

Siehe BOM-Datei (Bill of Materials) und das angehängte schematische PDF.

Siehe vollständiges Schema im Anhang.

Hier ist ein Link zum EasyEDA-Projekt aus einem späteren Schritt -

Schritt 1: Erstellen Sie das Design in InkScape

Lassen Sie uns zuerst die Form der Leiterplatte und alle Siebdruckbilder entwerfen, die auf die Leiterplatte gehen.

1. Inkscape herunterladen und installieren
2. Neues Dokument erstellen
3. Verwenden Sie das Rechteckwerkzeug, um ein Rechteck von 100 x 100 mm zu erstellen. JLCPCB bietet günstigere Leiterplatten unter dieser Größe an.
4. Verwenden Sie das Polygonwerkzeug, um eine Sternform zu erstellen, die in das Rechteck passt

5. Fügen Sie weitere Details hinzu, z. B. kleine Sterngrafiken innerhalb des Umrisses, wo ich die LEDs platziere

   1. Fügen Sie zunächst die Formen für einen Punkt des Sterns hinzu, z. die Spitze
   2. Fügen Sie eine abgerundete Ecke (zur Sicherheit!) mit einer Bézier-Kurve hinzu
   3. Wählen Sie alle Formen an diesem Punkt aus und gruppieren Sie sie zusammen

   4. Wir können diese Gruppe dann kopieren und auf die anderen Punkte des Sterns drehen

      "Bearbeiten -> Klonen -> Gekachelte Klone erstellen"

6. Wenn Sie die Ecken gerundet haben, müssen wir die nicht mehr benötigten Punkte entfernen

   1. Dazu habe ich manuell die geraden Linien gezeichnet, die die Kurven verbinden
   2. Entfernen Sie dann den ursprünglichen Stern

Speichern Sie 2 Versionen dieses Bildes

• A: Siebdruck - Vollständiges Bild mit allen Details, die für den Siebdruck verwendet werden
• B: Platinenumriss - wie oben, aber entfernen Sie alle Details in der Mitte, so dass nur der Umriss übrig bleibt. Dadurch wird die Form der Leiterplatte definiert.

. DXF-Versionen beider Dateien speichern

• Datei -> Speichern unter ->.dxf
• Verwenden Sie die Einstellungen

Beispiel-Inkscape.svg- und.dxf-Dateien im Anhang.

Schritt 2: Importieren Sie die.dxf-Datei in EasyEDA, um die benutzerdefinierte Form zu erstellen

In diesem Schritt wird ein neues Projekt im EasyEDA Online-Tool erstellt und die.dxf-Datei importiert, um die Form der Leiterplatte und des Siebdrucks festzulegen. EasyEDA ist ein kostenloser Online-Schaltplan- und PCB-Editor. Ich habe mich dafür entschieden, weil es einfacher war, als eines der vielen verfügbaren Tools herunterzuladen und zu installieren. Es scheint für meine Bedürfnisse großartig zu sein und lässt sich gut in JLCPCB für PCB-Prototypen und LCSC-Teile integrieren.

Projekt und PCB erstellen

1. Besuchen Sie https://easyeda.com/ und erstellen Sie ein kostenloses Konto.

2. Erstellen Sie ein neues Projekt in Ihrem Arbeitsbereich

   Datei den Schaltplan speichern

3. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Projektnamen und "Neue Leiterplatte"

   1. OK die Standardeinstellungen (100x100mm)
   2. Hinweis - wir können später zurückkommen und den Schaltplan bearbeiten und Komponenten hinzufügen

4. Importieren Sie die Board-Umrisse

   1. Datei -> DXF importieren
   2. Wählen Sie die.dxf-Board-Outline-Datei von inkscape
   3. Überprüfen Sie, ob Layer auf 'BoardOutLine' eingestellt ist
   4. Klicken Sie auf "Importieren".
   5. Platzieren Sie es innerhalb des vorhandenen 100x100-Rechtecks
   6. Löschen Sie das Rechteck, die neue Sternform ist die BoardOutLine
   7. Überprüfen Sie, ob es sich auf der rosa BoardOutLine-Ebene befindet, wenn nicht, wählen Sie sie aus und ändern Sie die Ebene im Bedienfeld oben rechts

5. Importieren Sie das Siebdruckbild

   1. Datei -> DXF importieren
   2. Wählen Sie die.dxf-Siebdruckdatei von inkscape
   3. Überprüfen Sie, ob Layer auf 'TopSilkLayer' eingestellt ist.
   4. Klicken Sie auf "Importieren".
   5. Platzieren Sie es oben auf der Platinenkontur (vergrößern Sie es mit dem Mausrad für Genauigkeit)

6. Überprüfen Sie die Ergebnisse durch eine Vorschau der 3D-Vorschau

   Klicken Sie auf das Symbol "Kamera" und "3D-Ansicht"

Nächster Schritt - Komponenten hinzufügen:)

Schritt 3: Planen Sie die zu verwendenden Komponenten, einschließlich der SMD-Bestückung

Nachdem wir nun eine benutzerdefinierte Form haben, können wir mit dem Hinzufügen von Komponenten beginnen.

Sie könnten Komponenten einfach direkt im PCB-Editor platzieren, aber es ist besser, sie in die Schaltplanansicht einzufügen und dann auf 'Update PCB' zu klicken, um sie der PCB hinzuzufügen.

Hinweis - Um die von JLCPCB (https://jlcpcb.com/smt-assembly) angebotenen PCB-Bestückungsdienste nutzen zu können, ist es wichtig, Komponenten aus einer bestimmten Liste zu verwenden, die sie haben.

• Laden Sie die XLS-Teileliste herunter

  • Derzeit -
  • Welches ist verlinkt von:

Teileauswahl:

• Base

  Die günstigste Option ist die Verwendung von Teilen aus ihrer „Basis“-Liste, da diese bereits auf ihre Bestückungsautomaten geladen sind

• erweitern

  Es gibt zusätzliche "verlängerte" Teile, aber für jeden fallen zusätzliche Kosten an. z. B. Die LEDs und ATMEG328P, die ich in diesem Projekt verwende, sind beide erweitert, jedoch sind alle diskreten Widerstände, Kondensatoren und der Keramikresonator Standardteile

• Sonstiges - später manuell zum Board hinzugefügt

  Ich entschied mich, den USB-Anschluss, die Drucktasten und den Programmierkopf manuell hinzuzufügen

Das angehängte Bild ist ein Screenshot der Teilmenge der Teile, die ich im Projekt verwendet habe. Ich habe eine Spalte "MyProject" hinzugefügt, um mir zu helfen, auf die Komponenten zu filtern, die mir wichtig sind. Ich habe hauptsächlich 0805-Fußabdrücke gewählt, um das Löten zu erleichtern. Der Quarz-/Keramik-Resonator kann von Hand schwer zu löten sein.

Die LCSC-Teilenummer, z. B. C14877, kann direkt im Schaltplan- (und PCB-) Editor verwendet werden.

Zusammenfassung der Stückliste

• C84258. - kaltweiße LED, sehr hell (sogar mit 2x LEDs, die sich einen 150R-Widerstand auf 5V teilen) und schöner Diffusor eingebaut
• C7171 - 10uF Entkopplungskappe x2
• C17444 - 12K Widerstand für RESET Pin Pullup x1
• C17471 - 150R Widerstand in Reihe mit LEDs x10
• C21120 - 220nF Entkopplungskappe x2
• C13738 - 16MHz Keramikresonator mit integrierten Kappen
• C14877 - ATMEGA328P-MCU

Schritt 4: Erstellen Sie den Schaltplan, machen Sie ihn Arduino programmierbar

Das Herzstück dieses Designs ist ein ATMEGA328P, der in vielen Arduinos einschließlich Uno, Nano und Pro Mini verwendet wird. Dies bedeutet, dass es möglich ist, die Arduino IDE zum Schreiben des Codes und Programmieren des Boards zu verwenden.

Ich habe dieses Board so entworfen, dass eine minimale Anzahl von Komponenten verwendet wird, um die Kosten zu senken und das Board einfach zu halten, aber dennoch über den ISP-Header "In System Programming" programmiert zu werden, als wäre es ein Arduino Nano.

Verstehe die Pinbelegung

Sehen Sie sich das Pinbelegungsdiagramm von https://github.com/MCUdude/MiniCore an, um zu sehen, wie die physischen Pins der MCU den Arduino-Pin-Namen zugeordnet werden. z. B. Der physische MCU-Pin 1 (oben links) ist auch Arduino-Pin 3 (auf einem Nano mit D3 bezeichnet), der von PD3 in der MCU gesteuert wird. Aus Sicht der Arduino-IDE müssen Sie nur den Arduino-Pin '3' kennen.

Mindestkomponenten zur Nachahmung eines Nanos:

• Der ATMEGA328P
• Entkopplungskondensatoren zur Glättung der Stromversorgung

• ISP-Header 'In System Programming' anstelle von USB-Programmierung

  • 6-poliger Header, der von einem anderen Arduino mit ISP-Programmierer-Image programmiert werden kann
  • Hinweis - USB/Seriell-Programmierung ist ohne einen USB-Seriell-Konverter nicht möglich
• Siehe

• 16MHz Keramikresonator

  • Dies ist erforderlich, wenn Sie einen Nano nachahmen, da dies immer ein externer Resonator mit 5 V und 16 MHz ist
  • Beachten Sie, dass die meisten 3- oder 4-poligen Resonatoren nicht die separaten Kondensatoren benötigen, die ein Quarz erfordert

Alternativer, noch minimalerer Komponentensatz mit MiniCore

Wenn Sie den Quarz oder Resonator nicht möchten oder nicht haben, können Sie den internen 8-MHz-Oszillator im ATMEGA328P verwenden. Um dies zu ermöglichen, müssen Sie einen anderen Bootloader laden, z. B. den MiniCore-Bootloader finden Sie unter GitHub für weitere Informationen.

https://github.com/MCUdude/MiniCore

Beginnen Sie nun mit dem Hinzufügen der Komponenten:

• Rechtsklick auf "Komponente platzieren"
• Geben Sie im Suchfeld die Teilenummer aus der Tabelle / LCSC ein, z. B. C14877 für ATMEGA328P-AU
• Platziere es auf dem Schaltplan

• Wiederholen Sie dies für die anderen Komponenten - Kappen, Widerstände, LEDs

  zunächst eine von jeder Komponente, dann kopieren und nach Bedarf in das Design einfügen

Schritt 5: Fügen Sie diese Komponenten der Leiterplatte mit "PCB aktualisieren" hinzu

Eine nette Funktion des EasyEDA Online-Editors ist die Möglichkeit, Änderungen am Schaltplan vorzunehmen und dann die Leiterplatte zu aktualisieren.

• Klicken Sie im Schaltplan-Editor auf Datei speichern

• Dann die Schaltfläche "PCB aktualisieren" in der Symbolleiste

  • Ein Fenster öffnet sich, um Ihnen mitzuteilen, was sich geändert hat
  • 'Änderungen übernehmen'
• Die neuen Komponenten werden nun in der unteren rechten Ecke platziert

• Verschiebe sie dorthin, wo du sie haben möchtest

  • Drücken Sie die Leertaste, um sich um 90 Grad zu drehen
  • mit dem Mausrad zoomen

• Beachten Sie die 'Rattenlinien', die zeigen, wo die Komponenten verbunden werden müssen

  Verwenden Sie die Komponentendrehung, um die Verdrahtung zu vereinfachen

• Um Komponenten auf der Unterseite zu platzieren, klicken Sie auf eine Komponente und ändern Sie in der oberen rechten Ecke TopLayer in Bottom Layer

Schritt 6: Verlegen Sie die Komponenten auf der Platine

Verdrahten Sie nun die Komponenten wie durch die Rattenlinien angezeigt

• Verwenden Sie die Schaltfläche 'Track' in der Symbolleiste
• Klicken Sie auf eine Komponente, dann auf die nächste
• Verwenden Sie Vias, um zwischen den Schichten zu verbinden

• Fügen Sie eine Erdungsebene über die gesamte obere Schicht hinzu, um alle Erdungsstifte automatisch zu verbinden

  • Verwenden Sie die Schaltfläche "Kupferfläche", um ein Rechteck zu zeichnen, das die gesamte Platine bedeckt. Das Tool füllt automatisch den richtigen Bereich aus und verbindet sich standardmäßig mit dem GND-Netz
  • Fügen Sie eine weitere Ebene auf der unteren Ebene für VCC. hinzu
• Öffnen Sie die 3D-Ansicht, um Ihren Fortschritt zu überprüfen

Ich habe mich dafür entschieden, die Streckenführung sehr direkt und sauber zu halten. Ich habe mir das PCB-Layout angesehen, um auszuwählen, welcher Pin der MCU mit jeder LED verbunden werden soll, um das Routing zu vereinfachen und Teil des Designprozesses zu machen.

Es ist einfach, zurück in den Schaltplan-Viewer zu wechseln und dem Pin einen Netznamen hinzuzufügen, z. B. U1 Pin 23 verbindet sich mit Netz LED4. Bringen Sie das gleiche Netzlabel an der LED an, aktualisieren Sie die Platine und verlegen Sie die Strecke.

** Hier ist ein Link zum Projekt auf der EasyEDA-Website:

easyeda.com/neil.parris/thestar-instructab…

Schritt 7: Fügen Sie weitere Komponenten hinzu, bis das Design abgeschlossen ist, drehen Sie es nach Bedarf

Fügen Sie weiterhin LEDs, Tasten usw. hinzu.

Sie können jede Komponente individuell drehen, z. B. Bei einem 5-Punkte-Stern ist jeder Punkt 72 Grad voneinander entfernt. Um die richtigen Winkel für die LEDs und andere Komponenten zu erhalten, geben Sie 72 in das Rotationsfeld ein und drücken Sie die Leertaste, um jeweils 90 Grad zu drehen, bis Sie das gewünschte Ergebnis erhalten. Manchmal benötigen Sie andere Winkel bezogen auf 72, z. B. 90 - 72 = 18. Oder 2x 18 = 36. Mit 18/36/72 und den 90-Grad-Drehungen können Sie sich auf alle Hauptachsen des Sterns ausrichten.

Siehe angehängtes PDF des vollständigen Schaltplans [beachten Sie, dass dies ein etwas anderes Design als die früheren Screenshots ist, aber dieselben Prinzipien]

Schritt 8: Bestellen Sie die Leiterplatte und fügen Sie optional SMD-Build hinzu

Sobald Sie das Design fertiggestellt, überprüft und auf Fehler überprüft haben, können Sie die Gerber-Dateien generieren. Sie werden aufgefordert, Design Rule Checks (DRCs) durchzuführen. Überprüfen Sie, ob keine Fehler vorliegen und speichern Sie die Gerber-Dateien für die Herstellung oder öffnen Sie JLCPCB direkt aus dem Editor.

Wenn Sie die SMD-Fertigungsdienste nutzen möchten, speichern Sie auch die Stückliste (Stückliste) und die Pick-and-Place-Datei (diese teilen den Maschinen mit, wo Ihre Komponenten platziert werden sollen).

Gehen Sie den Bestellvorgang durch und überprüfen Sie die Ausrichtung aller polarisierten Komponenten wie LEDs, Kondensatoren, Resonatoren und der MCU selbst!

Für 10 montierte Boards (ohne USB- und Programmier-Header) hatte ich Kosten von etwa 35 GBP (ca. 45 USD je nach Wechselkurs).

Achten Sie auf Aktualisierungs-E-Mails und verfolgen Sie Ihr Board und Ihren Build über die JLCPCB-Website.

Schritt 9: Prototyp der Software (.ino-Datei angehängt)

Während Sie auf die Ankunft der Boards warten, ist es an der Zeit, mit dem Schreiben der Software zu beginnen:)

Ich habe einen Arduino Nano auf einem Steckbrett platziert und die LEDs an der gleichen Stelle und den gleichen Anschlüssen verdrahtet, um die Platine nachzuahmen. Es sollte dann möglich sein, dieselbe Software direkt auf die Platine zu laden, jedoch mit einem ISP-Programmierer Arduino.

Der Code verwendet Arrays, um die Programmierung zu vereinfachen. Ich habe auch die Bibliothek "FastLED.h" importiert, da sie einige nützliche Hilfsfunktionen wie sin8() enthält

Hier einige Highlights:

Dieses Array ordnet die Arduino-Pins den LED1 bis zu 10 zu. LED1 ist mit dem Äquivalent von Arduino A2 und LED10 mit D4 verbunden

• // Erstellen Sie ein Array der physischen Pinnamen, die mit LED1, LED2 usw. mit LED10 verbunden sind
• const byte ledpins = {A2, A3, A1, A0, 9, 10, 6, 5, 3, 4};

Die Hauptschleife ist eine einfache Software-PWM-Routine, die 'pwm_now' mit dem aktuellen 'led_brightness'-Wert abgleicht.

Dies ist derzeit Testcode, um mit einigen Beleuchtungsmustern zu experimentieren.

Schritt 10: Packen Sie Ihre neuen Leiterplatten aus und bewundern Sie sie! Optional - Zusätzliche Teile anlöten

Viel Spaß beim Auspacken und bewundern Sie Ihr ganz persönliches PCB:)

Bei der SMD-Bestückung hatte ich alle wichtigen Bauteile einseitig verlötet, um ein funktionierendes Gerät zu erhalten.

Optional - Zusatzkomponenten löten:

• Micro-USB-Anschluss für die Stromversorgung (keine Programmierung)
• Druckknöpfe - um es interaktiv zu machen
• LEDs auf der Rückseite - machen Sie es doppelseitig!

Schritt 11: Programmieren Sie das Board mit einem ArduinoISP-Programmierer

Dies ist der Spaßfaktor. Laden des Arduino-Bootloaders und des Codes auf die Platine!

Ein paar Tage nach dem ersten Schreiben dieser Anleitung kamen die Boards an! 10x Boards, alle fantastisch gut verarbeitet und die Komponenten sauber verlötet und alle funktionieren perfekt.

Verdrahten Sie einen Ersatz-Arduino als ArduinoISP-Programmierer

Ich verwende einen Arduino Nano auf einem kleinen Steckbrett, das als ArduioISP-Programmierer verdrahtet ist. Dies bedeutet, dass eine Verbindung von der IDE über USB zu Nano hergestellt wird, das dann über den 6-poligen Programmieranschluss mit dem Zielgerät verbunden wird.

Die Pinbelegung ist die gleiche wie bei einem Nano-IP-Anschluss, im Grunde nur MISO/MOSI/RST/SCK/5V/GND

Weitere Informationen finden Sie unter diesem Link:

1 - MISO

2 - +5V

3 - SCK

4 - MOSI

5 - RST => angesteuert von Pin 10 des Arduino nano

6 - GND

Laden Sie die ArduinoISP-Skizze auf den Programmierer

• Beispiele -> 11. ArduinoISP -> ArduinoISP
• Hinweis - Beim Hochladen dieses Bildes in den Programmierer muss der Kondensator zwischen den Pins RST und GND entfernt werden. Legen Sie dies zurück, bevor Sie den Programmierer verwenden.

Laden Sie das Bootloaded und den Code auf das Zielboard hoch

• Verbinden Sie das Programmiergerät mit dem Zielgerät mit dem 6-poligen Stecker

  Sie können einfach eine 6x-Stiftleiste ohne Löten an die Platine halten, indem Sie sie schräg halten, damit sie einen guten Kontakt hat

• Wenn Sie den 16-MHz-Keramikresonator auf der Platine haben und die Pinbelegung gerne dem Arduino Nano zuordnen, dann programmieren Sie die Platine einfach wie einen Arduino Nano, jedoch mit den folgenden Einstellungen:

  • Vorstand: "Arduino Nano"
  • Prozessor: "ATmega328P"
  • Programmierer: "Arduino als ISP"

• Laden Sie den Bootloader hoch

  Dadurch werden die Sicherungen in der MCU so eingestellt, dass der externe 16-MHz-Quarz oder -Resonator aktiviert wird. Wenn Sie diesen nicht haben, verwenden Sie einen alternativen Bootloader, z. B. Minicore

• Lade deinen Code hoch

  Wichtig - da wir den Code mit dem Programmierer herunterladen, müssen Sie SHIFT drücken, wenn Sie die UPLOAD-Taste (=>) drücken. Dies ändert die Programmierung vom normalen "Upload" über den seriellen Port, um stattdessen "Upload with Programmer" in die ISP-Pins zu verwenden

Wenn das obige erfolgreich war, sollten Sie jetzt viele blinkende LEDs haben!:

Schritt 12: Genießen Sie Ihr Projekt

Ich hoffe, Sie haben dieses instructable nützlich gefunden. Ich habe viele Stunden damit verbracht, mit diesen Tools zu experimentieren, um interessante PCBs herzustellen, und fand die Online-Tools sehr praktisch.

Dieses spezielle Design ist schaltungstechnisch relativ einfach, aber hinsichtlich des physikalischen Layouts interessant. Es wäre auch eine gute Dekoration für die Weihnachtszeit!

Zweiter Preis bei der PCB Design Challenge