Goldenes Arduino-Board - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Zweck

Der Zweck dieses Boards ist es, genau die gleiche Funktionalität wie ein Arduino Uno zu haben, jedoch mit verbesserten Designfunktionen. Es wird Designmerkmale zur Reduzierung von Rauschen wie verbessertes Routing und Entkopplungskondensatoren enthalten. Wir werden die standardmäßige Pinbelegung des Arduino-Boards beibehalten, damit es mit Shields kompatibel ist. jedoch wird eine Reihe von Return-Pins außerhalb dieses Footprints hinzugefügt, um das Platinenlayout zu verbessern, indem das Übersprechen für Signale, die von der Platine kommen, reduziert wird. Darüber hinaus wird anstelle eines Resonators ein 16-MHz-Quarz für den Systemtakt verwendet, um die Taktgenauigkeit und -stabilität zu erhöhen

Leistungsbudget

Die Eingangsleistung ist die gleiche, die für die Stromversorgung eines Arduino Uno erforderlich ist. Der empfohlene Eingangsspannungsbereich beträgt 7 bis 12 Volt. Bei einer Versorgung mit weniger als 7 V kann der 5-V-Ausgangspin weniger als fünf Volt liefern und die Platine kann instabil werden. Bei Verwendung von mehr als 12 V könnte der Spannungsregler überhitzen und die Platine beschädigen. Der Atmega 328 wird 5 V statt 3,3 V verwenden, um die schnellste Taktrate zu haben.

RisikomanagementPotenzielle Risiken:

Der Erhalt fehlerhafter Komponenten ist ein potenzielles Risiko, das durch die Bestellung von Extras gemindert werden kann.

Eine falsche Ausrichtung der IC-Chips wie beim Atmega 328 kann zu falschen Anschlüssen an den Pins führen. Wir prüfen die korrekte Ausrichtung vor dem Einlöten.

Die auf die Ausgangspins ausgeübten mechanischen Belastungen können Verbindungen unterbrechen. Wir werden Durchgangslochhalterungen verwenden, um sicherzustellen, dass dies nicht passiert.

Beim Löten besteht die Gefahr von kalten Lötstellen. Wir können dies mildern, indem wir jede Verbindung nach der Herstellung der Verbindung überprüfen.

Es könnte schwierig werden, zu erkennen, wo sich Teile auf der Platine befinden.

Die Aufnahme von Siebdruck-Identifikationen wird dies erleichtern.

Erziehungsplan:

Schalter werden platziert, um die Teilschaltungen der Platine zu isolieren und es uns zu ermöglichen, Teile der Platine einzeln zu montieren und zu testen und sicherzustellen, dass jedes Teil richtig funktioniert, bevor wir weitermachen und den Rest des Ebers zusammenbauen

Schritt 1: Schaltplan

Der Schaltplan wurde erstellt, indem auf die Open-Source-Arduino-Uno-Schaltpläne verwiesen und diese angepasst wurden, um die Signalintegrität zu verbessern.

Schritt 2: PCB-Layout

Schritt 3: Montage

Wir begannen mit dem Zusammenbau der Platine mit den Entkopplungskondensatoren und den Sicherungen.

Wir haben dann die Leistungschips und den ESD-Diodenchip gelötet. Der ESD-Schutzchip war aufgrund der kleinen Chipgröße und der kleinen Pads schwer zu löten, aber wir haben die Bestückung erfolgreich abgeschlossen.

Wir sind auf ein Problem gestoßen, bei dem unser Board nicht zurückgesetzt wurde, aber das lag daran, dass unser Button einen schlechten Kontakt hatte. Nach dem Drücken der Taste mit etwas Kraft kehrte sie in einen funktionsfähigen Zustand zurück und funktionierte wie gewohnt

Schritt 4: Schaltrauschen: Pin 9

Hier sind zwei Bilder, in denen die Schaltgeräusche von den Pins 9-13 verglichen werden. Die grünen Scope-Aufnahmen repräsentieren das kommerzielle Board, die gelben Scope-Aufnahmen repräsentieren unser hauseigenes Board und die blauen Signale repräsentieren Triggersignale, um einen sauberen, konsistenten Scopeshot zu erhalten.

Die Beschriftung auf den Zielfernrohraufnahmen ist schwer zu erkennen, aber die kommerzielle Platine (grün) hat ein Spitze-zu-Spitze-Schaltrauschen von etwa vier Volt. Unser Inhouse-Board hat ein Schaltgeräusch von ca. zwei Volt. Dies ist eine 50%ige Reduzierung des Schaltrauschens an Pin 9.

Schritt 5: Schaltgeräusch: Pin 10

An Pin 10 ist das Schaltrauschen auf der kommerziellen Platine größer als vier Volt. Es sitzt bei ungefähr 4,2 Volt Spitze-Spitze. Auf unserer hauseigenen Platine liegt das Schaltgeräusch knapp über zwei Volt Spitze-Spitze. Dies entspricht einer Reduzierung des Schaltgeräuschs um etwa 50 %.

Schritt 6: Schaltgeräusch: Pin 11

An Pin 11 der handelsüblichen Platine beträgt das Schaltrauschen von High-to-Low etwa 800 mV und das Low-to-High-Schaltrauschen etwa 900 mV. Auf unserer hauseigenen Platine beträgt das Schaltrauschen auf High-to-Low etwa 800 mV und unser Schaltrauschen auf Low-to-High beträgt etwa 200 mV. Wir haben das Low-to-High-Schaltgeräusch drastisch reduziert, aber das High-to-Low-Schaltgeräusch nicht wirklich beeinflusst.

Schritt 7: Schaltgeräusch: Pin 12

An Pin 12 haben wir einen schaltenden IO verwendet, um die Zielfernrohraufnahmen sowohl im kommerziellen Board als auch im hauseigenen Board auszulösen. Bei der kommerziellen Platine beträgt das Schaltrauschen etwa 700 mV Spitze-Spitze und die interne Platine hat eine Spitze-zu-Spitze von 150 mV. Dies ist eine Verringerung des Schaltrauschens um ungefähr 20 %.

Schritt 8: Schaltgeräusch: Pin 13

An Pin 13 zeigt die handelsübliche Platine ein Schaltrauschen von vier Volt Spitze-Spitze und unsere hauseigene Platine zeigt wenig bis gar keine Schaltgeräusche. Das ist ein gewaltiger Unterschied und ein Grund zum Feiern

Schritt 9: Erstellen einer neuen Sonderfunktionsplatine mit unserem verbesserten Design

Der Zweck dieses Boards besteht darin, unser Golden Arduino-Board mit verbesserten Designmerkmalen und zusätzlichen Komponenten wie farbwechselnden LEDs und einem Herzschlagsensor zu erweitern. Es wird Designmerkmale zur Reduzierung von Rauschen beinhalten, wie z. B. verbessertes Routing, die Verwendung von 2 zusätzlichen PCB-Lagen, um es zu einer 4-Lagen-Platine zu machen, und Entkopplungskondensatoren um die Stromschienen und Schalt-I/Os herum. Um den Herzschlagsensor zu erstellen, verwenden wir eine Fotodiode zwischen zwei LEDs, die das vom Blut reflektierte Licht in dem über dem Herzschlagsensor platzierten Finger misst. Darüber hinaus werden wir einzeln adressierbare LEDs hinzufügen, die über I2C gesteuert werden.

Die Eingangsleistung ist die gleiche, die für die Stromversorgung eines Arduino Uno erforderlich ist. Der empfohlene Eingangsspannungsbereich beträgt 7 bis 12 Volt. Bei einer Versorgung mit weniger als 7 V kann der 5-V-Ausgangspin weniger als fünf Volt liefern und die Platine kann instabil werden. Bei Verwendung von mehr als 12 V könnte der Spannungsregler überhitzen und die Platine beschädigen. Der Atmega 328 wird 5 V statt 3,3 V verwenden, um die schnellste Taktrate zu haben.

Schritt 10: Schaltplan

Schritt 11: Platinenlayout

Power Layer Pour und Ground Layer Pour Versteckt, um Spuren zu sehen. Als dieses Board entworfen wurde, war der USB-Footprint eigentlich zufällig nach hinten ausgerichtet. Es sollte umgedreht werden, damit ein Kabel richtig eingesteckt werden kann.

Schritt 12: Montage

Es wurden nicht bei jedem Schritt Bilder gemacht, aber das Foto unten zeigt das endgültige Heraufbringen des Boards. Die Header-Pins wurden nicht hinzugefügt, da die Hauptfunktion dieser Platine darin besteht, LEDs und den ADC hinzuzufügen. Der USB-Port sollte in die entgegengesetzte Richtung zeigen, damit kein Kabel über die Platine reichen muss.