DIY Arduino-kompatibler Klon - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Der Arduino ist das ultimative Werkzeug im Arsenal des Makers. Sie sollten in der Lage sein, Ihre eigenen zu bauen! In den frühen Tagen des Projekts, ca. 2005, bestand das Design nur aus Durchgangslochteilen und die Kommunikation erfolgte über ein serielles RS232-Kabel. Die Dateien sind noch verfügbar, so dass Sie Ihre eigenen erstellen können, und ich habe, aber nicht viele Computer haben die älteren seriellen Anschlüsse.

Die Arduino USB-Version folgte kurz darauf und trug wahrscheinlich stark zum Erfolg des Projekts bei, da sie eine einfache Verbindung und Kommunikation ermöglichte. Dies hatte jedoch seinen Preis: Der FTDI-Kommunikationschip wurde nur in einem SMD-Gehäuse geliefert. Es gibt auch noch Pläne dafür, aber das Oberflächenmontagelöten ist für die meisten Anfänger nicht geeignet.

Neuere Arduino-Boards verwenden 32U4-Chips mit integriertem USB (Leonardo) oder separate Atmel-Chips für USB (UNO), die uns beide immer noch im Bereich der Oberflächenmontage belassen. An einem Punkt gab es "TAD" von Dangerous Devices, das einen Durchgangsloch-PIC für USB verwendet hat, aber ich kann im Internet nichts mehr finden.

So hier sind wir. Ich bin fest davon überzeugt, dass ein Anfänger wie ein Jedi-Ritter in der Lage sein sollte, sein eigenes Arduino (Lichtschwert) zu bauen. "Eine elegante Waffe aus einem zivilisierteren Zeitalter". Meine Lösung: Machen Sie einen Durchsteck-FTDI-Chip mit einem SMD-Gehäuse! Dadurch kann ich die Oberflächenmontage durchführen und das verbleibende Projekt als DIY-Durchgangsloch anbieten! Ich habe es auch in Open Source KiCad entworfen, damit Sie die Designdateien studieren, ändern und Ihre eigene Version drehen können.

Wenn Sie denken, dass dies eine dumme Idee ist, oder SMD-Löten lieben, schauen Sie sich meinen Leonardo Clone an, ansonsten lesen Sie weiter…

Schritt 1: Teile und Zubehör

Die vollständige Stückliste befindet sich unter

Die einzigartigen Teile davon sind die Platinen, eine für den Arduino und eine für den FTDI-Chip. Sie können sie von OSH Park erstellen lassen oder die Designdateien mit Ihrem bevorzugten Boardhouse verwenden.

Ein Kit für dieses Projekt ist auf Tindie.com erhältlich. Durch den Kauf des Kits sparen Sie Zeit und Kosten für die Bestellung bei mehreren verschiedenen Anbietern und vermeiden die Mindestbestellprämie für Leiterplatten. Außerdem erhalten Sie einen getesteten oberflächenmontierten FDTI-Through-Hole-Chip sowie einen vorgeflashten Atmega.

Werkzeuge und Zubehör: Für meine Workshops verwende ich das Anfänger-ToolKit von SparkFun, das das meiste enthält, was Sie brauchen:

• Lötkolben.
• Lot
• Drahtzangen
• Entlötgeflecht (hoffentlich nicht nötig, aber man weiß nie).

Schritt 2: Meine Damen und Herren, starten Sie Ihre Bügeleisen

Ich werde nicht versuchen, dir das Löten beizubringen. Hier sind ein paar meiner Lieblingsvideos, die es viel besser zeigen, als ich es kann:

• Carrie Ann von Geek Girl Diaries.
• Colin von Adafruit

Im Allgemeinen:

• Finden Sie die Position auf der Platine mithilfe der Siebdruckmarkierungen.
• Biegen Sie die Komponentenkabel, um sie an den Fußabdruck anzupassen.
• Löten Sie die Leitungen.
• Trimmen Sie die Leitungen

Schritt 3: Widerstände

Beginnen wir mit Widerständen, da sie am zahlreichsten, am niedrigsten und am einfachsten zu löten sind. Sie sind hitzebeständiger und geben Ihnen die Möglichkeit, Ihre Technik aufzufrischen. Sie haben auch keine Polarität, sodass Sie sie in beide Richtungen legen können.

• Beginnen Sie mit den drei 10K Ohm (braun - schwarz - orange - gold), die sich an einigen Stellen auf der Platine befinden (siehe Bild). Dies sind "Pull-up" -Widerstände, die das Signal auf 5 V halten, es sei denn, sie werden aktiv auf Low gezogen.
• Ein Paar 22 Ohm (Rot - Rot - Schwarz - Gold) befindet sich in der oberen linken Ecke. Diese sind Teil der USB-Kommunikationsschaltung.
• Paar 470 Ohm (Gelb, Violett, Braun, Gold) sind die nächsten unten. Dies sind Strombegrenzungswiderstände für die RX/TX-LEDs.
• Einzelner 4,7K Ohm (Gelb, Violett, Rot, Gold). Eine ungerade Kugel für das FTDI VCC-Signal.
• Und schließlich ein Paar 1K Ohm (Braun, Schwarz, Rot, Gold). Dies sind Strombegrenzungswiderstände für die Power- und D13-LEDs (330 Ohm würden funktionieren, aber ich mag sie nicht zu hell).

Schritt 4: Diode

Als nächstes haben wir die Diode, die den Stromkreis vor Rückstrom von der Strombuchse schützt. Die meisten, aber nicht alle Komponenten reagieren schlecht auf umgekehrte Polarität.

Es hat eine Polarität, die durch ein silbernes Band an einem Ende gekennzeichnet ist.

Passen Sie es an die Siebdruckmarkierung an und löten Sie es an.

Schritt 5: Spannungsregler (5V)

Es gibt zwei Spannungsregler, und der wichtigste ist ein 7805, der zwölf Volt von der Buchse auf 5 Volt herunterreguliert, die der Atmega 328 benötigt. Auf der Leiterplatte befinden sich große Kupferelemente, die die Wärmeableitung unterstützen. Biegen Sie die Leitungen so, dass die Rückseite die Platine berührt, wobei das Loch teilweise mit dem Loch ausgerichtet ist, und löten Sie es an.

Schritt 6: Steckdosen

Sockel ermöglichen das Einsetzen und Entfernen von IC-Chips ohne Löten. Ich betrachte sie als Versicherung, weil sie billig sind und es Ihnen ermöglichen, einen durchgebrannten Chip zu ersetzen oder den IC neu auszurichten, wenn er rückwärts eingebaut wird. Sie haben an einem Ende eine Kerbe, um die Richtung des Chips anzuzeigen, also passen Sie ihn dem Siebdruck an. Löten Sie zwei Pins und überprüfen Sie dann, ob sie richtig sitzen, bevor Sie die restlichen Pins löten.

Schritt 7: Taste

Arduinos haben normalerweise eine Reset-Taste, um den Chip neu zu starten, wenn er aufhängt oder neu gestartet werden muss. Ihre befindet sich in der oberen linken Ecke. Drücken Sie es fest und löten Sie es.

Schritt 8: LEDs

Es gibt eine Reihe von LEDs, die den Status anzeigen. LEDs haben eine Polarität. Das lange Bein ist die Anode oder positiv und geht in das runde Pad mit dem "+" daneben. Das kurze Bein ist die Kathode oder negativ und geht in das quadratische Pad.

Die Farbe ist willkürlich, aber ich verwende normalerweise:

• Gelb für RX/TX, die blinken, wenn der Chip kommuniziert oder programmiert wird.
• Grün für die D13-LED, die vom Programm zur Anzeige von Ereignissen verwendet werden kann.
• Rot, um anzuzeigen, dass 5 Volt Strom entweder über USB oder die Strombuchse verfügbar sind.

Schritt 9: Keramikkondensatoren

Keramikkondensatoren haben keine Polarität.

Leistungsglättungskondensatoren werden typischerweise verwendet, um Transienten von der Stromversorgung zu Chips zu entfernen. Die Werte sind typischerweise im Datenblatt der Komponente angegeben.

Jeder IC-Chip in unserem Design verfügt über einen 0,1uF-Kondensator zur Leistungsglättung.

Es gibt zwei 1uF-Kondensatoren zum Glätten der Leistung um den 3,3-Volt-Regler.

Darüber hinaus gibt es einen 1uF-Kondensator, der beim Timing der Software-Reset-Funktion hilft.

Schritt 10: Elektrolytkondensatoren

Elektrolytkondensatoren haben eine Polarität, die beachtet werden muss. Sie haben normalerweise größere Werte als Keramikkondensatoren, aber in diesem Fall haben wir einen 0,33 uF-Kondensator zur Leistungsglättung um den 7805-Regler.

Das lange Bein des Geräts ist positiv und geht in das mit "+" gekennzeichnete Quadrat. Diese neigen dazu, "knallen" zu gehen, wenn sie rückwärts eingebaut werden, also machen Sie es richtig oder Sie benötigen einen Ersatz.

Schritt 11: 3.3 Spannungsregler

Während der Atmega-Chip mit 5 Volt läuft, benötigt der FTDI-USB-Chip 3,3 Volt, um korrekt zu funktionieren. Um dies zu gewährleisten, verwenden wir einen MCP1700 und da er sehr wenig Strom benötigt, befindet er sich in einem kleinen TO-92-3-Gehäuse wie Transistoren anstelle des großen TO-220-Gehäuses wie dem 7805.

Das Gerät hat ein flaches Gesicht. Passen Sie es an den Siebdruck an und stellen Sie die Bauteilhöhe etwa einen Viertel Zoll über der Platine ein. Löten Sie an Ort und Stelle.

Schritt 12: Header

Das Schöne an Arduino ist der standardisierte Footprint und die Pinbelegung. Die Header ermöglichen das Einstecken von "Shields", die ein schnelles Ändern der Hardwarekonfigurationen nach Bedarf ermöglichen.

Normalerweise löte ich einen Pin jedes Headers ein und überprüfe dann die Ausrichtung, bevor ich die restlichen Pins löte.

Schritt 13: Resonator

Atmega-Chips verfügen über einen internen Resonator, der mit verschiedenen Frequenzen bis zu 8 MHz betrieben werden kann. Eine externe Timing-Quelle ermöglicht es dem Chip, bis zu 20 MHz zu laufen, aber der Standard-Arduino verwendet 16 MHz, was die maximale Geschwindigkeit der Atmega8-Chips war, die im ursprünglichen Design verwendet wurden.

Die meisten Arduinos verwenden Kristalle, die genauer sind, aber sie benötigen zusätzliche Kondensatoren. Ich habe mich für einen Resonator entschieden, der für die meisten Arbeiten genau genug ist. Es hat keine Polarität, aber ich sehe die Markierung normalerweise nach außen, damit neugierige Hersteller erkennen können, dass Sie ein Standard-Setup ausführen.

Schritt 14: Sicherung

Die meisten Arduino haben keine Sicherungen, aber jeder Maker, der lernt, wird ziemlich oft (zumindest in meinem Fall) Dinge falsch anschließen. Eine einfache rücksetzbare Sicherung verhindert, dass der "magische Rauch" freigesetzt wird, der einen Chipaustausch erforderlich macht. Diese Sicherung öffnet sich, wenn zu viel Strom gezogen wird, und setzt sich selbst zurück, wenn sie abkühlt. Es hat keine Polarität und Knicke in den Beinen halten es über dem Board.

Schritt 15: Header

Zwei weitere Header, diese mit männlichen Stiften. In der Nähe des USB-Anschlusses befinden sich drei Pins, die das Umschalten zwischen USB-Strom und der Buchse mit einem Jumper ermöglichen. Ein UNO hat eine Schaltung, um dies automatisch zu tun, aber ich konnte das nicht in Form eines Durchgangslochs replizieren.

Der zweite Header ist ein sechspoliger "In-System-Programming"-Header. Dies ermöglicht den Anschluss eines externen Programmierers, um den Atmega bei Bedarf direkt neu zu programmieren. Wenn Sie mein Kit kaufen, ist der Chip bereits mit Firmware geladen, oder der Atmega kann aus dem Sockel genommen und direkt in einen Programmiersockel gesteckt werden, daher wird dieser Header selten verwendet und daher optional.

Schritt 16: Power Jack

Anstelle von USB kann eine handelsübliche 5,5 x 2,1 mm Klinke verwendet werden, um externe Stromversorgung einzuspeisen. Dies versorgt den mit "Vin" gekennzeichneten Pin und versorgt den Spannungsregler 7805 mit 5 Volt. Der mittlere Pin ist positiv und der Eingang kann bis zu 35 V betragen, obwohl 12 V typisch sind.

Schritt 17: USB

Neuere Arduinos wie der Leonardo verwenden einen USB-Mikroanschluss, aber der ursprüngliche USB-B-Anschluss ist robust und billig und Sie haben wahrscheinlich viele Kabel herumliegen. Die beiden großen Laschen sind nicht elektrisch verbunden, sondern aus Gründen der mechanischen Festigkeit verlötet.

Schritt 18: Chips

Zeit, die Chips zu installieren. Überprüfen Sie die Ausrichtung. Wenn der Sockel nach hinten gesteckt ist, stellen Sie einfach sicher, dass der Chip mit den Siebdruckmarkierungen übereinstimmt. In der Ausrichtung, mit der wir gearbeitet haben, sind die unteren beiden Chips auf dem Kopf.

Setzen Sie den Chip so ein, dass die Beine mit den Griffen ausgerichtet sind. ICs kommen vom Hersteller mit leicht gespreizten Beinen, müssen also in die Vertikale gebogen werden. Dies ist in meinen Kits in der Regel bereits für Sie erledigt. Wenn Sie sich der Ausrichtung sicher sind, drücken Sie vorsichtig auf beide Seiten des Chips. Stellen Sie sicher, dass keine Beine versehentlich umgelegt wurden.

Schritt 19: Flashen des Bootloaders

Der Bootloader ist ein kleiner Code auf dem Chip, der das einfache Laden von Code über USB ermöglicht. Es läuft die ersten Sekunden beim Einschalten, sucht nach Updates und startet dann den vorhandenen Code.

Die Arduino IDE macht das Flashen von Firmware einfach, erfordert jedoch einen externen Programmierer. Ich benutze meinen eigenen AVR-Programmer und werde Ihnen natürlich ein Kit dafür verkaufen. Wenn Sie einen Programmierer haben, brauchen Sie nicht wirklich einen Arduino, da Sie den Chip direkt programmieren können. Eine Art Küken-Ei-Sache.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Atmega mit bereits vorhandenem Bootloader zu kaufen:

Ich werde auf die offiziellen Arduino-Anweisungen hinweisen, da sie sich leicht in ein eigenes Instructable verwandeln könnten, wenn wir nicht aufpassen:

Schritt 20: Stromjumper installieren und verbinden

Der Power-Jumper ist eine manuelle Möglichkeit, die Stromquelle zwischen 5 Volt über USB oder die Strombuchse auszuwählen. Standard-Arduinos haben eine Schaltung zum automatischen Umschalten, aber ich war nicht in der Lage, dies mit Durchgangslochteilen einfach zu implementieren.

Wenn der Jumper nicht installiert ist, gibt es keine Stromversorgung. Wenn Sie die Buchse auswählen und nichts eingesteckt ist, gibt es keinen Strom. Aus diesem Grund gibt es eine rote LED, die Ihnen anzeigt, ob Sie Strom haben.

Zunächst möchten Sie sehen, ob das Arduino über USB kommuniziert, also setzen Sie den Jumper auf diese Einstellung. Schließen Sie Ihr Arduino sorgfältig an Ihren Computer an. Wenn Sie ein "nicht erkanntes USB-Gerät" erhalten, ziehen Sie den Stecker ab und starten Sie die Fehlersuche.

Verwenden Sie andernfalls Ihre Arduino-IDE, um die grundlegende Blink-Skizze hochzuladen. Verwenden Sie "Arduino UNO" als Board. Folgen Sie den Anweisungen hier:

Schritt 21: Fehlerbehebung

Beim ersten Einschalten suchen Sie immer nach Anzeichen für Erfolg oder Misserfolg und sind bereit, das Board schnell zu trennen, wenn die Dinge nicht wie erwartet laufen. Verlieren Sie nicht den Mut, wenn der Erfolg nicht sofort einsetzt. In meinen Workshops versuche ich zu fördern:

• Geduld, das ist nicht immer einfach, lohnt sich aber meistens.
• Beharrlichkeit, Sie werden das Problem nicht lösen, wenn Sie aufgeben.
• Positive Attitude, Sie können dies herausfinden, auch wenn Sie dabei Hilfe benötigen.

Wenn ich mit einem Problem kämpfe, sage ich mir immer, je schwieriger es zu lösen ist, desto größer ist die Belohnung oder das Lernen für die Lösung.

Beginnen Sie in diesem Sinne mit den einfachen Dingen:

• Untersuchen Sie die Lötstellen auf der Rückseite der Platine und retuschieren Sie alle verdächtigen Verbindungen.
• Überprüfen Sie, ob die IC-Chips in der richtigen Ausrichtung sind und dass sich keine der Leitungen beim Einstecken einknicken.
• Leuchtet die rote LED beim Anstecken? Wenn nicht, überprüfen Sie Ihren Power-Jumper und die USB-Lötstellen.
• Überprüfen Sie, ob andere Komponenten mit Polarität richtig ausgerichtet sind.
• Suchen Sie nach anderen Hinweisen wie Fehlermeldungen oder heiß werdenden Komponenten.

Wenn Sie immer noch Probleme haben, bitten Sie um Hilfe. Ich schreibe Instructables, weil ich denen lehren und helfen möchte, die lernen wollen. Geben Sie eine gute Beschreibung der Symptome und der Schritte an, die Sie unternommen haben, um Fehler zu finden. Ein hochauflösendes Foto der Vorder- und Rückseite des Boards kann ebenfalls hilfreich sein. Gib niemals auf. Jeder Kampf ist eine Lektion.