So verwenden Sie Tinkercad zum Testen und Implementieren Ihrer Hardware – wikiHow

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Schaltungssimulation ist eine Technik, bei der Computersoftware das Verhalten einer elektronischen Schaltung oder eines Systems simuliert. Neue Designs können getestet, bewertet und diagnostiziert werden, ohne die Schaltung oder das System tatsächlich aufzubauen. Die Schaltungssimulation kann ein nützliches Werkzeug bei der Fehlersuche in einem System sein, um Daten zu sammeln, bevor eine Fehlersuche auf Schaltungsebene tatsächlich stattfindet. Dies ermöglicht es dem Designer, die Korrektheit und Effizienz eines Designs zu bestimmen, bevor das System tatsächlich gebaut wird. Folglich kann der Benutzer die Vorzüge alternativer Designs erkunden, ohne die Systeme tatsächlich physisch aufzubauen. Durch die Untersuchung der Auswirkungen spezifischer Entwurfsentscheidungen während der Entwurfsphase und nicht während der Bauphase sinken die Gesamtkosten für den Bau des Systems erheblich.

Daher ist die Softwaresimulation eine gute Möglichkeit, dies zu versuchen, bevor die Schaltung physisch erstellt wird. Tinkercad ist ein webbasiertes Simulationstool, mit dem Sie sowohl Ihre Hardware als auch Ihre Software testen können, ohne eine physische Verbindung herzustellen oder sogar Hardware zu kaufen.

Haben Sie jemals den Mangel an Input-Output-Pins auf Arduino gespürt? Wenn Sie daran dachten, Tonnen von LEDs zu fahren oder LED-Cubes herzustellen, verspürten Sie definitiv das Bedürfnis nach I / O-Pins. Wissen Sie, dass Sie mit nur 3 Pins von Arduino eine unbegrenzte Anzahl von LEDs ansteuern können? Ja, Schieberegister werden Ihnen dabei helfen, diese Magie zu verwirklichen. In diesem anweisbaren zeige ich Ihnen, wie wir mit 74HC595 Schieberegistern unbegrenzte Ein- und Ausgänge implementieren können. Als Beispiel werde ich eine Digitaluhr mit einem Thermometer und einem Luxmeter mit sechs 7-Segment-Anzeigen herstellen. Bevor ich schließlich die Hardwareschaltung erstellt habe, habe ich die Schaltung in Tinkercad simuliert, da mit diesen viele Verbindungen verbunden sind. Eine Simulation kann Sie sicherer machen und Sie können Ihre Schaltung ohne physisches Ausprobieren testen und fertigstellen. Dies hilft Ihnen natürlich, Ihre kostspielige Hardware und wertvolle Zeit zu sparen.

Sie können von hier aus auf die Simulation zugreifen:

Schritt 1: Speichern Sie Ihre Hardware vor dem Brennen

Wie andere elektronische Schaltungen sind LED-Schaltungen sehr stromempfindlich. LED brennt, wenn mehr Strom als Nennstrom fließt (z. B. 20mA). Die Auswahl eines geeigneten Widerstands ist sehr wichtig für die richtige Helligkeit, ohne die Schaltkreise oder LEDs zu verbrennen.

Tinkercad-Schaltungen haben eine hervorragende Eigenschaft. Es zeigt Ihnen an, ob mehr als der Nennstrom durch die Schaltungselemente fließt. In der folgenden Schaltung habe ich eine Siebensegmentanzeige ohne Widerstand direkt an ein Schieberegister angeschlossen. Es ist für das Register nicht einmal für die Siebensegmentanzeige sicher und beide können durch diese Verbindung gebrannt werden. Tinkercad zeigt dies durch die roten Sterne.

In der folgenden Schaltung habe ich jedem Segment der LED einen 180-Ohm-Widerstand hinzugefügt. Durch jedes Segment der Anzeige fließen ca. 14,5 mA Strom, der für die Anzeige gespeichert wird. Aus der Simulation ist jedoch ersichtlich, dass dieser Widerstandswert für den IC nicht sicher ist. Die maximale Strombelastbarkeit des Schieberegisters beträgt 50mA. Somit ist der IC bis zu drei Segmente des Displays (14,5 x 3 = 43,5 mA) sicher. Wenn mehr als drei Segmente auf dem IC werden kann gebrannt werden (z. B. 14,5 x 4 = 58mA). Die meisten Hersteller beachten diese Tatsache nicht. Sie berechnen den Widerstandswert nur unter Berücksichtigung der Anzeige.

Aber wenn sie die Strecke im Tinkercad simulieren, geht die Chance, diesen Fehler zu machen, gegen Null. Denn Tinkercad warnt Sie, indem es den roten Stern zeigt.

Sie können die Situation beobachten, wenn Sie den Mauszeiger über den Stern bewegen, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Das folgende Design ist perfekt, bei dem ich für jedes Segment des Displays einen 470-Ohm-Widerstand wähle. Bei der Simulation der Schaltung wurde die Attache-Arduino-Skizze verwendet.

Schritt 2: Messen Sie Spannung, Strom, Widerstand und Wellenform

Das Messen von Strom und Spannung ist für elektronische Schaltungen ein großer Aufwand, insbesondere sind mehrere parallele Messungen erforderlich. Die Tinkercad-Simulation kann dieses Problem sehr einfach lösen. Sie können Stromspannung und Widerstand sehr einfach messen. Sie können dies für mehrere Filialen gleichzeitig tun. Das folgende Setup zeigt den Gesamtstrom und die Spannung der Schaltung.

Sie können auch ein Oszilloskop verwenden, um die Wellenform zu beobachten und die Frequenz zu messen.

Im obigen Setup zeigt das Oszilloskop das Taktsignal vom Arduino an. Sie können auch Strom und Spannung mehrerer Zweige gleichzeitig messen, was sehr effektiv ist. Wenn Sie den Strom mehrerer Zweige gleichzeitig mit einem Multimeter aus einer praktischen Schaltung messen möchten, ist dies sehr schwierig. Aber in Tinkercad können Sie es ganz einfach tun. In der folgenden Schaltung habe ich mehrere Amperemeter verwendet, um den Strom aus verschiedenen Zweigen zu messen.

Schritt 3: Programm schreiben und Serial Monitor verwenden

Eine der interessanten und nützlichen Funktionen der Tinkercad-Schaltung ist, dass sie über einen Code-Editor verfügt und Sie ein Programm für Arduino und ESP8266 direkt aus ihrer Umgebung schreiben können. Sie können ein Programm auch in einer grafischen Umgebung entwickeln, indem Sie den Blockmodus auswählen. Es ist sehr hilfreich für Hersteller und Bastler, die keine Programmiererfahrung haben.

Es verfügt auch über einen integrierten Debugger, von dem aus Sie Ihren Code debuggen können. Der Debugger hilft Ihnen, den Fehler (Fehler) in Ihrem Code zu identifizieren und zu korrigieren (debuggen).

Tinkercad Circuit verfügt auch über den seriellen Monitor und Sie können den Sensorwert überwachen und Ihre Schaltung sehr einfach debuggen. Die folgende Schaltung wurde verwendet, um den PIR- und Ultraschallsensor zu testen und die Daten im seriellen Monitor einzuschalten.

Sie können über den Link auf die Schaltung zugreifen:

Schritt 4: Simulation eines großen und komplexen Schaltkreises (Uhr mit Thermometer und Luxmeter)

In Tinkercad können Sie jede komplexe Schaltung simulieren, bevor Sie sie praktisch umsetzen. Es kann Ihnen wertvolle Zeit sparen. Die Wahrscheinlichkeit, auf einer komplexen Strecke Fehler zu machen, ist sehr groß. Wenn Sie es zuerst in Tinkercad testen, kann es sehr effektiv sein, da Sie wissen, ob Ihre Schaltung und Ihr Programm funktionieren oder nicht. Aus dem Ergebnis können Sie Ihre Schaltung auch nach Ihren Wünschen modifizieren und aktualisieren.

Ich habe in Tinkercad eine komplexe Schaltung simuliert und es ist eine Uhrenschaltung mit Thermometer und Luxmeter. Die Schaltung wird von einer 9-V-Batterie mit einem 5-V-Regler gespeist. Die Sechs-, Sieben-Segment-Anzeige dient zur Anzeige der Uhrzeit mit Stunde, Minute und Sekunde. Vier Tasten mit einem einzigen analogen Eingang werden verwendet, um die Zeit einzustellen. Ein Summer ist angeschlossen, um den Alarm einzustellen. LM35 IC wird verwendet, um die Temperatur der Umgebung anzuzeigen. Ein Umgebungslichtsensor wird verwendet, um den Lux zu messen.

Ein digitaler Knopfschalter wird für Arduino Pin #7 verwendet. Dieser Schalter wird verwendet, um die Option zu ändern. Standardmäßig zeigt es die Uhrzeit an oder arbeitet im Uhrmodus. Beim ersten Drücken wird die Temperatur und beim zweiten Drücken der Lux-Wert angezeigt.

Schritt 5: Implementierung mit Hardware

Nach der Simulation der Schaltung und der Anpassung des Programms und des Widerstandswerts ist es der perfekte Zeitpunkt, um die Schaltung praktisch umzusetzen. Eine praktische Schaltung kann auf dem Steckbrett implementiert werden, wenn Sie irgendwo einen Prototyp für die Anzeige erstellen möchten. Breadboard-Schaltung hat einige Vor- und Nachteile. Der Hauptvorteil der Steckplatinenschaltung besteht darin, dass sie leicht modifiziert werden kann und dafür kein Löten erforderlich ist. Auf der anderen Seite kann die Verbindung der Steckplatinenschaltung sehr leicht gelöst werden und ist für eine komplexe Schaltung sehr schwer zu identifizieren.

Wenn Sie es für den praktischen Gebrauch machen möchten, ist eine gelötete Leiterplatte am besten. Sie können ganz einfach Ihre eigene Leiterplattenschaltung zu Hause herstellen. Dafür ist kein spezielles Werkzeug erforderlich. Wenn Sie mehr über die DIY-Platine wissen möchten, können Sie diesen schönen Instructables folgen.

1. Selbstgemachte-PCB-Schritt für Schritt von recwap.

2. PCB-Herstellungsleitfaden von pinomelean

Sie können eine professionelle Leiterplatte auch online bestellen. Mehrere Hersteller bieten einen PCB-Druckservice zu einem sehr niedrigen Preis an. SeeedStudio Fusion PCB und JLCPCB sind zwei der bekanntesten Dienstleister. Sie können eine davon ausprobieren.

[Hinweis: Einige Bilder werden aus dem Internet gesammelt.]

Zweiter Preis bei der Electronics Tips & Tricks Challenge