So bauen Sie einen USBTiny ISP-Programmierer: unter Verwendung einer CNC-Leiterplatten-Fräsmaschine - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-23 12:52

Haben Sie darüber nachgedacht, wie Sie Ihr eigenes elektronisches Projekt von Grund auf neu aufbauen können?

Elektronikprojekte zu machen ist für uns Macher so aufregend und macht Spaß. Aber die meisten Hersteller und Hardware-Enthusiasten, die der Herstellerkultur nur einen Schritt voraus sind, haben ihre Projekte mit Entwicklungsboards, Breadboards und Modulen aufgebaut. Auf diese Weise können wir die Rapid-Prototyp-Version unseres Projekts erstellen. Aber es sollte eine große Größe haben und mit Steckbrettverkabelungen durcheinander gebracht werden. Ähnlicher Fall bei Verwendung einer generischen Leiterplatte, es sieht auch unordentlich und unprofessionell aus!

Wie können wir unsere Projekte also bequemer aufbauen?

Der beste Weg, Standalone-PCBs für unser Projekt zu verwenden!

Das Entwerfen und Herstellen einer Leiterplatte für unser Projekt ist eine bessere und bequemere Möglichkeit, Ihre Professionalität und Ihr Fachwissen auszudrücken!. Wir können die Größe unseres Projekts auf eine kompatible Größe und benutzerdefinierte Formen minimieren, PCBs sehen ordentlich aus und robuste Verbindungen sind einige der Vorteile.

Worauf es also ankommt, ist, wie wir eine Leiterplatte kostengünstig und zeitsparend bauen?

Wir können unser Design an einen PCB-Hersteller senden, um unser PCB-Design herzustellen, aber es sollte Zeit in Anspruch nehmen und Ihre Tasche sprengen. Eine andere Methode ist die Tonerübertragungsmethode mit einem Laserdrucker und Fotopapier. Aber es ist auch Zeit, Ihren Patientenstand zu testen und zu testen, und Sie benötigen auch einen Permanentmarker, um die nicht geätzten Teile zu flicken. Ich habe diese Methode oft verwendet und ich hasse sie.

Also, was ist der beste Weg?

In meinem Fall der beste Weg, CNC-Fräsmaschinen zu verwenden, um Ihre Leiterplatte zu bauen. PCB-Fräsmaschinen liefern Ihnen hochwertige PCBs und es dauert weniger Zeit, weniger Ressourcen und die kostengünstigste Möglichkeit, PCB-Prototypen herzustellen!

Also, lassen Sie uns einen USBtiny ISP-Programmierer bauen, indem wir eine CNC-Fräsmaschine verwenden!

Ohne weiter zu tun, fangen wir an!

Schritt 1: Sie wollen nicht reich sein

Wirklich! Sie keine PCB-Fräsmaschine kaufen möchten. Die meisten von uns haben nicht das Budget, um eine teure Maschine wie diese zu kaufen. Ich habe nicht einmal einen.

Also, wie bekomme ich Zugang zu einer Maschine?Einfach gehe ich zu einem Fablab, Makerspace oder Hackerspace in meiner Nähe!In meinem Fall gehe ich einfach zu einem Fablab und nutze die Maschine zu einem günstigen Preis. Finde also einen Ort wie Fablab oder einen Makerspace in deiner Nähe. Für mich beträgt der Preis 48¢/Stunde für die Verwendung einer PCB-Fräsmaschine. Der Preis kann in Ihrem Ort variieren. Also, wie gesagt, Sie möchten nicht reich sein!

Schritt 2: Stückliste

Komponentenliste

• 1 x Attiny 45/85 Mikrocontroller (SOIC-Paket)
• 2 x 499 Ohm
• 2 x 49 Ohm
• 2 x 1K
• 2 x 3,3 Zenerdiode
• 1 x 0,1 mf Kondensator
• 1 x blaue LED
• 1 x Grüne LED
• 1 x 2x3 Stiftleisten (smd)
• 1 x 20cm 6adriges Flachbandkabel
• 2 x 2x3 Buchsenleiste IDC Flachbandkabel Übergangsstecker
• 1x 4cm x 8cm FR4 Kupfermantel

Bitte beachten Sie: (Widerstände, Kondensatoren, Dioden und LEDs werden in diesem Projekt im 1206-Paket verwendet)

Werkzeuganforderungen

• Lötstation oder Lötkolben (Mikrospitze)
• Lötanschlusskabel
• Pinzette (Mikrospitze)
• Entlötdocht
• Werkzeug aus dritter Hand
• Multimeter
• Abisolierzange
• Rauchabzug (optional)

Maschinenanforderung

Modela MDX20 (Jede PCB-Fräsmaschine erledigt die Arbeit, aber die Auftragssteuerungssoftware ändert sich)

Laden Sie die Ressourcen für dieses Projekt herunter!

Schritt 3: Was ist eine PCB-Fräsmaschine?

Die PCB-Fräsmaschine ist eine CNC-Maschine (Computer Numerical Control), die zur Herstellung von PCB-Prototypen verwendet wird. PCB-Fräsmaschinen fräsen die Kupferteile der Kupferplattierung weg, um Spuren und Pads der PCB zu erkennen. Die Leiterplattenfräsmaschine verfügt über eine mechanische Dreiachsenbewegung (X, Y, Z). Jede Achse wird von einem Schrittmotor für präzise Bewegungen gesteuert. Diese Achsenbewegungen werden von einem Computerprogramm gesteuert, indem G-Code-Befehle gegeben werden. Gcode verwendet weit verbreitet numerische Steuerprogrammiersprachen, die meisten Maschinen verwenden G-Code, um die Achsen der Maschinen zu steuern. An diese Achsen wird ein Werkzeugkopf (normalerweise ein Fräser) angeschlossen, der die Leiterplatten ausfräst.

:- Die Maschine, die ich verwende, ist eine CNC-Fräsmaschine MODELA MDX20.

Modela MDX 20 Leiterplatten-Fräsmaschine

Modela MDX20 ist eine PCB-Fräsmaschine. Modela MDX20 wird normalerweise zur Herstellung von PCBs verwendet, aber wir können auch Formteile, Ätzungen usw. herstellen. Modela kann verschiedene Materialien wie Sperrholz, Wachs, Acryl, verschiedene PCB-Materialien wie Fr1 Fr4 usw. fräsen. Wir können es sogar auf einem kleinen Desktop platzieren. Das Bett (Fräsfläche) ist an der Y-Achse und der Werkzeugkopf an X und Z befestigt. Das bedeutet, dass die Bewegung des Bettes von der Y-Achse und die Bewegung des Werkzeugkopfs von der X-Achse und dem Werkzeugkopf gesteuert wird wird von der Z-Achse gesteuert. Modela hat ein eigenes Computerprogramm. Aber ich verwende ein Linux-Programm namens FABModules. FABmodule kommunizieren mit Modela, um den Schneid- und Fräsprozess zu steuern. Fab Module stellen die X-, Y-, Z-Achse nie automatisch ein, wir müssen sie manuell einstellen.

Schritt 4: Erste Schritte mit Modela MDX20

Wenn ich meine Leiterplatte fräsen möchte, in diesem Fall ein FabISP-Programmierer. Zuerst brauche ich ein PCB-Design-Layout und ein PCB-Umriss-Layout. Das PCB-Fräsen ist ein zweistufiger Prozess. Im ersten Schritt muss ich die Leiterbahnen und Pads der Platine ausfräsen und im zweiten Schritt muss ich den Platinenumriss ausschneiden. Mit Fab-Modulen können wir das-p.webp

Generelle Spezifikation

• Arbeitsbereich: 203,2 x 152,4 mm
• Z-Achsen-Hub: 60,5 mm
• Spindeldrehzahl: 6500RPM

Fräser zu verwenden

• Fräser: 1/64 Zoll (0,4 mm) Bit
• Schneideinsatz: 1/32 Zoll (0,8 mm) Bit

Schritt 5: Was ist ISP (IN – System – Programmierer)?

In System Programmer (ISP) auch bekannt als In-Circuit Serial Programmer (ICSP) ist ein Mikrocontroller-Programmierer. Der ISP liest die Anweisungen und Befehle vom USB-Computer des Computers und sendet sie über die serielle Peripherieschnittstelle (SPI) an den Mikrocontroller. Einfache ISP-Geräte ermöglichen es uns, über SPI-Leitungen mit dem Mikrocontroller zu kommunizieren. SPI ist die Art der Kommunikation im Mikrocontroller. Alle angeschlossenen Peripheriegeräte und Schnittstellen kommunizieren über SPI mit Mikrocontrollern. Als Elektronik-Enthusiast fällt mir als erstes MISO, MOSI SCK ein, wenn ich über ISP sage. Diese drei Pins sind die wichtigen Pins.

ISP wird einfach zum Brennen von Programmen auf den Mikrocontroller und zur Kommunikation mit Ihrem Mikrocontroller verwendet!

Schritt 6: USBTiny ISP: Schaltpläne und PCB-Layout

USBTiny ISP

USBTiny ISP ist ein einfacher Open-Source-USB-AVR-Programmierer und eine SPI-Schnittstelle. Es ist kostengünstig, einfach zu erstellen, funktioniert hervorragend mit avrdude, ist AVRStudio-kompatibel und wurde unter Windows, Linux und MacOS X getestet. Perfekt für Studenten und Anfänger oder als Backup-Programmierer.

Alle Komponenten werden in diesem Projekt SMD-Komponenten verwendet. Das Gehirn des USBTinyISP ist ein Attiny45-Mikrocontroller.

ATtiny 45 Mikrocontroller

Der Mikrocontroller, der in USBTinyISP verwendet wird, ist Attiny 45. Attiny45 ist ein 8-Bit-AVR-Mikrocontroller mit hoher Leistung und geringem Stromverbrauch, der auf der RISC-Architektur von Atmel (Mikrochip hat kürzlich Atmel übernommen) läuft. Attiny 45 wird in einem 8-Pin-Gehäuse geliefert. Attiny 45 hat 6 I/O-Pins, drei davon sind ADC-Pins (10-Bit-ADC) und die anderen zwei sind digitale Pins, die PWM unterstützen. Es kommt mit einem 4KM Flash-Speicher, 256 In-System Programmable EEPROM und 256B SRAM. Betriebsspannung ca. 1,8V bis 5,5V 300mA. Attiny 45 unterstützt die universelle serielle Schnittstelle. Auf dem Markt sind sowohl SMD-Versionen als auch THT-Versionen erhältlich. Attiny 85 ist eine höhere Version von Attiny 45. Sie sind fast gleich. Der einzige Unterschied besteht im Flash-Speicher, Attiny 45 hat 4 KB Flash und Attiny 85 hat 8 KB Flash. Wir können entweder Attiny 45 oder Attiny 85 wählen. Keine große Sache, aber Attiny 45 ist mehr genug, um FabTinyISP zu machen. Sehen Sie hier die offizielle Dokumentation.

Schritt 7: Einrichten der Maschine

Lassen Sie uns nun die Leiterplatte mit der Leiterplattenfräsmaschine bauen. Ich habe das Trace-Layout und das Cut-Layout in die Zip-Datei aufgenommen, Sie können die Zip-Datei von unten herunterladen.

Voraussetzung: Bitte laden Sie die Fabmodule von diesem Link herunter und installieren Sie sie

Fabmodule werden nur in Linux-Rechnern unterstützt, ich verwende Ubuntu!

Schritt 1: Opferschicht

Die Arbeitsplatte der PCB-Fräsmaschine (AKA-Fräsbett) ist zunächst eine Metallplatte. Es ist robust und gut gebaut. In einigen Fällen kann es jedoch beschädigt werden, wenn versehentlich zu tief eingeschnitten wird. Also lege ich eine Opferschicht auf das Fräsbett (eine kupferplattierte Schicht auf dem Fräsbett, um das Berühren von Bits in der Metallplatte zu vermeiden).

Schritt 2: 1/62 Fräser im Werkzeugkopf fixieren

Nach dem Platzieren der Opferschicht muss nun der Fräser (normalerweise ein 1/62-Fräser) im Werkzeugkopf befestigt werden. Den zweistufigen Prozess des Fräsens von Leiterplatten habe ich bereits erläutert. Verwenden Sie zum Fräsen der Leiterbahnen und Pads der Leiterplatte einen 1/64-Fräser und setzen Sie ihn mit dem Inbusschlüssel auf den Werkzeugkopf. Achten Sie beim Wechseln der Bits immer besonders auf die Bits. Die Spitze des Gebisses ist so dünn, dass es mehr Chancen hat, das Gebiss zu brechen, während es aus unseren Händen rutscht, selbst wenn es ein kleiner Sturz ist. Um diese Situation zu überwinden, habe ich ein kleines Stück Schaumstoff unter den Werkzeugkopf gelegt, um es vor versehentlichen Stürzen zu schützen.

Schritt 3: Reinigen Sie die Kupferverkleidung

Ich verwende eine FR1-Kupferverkleidung für dieses Projekt. Die FR-1 sind hitzebeständig und langlebiger. Kupferplattierungen oxidieren jedoch schnell. Kupfer sind Fingerabdruckmagnete. Bevor Sie also eine Kupferplattierung verwenden, auch wenn sie neu ist, empfehle ich Ihnen, die Leiterplatte vor und nach dem Fräsen der Leiterplatte mit einem PCB-Reiniger oder Aceton zu reinigen. Ich habe einen PCB-Reiniger verwendet, um die PCB zu reinigen.

Schritt 4: Fixieren Sie die Kupferplattierung auf dem Fräspad

Legen Sie nach dem Reinigen der Kupferplattierung die Kupferplattierung auf die Oberseite des Mahlbetts. Die Kupferplattierung habe ich mit Hilfe eines doppelseitigen Klebebandes auf die Fräsunterlage gelegt. Die doppelseitigen Klebebänder sind so einfach zu entfernen und sie sind zu einem günstigen Preis erhältlich. Ich klebe das doppelseitige Klebeband oben auf die Opferschicht. Legen Sie dann die Kupferplattierung auf die Oberseite des Klebebandes.

Schritt 8: Fab-Module und Fräsprozess einrichten

Schritt 1: Schalten Sie die Maschine ein und laden Sie FabModules

Schalten Sie die Maschine ein und öffnen Sie dann die Fab-Modul-Software in einem Linux-System (ich verwende Ubuntu), indem Sie den folgenden Befehl in das Linux-Terminal eingeben.

f ab

Dann öffnet sich ein neues Fenster. Wählen Sie image(.png) als Eingabedateiformat und Ausgabeformat als Roland MDX-20 Mill(rml). Klicken Sie danach auf die Schaltfläche Make_png_rml.

Schritt 2: Laden Sie das PCB-Design-Bild

Wählen Sie oben im neuen Fenster das Bit aus, das Sie verwenden möchten. Laden Sie dann Ihr.png-Format, indem Sie auf die Schaltfläche Load-p.webp

Schritt 3: X-, Y- und Z-Achsen einstellen

Wir sind noch nicht fertig. Drücken Sie nun die View-Taste auf dem Modela MDX20-Bedienfeld. Stellen Sie sicher, dass das Bit gut fest sitzt. Drücken Sie erneut die Ansichtstaste, um zur Standardposition zurückzukehren. Stellen Sie nun die X-, Y-Positionen ein, indem Sie die Maße (abhängig von Ihrer Boardposition) in die gewünschten Textfelder eingeben. Ich empfehle Ihnen, sich die X- und Y-Positionen irgendwo zu notieren. Wenn etwas schief gelaufen ist und Sie von vorne beginnen müssen, sollten Sie die genauen X & Y-Positionen benötigen, um Ihren Fräsprozess fortzusetzen, sonst wird er durcheinander gebracht.

Senken Sie den Werkzeugkopf ab, indem Sie die Abwärtstaste drücken. Stoppen Sie, wenn der Werkzeugkopf in die Nähe der Kupferplattierung gelangt. Dann die Werkzeugkopfschraube lösen und den Bohrer etwas nach unten bringen, bis er die Kupferschicht des Kupfermantels berührt. Ziehen Sie die Schraube dann wieder fest und bringen Sie den Werkzeugkopf durch Drücken der View-Taste in die Ausgangsposition zurück. Jetzt sind wir alle fertig. Schließen Sie den Sicherheitsdeckel des Modela und klicken Sie auf die Schaltfläche Senden. Das modela startet den Fräsvorgang.

Das Fräsen der Spuren und Pads sollte mindestens 10 bis 13 Minuten dauern. Nach dem Fräsen habe ich ein gutes Ergebnis erhalten.

Schritt 4: Ausschneiden des Outline-Layouts

Schneiden Sie nach Abschluss des Spurfräsens das PCB-Umriss-Layout aus (einfach die Form der PCB). Der Prozess ist fast der gleiche. Um das Layout zu schneiden, ändern Sie 1/64 Bit in 1/32 Bit im Werkzeugkopf. Laden Sie dann die.png-Datei für das Schneidelayout in die Fab-Module und wählen Sie das Schneidebit (1/32) im Werkzeugmenü aus. Fahren Sie dann mit den gleichen Verfahren fort, die zuvor beschrieben wurden. Nehmen Sie die fertige Platine aus dem Bett.

Schritt 9: Fertige Leiterplatte

Hier ist die Platine nach dem Fräsvorgang!

Schritt 10: Löten der Komponenten auf PCB

Jetzt habe ich eine fertige Platine. Alles, was ich tun muss, ist die Komponenten auf der Platine zu löten. Für mich ist es eine lustige und leichte Aufgabe.

Beim Löten sind Through-Hole-Bauteile im Vergleich zu SMD-Bauteilen so einfach zu löten. SMD-Bauteile sind klein in ihrer Grundfläche. für Anfänger ist es etwas schwierig zu löten. Es gibt viele Möglichkeiten, Fehler zu machen, wie z. B. Kaltlötungen, Fehlplatzierungen von Komponenten und die häufigsten oder Brücken zwischen Leiterbahnen und Pads. Aber jeder hat seine eigenen Löttipps und -tricks, die er aus eigener Erfahrung gelernt hat. Dadurch wird diese Aufgabe unterhaltsam und einfach. Nehmen Sie sich also Zeit zum Löten der Komponenten!

Hier, wie ich löte

Normalerweise löte ich zuerst Mikrocontroller und andere ICs. Dann löte ich kleine Bauteile wie Widerstände und Kondensatoren etc…

Endlich Durchsteckkomponenten, Drähte und Stiftleisten. Um meinen USBTinyISP zu löten, folge ich den gleichen Schritten. Um SMDs einfach zu löten, erhitze ich zuerst den Lötkolben auf 350°C. Fügen Sie dann etwas Lötflussmittel auf die Pads hinzu. Dann erhitze ich das Pad, mit dem ich die Komponenten verlöten möchte, und füge dann ein wenig Lot zu einem einzelnen Pad des Komponentenpads hinzu. Mit einer Pinzette das Bauteil zupfen und auf das Pad legen und das Pad 2-4 Sekunden erhitzen. Löten Sie danach die restlichen Pads. Wenn Sie Brücken zwischen Stiften und Leiterbahnen herstellen oder einem Bauteil viel Lötmittel geben, verwenden Sie das Lötdochtband, um das unerwünschte Lötmittel zu entfernen. Ich setze die gleichen Schritte fort, bis die Platine ohne Probleme vollständig verlötet ist. Wenn etwas schief gelaufen ist, überprüfe ich zuerst alle Spuren und Bauteile mit Brüchen oder Brücken sorgfältig mit Lupe und Multimeter. Wenn ich es gefunden habe, dann korrigiere ich es!

Schritt 11: Herstellen des ISP-Kabels

Zum Anschließen des Mikrocontrollers oder eines anderen ISP-Programmierers, um die Firmware zu flashen. Wir brauchen einen sechszeiligen Banddraht mit zwei 2x3-Buchsen. Ich benutzte ein 4/3 Fuß 6-Kanal-Flachbandkabel und verband sorgfältig die Buchsenleiste auf beiden Seiten. Um es schön zu machen, habe ich eine G-Klemme verwendet. siehe das Bild.

Schritt 12: Firmware flashen

Jetzt können wir die Firmware auf unseren ISP flashen. Dazu brauchen wir einen anderen ISP-Programmierer. Ich habe einen anderen USBTinyISP verwendet, aber Sie können einen Arduino als ISP verwenden, um diese Aufgabe zu erledigen. Verbinden Sie beide ISPs mit dem zuvor erstellten ISP-Anschluss. Verbinden Sie dann USBinyISP (dasjenige, das wir zum Programmieren verwenden) mit dem Computer. Stellen Sie sicher, dass der ISP in Ihrem System erkannt wird, indem Sie den folgenden Befehl im Linux-Terminal eingeben.

lsusb

Schritt 1: Installieren Sie die AVR GCC-Toolkette

Zunächst müssen wir die Werkzeugkette installieren. Öffnen Sie dazu ein Linux-Terminal und geben Sie ein.

sudo apt-get install avrdude gcc-avr avr-libc make

Schritt 2: Laden Sie die Firmware herunter und entpacken Sie sie

Laden Sie nun die Firmware-Dateien herunter und entpacken Sie sie. Sie können es hier herunterladen. Nachdem Sie die ZIP-Datei heruntergeladen haben, entpacken Sie sie an einen guten Ort, den Sie leicht finden können (um unnötige Verwirrung zu vermeiden).

Schritt 3: Datei erstellen

Vor dem Brennen der Firmware. Wir müssen sicherstellen, dass das Makefile für die Attiny-Mikrocontroller konfiguriert ist. Öffnen Sie dazu das Makefile in einem beliebigen Texteditor. Bestätigen Sie dann MCU = Attiny45. Siehe das Bild unten.

Schritt 4: Firmware flashen

Jetzt können wir die Firmware auf unseren ISP flashen. Dazu brauchen wir, wie ich bereits sagte, einen anderen ISP-Programmierer. Ich habe einen FabTinyISP verwendet, den ich zuvor erstellt habe. Sie können jedoch jeden ISP verwenden oder einen Arduino als ISP-Programmierer verwenden. Verbinden Sie beide ISPs mit dem ISP-Anschluss, den ich zuvor hergestellt habe. Verbinden Sie dann FabTinyISP (dasjenige, mit dem ich meinen ISP programmiere) mit dem Computer. Stellen Sie sicher, dass der Isp in Ihrem System erkannt wird, indem Sie den folgenden Befehl im Linux-Terminal eingeben.

lsusb

Jetzt sind wir bereit zu flashen. Öffnen Sie das Terminal im Ordnerpfad der gefundenen Firmware und geben Sie "make" ein, um die.hex-Datei zu erstellen. Dadurch wird eine. hex-Datei, die wir in die Attiny 45 brennen müssen.

Geben Sie den folgenden Befehl im Linux-Terminal ein, um die Firmware auf den Mikrocontroller zu flashen.

blitz machen

Schritt 5: Aktivieren von Fusebit

Das ist es, wir sind fertig mit dem Flashen der Firmware. Aber wir müssen die Sicherung aktivieren. Einfach eintippen

Sicherung machen

das Terminal, um die interne Sicherung zu aktivieren.

Jetzt müssen wir entweder den Jumper entfernen oder den Reset-Pin deaktivieren. Das Entfernen der Jumper-Verbindung ist nicht obligatorisch, wir können den Reset-Pin deaktivieren. Es liegt an dir. Ich entscheide mich, den Reset-Pin zu deaktivieren.

Bitte beachten:- Wenn Sie den Reset-Pin deaktivieren, wird der Reset-Pin intern getrennt. Bedeutet, dass Sie es nach dem Deaktivieren des Reset-Pins nicht mehr programmieren können.

Wenn Sie den Reset-Pin deaktivieren möchten, geben Sie den folgenden Befehl in das Terminal ein.

rstdisbl

Sie erhalten eine Erfolgsmeldung. Nachdem die Firmware erfolgreich hochgeladen wurde, muss ich überprüfen, ob der USBTinyISP richtig funktioniert, dazu müssen Sie einen Befehl im Terminal eingeben

sudo avrdude -c usbtiny -b9600 -p t45 -v

Nach Eingabe des Befehls wird die Rückmeldung im Terminalfenster angezeigt.

Schritt 13: Wir sind fertig

Jetzt können Sie beide Geräte vom Computer entfernen und den jetzt eingebauten USBtiny verwenden, um Ihre Mikrocontroller von nun an zu programmieren. Ich verwende diesen ISP, um meine Arduino-Skizzen zu flashen.