Aufbau eines DIY-Arduino auf einer Leiterplatte und einige Tipps für Anfänger - Gunook

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

Dies ist als Leitfaden für jeden gedacht, der seinen eigenen Arduino aus einem Kit lötet, das bei A2D Electronics erworben werden kann. Es enthält viele Tipps und Tricks, um es erfolgreich aufzubauen. Sie erfahren auch, was die verschiedenen Komponenten bewirken.

Lesen Sie weiter und erfahren Sie, was es braucht, um Ihr eigenes Arduino zu bauen!

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Schritt 1: Mini-USB-Anschluss

Das erste zu lötende Teil ist der Mini-USB-Anschluss. Dadurch wird Ihr Arduino nach Abschluss mit Strom versorgt, aber für die Programmierung wird ein RS232 / USB-zu-Seriell-Adapter benötigt. Die Mini-USB-Buchse geht zuerst hinein, damit Sie sie einstecken können, drehen Sie die Platine um, sodass die Pins nach oben zeigen, und legen Sie sie dann auf den Tisch. Biegen Sie den Mini-Satz von 2 Stiften vor dem Einsetzen leicht zur Vorderseite der Platine, damit er gut in die Löcher auf der Platine passt. Das Gewicht der Platine hält den Stecker an Ort und Stelle und Sie können ihn direkt dort löten.

Schritt 2: Stiftleisten

Stiftleisten sind die nächsten Teile. Sie sollten Buchsenleisten in 6-Pin x2, 8-Pin x2 und 10Pin x1 haben. Für die ICSP-Stiftleiste (In Circuit Serial Programming) wird ebenfalls ein 3×2-Stecker benötigt. Diese gehen alle um die Außenseite des Boards herum und passen perfekt an die richtigen Stellen. Löten Sie sie mit der gleichen Methode wie die USB-Buchse ein, wobei Sie jeweils einen Header ausführen. Die Header sollten alle perfekt senkrecht zur Platine sein. Um dies zu erreichen, löten Sie nur einen Stift des Headers, halten Sie den Header dann mit der Hand fest, schmelzen Sie das Lot erneut und positionieren Sie den Header wieder in seine senkrechte Position. Achten Sie darauf, dass es auch über die gesamte Länge bündig an der Platine anliegt. Halten Sie es in Position, bis das Lot aushärtet, und löten Sie dann den Rest der Stifte weiter.

Schritt 3: IC-Sockel

Kurzer Tipp zum Löten der restlichen Bauteile: Alle Bauteilanschlüsse können zuerst durch die Platine gelegt und dann zur Seite gebogen werden, damit die Bauteile beim Umdrehen in der Platine bleiben. Dies macht das Löten viel einfacher, da die Komponenten sich selbst an Ort und Stelle halten.

Beginnen Sie mit dem Platzieren des 28-Pin-IC-Sockels. Stellen Sie sicher, dass die Divot an einem Ende mit der Zeichnung auf der Platine ausgerichtet ist. Auf diese Weise erfahren Sie, wie Sie den AtMega328P-Mikrocontroller einfügen. Auch wenn die Pins dieser Buchse kürzer sind als Widerstände oder Kondensatoren, können sie dennoch umgebogen werden, um das Bauteil während des Lötens an Ort und Stelle zu halten.

Schritt 4: Widerstände

Die 3 Widerstände können als nächstes gehen. Es spielt keine Rolle, wie sie platziert werden – Widerstände sind nicht gepolt. Es gibt 2 1K Ohm Widerstände als Strombegrenzungswiderstände für die LEDs und einen 10K Ohm Widerstände als Pull-Up Widerstand auf der Resetleitung. Für die LED wurden 1K-Ohm-Widerstände anstelle der üblichen 220-Ohm-Widerstände gewählt, damit die LEDs einen geringeren Strom durchfließen und somit eher als Indikatoren denn als Taschenlampe fungieren.

Schritt 5: LEDs

Es gibt 2 LEDs, eine als Betriebsanzeige und die andere an Pin 13 des Arduino. Der längere Schenkel der LEDs markiert die positive Seite (Anode). Achten Sie darauf, das längere Bein in die mit + gekennzeichnete Seite der Platine zu stecken. Die Minusleitung einer LED ist ebenfalls seitlich abgeflacht, so dass Sie auch abgeschnittene Plus- (Anode) und Minus- (Kathode) noch entziffern können.

Schritt 6: Oszillator

Als nächstes kommt der Quarzoszillator und die 2 22pF Keramikkondensatoren. Es spielt keine Rolle, auf welche Weise diese eingesetzt werden – Keramikkondensatoren und Quarzoszillatoren sind nicht polarisiert. Diese Komponenten geben dem Arduino ein externes 16-MHz-Taktsignal. Das Arduino kann einen internen 8-MHz-Takt erzeugen, daher sind diese Komponenten nicht unbedingt erforderlich, lassen Sie es jedoch mit voller Geschwindigkeit arbeiten.

Schritt 7: Schalter zurücksetzen

Der Reset-Schalter kann als nächstes gehen. Die Beine des Schalters müssen nicht gebogen werden, er sollte sich im Schlitz halten.

Schritt 8: Keramikkondensatoren

Als nächstes können 4 100 nF (Nano Farad) Keramikkondensatoren verwendet werden. C3 und C9 helfen, kleine Spannungsspitzen auf den 3,3-V- und 5-V-Leitungen zu glätten, um dem Arduino saubere Energie zu liefern. C7 ist in Reihe mit der externen Reset-Leitung, damit ein externes Gerät (USB-zu-Seriell-Konverter) das Arduino zum richtigen Zeitpunkt zurücksetzen kann, um es zu programmieren. C4 befindet sich auf dem AREF (Analog Reference)-Pin und GND des Arduino, um sicherzustellen, dass der Arduino genaue Analogwerte an seinen analogen Eingängen misst. Ohne C4 würde AREF als "schwebend" betrachtet (nicht mit Strom oder Masse verbunden) und führt zu Ungenauigkeiten bei analogen Messwerten, da ein schwebender Pin die um ihn herum anliegende Spannung aufnimmt, einschließlich der kleinen Wechselstromsignale in Ihrem Körper, die gekommen sind von der Verkabelung um Sie herum. Auch hier sind Keramikkondensatoren nicht polarisiert, daher spielt es keine Rolle, wie Sie sie einsetzen.

Schritt 9: PTC-Sicherung

Jetzt können Sie die PTC-Sicherung (positiver Temperaturkoeffizient) installieren. Die PTC-Sicherung ist nicht polarisiert, kann also in beide Richtungen eingesetzt werden. Dieser geht direkt hinter die USB-Buchse. Wenn Ihr Stromkreis versucht, mehr als 500 mA Strom zu ziehen, beginnt sich diese PTC-Sicherung zu erhitzen und erhöht den Widerstand. Diese Widerstandserhöhung senkt den Strom und schützt den USB-Port. Dieser Schutz ist nur im Stromkreis, wenn das Arduino über USB mit Strom versorgt wird. Wenn Sie also das Arduino über die DC-Buchse oder über eine externe Stromversorgung mit Strom versorgen, stellen Sie sicher, dass Ihr Stromkreis korrekt ist. Achten Sie darauf, die Beine ganz durch die Löcher zu ziehen, auch über die Biegungen hinaus. Hier hilft eine Zange.

Schritt 10: Elektrolytkondensatoren

Als nächstes können die 3 47uF (microFarad) Elektrolytkondensatoren eingesetzt werden. Der längere Schenkel ist dabei der positive Schenkel, die häufigere Kennzeichnung ist jedoch die Farbgebung des Gehäuses an der Seite des negativen Schenkels. Stellen Sie sicher, dass beim Einsetzen das positive Bein in Richtung der + Markierung auf der Platine geht. Diese Kondensatoren glätten die größeren Unregelmäßigkeiten der Eingangsspannung sowie der 5V- und 3,3V-Leitungen, sodass Ihr Arduino statt einer schwankenden Spannung konstant 5V/3,3V erhält.

Schritt 11: DC-Buchse

Als nächstes kommt die DC-Eingangsbuchse. Gleiches Vorgehen wie bei allen anderen Komponenten, legen Sie es ein und drehen Sie die Platine darüber, damit sie beim Löten an Ort und Stelle bleibt. Das Biegen der Beine kann etwas schwierig sein, da sie dick sind, sodass Sie diesen immer wie den zuvor gelöteten Mini-USB-Anschluss an Ort und Stelle halten können. Dieser geht nur in eine Richtung – mit der Buchse zur Außenseite des Boards.

Schritt 12: Spannungsregler

Jetzt die beiden Spannungsregler. Stellen Sie sicher, dass Sie sie an den richtigen Stellen platzieren. Sie sind beide beschriftet, also passen Sie einfach die Schrift auf der Tafel mit der Schrift auf den Reglern an. Der 3.3V-Regler ist ein LM1117T-3.3 und der 5V-Regler ist ein LM7805. Beide sind lineare Spannungsregler, d. h. der Eingangsstrom und der Ausgangsstrom sind gleich. Angenommen, die Eingangsspannung beträgt 9 V und die Ausgangsspannung beträgt 5 V, beide bei 100 mA Strom. Die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung wird vom Regler als Wärme abgeführt. In dieser Situation (9V-4V) x 0,1A = 0,4W Wärme, die vom Regler abgeführt werden muss. Wenn Sie feststellen, dass der Regler während des Betriebs heiß wird, ist dies normal, aber wenn Sie einen großen Strom ziehen und eine große Spannungsdifferenz besteht, ist möglicherweise ein Kühlkörper am Regler erforderlich. Um sie nun auf die Platine zu löten, sollte die Metalllasche auf einer Seite in Richtung der Seite auf der Platine gehen, die eine Doppellinie hat. Um sie bis zum Löten zu befestigen, biegen Sie ein Bein in eine Richtung und die anderen beiden in die andere Richtung. Biegen Sie nach dem Löten den 5V-Regler zur Außenseite der Platine und den 3,3V-Regler zur Innenseite der Platine.

Schritt 13: Einsetzen des AtMega328P IC

Der letzte Teil besteht darin, den Mikrocontroller in seinen Sockel zu stecken. Richten Sie die Divots in der Buchse und auf dem IC aus und richten Sie dann alle Pins aus. Sobald es an Ort und Stelle ist, können Sie es nach unten drücken. Es erfordert etwas mehr Kraft, als Sie vielleicht erwarten, also achten Sie darauf, gleichmäßig Druck auszuüben, damit Sie keinen der Stifte verbiegen.

Schritt 14: Ein paar Vorsichtshinweise mit Ihrem Arduino

• Schließen Sie NIEMALS gleichzeitig USB-Strom und externe Stromversorgung an den Arduino an. Obwohl diese beide mit 5 V bewertet werden können, sind sie oft nicht genau 5 V. Der kleine Spannungsunterschied zwischen den beiden Stromquellen verursacht einen Kurzschluss durch Ihre Platine.
• Ziehen Sie NIEMALS mehr als 20 mA Strom von einem Ausgangspin (D0-D13, A0-A5). Dies wird den Mikrocontroller braten.
• Ziehen Sie NIEMALS mehr als 800 mA vom 3.3V-Regler oder mehr als 1A vom 5V-Regler. Wenn Sie mehr Strom benötigen, verwenden Sie ein externes Netzteil (eine USB-Powerbank funktioniert gut für 5V). Die meisten Arduinos erzeugen ihren 3,3-V-Strom vom USB-zu-Seriell-Chip an Bord. Diese sind nur für einen 200-mA-Ausgang geeignet. Wenn Sie also ein anderes Arduino verwenden, stellen Sie sicher, dass Sie nicht mehr als 200 mA aus dem 3,3-V-Pin ziehen.
• Legen Sie NIEMALS mehr als 16 V in die DC-Buchse. Die verwendeten Elektrolytkondensatoren sind nur für 16V ausgelegt.

Schritt 15: Ein paar Tipps / interessante Fakten

• Wenn Sie feststellen, dass Ihr Projekt viele Pins benötigt, können die analogen Eingangspins auch als digitale Ausgangspins verwendet werden. A0 = D14, bis A5 = D19.
• Der Befehl analogWrite() ist eigentlich ein PWM-Signal, keine analoge Spannung. An den Pins 3, 5, 6, 9, 10 und 11 stehen PWM-Signale zur Verfügung. Diese sind nützlich, um die Helligkeit einer LED zu steuern, Motoren zu steuern oder Töne zu erzeugen. Um ein Audiosignal an den PWM-Ausgangspins zu erhalten, verwenden Sie die Funktion „tone()“.
• Die digitalen Pins 0 und 1 sind die TX- und RX-Signale für den AtMega328 IC. Verwenden Sie sie nach Möglichkeit nicht in Ihren Programmen, aber wenn Sie müssen, müssen Sie die Teile möglicherweise während der Programmierung des Arduino von diesen Pins trennen.
• SDA- und SCL-Pins für die i2c-Kommunikation sind eigentlich die Pins A4 bzw. A5. Bei Verwendung einer i2c-Kommunikation können die Pins A4 und A5 nicht für andere Zwecke verwendet werden.

Schritt 16: Programmierung Ihres Arduino

Trennen Sie zuerst jede externe Stromversorgung, um einen Kurzschluss von 2 verschiedenen Netzteilen zu vermeiden. Schließen Sie nun einen USB-zu-Seriell-Adapter an den Header direkt hinter der Mini-USB-Stromversorgung an. Schließen Sie es wie folgt an:

Arduino USB-zu-Seriell-Adapter

GND GND (Masse)

VCC VCC (Leistung)

DTR DTR (Reset-Pin)

TX RX (Daten)

RX-TX (Daten)

Ja, die TX- und RX-Pins werden umgedreht. TX ist der Sendepin und RX ist der Empfangspin. Wenn Sie also 2 Sendepins miteinander verbunden hätten, würde nicht viel passieren. Dies ist eine der häufigsten Fallstricke für Anfänger.

Stellen Sie sicher, dass der Jumper am USB-zu-Seriell-Adapter auf 5 V eingestellt ist.

Stecken Sie den USB-zu-Seriell-Adapter in den Computer, wählen Sie den entsprechenden COM-Port (abhängig von Ihrem Computer) und das Board (Arduino UNO) im Tools-Menü der Arduino IDE (heruntergeladen von Arduino.cc), kompilieren Sie dann Ihr Programm und laden Sie es hoch.

Schritt 17: Testen mit einer Blink-Skizze

Das erste, was Sie tun sollten, ist, eine LED zu blinken. Dies macht Sie mit der Arduino-IDE und der Programmiersprache vertraut und stellt sicher, dass Ihr Board ordnungsgemäß funktioniert. Gehen Sie zu den Beispielen, suchen Sie das Blink-Beispiel, kompilieren Sie es und laden Sie es auf das Arduino-Board hoch, um sicherzustellen, dass alles funktioniert. Sie sollten sehen, dass die an Pin 13 angeschlossene LED in Intervallen von 1 Sekunde ein- und ausblinkt.