למד כיצד לעצב PCB מעוצב בהתאמה אישית עם EasyEDA כלים מקוונים: 12 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

תמיד רציתי לעצב PCB בהתאמה אישית, ועם כלים מקוונים ואב טיפוס PCB זול מעולם לא היה קל יותר מעכשיו! אפשר אפילו להרכיב את רכיבי הר המשטח בזול ובקלות בנפח קטן כדי לחסוך את משימת ההלחמה הקשה! הזמנתי 10X PCB עם הרכבה בפחות מ 50 $. בעוד PCBs משמשים תפקיד חשוב, פריסת הרכיבים היא חלק חשוב מאיך שהוא נראה. סובבתי את הרכיבים בלוח כדי להתיישר עם נקודות הכוכב.

מדריך זה ילמד אותך:

• כיצד לצייר את צורת ה- PCB המותאמת אישית ב- InkScape (כלי גרפי בחינם, קוד פתוח)
• אופן השימוש בכלי העיצוב של מעגלים ו- PCB של EasyEDA (בחינם ובאינטרנט, אין צורך בהתקנה!)
• כיצד לייבא את SVG ל- EasyEDA לצורת PCB מותאמת אישית ומסך משי
• כיצד לעצב עיצוב MCU פשוט הניתן לתכנות 'ארדואינו'
• כיצד להשתמש במכלול הר משטח JLCPCB כדי לייצר ולהרכיב את הלוחות

תכונות של "הכוכב"

• PCB מותאם אישית בצורת כוכב בעל 5 נקודות
• תאורה מונפשת - 10x נוריות LED לכל צד, דו צדדי
• מיקרו -בקר ATMEGA328P הניתן לתכנות
• 2x כפתורים לאינטראקטיביות - תוכל ליצור משחק פשוט
• מופעל באמצעות מיקרו USB (אופציה)
• רשת מרובת כוכבים לאנימציות גדולות יותר (אופציה) עם תקשורת טורית

עודכן 02 באפריל 2020 לאחר קבלת הלוחות.

אספקה

ראה קובץ BOM (כתב החומרים) וקובץ PDF סכמטי מצורף.

ראה סכמטי מלא מצורף.

להלן קישור לפרויקט EasyEDA משלב מאוחר יותר -

שלב 1: צור את העיצוב ב- InkScape

ראשית בואו לעצב את צורת ה- PCB ואת כל יצירות המסך שיעברו על ה- PCB.

1. הורד והתקן את inkscape
2. צור מסמך חדש
3. השתמש בכלי המלבן ליצירת מלבן בגודל 100x100 מ"מ. JLCPCB מציעים PCB זול יותר בגודל זה.
4. השתמש בכלי המצולע ליצירת צורת כוכב שמתאימה בתוך המלבן

5. הוסף פרטים נוספים, למשל גרפיקה של כוכבים קטנים בתוך המתאר ושם אמקם את הלדים

   1. התחל בהוספת הצורות לנקודה אחת של הכוכב, למשל. החלק העליון
   2. הוסף פינה מעוגלת (ליתר ביטחון!) בעזרת עקומת מסגרת
   3. בחר את כל הצורות בנקודה זו וקבץ אותן יחד

   4. לאחר מכן נוכל להעתיק ולסובב קבוצה זו לנקודות האחרות של הכוכב

      "ערוך -> שיבוט -> צור שיבוטים עם אריחים"

6. אם עשית את הפינות, עלינו להסיר את הנקודות שכבר אינן נחוצות

   1. לשם כך ציירתי ידנית את הקווים הישרים המחברים את הקימורים
   2. לאחר מכן, הסר את הכוכב המקורי

שמור 2 גרסאות של תמונה זו

• ת: מסך משי - תמונה מלאה עם כל הפרטים שישמשו למסך המשי
• ב: מתאר לוח - כמו לעיל, אך הסר את כל הפרטים במרכז והשאיר רק את המתאר. זה יגדיר את צורת ה- PCB.

שמור גירסאות. DXF של שני הקבצים

• קובץ -> שמור בשם ->.dxf
• השתמש ברשימות הגרעין

מצורפות קובצי inkscape.svg ו-.dxf.

שלב 2: ייבא את.dxf לתוך EasyEDA ליצירת הצורה המותאמת אישית

שלב זה ייצור פרויקט חדש בכלי המקוון של EasyEDA ויייבא את ה-.dxf כדי להגדיר את צורת הלוח והמסך. EasyEDA הוא עורך סכמטי ו- PCB מקוון בחינם. בחרתי בזה כיוון שקל יותר מאשר להוריד ולהתקין את אחד הכלים הזמינים הרבים. נראה שזה מצוין לצרכים שלי, ומשתלב היטב עם JLCPCB עבור אב טיפוס PCB וחלקי LCSC.

צור פרויקט ו- PCB

1. בקר בכתובת https://easyeda.com/ וצור חשבון בחינם.

2. צור פרויקט חדש בסביבת העבודה שלך

   הקובץ שמור את הסכימה

3. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על שם הפרוייקט ועל "PCB חדש"

   1. אישור ברירות המחדל (100x100 מ"מ)
   2. הערה - נוכל לחזור ולערוך את הסכימה מאוחר יותר ולהוסיף רכיבים

4. ייבא את מתווה הלוח

   1. קובץ -> ייבוא DXF
   2. בחר את קובץ המתאר של לוח.dxf מתוך inkscape
   3. בדוק כי Layer מוגדר ל- 'BoardOutLine'
   4. לחץ על 'ייבא'
   5. מקם אותו בתוך המלבן הקיים בגודל 100x100
   6. מחק את המלבן, צורת הכוכב החדשה היא BoardOutLine
   7. בדוק שהיא נמצאת בשכבת BoardOutLine הוורודה, אם לא, בחר אותה ושנה את השכבה בלוח שבפינה השמאלית העליונה

5. ייבא את תמונת מסך המשי

   1. קובץ -> ייבוא DXF
   2. בחר את קובץ משי.dxf מתוך inkscape
   3. בדוק כי Layer מוגדר ל- 'TopSilkLayer'
   4. לחץ על 'ייבא'
   5. הניחו אותו על גבי קווי המתאר של הלוח (הגדילו את הגלגל עם העכבר לדיוק)

6. בדוק את התוצאות על ידי תצוגה מקדימה של התצוגה המקדימה בתלת מימד

   לחץ על סמל 'מצלמה' ו'תצוגה תלת -ממדית '

השלב הבא - הוסף רכיבים:)

שלב 3: תכנן את הרכיבים שבהם תשתמש, כולל הרכבה SMD

כעת, כשיש לנו צורה מותאמת אישית, נוכל להתחיל להוסיף רכיבים.

אתה יכול פשוט למקם רכיבים ישירות בעורך ה- PCB, אך עדיף להוסיף אותם לתצוגה הסכימטית ואז ללחוץ על 'עדכן PCB' כדי להוסיף אותם ל- PCB.

הערה - כדי להפיק תועלת משירותי הרכבה PCB המוצעים על ידי JLCPCB (https://jlcpcb.com/smt-assemble), חשוב להשתמש ברכיבים מרשימה ספציפית שיש להם.

• הורד את רשימת החלקים XLS

  • כרגע -
  • מה שמקושר מ:

בחירת חלקים:

• בסיס

  האפשרות הזולה ביותר היא להשתמש בחלקים מרשימת ה'בסיס 'שלהם מכיוון שהם כבר נטענו במכונות הבחירה וההזמנה שלהם

• לְהַאֲרִיך

  ישנם חלקים נוספים 'מורחבים' אך לכל אחד יש עלות נוספת. לְמָשָׁל הנורות וה- ATMEG328P בהם אני משתמש בפרויקט זה מורחבות שניהם, אולם כל הנגדים, הקבלים והמהודה הנפרדים הם חלקים סטנדרטיים

• אחר - נוסף באופן ידני ללוח מאוחר יותר

  בחרתי להוסיף את מחבר ה- USB, כפתורי לחיצה וכותרת תכנות ידנית

התמונה המצורפת היא צילום מסך של קבוצת המשנה של החלקים בהם השתמשתי בפרויקט. הוספתי טור "MyProject" שיעזור לי לסנן לרכיבים שאכפת לי מהם. בחרתי בעיקר 0805 עקבות כדי להקל על הלחמה. מהוד הגביש/קרמיקה עשוי להיות קשה להלחמה ביד.

מספר החלק של LCSC, למשל C14877, ניתן להשתמש ישירות בעורך הסכימטי (וה- PCB).

סיכום של BOM

• C84258. - LED לבן מגניב, בהיר מאוד (אפילו עם 2x נוריות שחולקות נגד 150R על 5v) ומפזר נחמד בנה אותו
• C7171 - מכסה ניתוק 10uF x2
• C17444 - נגד 12K למנעול סיכה RESET x1
• נגד C17471 - 150R בסדרה עם נוריות x10
• מכסה ניתוק C21120 - 220nF x2
• תהודה קרמית C13738 - 16MHz עם כובעים משולבים
• C14877 - ATMEGA328P MCU

שלב 4: בנה את סכמטי, עשה את זה Arduino לתכנות

בלב עיצוב זה נמצא ATMEGA328P המשמש בארדואינו רבים, כולל אונו, ננו ופרו מיני. המשמעות היא שאפשר להשתמש ב- Arduino IDE לכתיבת הקוד ולתכנות הלוח.

תכננתי את הלוח הזה כדי להשתמש בספירת רכיבים מינימלית כדי להפחית את העלות ולשמור על הלוח פשוט אך עדיין מאפשר לתכנת אותו באמצעות הכותרת 'תכנות מערכת' של ספק האינטרנט כאילו מדובר בארדואינו ננו.

להבין את הסיכה

עיין בתרשים ה- pinout המצורף מ- https://github.com/MCUdude/MiniCore כדי לראות כיצד הפינים הפיזיים של מפת MCU לשמות סיכות arduino. לְמָשָׁל סיכה MCU פיזית 1, (משמאל למעלה) היא גם סיכת ארדואינו 3 (שכותרתה D3 בננו), הנשלטת על ידי PD3 בתוך ה- MCU. מנקודת מבט של arduino IDE אתה רק צריך להכיר את סיכת הארדואינו '3'.

רכיבים מינימליים לחיקוי ננו:

• ה- ATMEGA328P
• ניתוק קבלים להחלקת אספקת החשמל

• כותרת ISP 'In System Programming' במקום תכנות USB

  • כותרת בעלת 6 פינים הניתנת לתכנות מארדואינו אחר עם תמונת מתכנת ISP
  • הערה - לא ניתן לתכנת USB/סדרתי ללא ממיר USB לטורי
• ראה

• מהוד קרמיקה 16MHz

  • זה נדרש אם אתה מחקה ננו מכיוון שהם תמיד מהוד חיצוני 5V ו- 16MHz
  • שים לב שרוב התהודה של 3 או 4 פינים אינם זקוקים לקבלים הנפרדים שגביש דורש

ערכת רכיבים חלופית, מינימלית עוד יותר עם MiniCore

אם אתה לא רוצה, או שאין לך קריסטל או מהוד אז אתה יכול להשתמש במתנד פנימי 8MHz בתוך ה- ATMEGA328P. עליך לטעון מטען אתחול אחר כדי לאפשר זאת, למשל. מטעין האתחול של MiniCore, ראה GitHub למידע נוסף.

https://github.com/MCUdude/MiniCore

עכשיו התחל להוסיף את הרכיבים:

• קליק ימני על "רכיב מקום"
• בתיבת החיפוש הזן את מספר החלק מהגיליון האלקטרוני / LCSC למשל. C14877 עבור ה- ATMEGA328P-AU
• הניחו אותו על סכמטי

• חזור על שאר הרכיבים - מכסים, נגדים, נוריות

  אחד מכל רכיב בתחילה, ולאחר מכן העתק והדבק אותם סביב העיצוב כנדרש

שלב 5: הוסף רכיבים אלה ל- PCB באמצעות "עדכון PCB"

תכונה מסודרת אחת של העורך המקוון של EasyEDA היא האפשרות לבצע שינויים בסכימה ולאחר מכן לעדכן את ה- PCB.

• בעורך הסכמתי לחץ על שמור קבצים

• לאחר מכן, כפתור "עדכן PCB" בסרגל הכלים

  • חלון צץ כדי לספר לך מה השתנה
  • 'החל שינויים'
• הרכיבים החדשים ממוקמים כעת בפינה הימנית התחתונה

• העבר אותם לאן שאתה רוצה אותם

  • פגע בחלל כדי לסובב 90 מעלות
  • השתמש בגלגל העכבר כדי להתקרב

• שימו לב ל'קווים של חולדות 'המראים לאן הרכיבים צריכים להתחבר

  השתמש בסיבוב רכיבים כדי להקל על החיווט

• כדי למקם רכיבים בצד התחתון, לחץ על רכיב ובפינה השמאלית העליונה שנה את השכבה העליונה לשכבה התחתונה

שלב 6: נתב את הרכיבים על הלוח הלוח

כעת חברו את הרכיבים כפי שמצוין בקו החולדות

• השתמש בלחצן 'מסלול' בסרגל הכלים
• לחץ על רכיב אחד, ואז על הרכיב הבא
• השתמש ב- vias לחיבור בין שכבות

• הוסף מטוס קרקע על פני כל השכבה העליונה כדי לחבר אוטומטית את כל סיכות הקרקע

  • השתמש בלחצן 'אזור נחושת' כדי לצייר מלבן המכסה את כל הלוח. הכלי ימלא אוטומטית את האזור הנכון ויתחבר לרשת GND כברירת מחדל
  • הוסף מישור נוסף בשכבה התחתונה עבור VCC
• פתח את תצוגת התלת -ממד כדי לבדוק את ההתקדמות שלך

בחרתי לשמור על ניתוב מאוד ישיר ומסודר. הסתכלתי על פריסת ה- PCB כדי לבחור איזה סיכה של ה- MCU להתחבר לכל נורית כדי לפשט את הניתוב ולהפוך אותו לחלק מתהליך העיצוב.

קל לחזור למציג הסכימטי ולהוסיף שם נטו לסיכה, למשל. סיכה U1 23 מתחברת לרשת LED4 נטו. שים את אותה תווית רשת על הנורית, עדכן את הלוח הלוח ונתב את המסלול.

** להלן קישור לפרויקט באתר EasyEDA:

easyeda.com/neil.parris/thestar-instructab…

שלב 7: הוסף רכיבים נוספים עד להשלמת העיצוב, סובב כנדרש

המשך להוסיף נוריות, כפתורים וכו '.

ניתן לסובב כל רכיב בהתאמה אישית, למשל. עבור כוכב 5 נקודות, כל נקודה נמצאת במרחק של 72 מעלות זה מזה. כדי להכניס את הזוויות הנכונות לנורות ולרכיבים אחרים סוג 72 לתוך תיבת הסיבוב, והכה את המרווח כדי לסובב אותו 90 מעלות בכל פעם עד שתקבל את התוצאה שאתה מחפש. לפעמים אתה צריך זוויות אחרות הקשורות ל 72, למשל. 90 - 72 = 18. או 2x 18 = 36. עם 18/36/72 וסיבובי 90 מעלות ניתן ליישר את כל הצירים העיקריים של הכוכב.

ראה קובץ PDF המצורף של הסכימה המלאה [שימו לב שזה עיצוב מעט שונה מזה של צילומי המסך הקודמים אך אותם עקרונות]

שלב 8: הזמינו את ה- PCB והוסיפו אופציונלי לבנות SMD

לאחר שסיימת את העיצוב, בדקת אותו ובדקת שאין טעויות, קדימה, צור את קבצי Gerber. הוא יבקש ממך לבצע בדיקת חוקי עיצוב (DRC). בדוק שאין שגיאות ושמור את קבצי Gerber לייצור, או פתח את JLCPCB ישירות מהעורך.

אם ברצונך להשתמש בשירותי ייצור ה- SMD, שמור גם את BOM (שטר החומרים) וקובץ ובחר קובץ (זה אומר למכונות היכן למקם את הרכיבים שלך)

עברו על תהליך ההזמנה ובדקו שוב את הכיוון של כל הרכיבים המקוטבים כמו נוריות LED, קבלים, מהודים וה- MCU עצמו!

עבור 10 לוחות שהורכבו (ללא כותרת USB ותכנות) נשלחה לי עלות של כ -35 ליש"ט (בערך 45 דולר ארה"ב תלוי בשער החליפין).

חפש דוא ל עדכון ועקוב אחר הלוח שלך ובנה באמצעות אתר JLCPCB.

שלב 9: אב טיפוס של התוכנה (קובץ.ino מצורף)

בזמן ההמתנה שהלוחות יגיעו, הגיע הזמן להתחיל לכתוב את התוכנה:)

הנחתי ארדואינו ננו על קרש לחם וחיברתי את הלדים באותו מקום, ואותם חיבורים כדי לחקות את הלוח המודרני. לאחר מכן יהיה אפשר לטעון את אותה תוכנה ישירות על הלוח, אם כי עם מתכנת ספק שירותי אינטרנט Arduino.

הקוד משתמש במערכים כדי להפוך את התכנות לפשוט יותר. ייבאתי גם את ספריית "FastLED.h" מכיוון שיש לה כמה פונקציות עזר שימושיות כמו sin8 ()

להלן מספר דגשים:

מערך זה ממפה את סיכות ה- Arduino ל- LED1 עד 10. LED1 מחובר למקבילה ל- Arduino A2, ו- LED10 מחובר ל- D4

• // צור מערך של שמות הפינים הפיזיים המחוברים ל- LED1, LED2 וכו 'ל- LED10
• const byte ledpins = {A2, A3, A1, A0, 9, 10, 6, 5, 3, 4};

הלולאה הראשית היא שגרת תוכנת PWM פשוטה הבודקת את 'pwm_now' מול ערך 'led_brightness' הנוכחי.

זהו כרגע קוד בדיקה להתנסות בכמה דפוסי תאורה.

שלב 10: בטל את התיבה והתפעל מה- PCB החדש שלך! אופציונלי - הלחמה חלקים נוספים

תהנה מהאיגרוף ותתפעל מה- PCB המותאם אישית שלך:)

עם מכלול ה- SMD היו לי כל הרכיבים החשובים מולחמים בצד אחד כדי לתת לי מכשיר עובד.

אופציונלי - הלחמה רכיבים נוספים:

• מחבר מיקרו USB להפעלה (לא תכנות)
• כפתורי לחיצה - כדי להפוך אותו לאינטראקטיבי
• נוריות בצד האחורי - הפוך אותו דו צדדי!

שלב 11: תכנת הלוח באמצעות מתכנת ArduinoISP

זה הקטע הכיפי. טוען את מטען האתחול של Arduino ואת הקוד על הלוח המודרני!

יומיים לאחר הכתיבה הראשונה הגיעו הלוחות! 10x לוחות, כולם עשויים להפליא, והרכיבים מולחמים בצורה מסודרת, וכולם עובדים בצורה מושלמת.

חבר את Arduino חילוף כמתכנת ArduinoISP

אני משתמש ב- Arduino Nano על לוח לחם קטן המחובר כמתכנת ArduioISP. המשמעות היא שהוא מתחבר מה- IDE באמצעות USB, לננו, המתחבר לאחר מכן למכשיר היעד באמצעות מחבר התכנות בן 6 פינים.

ה- pinout זהה למחבר IP ננו, בעצם רק MISO/MOSI/RST/SCK/5V/GND

עיין בקישור זה לפרטים נוספים:

1 - MISO

2 - +5V

3 - SCK

4 - MOSI

5 - RST => מונע מהפין 10 של ננו הארדואינו

6 - GND

טען את הסקיצה של ArduinoISP על המתכנת

• דוגמאות -> 11. ArduinoISP -> ArduinoISP
• הערה - בעת העלאת תמונה זו למתכנת, יש להסיר את הקבל בין סיכות RST ל- GND. החזר זאת לפני שתשתמש במתכנת.

העלה את קוד האתחול והקוד ללוח המטרה

• חבר את המתכנת למטרה באמצעות מחבר 6 פינים

  אתה יכול פשוט להחזיק כותרת 6 פינים למחשב הלוח מבלי להלחם על ידי החזקת אותו בזווית כך שהוא יוצר קשר טוב

• אם יש לך מהוד קרמי של 16 מגה -הרץ על הלוח, ואתה שמח למפות את ה- pinout כך שיתאים לננו הארדואינו, פשוט תכנן את הלוח כמו ננו ארדואינו אך עם ההגדרות הבאות:

  • לוח: "Arduino Nano"
  • מעבד: "ATmega328P"
  • מתכנת: "ארדואינו כספקית אינטרנט"

• העלה את מטען האתחול

  זה קובע את הנתיכים ב- MCU כדי לאפשר את הגביש החיצוני או המהוד החיצוני של 16 מגה -הרץ. אם אין לך את זה אז השתמש במטען אתחול חלופי, למשל minicore

• העלה את הקוד שלך

  חשוב - מכיוון שאנו מורידים את הקוד עם המתכנת עליך ללחוץ על SHIFT כאשר אתה לוחץ על כפתור העלאה (=>). זה משנה את התכנות מה'העלאה 'הרגילה על פני יציאה טורית, במקום להשתמש' העלה עם מתכנת 'לתוך פיני ספק האינטרנט

אם האמור לעיל היה מוצלח אז עכשיו יהיו לך הרבה נוריות מהבהבות!:

שלב 12: תהנה מהפרויקט שלך

אני מקווה שמצאת את ההנחיה שימושית. ביליתי שעות רבות בניסויים בכלים אלה לייצור מחשבי PCB מעניינים ומצאתי את הכלים המקוונים נוחים מאוד.

עיצוב מסוים זה פשוט יחסית מבחינת מעגל, אך מעניין מבחינת פריסה פיזית. זה גם יעשה קישוט טוב לעונת החגים!

פרס שני באתגר העיצוב PCB