Budování sebe sama a PSLab: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Rušný den v laboratoři elektroniky?

Měli jste někdy problémy s obvody? Chcete-li ladit, věděli jste, že chcete multimetr nebo osciloskop nebo generátor vln nebo externí přesný zdroj energie nebo řekněme logický analyzátor. Je to ale hobby projekt a nechcete za takové drahé nástroje utratit stovky dolarů. Nemluvě o tom, že celá výše uvedená sada vyžaduje hodně prostoru. Můžete skončit s multimetrem v hodnotě 20-30 dolarů, ale při odlaďování obvodu to opravdu nedělá dobrou práci.

Co když řeknu, že existuje hardwarové zařízení s otevřeným zdrojovým kódem, které poskytuje všechny tyto funkce osciloskopu, multimetru, logického analyzátoru, generátoru vln a zdroje energie, a nebude vás to stát stovky dolarů vzít celou tabulku k zaplnění. Jedná se o zařízení PSLab od open source organizace FOSSASIA. Oficiální webové stránky naleznete na adrese https://pslab.io/ a úložiště zdrojů s otevřeným zdrojovým kódem z následujících odkazů;

• Hardwarová schémata:
• Firmware MPLab:
• Desktopová aplikace:
• Aplikace pro Android:
• Knihovny Pythonu:

Udržuji úložiště hardwaru a firmwaru a pokud máte nějaké dotazy při používání zařízení nebo jakýchkoli jiných souvisejících věcí, neváhejte se mě zeptat.

Co nám PSLab dává?

Toto kompaktní zařízení s tvarem Arduino Mega má spoustu funkcí. Než začneme, je vyroben ve formátu Mega, takže jej můžete bez problémů vložit do efektního pouzdra Arduino Mega. Nyní se podívejme na specifikace (extrahované z původního úložiště hardwaru);

• 4kanálový až 2MSPS osciloskop. Softwarově volitelné stupně zesílení
• 12bitový voltmetr s programovatelným ziskem. Vstupní rozsahy od +/- 10 mV do +/- 16 V
• 3x 12bitové programovatelné zdroje napětí +/- 3,3 V, +/- 5 V, 0-3 V
• 12bitový programovatelný zdroj proudu. 0-3,3 mA
• 4kanálový, 4 MHz, logický analyzátor
• 2x generátor sinusových/trojúhelníkových vln. 5 Hz až 5 KHz. Ruční řízení amplitudy pro SI1
• 4x PWM generátory. Rozlišení 15 nS. Až 8 MHz
• Měření kapacity. rozsah pF až uF
• Datové sběrnice I2C, SPI, UART pro moduly Accel/gyroskopy/vlhkost/teplota

Nyní, když víme, co toto zařízení je, pojďme se podívat, jak ho můžeme postavit..

Krok 1: Začněme se schématy

Open source hardware jde se softwarem Open Source:)

Tento projekt je v otevřených formátech, kdykoli je to možné. To má mnoho výhod. Kdokoli si může software zdarma nainstalovat a vyzkoušet. Ne každý má finanční sílu na to, aby si koupil proprietární software, takže to umožňuje práci i nadále. Schémata byla tedy vytvořena s KiCAD. Můžete svobodně používat jakýkoli software, který se vám líbí; stačí správně propojit. Úložiště GitHub obsahuje všechny zdrojové soubory pro schémata na https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m… a pokud se chystáte jít s KiCADem, můžeme rovnou klonovat úložiště a mít zdroj sami zadáním následujícího příkazu do okna terminálu Linuxu.

$ git clone

Nebo pokud nejste obeznámeni s příkazy konzoly, vložte tento odkaz do prohlížeče a stáhne zip soubor obsahující všechny prostředky. PDF verzi schematických souborů naleznete níže.

Schéma může vypadat trochu komplikovaně, protože obsahuje spoustu integrovaných obvodů, odporů a kondenzátorů. Provedu vás tím, co je tady.

Ve středu první stránky obsahuje mikrořadič PIC. To je mozek zařízení. Je spojen s několika operačními zesilovači, krystalem a několika odpory a kondenzátory pro snímání elektrických signálů z I/O pinů. Propojení s PC nebo mobilním telefonem probíhá přes UART můstek, kterým je MCP2200 IC. Na zadní straně zařízení je také průlomový otvor pro čip ESP8266-12E. Schematics bude mít také integrovaný obvod zdvojovače napětí a měniče napětí, protože zařízení může podporovat kanály osciloskopu, které mohou dosáhnout až +/- 16 V

Jakmile je schéma hotové, dalším krokem je vybudování skutečné PCB …

Krok 2: Převod schématu na rozvržení

Dobře, ano, je to nepořádek, že? Důvodem je, že stovky malých součástek jsou umístěny na malé desce, konkrétně na jedné straně malé desky o velikosti Arduino Mega. Tato deska je čtyřvrstvá. Tolik vrstev bylo použito k lepší integritě stopy.

Rozměry desky musí být přesné, protože Arduino Mega a záhlaví pinů jsou umístěny na stejných místech, kde má Mega své piny. Uprostřed jsou hlavičky pinů pro připojení programátoru a modulu Bluetooth. Nahoře jsou čtyři testovací body a dole čtyři, aby se zkontrolovalo, zda se při správném připojení dostávají správné úrovně signálu.

Jakmile jsou importovány všechny stopy, první věcí je umístit mikrořadič do středu. Poté umístěte odpory a kondenzátory, které jsou přímo spojeny s mikroprocesorem, kolem hlavního integrovaného obvodu a pak pokračujte, dokud není na místě poslední součást. Je lepší mít hrubé směrování před vlastním směrováním. Zde jsem investoval více času na úhledné uspořádání součástí se správným rozestupem.

Jako další krok se podívejme na nejdůležitější kusovník..

Krok 3: Objednání desky plošných spojů a kusovníku

Přikládám kusovník. V zásadě obsahuje následující obsah;

1. PIC24EP256GP204 - Mikrokontrolér
2. MCP2200 - UART můstek
3. TL082 - operační zesilovače
4. LM324 - operační zesilovače
5. MCP6S21 - Zisk řízený OpAmp
6. MCP4728 - převodník digitálního signálu na analogový
7. TC1240A - Měnič napětí
8. TL7660 - zdvojovač napětí
9. Rezistory, kondenzátory a induktory velikosti 0603
10. Krystaly SMD 12 MHz

Při zadávání objednávky DPS se ujistěte, že máte následující nastavení

• Rozměry: 55 mm x 99 mm
• Vrstvy: 4
• Materiál: FR4
• Tloušťka: 1,6 mm
• Minimální rozteč stop: 6 mil
• Minimální velikost otvoru: 0,3 mm

Krok 4: Začněme shromážděním

Když je deska plošných spojů připravena a komponenty dorazily, můžeme začít s montáží. Pro tento účel je lepší mít šablonu, aby byl postup jednodušší. Nejprve umístěte šablonu zarovnanou s podložkami a naneste pájecí pastu. Poté začněte umisťovat komponenty. Video zde ukazuje časově promlčenou verzi mého umístění komponent.

Jakmile je každá součástka umístěna, přetavte ji pomocí přepracovací stanice SMD. Dbejte na to, aby se deska příliš nezahřívala, protože by v případě silného tepla mohly součásti selhat. Také se nezastavujte a mnohokrát to udělejte. Udělejte to jedním tahem, protože necháte součásti vychladnout a poté se zahřívá, čímž se poruší strukturální integrita komponent i samotné desky plošných spojů.

Krok 5: Nahrajte firmware

Jakmile je sestava dokončena, dalším krokem je vypálení firmwaru na mikrořadič. K tomu potřebujeme;

• Programátor PICKit3 - Pro nahrání firmwaru
• Propojovací vodiče male to male x 6 - Pro připojení programátoru k zařízení PSLab
• Kabel typu USB Mini B - Pro připojení programátoru k počítači
• Kabel USB typu Micro B - Pro připojení a napájení PSLab s PC

Firmware je vyvinut pomocí MPLab IDE. Prvním krokem je připojení programátoru PICKit3 k programovací hlavičce PSLab. Zarovnejte kolík MCLR v programátoru i v zařízení a ostatní piny budou správně umístěny.

Samotný programátor nemůže zapnout zařízení PSLab, protože nemůže poskytnout mnoho energie. Potřebujeme tedy zapnout zařízení PSLab pomocí externího zdroje. Připojte zařízení PSLab k počítači pomocí kabelu typu Micro B a poté připojte programátor ke stejnému počítači.

Otevřete MPLab IDE a na panelu nabídek klikněte na „Vytvořit a naprogramovat zařízení“. Otevře se okno pro výběr programátora. Z nabídky vyberte „PICKit3“a stiskněte OK. Začne vypalovat firmware do zařízení. Dávejte pozor na zprávy vytištěné na konzole. Říká, že detekuje PIC24EP256GP204 a nakonec je programování dokončeno.

Krok 6: Zapněte jej a buďte připraveni

Pokud firmware správně vypálí, rozsvítí se zelená LED dioda, která indikuje úspěšný spouštěcí cyklus. Nyní jsme připraveni použít zařízení PSLab k provádění nejrůznějších testů elektronických obvodů, provádění experimentů atd.

Obrázky ukazují, jak vypadá aplikace pro počítače a aplikace pro Android.