Zjistěte, jak navrhnout vlastní tvarovanou desku plošných spojů pomocí online nástrojů EasyEDA: 12 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Vždy jsem chtěl navrhnout vlastní desku plošných spojů a s online nástroji a levnými prototypy desek plošných spojů to nikdy nebylo snazší než nyní! Je dokonce možné levně a snadno sestavit součásti pro povrchovou montáž v malém objemu, což ušetří obtížný úkol s pájením! Objednal jsem 10x PCB s montáží za méně než 50 USD. Zatímco PCB plní důležitou funkci, rozložení komponent je důležitou součástí toho, jak vypadá. Otočil jsem součásti na desce tak, aby odpovídaly bodům hvězdy.

Tento návod vás naučí:

• Jak nakreslit vlastní tvar DPS v InkScape (bezplatný grafický nástroj s otevřeným zdrojovým kódem)
• Jak používat nástroje pro návrh obvodů EasyEDA a desek plošných spojů (zdarma a online, není nutná instalace!)
• Jak importovat SVG do EasyEDA pro vlastní tvar DPS a sítotisk
• Jak navrhnout jednoduchý programovatelný design MCU „Arduino“
• Jak použít sestavu povrchové montáže JLCPCB k výrobě a montáži desek

Vlastnosti filmu „Hvězda“

• Vlastní 5bodová hvězdicová deska ve tvaru hvězdy
• Animované osvětlení - 10x LED na každé straně, oboustranné
• arduino programovatelný mikrokontrolér ATMEGA328P
• 2x tlačítka pro interaktivitu - můžete vytvořit jednoduchou hru
• napájení přes micro USB (volitelně)
• Síť více hvězdiček pro větší animace (volitelně) se sériovou komunikací

AKTUALIZOVÁNO 02APR2020 po obdržení desek.

Zásoby

Viz soubor rozpisky (kusovník) a schematické PDF.

Kompletní schéma naleznete v příloze.

Zde je odkaz na projekt EasyEDA z pozdějšího kroku -

Krok 1: Vytvořte návrh v InkScape

Nejprve pojďme navrhnout tvar desky plošných spojů a jakékoli umění sítotisku, abychom mohli jít na desku plošných spojů.

1. Stáhněte a nainstalujte inkscape
2. Vytvořte nový dokument
3. Pomocí nástroje obdélník vytvořte obdélník 100 x 100 mm. JLCPCB nabízí levnější PCB pod touto velikostí.
4. Pomocí nástroje mnohoúhelník vytvořte tvar hvězdy, který se vejde do obdélníku

5. Přidejte další podrobnosti, např. malá hvězdicová grafika v obrysu, kam umístím LED diody

   1. Začněte přidáním tvarů pro jeden bod hvězdy, např. vrchol
   2. Přidejte zaoblený roh (pro bezpečnost!) Pomocí Bezierovy křivky
   3. Vyberte všechny tvary v tomto bodě a seskupte je dohromady

   4. Tuto skupinu pak můžeme zkopírovat a otočit k ostatním bodům hvězdy

      "Upravit -> Klon -> Vytvořit kachlové klony"

6. Pokud jste zaoblili rohy, musíme odstranit body, které již nejsou nutné

   1. K tomu jsem ručně nakreslil přímé čáry, které spojují křivky
   2. Poté odeberte původní hvězdu

Uložte 2 verze tohoto obrázku

• A: silkscreen - Kompletní obrázek se všemi detaily, které budou použity pro sítotisk
• B: obrys desky - jak je uvedeno výše, ale odstraňte všechny detaily uprostřed a ponechte pouze obrys. Tím se definuje tvar desky plošných spojů.

Uložte verze. DXF obou souborů

• soubor -> Uložit jako ->.dxf
• Použijte detolenty

Příklad přiložených souborů.ksvg a.dxf inkscape.

Krok 2: Importujte.dxf do EasyEDA a vytvořte vlastní tvar

Tento krok vytvoří nový projekt na online nástroji EasyEDA a importem.dxf nastaví tvar PCB a hedvábné obrazovky. EasyEDA je bezplatný online editor schémat a PCB. Vybral jsem si to, protože to bylo jednodušší než stahování a instalace jednoho z mnoha dostupných nástrojů. Zdá se, že je skvělý pro mé potřeby a dobře se integruje s JLCPCB pro prototypy DPS a díly LCSC.

Vytvořte projekt a DPS

1. Navštivte https://easyeda.com/ a vytvořte si bezplatný účet.

2. Vytvořte nový projekt ve svém pracovním prostoru

   Soubor uložte schéma

3. Klikněte pravým tlačítkem na název projektu a „Nový PCB“

   1. OK výchozí nastavení (100 x 100 mm)
   2. Poznámka - můžeme se vrátit a později upravit schéma a přidat komponenty

4. Importujte obrys desky

   1. Soubor -> importovat DXF
   2. Vyberte soubor osnovy desky.dxf z inkscape
   3. Zkontrolujte, zda je vrstva nastavena na 'BoardOutLine'
   4. Klikněte na 'Importovat'
   5. Umístěte jej do stávajícího obdélníku 100 x 100
   6. Odstraňte obdélník, nový tvar hvězdy je BoardOutLine
   7. Zkontrolujte, zda je na růžové vrstvě BoardOutLine, pokud ne, vyberte ji a změňte vrstvu na panelu vpravo nahoře

5. Importujte obrázek sítotisku

   1. Soubor -> importovat DXF
   2. Vyberte soubor silkscreen.dxf z inkscape
   3. Zkontrolujte, zda je vrstva nastavena na „TopSilkLayer“
   4. Klikněte na 'Importovat'
   5. Umístěte jej na obrys desky (pro přesnost přibližte kolečkem myši)

6. Zkontrolujte výsledky zobrazením náhledu 3D náhledu

   Klikněte na ikonu „kamera“a „3D zobrazení“

Další krok - přidání komponent:)

Krok 3: Naplánujte komponenty, které použijete, včetně sestavy SMD

Nyní, když máme vlastní tvar, můžeme začít přidávat komponenty.

Jednoduše můžete umístit součásti přímo do editoru DPS, ale je lepší je přidat do schematického zobrazení a poté kliknout na „Aktualizovat DPS“a přidat je na DPS.

Poznámka - abyste využili služeb montáže DPS nabízených JLCPCB (https://jlcpcb.com/smt-assembly), je důležité používat komponenty z konkrétního seznamu, který mají.

• Stáhněte si seznam dílů XLS

  • Aktuálně -
  • Což je propojeno z:

Výběr dílů:

• základna

  Nejlevnější možností je použít součásti z jejich „základního“seznamu, protože tyto jsou již načteny na jejich výdejní a rozmisťovací stroje

• rozšířit

  Existují další „rozšířené“části, ale u každé z nich jsou přírůstkové náklady. např. LED a ATMEG328P, které v tomto projektu používám, jsou rozšířené, ale všechny diskrétní odpory, kondenzátory a keramický rezonátor jsou standardní součásti

• jiný - ručně přidán na tabuli později

  Rozhodl jsem se přidat konektor USB, tlačítka a záhlaví programování ručně

Přiložený obrázek je screenshot podmnožiny částí, které jsem použil v projektu. Přidal jsem sloupec „MyProject“, aby mi pomohl filtrovat dolů na součásti, na kterých mi záleží. Vybral jsem převážně 0805 stop, abych usnadnil pájení. Ruční pájení krystalového/keramického rezonátoru může být obtížné.

Číslo dílu LCSC, např. C14877, lze použít přímo v editoru schémat (a PCB).

Shrnutí kusovníku

• C84258. - chladná bílá LED, velmi jasná (dokonce s 2x LED sdílejícími odpor 150R na 5v) a pěkný difuzor
• C7171 - 10uF oddělovací krytka x2
• C17444 - odpor 12K pro vytahovací kolík RESET x1
• C17471 - odpor 150R v sérii s LED diodami x10
• C21120 - oddělovací krytka 220nF x2
• C13738 - 16MHz keramický rezonátor s integrovanými krytkami
• C14877 - MCU ATMEGA328P

Krok 4: Sestavte schéma, udělejte z něj programovatelné Arduino

Jádrem tohoto designu je ATMEGA328P, který se používá v mnoha Arduinech, včetně Uno, Nano a Pro Mini. To znamená, že je možné použít Arduino IDE pro psaní kódu a programování desky.

Tuto desku jsem navrhl tak, aby používala minimální počet komponent, aby se snížily náklady a aby byla deska jednoduchá, ale přesto ji lze programovat pomocí záhlaví ISP 'In System Programming', jako by šlo o Arduino Nano.

Pochopte pinout

Podívejte se na diagram pinoutů připojený z https://github.com/MCUdude/MiniCore a podívejte se, jak fyzické piny mapy MCU mapují arduino názvy pinů. např. fyzický kolík 1 MCU (vlevo nahoře) je také arduino pin 3 (na nano značený D3), ovládaný PD3 uvnitř MCU. Z hlediska arduino IDE potřebujete znát pouze arduino pin '3'.

Minimální komponenty k napodobení nano:

• ATMEGA328P
• Oddělovací kondenzátory pro vyhlazení napájení

• Místo programování USB hlavička ISP „In System Programming“

  • 6pinový záhlaví, které lze naprogramovat z jiného arduina pomocí obrazu programátora ISP
  • Poznámka - USB/sériové programování není možné bez převodníku USB na sériový
• Viz

• 16MHz keramický rezonátor

  • To je nutné, pokud napodobujete Nano, protože tyto jsou vždy 5V a 16MHz externí rezonátor
  • Všimněte si, že většina 3 nebo 4 pinových rezonátorů nepotřebuje samostatné kondenzátory, které vyžaduje krystal

Alternativní, ještě minimální sada komponentů s MiniCore

Pokud nechcete, nebo nemáte krystal nebo rezonátor, můžete použít interní 8MHz oscilátor v ATMEGA328P. Chcete -li to povolit, musíte načíst jiný zavaděč, např. bootloader MiniCore, více informací najdete na GitHubu.

https://github.com/MCUdude/MiniCore

Nyní začněte přidávat komponenty:

• Klikněte pravým tlačítkem na "umístit součást"
• Do vyhledávacího pole zadejte číslo dílu z tabulky / LCSC, např. C14877 pro ATMEGA328P-AU
• Umístěte jej na schéma

• Opakujte pro ostatní komponenty - kryty, odpory, LED diody

  zpočátku jednu z každé komponenty, poté je podle potřeby zkopírujte a vložte kolem návrhu

Krok 5: Přidejte tyto součásti na desku plošných spojů pomocí „Aktualizovat desku plošných spojů“

Jednou úhlednou funkcí online editoru EasyEDA je možnost provádět změny schématu a poté aktualizovat desku plošných spojů.

• V editoru schémat klikněte na soubor uložit

• Poté na panelu nástrojů tlačítko „Aktualizovat desku plošných spojů“

  • Otevře se okno, které vám řekne, co se změnilo
  • 'Aplikuj změny'
• Nové komponenty jsou nyní umístěny v pravém dolním rohu

• Přesuňte je tam, kam chcete

  • stiskněte prostor k otočení o 90 stupňů
  • pro přiblížení použijte kolečko myši

• Všimněte si „krysích linek“, které ukazují, kde je potřeba komponenty spojit

  použijte rotaci komponent, abyste usnadnili zapojení

• Chcete -li umístit součásti na spodní stranu, klikněte na součást a v pravém horním rohu změňte TopLayer na Bottom Layer

Krok 6: Směřujte součásti na desce plošných spojů

Nyní zapojte součásti, jak je naznačeno na krychlích

• Použijte tlačítko 'track' na panelu nástrojů
• Klikněte na jednu součást, poté na další
• K propojení mezi vrstvami použijte průchodky

• Přidejte zemní rovinu přes celou horní vrstvu, aby se automaticky propojily všechny zemnící kolíky

  • Pomocí tlačítka „měděná oblast“nakreslete obdélník, který pokrývá celou desku. Nástroj automaticky vyplní správnou oblast a ve výchozím nastavení se připojí k síti GND
  • Přidejte další rovinu do spodní vrstvy pro VCC
• Otevřete 3D zobrazení a zkontrolujte svůj postup

Rozhodl jsem se udržet směrování velmi přímé a čisté. Podíval jsem se na rozvržení desky plošných spojů, abych vybral, který kolík MCU se má připojit ke každé LED, aby se zjednodušilo směrování a stalo se součástí procesu návrhu.

Je snadné přepnout zpět na prohlížeč schémat a přidat ke kolíku název sítě, např. U1 pin 23 se připojuje k síti LED4. Na LED dejte stejný štítek sítě, aktualizujte DPS a směrujte trasu.

** Zde je odkaz na projekt na webu EasyEDA:

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

Krok 7: Přidejte další součásti, dokud nebude návrh kompletní, otočte podle potřeby

Stále přidávejte LED diody, tlačítka atd.

Můžete libovolně otáčet každou komponentu, např. u pětibodové hvězdy je každý bod od sebe vzdálen 72 stupňů. Chcete -li získat správné úhly pro diody LED a další součásti, zadejte do pole pro otáčení 72 a stiskněte prostor pro otočení o 90 stupňů najednou, dokud nedosáhnete požadovaného výsledku. Někdy potřebujete jiné úhly související se 72, např. 90 - 72 = 18. Nebo 2x 18 = 36. S rotacemi 18/36/72 a 90 stupňů se můžete vyrovnat se všemi hlavními osami hvězdy.

Podívejte se na přiložené PDF s úplným schématem [všimněte si, že toto je mírně odlišný design než předchozí snímky obrazovky, ale stejné zásady]

Krok 8: Objednejte desku plošných spojů a volitelně přidejte sestavu SMD

Jakmile návrh dokončíte, zkontrolujete a zkontrolujete, zda neobsahuje chyby, pokračujte a vygenerujte soubory Gerber. Vyzve vás k provedení kontrol pravidel návrhu (DRC). Zkontrolujte, zda nejsou žádné chyby, a uložte soubory Gerber pro výrobu, nebo otevřete JLCPCB přímo z editoru.

Pokud chcete využít služeb výroby SMD, pak také uložte kusovník (kusovník) a vyberte a umístěte soubor (to řekněte strojům, kam umístit vaše součásti)

Projděte proces objednávky a znovu zkontrolujte orientaci všech polarizovaných komponent, jako jsou LED diody, kondenzátory, rezonátory a samotný MCU!

Na 10 sestavených desek (bez záhlaví USB a programování) jsem nechal odeslat náklady kolem 35 GBP £ (přibližně 45 USD v závislosti na směnném kurzu).

Sledujte aktualizační e -maily a sledujte svou desku a vytvářejte prostřednictvím webové stránky JLCPCB.

Krok 9: Prototypujte software (připojený soubor.ino)

Zatímco čekáte, až desky dorazí, je čas začít psát software:)

Umístil jsem Arduino Nano na prkénko a zapojil LED diody na stejné místo a stejná připojení napodobující desku plošných spojů. Pak by mělo být možné načíst stejný software přímo na desku plošných spojů, i když s ISP programátorem Arduino.

Kód používá pole, aby programování bylo jednodušší. Také jsem importoval knihovnu "FastLED.h", protože má několik užitečných pomocných funkcí, jako je sin8 ()

Zde jsou některé hlavní body:

Toto pole mapuje piny Arduino na LED1 až 10. LED1 je připojeno k ekvivalentu Arduino A2 a LED10 připojeno k D4

• // vytvořte pole fyzických jmen pinů připojených k LED1, LED2 atd. k LED10
• piny konstantního bajtu = {A2, A3, A1, A0, 9, 10, 6, 5, 3, 4};

Hlavní smyčka je jednoduchá softwarová rutina PWM, která kontroluje 'pwm_now' oproti aktuální hodnotě 'led_brightness'.

Toto je aktuálně testovací kód pro experimentování s několika světelnými vzory.

Krok 10: Rozbalte a obdivujte své nové desky plošných spojů! Volitelné - pájejte další díly

Užijte si rozbalení a obdivujte svůj vlastní PCB:)

Díky sestavě SMD jsem nechal všechny důležité součásti pájet na jedné straně, aby mi vzniklo funkční zařízení.

Volitelné - pájet další součásti:

• Konektor micro-USB pro napájení (bez programování)
• Tlačítka - aby byla interaktivní
• LED diody na zadní straně - udělejte to oboustranné!

Krok 11: Naprogramujte desku pomocí programátoru ArduinoISP

Tohle je ta legrace. Načítání bootloaderu Arduino a kódu na PCB!

Několik dní po prvním napsání tohoto pokynu dorazily desky! Desky 10x, všechny fantasticky dobře zpracované a komponenty úhledně pájené a vše funguje perfektně.

Zapojte náhradní Arduino jako programátor ArduinoISP

Používám Arduino Nano na malém prkénku zapojeném jako programátor ArduioISP. To znamená, že se připojuje z IDE přes USB k nano, které se pak připojuje k cílovému zařízení pomocí 6kolíkového programovacího konektoru.

Pinout je stejný jako nano IP konektor, v podstatě jen MISO/MOSI/RST/SCK/5V/GND

Další podrobnosti naleznete na tomto odkazu:

1 - MISO

2 - +5V

3 - SCK

4 - MOSI

5 - RST => řízeno z pinu 10 Arduino nano

6 - GND

Načtěte skicu ArduinoISP do programátoru

• Příklady -> 11. ArduinoISP -> ArduinoISP
• Poznámka - při nahrávání tohoto obrázku do programátoru je třeba odstranit kondenzátor mezi piny RST a GND. Vraťte to zpět, než použijete programátor.

Nahrajte bootloaded a kód na cílovou desku

• Připojte programátor k cíli pomocí 6pólového konektoru

  Můžete jen držet 6x kolíkový konektor na desce plošných spojů bez pájení držením pod úhlem, takže bude dobrý kontakt

• Pokud máte na desce 16MHz keramický rezonátor a jste rádi, že namapujete pinout tak, aby odpovídal arduino nano, jednoduše naprogramujte desku jako Arduino nano, ale s následujícím nastavením:

  • Deska: "Arduino Nano"
  • Procesor: "ATmega328P"
  • Programátor: „Arduino jako ISP“

• Nahrajte bootloader

  Tím se nastaví pojistky v MCU, aby se aktivoval 16MHz externí krystal nebo rezonátor. Pokud toto nemáte, použijte alternativní zavaděč, např. minikore

• Nahrajte svůj kód

  Důležité - protože stahujeme kód pomocí programátoru, musíte stisknout SHIFT, když stisknete tlačítko UPLOAD (=>). Tím se změní programování z normálního „nahrávání“přes sériový port, místo toho se použije „nahrát s programátorem“do pinů ISP

Pokud bylo výše uvedené úspěšné, měli byste nyní mít spoustu blikajících LED!:

Krok 12: Užijte si svůj projekt

Doufám, že vám tento návod pomohl. Strávil jsem mnoho hodin experimentováním s těmito nástroji, abych vytvořil zajímavé desky plošných spojů, a zjistil jsem, že on-line nástroje jsou velmi praktické.

Tento konkrétní design je relativně jednoduchý z hlediska obvodu, ale zajímavý z hlediska fyzického rozložení. Bude to také dobrá dekorace pro prázdninové období!

Druhá cena v PCB Design Challenge