Golden Arduino Board: 12 kroků

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

Účel

Účelem této desky je mít přesně stejné funkce jako Arduino Uno, ale s vylepšenými designovými funkcemi. Bude obsahovat konstrukční funkce pro snížení šumu, například vylepšené směrovací a oddělovací kondenzátory. Ponecháme standardní pin-out stopu desky Arduino, aby byla kompatibilní se štíty; mimo tuto stopu však bude přidána řada návratových kolíků, aby se zlepšilo rozložení desky snížením křížového hovoru pro signály přicházející z desky. Kromě toho bude pro systémové hodiny místo rezonátoru použit krystal 16 MHz, aby se zvýšila přesnost a stabilita hodin

Rozpočet výkonu

Vstupní výkon bude stejný jako ten, který je potřebný pro napájení Arduino Uno. Doporučený rozsah vstupního napětí je 7 až 12 voltů. Pokud je napájeno méně než 7 V, výstupní kolík 5 V může napájet méně než pět voltů a deska může být nestabilní. Při použití více než 12 V by se regulátor napětí mohl přehřát a poškodit desku. Atmega 328 bude využívat 5 V místo 3,3 V, aby měl nejvyšší takt.

Řízení rizik Potenciální rizika:

Příjem vadných komponent je potenciálním rizikem, které lze zmírnit objednáním doplňků.

Chybná orientace čipů IC, jako je Atmega 328, by mohla mít za následek nesprávné připojení k pinům. Před zapájením zkontrolujeme správnou orientaci.

Mechanické napětí působící na výstupní kolíky by mohlo přerušit spojení. Použijeme průchozí otvory, abychom zajistili, že se to nestane.

Při pájení existuje potenciál pro studené pájené spoje. Můžeme to zmírnit kontrolou každého spojení po vytvoření spoje.

Identifikace místa, kde se na desce nacházejí součásti, může být obtížné.

Zahrnutí identifikace sítotisku to usnadní.

Bring-Up plán:

Přepínače budou umístěny tak, aby izolovaly dílčí obvody desky a umožnily nám sestavovat a testovat kusy desky jeden po druhém a zajistit, aby každý kus správně fungoval, než se přesunete a sestavíte zbytek kance

Krok 1: Schéma

Schéma bylo vytvořeno odkazováním na open source schémata Arduino Uno a jeho úpravou za účelem zlepšení integrity signálu.

Krok 2: Rozložení DPS

Krok 3: Sestavení

Začali jsme montovat desku plošných spojů s odpojovacími kondenzátory a pojistkami.

Poté jsme pájili napájecí čipy a čip ESD diod. Ochranný čip ESD bylo obtížné pájet kvůli malé velikosti čipu a malým polštářkům, ale montáž jsme úspěšně dokončili.

Setkali jsme se s problémem, kdy se naše deska neresetovala, ale to bylo proto, že naše tlačítko navazovalo špatný kontakt. Po stisknutí tlačítka s určitou silou se vrátilo do funkčního stavu a fungovalo normálně

Krok 4: Přepínání šumu: Pin 9

Zde jsou dva obrázky, kde jsou porovnávány přepínací zvuky z pinů 9-13. Zelené záběry představují komerční desku, žluté záběry představují naši domácí desku a modré signály představují spouštěcí signály pro získání čistého a konzistentního rozsahu.

Je těžké vidět označení na záběrech dalekohledu, ale komerční deska (zelená) má špičkový až špičkový spínací hluk asi čtyři volty. Deska Our in House má přepínací hluk přibližně dva volty. Toto je 50% snížení přepínacího šumu na pinu 9.

Krok 5: Přepínání šumu: Pin 10

Na pinu 10 je přepínací šum na komerční desce větší než čtyři volty. Sedí přibližně na 4,2 voltů od vrcholu k vrcholu. Na naší domácí desce je přepínací hluk těsně nad dvěma volty od vrcholu k vrcholu. Jedná se o přibližně 50% snížení spínacího hluku.

Krok 6: Přepínání šumu: Pin 11

Na pinu 11 na komerční desce je spínací hluk na high-to-low asi 800 mV a hluk na přepínání low-to-high je asi 900 mV. Na naší domácí desce je spínací hluk od nejvyšší k nízké přibližně 800 mV a náš spínací hluk od nejnižší k vysoké je přibližně 200 mV. Dramaticky jsme snížili hluk při přepínání z nízkého na vysoký, ale ve skutečnosti jsme neovlivnili hluk z přepínání z vysokého na nízký.

Krok 7: Přepínání šumu: Pin 12

Na pinu 12 jsme použili spínací IO ke spuštění záběrů rozsahu v komerční desce i v domácí desce. V komerční desce je spínací hluk asi 700 mV od špičky k špičce a interní deska má špičku k vrcholu 150 mV. To je přibližně 20% snížení spínacího hluku.

Krok 8: Přepínání šumu: Pin 13

Na pinu 13 ukazuje komerční deska přepínací hluk ze čtyř na vrchol od špičky a naše interní deska vykazuje malý až žádný spínací hluk. To je obrovský rozdíl a důvod k oslavě

Krok 9: Vytvoření nové speciální funkční desky pomocí našeho vylepšeného designu

Účelem této desky je rozšířit naši desku Golden Arduino o vylepšené konstrukční funkce a přidané komponenty, jako jsou LED diody měnící barvu a snímač srdečního tepu. Bude obsahovat konstrukční funkce pro snížení hluku, jako je lepší směrování, použití 2 dalších vrstev desky plošných spojů, aby byla 4vrstvá deska, a odpojení kondenzátorů kolem napájecích lišt a přepínání I/O. K vytvoření snímače srdečního tepu použijeme fotodiodu umístěnou mezi dvě LED diody, která bude měřit světlo odražené od krve v prstu, který je umístěn nad snímačem srdečního tepu. Kromě toho zahrneme individuálně adresovatelné LED diody, které jsou ovládány pomocí I2C.

Vstupní výkon bude stejný jako ten, který je potřebný pro napájení Arduino Uno. Doporučený rozsah vstupního napětí je 7 až 12 voltů. Pokud je napájeno méně než 7 V, výstupní kolík 5 V může napájet méně než pět voltů a deska může být nestabilní. Při použití více než 12 V by se regulátor napětí mohl přehřát a poškodit desku. Atmega 328 bude využívat 5 V místo 3,3 V, aby měl nejvyšší takt.

Krok 10: Schéma

Krok 11: Rozložení desky

Power layer Pour a Ground Layer Pour Hidden to see stopy. Když byla tato deska navržena, stopa USB byla vlastně náhodou orientována dozadu. Mělo by se překlopit, aby se kabel správně zapojil.

Krok 12: Sestavení

V každém kroku nebyly pořízeny obrázky, ale níže uvedená fotografie ukazuje finální vynesení desky. Piny záhlaví nebyly přidány, protože primární funkcí této desky je přidání LED a ADC. Port USB by měl směřovat opačným směrem, aby kabel nemusel zasahovat po celé desce.