Jak používat Tinkercad k testování a implementaci hardwaru: 5 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Simulace obvodů je technika, kde počítačový software simuluje chování elektronického obvodu nebo systému. Nové návrhy lze testovat, vyhodnocovat a diagnostikovat, aniž by byl obvod nebo systém skutečně konstruován. Simulace obvodů může být užitečným nástrojem při odstraňování problémů systému ke shromažďování dat před skutečným řešením problémů na úrovni obvodu. To umožňuje konstruktérovi určit správnost a účinnost návrhu před skutečným vybudováním systému. V důsledku toho může uživatel prozkoumat výhody alternativních návrhů, aniž by systémy fyzicky fyzicky budoval. Zkoumáním účinků konkrétních návrhových rozhodnutí ve fázi návrhu spíše než ve fázi výstavby se celkové náklady na stavbu systému výrazně snižují.

Softwarová simulace je tedy dobrý způsob, jak vyzkoušet před fyzickým vytvořením obvodu. Tinkercad je webový simulační nástroj, který vám pomůže otestovat hardware i software bez fyzického připojení nebo dokonce bez nákupu hardwaru.

Cítili jste někdy nedostatek vstupně-výstupních pinů na Arduinu? Pokud jste si mysleli, že budete řídit spoustu LED nebo chcete vyrobit LED Cube, myslím, že jste určitě cítili nedostatek I/O pinů. Víte, že můžete řídit neomezený počet LED diod pomocí pouze 3 pinů Arduina? Ano, posuvné registry vám pomohou vytvořit toto kouzlo. V tomto pokynu vám ukážu, jak můžeme implementovat neomezený vstup a výstup pomocí posuvných registrů 74HC595. Jako příklad vyrobím digitální hodiny s teploměrem a luxmetrem pomocí šesti 7segmentového displeje. Před dokončením hardwarového obvodu jsem simuloval obvod v Tinkercad, protože je s nimi spojeno mnoho spojení. Simulace vás může stát sebevědomějšími a můžete si vyzkoušet finalizaci svého obvodu bez fyzického pokusu a omylu. Očividně vám to pomůže ušetřit drahý hardware a drahocenný čas.

K simulaci se můžete dostat zde:

Krok 1: Zachraňte svůj hardware před vypálením

Stejně jako ostatní elektronické obvody jsou obvody LED velmi citlivé na proud. LED svítí, pokud protéká více proudu, než je jmenovitý proud (např. 20mA). Volba vhodného odporu je velmi důležitá pro správný jas bez vypalování obvodů nebo LED.

Obvody Tinkercad mají vynikající funkci. Ukazuje vám, zda prvky obvodu protéká více než jmenovitý proud. V následujícím obvodu jsem připojil sedmisegmentový displej přímo na posuvný registr bez odporu. Není to bezpečné pro registr ani pro sedmisegmentový displej a oba lze tímto připojením vypálit. Tinkercad ukazuje skutečnost červenými hvězdami.

V následujícím obvodu jsem do každého segmentu LED přidal jeden odpor 180 ohmů. Každým segmentem displeje protéká proud přibližně 14,5 mA, který je pro displej uložen. Ale ze simulace je vidět, že tato hodnota odporu není pro IC bezpečná. Maximální proudová kapacita posuvného registru je 50mA. Integrovaný obvod je tedy bezpečný až pro tři na segmentu displeje (14,5 x 3 = 43,5 mA). Pokud jsou na IC více než tři segmenty, lze je spálit (např. 14,5 x 4 = 58 mA). Většina výrobců této skutečnosti nevěnuje pozornost. Vypočítávají hodnotu odporu pouze s ohledem na displej.

Pokud ale simulují obvod v Tinkercadu, šance na tuto chybu se vynuluje. Protože Tinkercad vás upozorní zobrazením rudé hvězdy.

Situaci můžete pozorovat při najetí kurzorem myši na hvězdu jako na obrázku níže.

Následující design je perfektní tam, kde pro každý segment displeje volím odpor 470 ohmů. Při simulaci obvodu byla použita skica atašé Arduina.

Krok 2: Změřte napětí, proud, odpor a tvar vlny

Měření proudu a napětí je pro elektronický obvod velkým problémem, zejména je vyžadováno několik paralelních měření. Simulace Tinkercad dokáže tento problém velmi snadno vyřešit. Aktuální napětí a odpor můžete měřit velmi snadno. Můžete to udělat pro více poboček najednou. Následující nastavení ukazuje celkový proud a napětí obvodu.

Osciloskop můžete také použít k pozorování tvaru vlny a měření frekvence.

Ve výše uvedeném nastavení osciloskop ukazující hodinový signál z Arduina. Můžete také měřit proud a napětí více větví najednou, což je velmi efektivní. Pokud chcete měřit proud více větví najednou pomocí multimetru z praktického obvodu, bude to velmi těžké. Ale v Tinkercad to zvládnete velmi snadno. V následujícím obvodu jsem použil více ampérmetrů k měření proudu z různých větví.

Krok 3: Psaní programu a používání sériového monitoru

Jednou ze zajímavých a užitečných funkcí obvodu Tinkercad je, že má editor kódu a můžete přímo z jeho prostředí napsat program pro Arduino a ESP8266. Program můžete také vyvinout pomocí grafického prostředí výběrem blokového režimu. Je to velmi užitečné pro výrobce a fandy, kteří nemají zkušenosti s programováním.

Má také vestavěný Debugger, ze kterého můžete ladit kód. Ladicí program vám pomůže identifikovat chybu (chybu) ve vašem kódu a opravit ji (ladit).

Okruh Tinkercad má také sériový monitor a můžete velmi snadno sledovat hodnotu senzoru a ladit váš obvod. Následující obvod byl použit k testování PIR a ultrazvukového senzoru a on = bserve data in serial monitor.

K okruhu se dostanete z odkazu:

Krok 4: Simulace velkého a složitého obvodu (hodiny s teploměrem a luxmetrem)

V Tinkercad můžete simulovat jakýkoli složitý obvod, než jej prakticky vytvoříte. Může vám ušetřit drahocenný čas. Šance na chybu ve složitém okruhu je velmi velká. Pokud to nejprve vyzkoušíte v Tinkercad, může to být velmi účinné, protože víte, že váš obvod a program budou fungovat, nebo ne. Na základě toho můžete také upravit a aktualizovat svůj obvod podle svého požadavku.

Simuloval jsem složitý obvod v Tinkercadu a je to hodinový obvod s teploměrem a luxmetrem. Obvod je napájen z 9V baterie s 5V regulátorem. Šest, sedm segmentový displej slouží k zobrazení času s hodinami, minutami a sekundami. K nastavení času slouží čtyři tlačítka využívající jeden analogový vstup. K nastavení budíku je připojen bzučák. LM35 IC se používá k zobrazení snímání teploty prostředí. K měření luxu se používá senzor okolního světla.

Na pin Arduino č. 7 se používá přepínač s digitálními tlačítky. Tento přepínač se používá ke změně možnosti. Ve výchozím nastavení zobrazuje čas nebo pracuje v režimu hodin. Při prvním stisknutí ukazuje teplotu a při druhém stisknutí úroveň luxu.

Krok 5: Implementace s hardwarem

Po simulaci obvodu a úpravě programu a hodnoty odporu je ideální čas prakticky implementovat obvod. Praktický obvod lze implementovat na prkénko, pokud chcete někde vytvořit prototyp pro zobrazení. Obvod Breadboard má některé výhody a nevýhody. Hlavní výhodou obvodu breadboard je, že jej lze snadno upravit a není k tomu zapotřebí pájení. Na druhé straně může být připojení obvodu nepájivého pole velmi snadno uvolněno a je velmi obtížné jej identifikovat pro složitý obvod.

Pokud to chcete udělat pro praktické použití, je nejlepší pájený obvod DPS. Velmi snadno si můžete doma vyrobit vlastní obvod DPS. K tomu nejsou potřeba žádné speciální nástroje. Pokud chcete vědět o DIY PCB, můžete postupovat podle těchto pěkných instrukcí.

1. Home-made-PCB-by-by-step by recwap.

2. Průvodce výrobou DPS Pinomelean

Můžete si také objednat online profesionální PCB. Několik výrobců poskytuje službu tisku na DPS za velmi nízkou cenu. SeeedStudio Fusion PCB a JLCPCB jsou dva nejvýznamnější poskytovatelé služeb. Můžete vyzkoušet jeden z nich.

[Poznámka: Některé obrázky jsou shromažďovány z internetu.]

Druhá cena v soutěži Electronics Tips & Tricks Challenge