Jak vytvořit programátor USBTiny ISP: pomocí CNC frézky na PCB: 13 kroků (s obrázky)

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

Přemýšleli jste o tom, jak vybudovat vlastní elektronický projekt od nuly?

Dělat projekty v oblasti elektroniky je pro nás, tvůrce, tak vzrušující a zábavné. Ale většina tvůrců a hardwarových nadšenců, kteří právě vykročili ke kultuře tvůrců, stavěla své projekty s vývojovými deskami, prkénky a moduly. Tímto způsobem můžeme vytvořit rychlou prototypovou verzi našeho projektu. Musí však mít velkou velikost a být zapletený do vodičů na prkénko. Podobný případ při použití obecné desky plošných spojů také vypadá chaoticky a neprofesionálně!

Jak tedy můžeme stavět naše projekty pohodlnějším způsobem?

Nejlepší způsob, jak použít samostatné PCB pro náš projekt!

Navrhování a výroba DPS pro náš projekt je lepší a pohodlnější způsob, jak vyjádřit svou profesionalitu a odbornost !. Můžeme minimalizovat velikost našeho projektu na kompatibilní velikost a vlastní tvary, PCB vypadají úhledně a robustní připojení jsou některé z výhod.

Co je tedy důležité, jak vybudujeme PCB nákladově efektivní a časově efektivní?

Můžeme poslat náš návrh výrobci desek plošných spojů k výrobě našeho designu desek plošných spojů, ale mělo by to zabrat čas a vyhodit do kapsy. Další metodou je metoda přenosu toneru pomocí laserové tiskárny a fotografického papíru. Ale také to zabere čas a otestuje vaši úroveň pacientů a také potřebujete permanentní fix na opravu neleptaných částí. Tuto metodu jsem používal hodně času a nesnáším ji.

Jaký je tedy nejlepší způsob?

V mém případě je to nejlepší způsob, jak použít CNC frézky ke stavbě desky plošných spojů. Frézky na PCB vám poskytnou kvalitní PCB a výroba prototypů PCB zabere méně času, méně zdrojů a nejlevnější způsob!

Pojďme tedy vytvořit programátora USBtiny ISP pomocí CNC frézky!

Bez dalšího, pojďme začít!

Krok 1: Nechcete být bohatí

Opravdu! nechcete kupovat frézku na DPS. Většina z nás nemá rozpočet na nákup takového drahého stroje. Já ani nemám.

Jak tedy získám přístup ke stroji? Jednoduše ve své lokalitě prostě přejdu do fablabu, makerspace nebo hackerspace! V mém případě prostě jdu do fablabu a stroj používám za nízkou cenu. Najděte si tedy ve své lokalitě místo jako fablab nebo makerspace. Pro mě je cena 48 ¢/hodinu za použití frézky na PCB. Cena se může ve vaší lokalitě lišit. Takže, jak jsem řekl, nechcete být bohatí!

Krok 2: Kusovník

Seznam součástí

• 1 x mikrokontrolér Attiny 45/85 (balíček SOIC)
• 2 x 499 ohmů
• 2 x 49 ohmů
• 2 x 1 K.
• 2 x 3,3 Zenerova dioda
• 1 x 0,1 mf kondenzátor
• 1 x modrá LED
• 1 x zelená LED
• 1 x 2x3 kolíkové zástrčky (smd)
• 1 x 20 cm 6žilový páskový kabel
• Přechodový konektor 2 x 2x3 zásuvkového konektoru IDC s páskovým kabelem
• 1x 4 cm x 8 cm měděná FR4

Poznámka: (V tomto projektu jsou použity rezistory, kondenzátory, diody a LED diody)

Požadavky na nástroje

• Pájecí stanice nebo páječka (mikro hrot)
• Pájecí olověný drát
• Pinzeta (mikročip)
• Odpájecí knot
• Nástroj z druhé ruky
• Multimetr
• Odizolovávač drátu
• Odsavač par (volitelně)

Požadavky na stroje

Modela MDX20 (Úkolem je jakákoli frézka desek plošných spojů, ale software pro řízení úloh se změní)

Stáhněte si zdroje pro tento projekt!

Krok 3: Co je to frézka PCB?

Frézka PCB je CNC (Computer Numerical Control) stroj, který sloužil k výrobě prototypů PCB. Frézky na PCB odfrézují měděné části měděného pláště, aby zjistily stopy a podložky PCB. Frézka na DPS je dodávána s tříosým mechanickým pohybem (X, Y, Z). Každá osa je řízena krokovým motorem pro přesné pohyby. Tyto pohyby os jsou řízeny počítačovým programem zadáváním příkazů G-kódu. Gcode široce používá numerické řídicí programovací jazyky, většina strojů používá g-kód k ovládání osy strojů. K těmto osám je připojena nástrojová hlava (obvykle frézovací bit), která vyfrézuje desky plošných spojů.

:- Stroj, který používám, je CNC frézka MODELA MDX20.

Frézka PCB Modela MDX 20

Modela MDX20 je frézka na DPS. Modela MDX20 se obvykle používá k výrobě desek plošných spojů, ale můžeme také vyrábět výlisky, lepty atd … Modela může frézovat na různých materiálech, jako je překližka, vosk, akryl, materiály na desce plošných spojů jako Fr1 Fr4 atd … Modela je lehká a má malé rozměry. Můžeme jej umístit i na malou plochu. Lůžko (frézovací plocha) je připevněno k ose Y a nástrojová hlava je připevněna k X a Z. To znamená, že pohyb lože je řízen osou Y a pohyb hlavy nástroje je řízen osou X a nástrojovou hlavou je řízen osou Z. Modela má svůj vlastní počítačový program. Ale já používám program Linux nazvaný FABModules. Moduly FAB komunikují s Modelou a řídí proces řezání a frézování. Moduly Fab nikdy nenastavují osy X, Y, Z automaticky, musíme je nastavit ručně.

Krok 4: Začněte s Modela MDX20

Pokud chci frézovat PCB, v tomto případě programátor FabISP. Nejprve potřebuji rozvržení návrhu DPS a rozvržení osnovy DPS. Frézování DPS je dvoustupňový proces. V první fázi potřebuji vyfrézovat stopy a podložky desky plošných spojů a ve druhé fázi potřebuji vyříznout obrys desky plošných spojů. Pomocí modulů fab můžeme převést rozložení návrhu PCB-p.webp

Obecná specifikace

• Pracovní prostor: 203,2 x 152,4 mm
• Zdvih osy Z: 60,5 mm
• Otáčky vřetena: 6500 ot./min

Frézovací bity k použití

• Frézovací bit: 1/64 palce (0,4 mm) bit
• Řezný bit: bit 1/32 palce (0,8 mm)

Krok 5: Co je ISP (IN - systém - programátor)?

In System Programmer (ISP) také známý jako In-Circuit Serial Programmer (ICSP) je programátor mikrokontrolérů. ISP přečte pokyny a příkazy z USB počítače a odešle je do mikrokontroléru prostřednictvím sériového periferního rozhraní (SPI). Jednoduše zařízení ISP nám umožňují komunikovat s mikrokontrolérem pomocí linek SPI. SPI je způsob komunikace v mikrokontroléru. Všechna připojená periferie a rozhraní komunikují s mikrokontroléry prostřednictvím SPI. Jako elektronického nadšence mě jako první napadne, když se řekne ISP, MISO, MOSI SCK. Tyto tři piny jsou důležité piny.

Jednoduše, ISP slouží k vypalování programů do mikrokontroléru a také ke komunikaci s vaším mikrokontrolérem!

Krok 6: USBTiny ISP: Schémata a rozvržení DPS

USBTiny ISP

USBTiny ISP je jednoduchý open-source USB AVR programátor a rozhraní SPI. Je levný, snadno vyrobitelný, funguje skvěle s avrdude, je kompatibilní s AVRStudio a testován pod Windows, Linux a MacOS X. Ideální pro studenty a začátečníky nebo jako záložní programátor.

V tomto projektu jsou použity všechny komponenty SMD Components. Mozek USBTinyISP je mikrokontrolér Attiny45.

Mikrokontrolér ATtiny 45

Mikrokontrolér, který používá v USBTinyISP, je Attiny 45. Attiny45 je vysoce výkonný a nízkoenergetický 8bitový mikrokontrolér AVR běžící na architektuře RISC by Atmel (mikročip získal Atmel nedávno). Attiny 45 je dodáván v 8pinovém balení. Attiny 45 má 6 I/O pinů, tři z nich jsou ADC piny (10 bit ADC) a další dva jsou digitální piny podporující PWM. Dodává se s flash pamětí 4KM, 256 programovatelnou EEPROM v systému a 256B SRAM. Provozní napětí kolem 1,8 V až 5,5 V 300 mA. Attiny 45 podporuje univerzální sériové rozhraní. Na trhu jsou k dispozici verze SMD i THT. Attiny 85 je vyšší verze Attiny 45, jsou téměř stejné. Jediný rozdíl je ve Flash paměti, Attiny 45 mají 4KB flash a Attiny 85 mají 8KB flash. Můžeme si vybrat buď Attiny 45 nebo Attiny 85, to není velký problém, ale Attiny 45 stačí na výrobu FabTinyISP. Podívejte se odtud na oficiální dokumentaci.

Krok 7: Nastavení stroje

Nyní pojďme postavit DPS pomocí frézky na DPS. Do souboru zip jsem zahrnul rozložení trasování a rozložení Vyjmout, soubor zip si můžete stáhnout níže.

Předběžný požadavek: Stáhněte si a nainstalujte Fabmodules z tohoto odkazu

Fabmodules podporovány pouze na počítačích Linux, používám Ubuntu!

Krok 1: Obětní vrstva

V první řadě je pracovní deska frézky na DPS (frézovací lože AKA) kovová deska. Je robustní a dobře staví. V některých případech však může dojít k poškození při neúmyslném řezání do větší hloubky. Na vršek frézovacího lože tedy položím obětní vrstvu (měděný plášť položený na vršek frézovacího lože, aby se nedotýkaly kousky v kovové desce).

Krok 2: Opravte frézovací bit 1/62 v nástrojové hlavě

Po umístění obětní vrstvy nyní potřebuji opravit frézovací bit (obvykle se používá frézovací bit 1/62) v nástrojové hlavě. Už jsem vysvětlil dvoustupňový proces frézování DPS. K frézování stop a podložek desky plošných spojů použijte frézovací bit 1/64 a pomocí imbusového klíče jej nasaďte na hlavu nástroje. Při výměně bitů věnujte bitům vždy zvýšenou péči. Špička bitu je tak tenká, že má více šancí na zlomení bitu při vyklouznutí z našich rukou, i když je to malý pád. abych tuto situaci překonal, umístil jsem pod hlavu nástroje malý kousek pěny, abych chránil před náhodnými pády.

Krok 3: Vyčistěte měděný plášť

Pro tento projekt používám měděný plášť FR1. FR-1 jsou tepelně odolné a odolnější. Ale měděné pláště rychle oxidují. Měď jsou magnety na otisky prstů. Takže před použitím měděného plátování, i když je to nové, doporučuji vyčistit desku plošných spojů čističem PCB nebo acetonem před a po frézování desky plošných spojů. K čištění DPS jsem použil čistič PCB.

Krok 4: Opravte měděný plášť na frézovací podložce

Po vyčištění měděného pláště položte měděný plášť na horní část frézovacího lože. Pomocí oboustranné lepicí pásky jsem položil měděný plášť na frézovací podložku. Oboustranné lepicí pásky lze snadno odstranit a jsou k dispozici za nízkou cenu. Oboustrannou pásku nalepím na horní část obětní vrstvy. Poté položte měď plátovanou na horní část lepicí pásky.

Krok 8: Nastavení modulů Fab a frézování

Krok 1: Zapněte stroj a načtěte FabModules

zapnuto na počítači a poté otevřít software modulu Fab v systému Linux (používám Ubuntu) zadáním níže uvedeného příkazu do terminálu Linux.

f ab

Poté se objeví nové okno. Vyberte obrázek (.png) jako vstupní formát souboru a výstupní formát jako Roland MDX-20 mill (rml). Poté klikněte na tlačítko Make_png_rml.

Krok 2: Načtěte obrázek návrhu desky plošných spojů

V horní části nového okna vyberte bit, který budete používat. poté načtěte svůj formát-p.webp

Krok 3: Nastavte osy X, Y a Z

Ještě jsme neskončili. Nyní stiskněte tlačítko Zobrazit na ovládacím panelu Modela MDX20. ujistěte se, že je bit dobře utažený. dalším stisknutím tlačítka zobrazení se vrátíte do výchozí polohy. Nyní nastavte pozice X, Y zadáním měření (závisí na poloze desky) do požadovaných textových polí. Doporučuji vám poznamenat si někde pozice X & Y. Pokud se něco pokazí a potřebujete začít od začátku, měli byste potřebovat přesné pozice X&Y, abyste mohli pokračovat ve svém frézovacím procesu, jinak se to pokazí.

Sejměte hlavu nástroje stisknutím tlačítka Dolů. Zastavte, když se nástrojová hlava dostane do blízkosti měděného pláště. Poté ztratíte šroub s hlavou nástroje a trochu strhněte bit dolů, dokud se nedotkne měděné vrstvy měděného pláště. Poté šroub opět utáhněte a hlavu nástroje vraťte do výchozí polohy stisknutím tlačítka Zobrazit. Nyní jsme všichni nastavili. Zavřete bezpečnostní víko Modely a klikněte na tlačítko Odeslat. Modela zahájí proces frézování.

Frézování stop a podložek zabere minimálně 10 až 13 minut. Po dokončení frézování jsem dosáhl dobrého výsledku.

Krok 4: Vyjmutí rozvržení osnovy

Po dokončení frézování Trace vystřihněte rozvržení osnovy DPS (jednoduše tvar DPS). Postup je téměř stejný. Při řezání rozvržení změňte 1/64 bitů na 1/32 bitů v nástrojové hlavě. Poté načtěte soubor-p.webp

Krok 9: Hotový PCB

Zde je PCB po procesu frézování!

Krok 10: Pájení součástek na desce plošných spojů

Nyní mám hotovou DPS. vše, co musím udělat, je pájet součásti na DPS. Pro mě je to zábavný a snadný úkol.

Pokud jde o pájení, součásti s průchozími otvory se ve srovnání se součástmi SMD snadno pájí. SMD komponenty jsou malé ve svých stopách. pro začátečníky je trochu obtížné pájet. Existuje mnoho šancí udělat chybu, jako je nesprávné umístění chladicích pájek součástí a nejběžnějších věcí, nebo vytvořit mosty mezi stopami a podložkami. Ale každý má své vlastní pájecí tipy a triky, které se naučil ze svých vlastních zkušeností. díky tomu bude tento úkol zábavný a snadný. Udělejte si tedy čas na pájení součástek!

Zde Jak pájím

Mikroprocesory a jiné integrované obvody obvykle nejprve pájím. Pak pájím malé součástky jako odpory a kondenzátory atd …

Konečně komponenty s průchozími otvory, dráty a kolíky záhlaví. Při pájení USBTinyISP postupuji podle stejných kroků. Pro snadné pájení SMD nejprve zahřejte páječku na 350 ° C. Poté na pady přidejte tavidlo. Poté rozehřejte podložku, kterou chci pájet součásti, poté přidám malé množství pájky na jednu podložku podložky součásti. Pinzetou odtrhněte součástku, položte ji na podložku a podložku zahřívejte 2–4 sekundy. Poté pájejte zbývající podložky. Pokud vytváříte můstky mezi kolíky a stopami nebo dáváte komponentě hodně pájky, použijte pájecí knot k odstranění nežádoucí pájky. Pokračuji ve stejných krocích, dokud se DPS zcela bez problému nepájí. Pokud se něco pokazilo, nejprve pomocí lupy a multimetru pečlivě zkontroluji všechny stopy a součásti, které mají praskliny nebo můstky. Pokud jsem našel, opravím to!

Krok 11: Výroba kabelu ISP

Chcete -li připojit mikrokontrolér nebo jiný programátor ISP k aktualizaci firmwaru. potřebujeme šestiramenný páskový drát se dvěma 2x3 zásuvkami. Použil jsem 4/3 stopový 6kanálový páskový drát a opatrně připojil ženskou hlavičku na obou stranách. Abych to udělal hezky, použil jsem svorku G. viz obrázek.

Krok 12: Blikající firmware

Nyní můžeme nahrát firmware k ISP. K tomu potřebujeme dalšího programátora ISP. Použil jsem jiný USBTinyISP, ale k tomuto úkolu můžete použít Arduino jako ISP. Propojte oba ISP pomocí konektoru ISP, který jsme dříve vytvořili. Poté připojte USBinyISP (ten, který používáme k programování) k počítači. Zajistěte, aby ISP byl ve vašem systému detekován, zadáním níže uvedeného příkazu do terminálu Linux.

lsusb

Krok 1: Nainstalujte řetězec nástrojů AVR GCC

Nejprve musíme nainstalovat řetěz nástrojů. Chcete -li to provést, otevřete terminál Linuxu a zadejte.

sudo apt-get install avrdude gcc-avr avr-libc make

Krok 2: Stáhněte a rozbalte firmware

Nyní stáhněte a rozbalte soubory firmwaru. Zde si jej můžete stáhnout. Po stažení souboru zip rozbalte na dobré místo, které snadno najdete (abyste předešli zbytečným nejasnostem).

Krok 3: Vytvořte soubor

Před vypálením firmwaru. potřebujeme zajistit, aby byl makefile nakonfigurován pro mikrokontroléry Attiny. Chcete -li to provést, otevřete soubor Makefile v libovolném textovém editoru. poté potvrďte MCU = Attiny45. Viz obrázek níže.

Krok 4: Flashujte firmware

Nyní můžeme nahrát firmware k ISP. K tomu potřebujeme dalšího programátora ISP, jak jsem již řekl dříve. Použil jsem FabTinyISP, který jsem vytvořil dříve. Můžete však použít libovolného ISP nebo použít Arduino jako ISP programátor. Připojte oba ISP pomocí konektoru ISP, který jsem dříve vytvořil. Poté připojte FabTinyISP (ten, který používám k programování ISP) k počítači. Ujistěte se, že je ve vašem systému detekován Isp, zadáním níže uvedeného příkazu do terminálu Linux.

lsusb

Nyní jsme připraveni blikat. Otevřete terminál v cestě ke složce umístěného firmwaru a zadejte „make“a vytvořte soubor.hex. Tím se vygeneruje a. hex soubor, který potřebujeme vypálit do Attiny 45.

Zadejte níže uvedený příkaz do terminálu Linux a flashujte firmware do mikrokontroléru.

udělat blesk

Krok 5: Povolení Fusebit

Tím jsme ukončili aktualizaci firmwaru. Ale musíme aktivovat pojistku. Stačí zadat

udělat pojistku

terminál pro aktivaci interní pojistky.

Nyní musíme buď odstranit propojku, nebo deaktivovat resetovací kolík. Odebrání propojky není povinné, můžeme deaktivovat resetovací pin. Je to na tobě. Rozhodl jsem se deaktivovat resetovací kolík.

Poznámka:- Pokud deaktivujete resetovací pin, resetovací pin bude interně odpojen. Znamená to, že po deaktivaci resetovacího kolíku jej již nemůžete naprogramovat.

Pokud chcete deaktivovat resetovací pin, zadejte do terminálu příkaz make the below.

rddbl

Obdržíte zprávu o úspěchu. Po úspěšném nahrání firmwaru musím zkontrolovat, zda USBTinyISP funguje správně, k tomu je třeba zadat příkaz do terminálu

sudo avrdude -c usbtiny -b9600 -p t45 -v

Po zadání příkazu se v okně terminálu zobrazí zpětná vazba.

Krok 13: Jsme hotovi

Nyní můžete odebrat obě zařízení z počítače a pomocí USBtiny, která byla vytvořena právě teď, od nynějška programovat mikrokontroléry. Používám tohoto ISP k flashování mých skic Arduino.