Pelajari Cara Mendesain PCB Berbentuk Kustom Dengan Alat Online EasyEDA: 12 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Saya selalu ingin mendesain PCB khusus, dan dengan alat online dan prototipe PCB murah, tidak pernah semudah ini! Bahkan mungkin untuk mendapatkan komponen pemasangan permukaan yang dirakit dengan murah dan mudah dalam volume kecil untuk menghemat tugas penyolderan yang sulit! Saya telah memesan 10x PCB dengan perakitan dengan harga kurang dari US$50. Meskipun PCB memiliki fungsi penting, tata letak komponen merupakan bagian penting dari tampilannya. Saya telah memutar komponen di papan agar sejajar dengan titik bintang.

Instruksi ini akan mengajarkan Anda:

• Cara menggambar bentuk PCB khusus di InkScape (alat grafis open source gratis)
• Cara menggunakan alat desain sirkuit & PCB EasyEDA (gratis dan online, tidak perlu menginstal!)
• Cara mengimpor SVG ke EasyEDA untuk bentuk PCB khusus dan layar sutra
• Bagaimana merancang desain MCU yang dapat diprogram 'Arduino' sederhana
• Cara menggunakan rakitan pemasangan permukaan JLCPCB untuk membuat & merakit papan

Fitur "Bintang"

• PCB berbentuk bintang 5 titik kustom
• Pencahayaan animasi - 10x LED per sisi, dua sisi
• mikrokontroler ATMEGA328P arduino yang dapat diprogram
• 2x tombol untuk interaktivitas - Anda dapat membuat game sederhana
• bertenaga micro USB (opsi)
• Jaringan banyak bintang untuk animasi yang lebih besar (opsi) dengan komunikasi serial

DIPERBARUI 02APR2020 setelah papan diterima.

Perlengkapan

Lihat file BOM (Bill of Material) dan PDF skema terlampir.

Lihat skema lengkap terlampir.

Berikut tautan ke proyek EasyEDA dari langkah selanjutnya -

Langkah 1: Buat Desain di InkScape

Pertama mari kita rancang bentuk PCB dan seni layar sutra apa pun untuk digunakan pada PCB.

1. Unduh dan instal inkscape
2. Buat dokumen baru
3. Gunakan alat persegi panjang untuk membuat persegi panjang 100x100mm. JLCPCB menawarkan PCB yang lebih murah di bawah ukuran ini.
4. Gunakan alat poligon untuk membuat bentuk bintang yang sesuai dengan persegi panjang

5. Tambahkan detail lainnya, mis. grafik bintang kecil di dalam garis besar tempat saya akan menempatkan LED

   1. Mulailah dengan menambahkan bentuk untuk satu titik bintang, mis. atas
   2. Tambahkan sudut membulat (untuk keamanan!) menggunakan kurva bezier
   3. Pilih semua bentuk pada titik ini dan kelompokkan bersama-sama

   4. Kami kemudian dapat menyalin dan memutar grup ini ke titik lain dari bintang

      "Edit -> Klon -> Buat klon Ubin"

6. Jika Anda melakukannya di tikungan, maka kami harus menghapus poin yang tidak lagi diperlukan

   1. Untuk melakukan ini, saya menggambar garis lurus yang menghubungkan kurva secara manual
   2. Kemudian, hapus bintang aslinya

Simpan 2 versi gambar ini

• A: sablon - Gambar lengkap dengan semua detail yang akan digunakan untuk sablon
• B: garis besar papan - seperti di atas, tetapi hapus semua detail di tengah hanya menyisakan garis besar. Ini akan menentukan bentuk PCB.

Simpan versi. DXF dari kedua file

• file -> Simpan-sebagai ->.dxf
• Gunakan default

Contoh file inkscape.svg dan.dxf terlampir.

Langkah 2: Impor.dxf Ke EasyEDA untuk Membuat Bentuk Kustom

Langkah ini akan membuat proyek baru pada alat online EasyEDA dan mengimpor.dxf untuk mengatur bentuk PCB dan layar sutra. EasyEDA adalah editor skema dan PCB online gratis. Saya memilih ini karena lebih mudah daripada mengunduh dan menginstal salah satu dari banyak alat yang tersedia. Tampaknya bagus untuk kebutuhan saya, dan terintegrasi dengan baik dengan JLCPCB untuk prototipe PCB dan suku cadang LCSC.

Buat proyek dan PCB

1. Kunjungi https://easyeda.com/ dan buat akun gratis.
2. Buat proyek baru di ruang kerja Anda

   File simpan skema

3. Klik kanan pada nama proyek, dan "PCB Baru"

   1. OK default (100x100mm)
   2. Catatan - kita dapat kembali dan mengedit skema nanti dan menambahkan komponen

4. Impor garis besar papan

   1. File -> impor DXF
   2. Pilih file garis besar papan.dxf dari inkscape
   3. Periksa apakah Layer diatur ke 'BoardOutLine'
   4. Klik 'Impor'
   5. Tempatkan di dalam persegi panjang 100x100 yang ada
   6. Hapus persegi panjang, bentuk bintang baru adalah BoardOutLine
   7. Periksa apakah ada di layer BoardOutLine merah muda, jika tidak, pilih dan ubah layer di panel di kanan atas
5. Impor gambar layar sutra
   1. File -> impor DXF
   2. Pilih file silkscreen.dxf dari inkscape
   3. Periksa bahwa Layer diatur ke 'TopSilkLayer'
   4. Klik 'Impor'
   5. Tempatkan di atas garis papan (perbesar dengan roda mouse untuk akurasi)

6. Periksa hasilnya dengan melihat pratinjau 3D

   Klik ikon 'kamera' dan 'tampilan 3d'

Langkah selanjutnya - tambahkan komponen:)

Langkah 3: Rencanakan Komponen yang Akan Anda Gunakan, Termasuk Perakitan SMD

Sekarang kita memiliki bentuk kustom, kita dapat mulai menambahkan komponen.

Anda cukup menempatkan komponen langsung di editor PCB, tetapi lebih baik menambahkannya ke tampilan skema lalu tekan 'Perbarui PCB' untuk menambahkannya ke PCB.

Catatan - untuk memanfaatkan layanan perakitan PCB yang ditawarkan oleh JLCPCB (https://jlcpcb.com/smt-assembly), penting untuk menggunakan komponen dari daftar tertentu yang mereka miliki.

• Unduh daftar bagian XLS

  • Saat ini -
  • Yang ditautkan dari:

Pilihan bagian:

• basis

  Pilihan termurah adalah menggunakan suku cadang dari daftar 'dasar' mereka karena ini sudah dimuat ke mesin pick and place mereka

• memperpanjang

  Ada tambahan bagian 'diperpanjang' tetapi ada biaya tambahan untuk masing-masing bagian. misalnya LED dan ATMEG328P yang saya gunakan dalam proyek ini keduanya diperpanjang, namun semua resistor diskrit, kapasitor, dan resonator keramik adalah bagian standar

• lainnya - ditambahkan secara manual ke papan nanti

  Saya memilih untuk menambahkan konektor USB, tombol tekan dan header pemrograman secara manual

Gambar terlampir adalah tangkapan layar dari subset bagian yang saya gunakan dalam proyek. Saya menambahkan kolom "Proyek Saya" untuk membantu saya memfilter ke komponen yang saya pedulikan. Saya memilih sebagian besar jejak kaki 0805 untuk mempermudah penyolderan. Resonator kristal/keramik mungkin sulit disolder dengan tangan.

Nomor bagian LCSC, mis. C14877, dapat digunakan langsung di editor skema (dan PCB).

Ringkasan BOM

• C84258. - LED putih dingin, sangat terang (bahkan dengan 2x LED yang berbagi resistor 150R pada 5v) dan diffuser yang bagus membuatnya
• C7171 - tutup decoupling 10uF x2
• C17444 - resistor 12K untuk RESET pin pull-up x1
• C17471 - resistor 150R secara seri dengan LED x10
• C21120 - tutup decoupling 220nF x2
• C13738 - resonator keramik 16MHz dengan tutup terintegrasi
• C14877 - ATMEGA328P MCU

Langkah 4: Bangun Skema, Jadikan Arduino Dapat Diprogram

Inti dari desain ini adalah ATMEGA328P yang digunakan di banyak Arduino termasuk Uno, Nano dan Pro Mini. Ini berarti dimungkinkan untuk menggunakan Arduino IDE untuk menulis kode dan memprogram papan.

Saya telah merancang papan ini untuk menggunakan jumlah komponen minimal untuk mengurangi biaya dan menjaga papan tetap sederhana tetapi tetap memungkinkan untuk diprogram melalui header 'Pemrograman Sistem' ISP seolah-olah itu adalah Arduino Nano.

Pahami pinoutnya

Lihat diagram pinout yang dilampirkan dari https://github.com/MCUdude/MiniCore untuk melihat bagaimana pin fisik peta MCU ke nama pin arduino. misalnya fisik MCU pin 1, (kiri atas) juga arduino pin 3 (berlabel D3 pada nano), dikendalikan oleh PD3 di dalam MCU. Dari sudut pandang arduino IDE Anda hanya perlu mengetahui pin arduino '3'.

Komponen minimum untuk meniru nano:

• ATMEGA328P
• Memisahkan kapasitor untuk memperlancar catu daya

• Header 'Dalam Pemrograman Sistem' ISP alih-alih pemrograman USB

  • Header 6-pin yang dapat diprogram dari arduino lain dengan gambar programmer ISP
  • Catatan - Pemrograman USB/serial tidak dapat dilakukan tanpa konverter USB ke serial
• Lihat

• resonator keramik 16MHz

  • Ini diperlukan jika Anda meniru Nano karena ini selalu merupakan resonator eksternal 5V dan 16MHz
  • Perhatikan sebagian besar resonator 3 atau 4 pin tidak memerlukan kapasitor terpisah yang dibutuhkan kristal

Alternatif, set komponen yang lebih minimal dengan MiniCore

Jika Anda tidak ingin, atau tidak memiliki kristal atau resonator, Anda dapat menggunakan osilator internal 8MHz di dalam ATMEGA328P. Anda perlu memuat bootloader yang berbeda untuk mengaktifkan ini, mis. bootloader MiniCore, lihat GitHub untuk info lebih lanjut.

https://github.com/MCUdude/MiniCore

Sekarang mulai menambahkan komponen:

• Klik kanan "tempatkan komponen"
• Di kotak pencarian masukkan nomor bagian dari spreadsheet / LCSC mis. C14877 untuk ATMEGA328P-AU
• Tempatkan pada skema

• Ulangi untuk komponen lainnya - tutup, resistor, LED

  salah satu dari setiap komponen pada awalnya, lalu salin dan tempel di sekitar desain sesuai kebutuhan

Langkah 5: Tambahkan Komponen Ini ke PCB Dengan "Perbarui PCB"

Salah satu fitur rapi editor online EasyEDA adalah kemampuan untuk membuat perubahan pada skema kemudian memperbarui PCB.

• Di editor skema, tekan simpan file

• Kemudian, tombol "Perbarui PCB" di bilah alat

  • Sebuah jendela muncul untuk memberi tahu Anda apa yang berubah
  • 'Menerapkan perubahan'
• Komponen baru sekarang ditempatkan di sudut kanan bawah

• Pindahkan mereka ke tempat yang Anda inginkan

  • tekan ruang untuk memutar 90 derajat
  • gunakan roda mouse untuk memperbesar

• Perhatikan 'garis tikus' yang menunjukkan di mana komponen harus terhubung

  gunakan rotasi komponen untuk memudahkan pemasangan kabel

• Untuk menempatkan komponen di bagian bawah, klik komponen dan di sudut kanan atas ubah TopLayer menjadi Lapisan Bawah

Langkah 6: Rutekan Komponen pada PCB

Sekarang pasang komponen seperti yang ditunjukkan oleh ratlines

• Gunakan tombol 'lacak' di bilah alat
• Klik satu komponen, lalu yang berikutnya
• Gunakan vias untuk menghubungkan antar lapisan

• Tambahkan bidang tanah di seluruh lapisan atas untuk secara otomatis menghubungkan semua pin tanah

  • Gunakan tombol 'area tembaga' untuk menggambar persegi panjang yang menutupi seluruh papan. Alat ini akan secara otomatis mengisi area yang benar dan terhubung ke jaringan GND secara default
  • Tambahkan bidang lain di lapisan bawah untuk VCC
• Buka tampilan 3D untuk memeriksa kemajuan Anda

Saya memilih untuk menjaga perutean sangat langsung dan rapi. Saya melihat tata letak PCB untuk memilih pin MCU mana yang akan dihubungkan ke setiap LED untuk menyederhanakan perutean dan menjadikannya bagian dari proses desain.

Sangat mudah untuk beralih kembali ke penampil skema dan menambahkan nama bersih ke pin, mis. U1 pin 23 terhubung ke LED4 bersih. Letakkan label jaring yang sama pada LED, perbarui PCB dan rutekan trek.

** Berikut tautan ke proyek di situs web EasyEDA:

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

Langkah 7: Tambahkan Lebih Banyak Komponen Hingga Desain Selesai, Putar Sesuai Kebutuhan

Terus tambahkan LED, tombol, dll.

Anda dapat memutar kustom setiap komponen, mis. untuk bintang 5 titik, setiap titik terpisah 72 derajat. Untuk mendapatkan sudut yang tepat untuk LED dan komponen lainnya, ketik 72 ke dalam kotak rotasi, dan tekan spasi untuk memutar 90 derajat setiap kali sampai Anda mendapatkan hasil yang Anda cari. Terkadang Anda membutuhkan sudut lain yang terkait dengan 72, mis. 90 - 72 = 18. Atau 2x 18 = 36. Dengan rotasi 18/36/72 dan 90 derajat, Anda dapat menyelaraskan semua sumbu utama bintang.

Lihat PDF terlampir dari skema lengkap [perhatikan ini adalah desain yang sedikit berbeda dengan tangkapan layar sebelumnya tetapi prinsipnya sama]

Langkah 8: Pesan PCB & Secara Opsional Tambahkan SMD Build

Setelah Anda menyelesaikan desain, meninjaunya dan memeriksa tidak ada kesalahan, lanjutkan dan buat file Gerber. Ini akan meminta Anda untuk melakukan Pemeriksaan Aturan Desain (DRC). Periksa tidak ada kesalahan dan simpan file Gerber untuk pembuatan, atau buka JLCPCB langsung dari editor.

Jika Anda ingin menggunakan layanan pembuatan SMD maka simpan juga BOM (bill of material) dan pilih dan tempatkan file (ini memberitahu mesin di mana menempatkan komponen Anda)

Ikuti proses pemesanan dan periksa kembali orientasi komponen terpolarisasi seperti LED, kapasitor, resonator, dan MCU itu sendiri!

Untuk 10 papan yang dirakit (tanpa USB & header pemrograman) saya memiliki biaya pengiriman sekitar GBP£35, (sekitar USD$45 tergantung pada nilai tukar).

Perhatikan email pembaruan dan lacak papan Anda dan bangun melalui situs web JLCPCB.

Langkah 9: Prototipe Perangkat Lunak (File.ino Terlampir)

Sambil menunggu papan tiba, saatnya untuk mulai menulis perangkat lunak:)

Saya telah menempatkan Arduino Nano di papan tempat memotong roti dan menyambungkan LED di tempat yang sama, dan koneksi yang sama untuk meniru PCB. Maka seharusnya dimungkinkan untuk memuat perangkat lunak yang sama ini secara langsung pada PCB, meskipun dengan programmer ISP Arduino.

Kode menggunakan array untuk membuat pemrograman lebih sederhana. Saya juga telah mengimpor perpustakaan "FastLED.h" karena memiliki beberapa fungsi pembantu yang berguna seperti sin8()

Berikut beberapa sorotan:

Array ini memetakan pin Arduino ke LED1 hingga 10. LED1 terhubung setara dengan Arduino A2, dan LED10 terhubung ke D4

• // buat larik nama pin fisik yang terhubung ke LED1, LED2 dll. ke LED10
• const byte ledpins = {A2, A3, A1, A0, 9, 10, 6, 5, 3, 4};

Loop utama adalah rutinitas PWM perangkat lunak sederhana yang memeriksa 'pwm_now' terhadap nilai 'led_brightness' saat ini.

Ini saat ini adalah kode uji untuk bereksperimen dengan beberapa pola pencahayaan.

Langkah 10: Buka Kotak dan Kagumi PCB Baru Anda! Opsional - Bagian Tambahan Solder

Nikmati un-boxing dan kagumi PCB kustom Anda sendiri:)

Dengan perakitan SMD, saya memiliki semua komponen penting yang disolder di satu sisi untuk memberi saya perangkat yang berfungsi.

Opsional - solder komponen tambahan:

• Konektor micro-USB untuk daya (bukan pemrograman)
• Tombol tekan - untuk membuatnya interaktif
• LED di sisi sebaliknya - buat dua sisi!

Langkah 11: Program Papan Dengan Programmer ArduinoISP

Ini adalah bagian yang menyenangkan. Memuat bootloader Arduino dan kodenya ke PCB!

Beberapa hari setelah pertama kali menulis instruksi ini, papan tiba! Papan 10x, semuanya dibuat dengan sangat baik, dan komponennya disolder dengan rapi, dan semuanya bekerja dengan sempurna.

Siapkan Arduino cadangan sebagai programmer ArduinoISP

Saya menggunakan Arduino Nano pada papan tempat memotong roti kecil yang terhubung sebagai programmer ArduioISP. Ini berarti menghubungkan dari IDE melalui USB, ke nano, yang kemudian terhubung ke perangkat target melalui konektor pemrograman 6-pin.

Pinout sama dengan konektor nano IP, pada dasarnya hanya MISO/MOSI/RST/SCK/5V/GND

Lihat tautan ini untuk detail lebih lanjut:

1 - MISO

2 - +5V

3 - SCK

4 - MOSI

5 - RST => didorong dari Pin 10 Arduino nano

6 - GND

Muat sketsa ArduinoISP ke programmer

• Contoh -> 11. ArduinoISP -> ArduinoISP
• Catatan - saat mengunggah gambar ini ke pemrogram, kapasitor antara pin RST dan GND perlu dilepas. Kembalikan ini sebelum Anda menggunakan programmer.

Unggah bootloaded dan kode ke papan target

• Hubungkan programmer ke target dengan konektor 6-pin

  Anda cukup memegang pin header 6x ke PCB tanpa menyolder dengan memegangnya secara miring sehingga membuat kontak yang baik

• Jika Anda memiliki resonator keramik 16MHz di papan, dan Anda senang memetakan pinout agar sesuai dengan arduino nano, maka cukup program papan seperti Arduino nano tetapi dengan pengaturan berikut:

  • Papan: "Arduino Nano"
  • Prosesor: "ATmega328P"
  • Programmer: "Arduino sebagai ISP"

• Unggah bootloader

  Ini mengatur sekering di MCU untuk mengaktifkan kristal atau resonator eksternal 16MHz. Jika Anda tidak memilikinya, gunakan bootloader alternatif, mis. minicore

• Unggah kode Anda

  Penting - karena kami mengunduh kode dengan programmer, Anda perlu menekan SHIFT saat Anda menekan tombol UPLOAD (=>). Ini mengubah pemrograman dari 'upload' normal melalui port serial, menjadi alih-alih menggunakan 'upload dengan programmer' ke dalam pin ISP

Jika hal di atas berhasil maka Anda sekarang harus memiliki banyak LED yang berkedip!:

Langkah 12: Nikmati Proyek Anda

Saya harap Anda menemukan instruksi ini berguna. Saya telah menghabiskan banyak waktu untuk bereksperimen dengan alat-alat ini untuk membuat PCB yang menarik dan telah menemukan alat-alat online yang sangat nyaman.

Desain khusus ini relatif sederhana dalam hal sirkuit, tetapi menarik dalam hal tata letak fisik. Itu juga akan menjadi dekorasi yang bagus untuk musim liburan!

Hadiah Kedua dalam Tantangan Desain PCB