Papan Arduino Emas: 12 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Tujuan

Tujuan papan ini adalah memiliki fungsi yang sama persis dengan Arduino Uno, tetapi dengan fitur desain yang ditingkatkan. Ini akan mencakup fitur desain untuk mengurangi kebisingan seperti peningkatan routing dan decoupling kapasitor. Kami akan menjaga jejak pin-out papan Arduino standar sehingga kompatibel dengan pelindung; namun, deretan pin kembali akan ditambahkan di luar footprint ini untuk meningkatkan tata letak papan dengan mengurangi cross-talk untuk sinyal yang keluar dari papan. Selanjutnya, kristal 16 MHz akan digunakan untuk jam sistem alih-alih resonator untuk meningkatkan akurasi dan stabilitas jam

Anggaran Listrik

Daya input akan sama dengan yang dibutuhkan untuk menyalakan Arduino Uno. Rentang tegangan input yang disarankan adalah 7 hingga 12 volt. Jika disuplai dengan kurang dari 7 V, pin keluaran 5 V dapat memasok kurang dari lima volt dan papan dapat menjadi tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12 V, pengatur tegangan dapat menjadi terlalu panas dan merusak papan. Atmega 328 akan menggunakan 5 V, bukan 3,3 V untuk memiliki kecepatan clock tercepat.

Manajemen RisikoRisiko Potensial:

Menerima komponen yang rusak merupakan risiko potensial yang dapat dikurangi dengan memesan komponen tambahan.

Salah mengorientasikan chip IC seperti Atmega 328 dapat mengakibatkan koneksi yang salah ke pin. Kami akan memeriksa orientasi yang benar sebelum menyoldernya.

Tekanan mekanis yang ditempatkan pada pin keluaran dapat memutuskan sambungan. Kami akan menggunakan dudukan lubang tembus untuk memastikan hal ini tidak terjadi.

Saat menyolder ada potensi sambungan solder dingin. Kita dapat mengurangi ini dengan memeriksa setiap sambungan setelah sambungan terbentuk.

Mengidentifikasi ke mana perginya bagian-bagian di papan tulis bisa menjadi sulit.

Dimasukkannya identifikasi layar sutra akan membuat ini lebih mudah.

Rencana Pembukaan:

Sakelar akan ditempatkan untuk mengisolasi subsirkuit papan dan memungkinkan kami untuk merakit dan menguji bagian papan satu per satu dan memastikan bahwa setiap bagian bekerja dengan benar sebelum melanjutkan dan merakit bagian lainnya.

Langkah 1: Skema

Skema dibuat dengan mereferensikan skema open source Arduino Uno dan menyesuaikannya untuk meningkatkan integritas sinyal.

Langkah 2: Tata Letak PCB

Langkah 3: Perakitan

Kami mulai merakit PCB dengan kapasitor decoupling dan Sekring.

Kami kemudian menyolder chip daya dan chip dioda ESD. Chip perlindungan ESD sulit untuk disolder karena ukuran chip yang kecil dan bantalan yang kecil, tetapi kami berhasil menyelesaikan perakitan.

Kami memang mengalami masalah di mana papan kami tidak disetel ulang, tetapi itu karena tombol kami membuat kontak yang buruk. Setelah menekan tombol dengan beberapa kekuatan, itu kembali ke keadaan fungsional dan bekerja seperti biasa

Langkah 4: Mengalihkan Kebisingan: Pin 9

Berikut adalah dua gambar di mana suara switching dari pin 9-13 dibandingkan. Bidikan lingkup hijau mewakili papan komersial, bidikan lingkup kuning mewakili papan internal kami, dan sinyal biru mewakili sinyal pemicu untuk mendapatkan bidikan lingkup yang bersih dan konsisten.

Sulit untuk melihat label pada bidikan lingkup, tetapi papan komersial (hijau) memiliki kebisingan switching puncak ke puncak sekitar empat volt. Papan in House kami memiliki suara switching sekitar dua volt. Ini adalah pengurangan 50% dalam kebisingan switching pada pin 9.

Langkah 5: Mengalihkan Kebisingan: Pin 10

Pada pin 10, kebisingan switching pada papan komersial lebih besar dari empat volt. Itu duduk di sekitar 4,2 volt puncak ke puncak. Di papan internal kami, kebisingan switching tepat di atas dua volt puncak ke puncak. Ini adalah sekitar 50% pengurangan kebisingan switching.

Langkah 6: Mengalihkan Kebisingan: Pin 11

Pada pin 11 pada papan komersial, noise switching pada high-to-low sekitar 800 mV dan noise switching rendah-ke-tinggi sekitar 900 mV. Pada board internal kami, kebisingan switching pada tinggi-ke-rendah adalah sekitar 800 mV dan kebisingan switching kami pada rendah-ke-tinggi sekitar 200mV. Kami mengurangi kebisingan switching rendah ke tinggi secara dramatis, tetapi tidak benar-benar mempengaruhi kebisingan switching tinggi ke rendah.

Langkah 7: Mengalihkan Kebisingan: Pin 12

Pada pin 12, kami menggunakan IO switching untuk memicu bidikan lingkup di papan komersial dan papan internal. Di papan komersial, kebisingan switching sekitar 700mV puncak ke puncak dan papan internal memiliki puncak ke puncak 150mV. Ini adalah sekitar 20% penurunan kebisingan switching.

Langkah 8: Mengalihkan Kebisingan: Pin 13

Pada pin 13, papan komersial menunjukkan suara switching empat volt dari puncak ke puncak dan papan internal kami menunjukkan sedikit atau tidak ada suara switching. Ini adalah perbedaan besar dan merupakan alasan untuk perayaan

Langkah 9: Membuat Papan Fungsi Khusus Baru Menggunakan Desain Kami yang Lebih Baik

Tujuan papan ini adalah untuk memperluas papan Arduino Emas kami, dengan fitur desain yang ditingkatkan dan komponen tambahan seperti LED pengubah warna dan sensor detak jantung. Ini akan mencakup fitur desain untuk mengurangi kebisingan seperti perutean yang lebih baik, menggunakan 2 lapisan PCB tambahan untuk menjadikannya papan 4-lapisan, dan memisahkan kapasitor di sekitar rel daya dan mengalihkan I/Os. Untuk membuat sensor detak jantung kita akan menggunakan fotodioda yang ditempatkan di antara dua LED, yang akan mengukur cahaya yang dipantulkan dari darah di jari yang ditempatkan di atas sensor detak jantung. Selain itu, kami akan menyertakan LED yang dapat dialamatkan secara individual yang dikontrol melalui I2C.

Daya input akan sama dengan yang dibutuhkan untuk menyalakan Arduino Uno. Rentang tegangan input yang disarankan adalah 7 hingga 12 volt. Jika disuplai dengan kurang dari 7 V, pin keluaran 5 V dapat memasok kurang dari lima volt dan papan dapat menjadi tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12 V, pengatur tegangan dapat menjadi terlalu panas dan merusak papan. Atmega 328 akan menggunakan 5 V, bukan 3,3 V untuk memiliki kecepatan clock tercepat.

Langkah 10: Skema

Langkah 11: Tata Letak Papan

Power layer Pour dan Ground Layer Pour Hidden untuk melihat jejak. Saat board ini dirancang, jejak USB sebenarnya diorientasikan ke belakang secara tidak sengaja. Itu harus dibalik agar kabel dapat dipasang dengan benar.

Langkah 12: Perakitan

Gambar tidak diambil di setiap langkah, tetapi foto di bawah ini menunjukkan tampilan akhir papan. Pin header tidak ditambahkan karena fungsi utama board ini adalah untuk menambahkan LED dan ADC. Port USB harus menghadap ke arah yang berlawanan sehingga kabel tidak perlu menjangkau seluruh papan.