Construyéndome un PSLab: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Día ocupado en el laboratorio de electrónica, ¿eh?

¿Alguna vez ha tenido algún problema con sus circuitos? Para depurar sabías que querías un multímetro o un osciloscopio o un generador de ondas o una fuente de energía externa precisa o digamos un analizador lógico. Pero es un proyecto de hobby y no quiere gastar cientos de dólares en herramientas caras como esa. Sin mencionar que todo el conjunto anterior requiere mucho espacio para guardar. Puede terminar con un multímetro por valor de 20-30 dólares, pero realmente no está haciendo un buen trabajo depurando el circuito.

¿Qué pasa si digo que hay un dispositivo de hardware de código abierto que brinda todas esas funcionalidades de un osciloscopio, un multímetro, un analizador lógico, un generador de ondas y una fuente de energía y no te va a costar cientos de dólares y no ir? tomar una mesa entera para llenar. Es el dispositivo PSLab de la organización de código abierto FOSSASIA. Puede encontrar el sitio web oficial en https://pslab.io/ y los repositorios de código abierto en los siguientes enlaces;

• Esquemas de hardware:
• Firmware de MPLab:
• Aplicación de escritorio:
• Aplicación de Android:
• Bibliotecas de Python:

Mantengo los repositorios de hardware y firmware y si tiene alguna pregunta mientras usa el dispositivo o cualquier otra cosa relacionada, no dude en preguntarme.

¿Qué nos aporta PSLab?

Este dispositivo compacto con el factor de forma de un Arduino Mega tiene toneladas de características. Antes de comenzar, está hecho en formato Mega para que pueda ponerlo en su elegante carcasa Arduino Mega sin ningún problema. Ahora echemos un vistazo a las especificaciones (extraídas del repositorio de hardware original);

• Osciloscopio de 4 canales hasta 2MSPS. Etapas de amplificación seleccionables por software
• Voltímetro de 12 bits con ganancia programable. Rangos de entrada de +/- 10 mV a +/- 16 V
• 3 fuentes de voltaje programables de 12 bits +/- 3,3 V, +/- 5 V, 0-3 V
• Fuente de corriente programable de 12 bits. 0-3,3 mA
• Analizador lógico de 4 canales, 4 MHz
• 2x generadores de onda sinusoidal / triangular. 5 Hz a 5 KHz. Control de amplitud manual para SI1
• Generadores 4x PWM. Resolución de 15 nS. Hasta 8 MHz
• Medida de capacitancia. rango de pF a uF
• Buses de datos I2C, SPI, UART para módulos Accel / gyros / humedad / temperatura

Ahora que sabemos qué es este dispositivo, veamos cómo podemos construir uno …

Paso 1: comencemos con los esquemas

El hardware de código abierto va con el software de código abierto:)

Este proyecto está en formatos abiertos siempre que sea posible. Esto tiene muchas ventajas. Cualquiera puede instalar el software de forma gratuita y probarlo. No todo el mundo tiene la solidez financiera para comprar software propietario, por lo que es posible seguir haciendo el trabajo. Entonces los esquemas se hicieron con KiCAD. Eres libre de usar cualquier software que te guste; simplemente haz las conexiones correctas. El repositorio de GitHub contiene todos los archivos fuente para esquemas en https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m … y si va a utilizar KiCAD, podemos clonar el repositorio de inmediato y tener la fuente a nosotros mismos escribiendo el siguiente comando en una ventana de terminal de Linux.

$ git clon

O si no está familiarizado con los comandos de la consola, simplemente pegue este enlace en un navegador y descargará el archivo zip que contiene todos los recursos. La versión PDF de los archivos esquemáticos se puede encontrar a continuación.

El esquema puede parecer un poco complicado ya que contiene muchos circuitos integrados, resistencias y condensadores. Te guiaré a través de lo que hay aquí.

En el centro de la primera página, contiene un microcontrolador PIC. Ese es el cerebro del dispositivo. Está conectado con varios OpAmps, un Crystal y algunas resistencias y condensadores para detectar señales eléctricas de los pines de E / S. La conexión con una PC o un teléfono móvil se realiza a través de un puente UART que es MCP2200 IC. También tiene una abertura de ruptura para un chip ESP8266-12E en la parte posterior del dispositivo. Schematics también tendrá un duplicador de voltaje y un circuito integrado de inversor de voltaje, ya que el dispositivo puede admitir canales de osciloscopio que pueden llegar hasta +/- 16 V

Una vez hecho el esquema, el siguiente paso es construir la PCB real …

Paso 2: convertir el esquema en un diseño

De acuerdo, sí, esto es un desastre, ¿verdad? Esto se debe a que se colocan cientos de componentes pequeños en una placa pequeña, específicamente en un lado de una placa pequeña del tamaño de un Arduino Mega. Esta placa es de cuatro capas. Esta cantidad de capas se utilizó para tener una mejor integridad de la pista.

Las dimensiones de la placa deben ser exactas como Arduino Mega y los encabezados de los pines se colocan en los mismos lugares donde el Mega tiene sus pines. En el medio, hay encabezados de pines para conectar el programador y un módulo Bluetooth. Hay cuatro puntos de prueba en la parte superior y cuatro en la parte inferior para verificar si los niveles de señal correctos se obtienen en las conexiones correctas.

Una vez que se importan todas las huellas, lo primero es colocar el microcontrolador en el centro. Luego coloque las resistencias y los condensadores que están conectados directamente con el microcontrolador alrededor del IC principal y luego avance hasta que se coloque el último componente. Es mejor tener una ruta aproximada antes de la ruta real. Aquí he invertido más tiempo en organizar cuidadosamente los componentes con el espacio adecuado.

Como siguiente paso, echemos un vistazo a la lista de materiales más importante.

Paso 3: pedir la placa de circuito impreso y la lista de materiales

Adjunto la lista de materiales. Básicamente contiene el siguiente contenido;

1. PIC24EP256GP204 - Microcontrolador
2. MCP2200 - Puente UART
3. TL082 - OpAmps
4. LM324 - OpAmps
5. MCP6S21 - OpAmp controlado por ganancia
6. MCP4728 - Convertidor de digital a analógico
7. TC1240A - Inversor de voltaje
8. TL7660 - Duplicador de voltaje
9. Resistencias, condensadores e inductores de tamaño 0603
10. Cristales SMD de 12 MHz

Al realizar el pedido de PCB, asegúrese de tener las siguientes configuraciones

• Dimensiones: 55 mm x 99 mm
• Capas: 4
• Material: FR4
• Espesor: 1,6 mm
• Espacio mínimo entre pistas: 6 mil
• Tamaño mínimo del orificio: 0,3 mm

Paso 4: Comencemos con el ensamblaje

Cuando la PCB esté lista y los componentes hayan llegado, podemos comenzar con el montaje. Para ello es mejor disponer de una plantilla para que el proceso sea más sencillo. Primero, coloque la plantilla alineada con las almohadillas y aplique la pasta de soldadura. Luego comience a colocar componentes. El video aquí muestra una versión en tiempo real de mí colocando componentes.

Una vez que se colocan todos los componentes, vuelva a soldarlos utilizando una estación de retrabajo SMD. Asegúrese de no calentar demasiado la placa, ya que los componentes podrían fallar ante un calor intenso. Además, no te detengas y lo hagas muchas veces. Hágalo de una vez, ya que dejar que los componentes se enfríen y luego se calienten fallará la integridad estructural tanto de los componentes como de la PCB.

Paso 5: Cargue el firmware

Una vez que se completa el ensamblaje, el siguiente paso es grabar el firmware en el microcontrolador. Para esto, necesitamos;

• Programador PICKit3: para cargar el firmware
• Cables de puente macho a macho x 6 - Para conectar el programador con el dispositivo PSLab
• Cable USB tipo Mini B - Para conectar el programador con la PC
• Cable USB tipo Micro B - Para conectar y encender PSLab con PC

El firmware se desarrolla utilizando MPLab IDE. El primer paso es conectar el programador PICKit3 al encabezado de programación PSLab. Alinee el pin MCLR tanto en el programador como en el dispositivo y el resto de los pines se colocarán correctamente.

El programador por sí mismo no puede encender el dispositivo PSLab ya que no puede proporcionar mucha energía. Entonces, necesitamos encender el dispositivo PSLab usando una fuente externa. Conecte el dispositivo PSLab a una computadora usando un cable tipo Micro B y luego conecte el programador a la misma PC.

Abra MPLab IDE y haga clic en "Crear y programar dispositivo" en la barra de menú. Se abrirá una ventana para seleccionar un programador. Elija "PICKit3" del menú y presione OK. Comenzará a grabar el firmware en el dispositivo. Tenga cuidado con los mensajes que se imprimen en la consola. Dirá que detecta el PIC24EP256GP204 y finalmente la programación está completa.

Paso 6: ¡Enciéndelo y listo

Si el firmware se quema correctamente, el LED de color verde se iluminará, lo que indica un ciclo de arranque exitoso. Ahora estamos listos para usar el dispositivo PSLab para hacer todo tipo de pruebas de circuitos electrónicos, realizar experimentos, etc.

Las imágenes muestran cómo se ven la aplicación de escritorio y la aplicación de Android.