Placa Golden Arduino: 12 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Objetivo

El propósito de esta placa es tener exactamente la misma funcionalidad que un Arduino Uno, pero con características de diseño mejoradas. Incluirá características de diseño para reducir el ruido, como capacitores de enrutamiento y desacoplamiento mejorados. Mantendremos la huella de pin-out de la placa Arduino estándar para que sea compatible con los escudos; sin embargo, se agregará una fila de pines de retorno fuera de esta huella para mejorar el diseño de la placa al reducir la diafonía para las señales que salen de la placa. Además, se utilizará un cristal de 16 MHz para el reloj del sistema en lugar de un resonador para aumentar la precisión y estabilidad del reloj.

Presupuesto de energía

La potencia de entrada será la misma que se requiere para alimentar un Arduino Uno. El rango recomendado de voltaje de entrada es de 7 a 12 voltios. Si se suministra con menos de 7 V, el pin de salida de 5 V puede suministrar menos de cinco voltios y la placa puede volverse inestable. Si usa más de 12 V, el regulador de voltaje podría sobrecalentarse y dañar la placa. El Atmega 328 utilizará 5 V en lugar de 3,3 V para tener la velocidad de reloj más rápida.

Gestión de riesgos Riesgos potenciales:

Recibir componentes defectuosos es un riesgo potencial que puede mitigarse solicitando extras.

La orientación incorrecta de los chips IC como el Atmega 328 podría resultar en conexiones incorrectas a los pines. Comprobaremos la orientación correcta antes de soldarlo.

Las tensiones mecánicas aplicadas a los pines de salida podrían romper las conexiones. Usaremos soportes de orificio pasante para asegurarnos de que esto no suceda.

Al soldar, existe la posibilidad de uniones de soldadura en frío. Podemos mitigar esto inspeccionando cada conexión después de que se forma la junta.

Identificar dónde van las piezas en el tablero podría resultar difícil.

La inclusión de identificaciones serigráficas facilitará esta tarea.

Plan de inicio:

Se colocarán interruptores para aislar los subcircuitos del tablero y permitirnos ensamblar y probar las piezas del tablero una a la vez y asegurarnos de que cada pieza esté funcionando correctamente antes de continuar y ensamblar el resto del verraco.

Paso 1: esquema

El esquema se creó haciendo referencia a los esquemas de Arduino Uno de código abierto y ajustándolo para mejorar la integridad de la señal.

Paso 2: diseño de PCB

Paso 3: Montaje

Comenzamos a ensamblar la PCB con los condensadores de desacoplamiento y los fusibles.

Luego soldamos los chips de potencia y el chip de diodo ESD. El chip de protección ESD fue difícil de soldar debido al pequeño tamaño del chip y las pequeñas almohadillas, pero completamos con éxito el ensamblaje.

Encontramos un problema en el que nuestra placa no se reiniciaba, pero eso se debía a que nuestro botón estaba haciendo un mal contacto. Después de presionar el botón con algo de fuerza, volvió a un estado funcional y funcionó con normalidad.

Paso 4: Cambio de ruido: Pin 9

Aquí hay dos imágenes donde se comparan los ruidos de conmutación de los pines 9-13. Las tomas verdes del visor representan el tablero comercial, las tomas amarillas del visor representan nuestro tablero interno y las señales azules representan las señales de disparo para obtener una toma limpia y consistente.

Es difícil ver el etiquetado en las tomas del visor, pero la placa comercial (verde) tiene un ruido de conmutación de pico a pico de aproximadamente cuatro voltios. Nuestro tablero interno tiene un ruido de conmutación de aproximadamente dos voltios. Esta es una reducción del 50% en el ruido de conmutación en el pin 9.

Paso 5: Cambio de ruido: Pin 10

En el pin 10, el ruido de conmutación en la placa comercial es superior a cuatro voltios. Está sentado a aproximadamente 4,2 voltios pico a pico. En nuestro tablero interno, el ruido de conmutación está justo por encima de dos voltios pico a pico. Se trata de una reducción de aproximadamente un 50% en el ruido de conmutación.

Paso 6: Cambio de ruido: Pin 11

En la patilla 11 de la placa comercial, el ruido de conmutación de alto a bajo es de aproximadamente 800 mV y el ruido de conmutación de bajo a alto es de aproximadamente 900 mV. En nuestro tablero interno, el ruido de conmutación de alto a bajo es de aproximadamente 800 mV y nuestro ruido de conmutación de bajo a alto es de aproximadamente 200 mV. Redujimos drásticamente el ruido de conmutación de bajo a alto, pero no afectó realmente el ruido de conmutación de alto a bajo.

Paso 7: Cambio de ruido: Pin 12

En el pin 12, usamos un IO de conmutación para activar los disparos del alcance tanto en el tablero comercial como en el tablero interno. En la placa comercial, el ruido de conmutación es de aproximadamente 700 mV pico a pico y la placa interna tiene un pico a pico de 150 mV. Esto es aproximadamente una disminución del 20% en el ruido de conmutación.

Paso 8: Cambio de ruido: Pin 13

En el pin 13, la placa comercial muestra un ruido de conmutación de cuatro voltios pico a pico y nuestra placa interna muestra poco o ningún ruido de conmutación. Esta es una gran diferencia y es motivo de celebración.

Paso 9: Creación de una nueva placa de función especial utilizando nuestro diseño mejorado

El propósito de esta placa es ampliar nuestra placa Golden Arduino, con características de diseño mejoradas y componentes adicionales como LED que cambian de color y un sensor de latido. Incluirá características de diseño para reducir el ruido, como enrutamiento mejorado, uso de 2 capas de PCB adicionales para convertirlo en una placa de 4 capas y capacitores de desacoplamiento alrededor de los rieles de alimentación y conmutación de E / S. Para crear el sensor de latidos utilizaremos un fotodiodo colocado entre dos LED, que medirá la luz reflejada en la sangre en el dedo que se coloca sobre el sensor de latidos. Además, incluiremos LED direccionables individualmente que se controlan a través de I2C.

La potencia de entrada será la misma que se requiere para alimentar un Arduino Uno. El rango recomendado de voltaje de entrada es de 7 a 12 voltios. Si se suministra con menos de 7 V, el pin de salida de 5 V puede suministrar menos de cinco voltios y la placa puede volverse inestable. Si usa más de 12 V, el regulador de voltaje podría sobrecalentarse y dañar la placa. El Atmega 328 utilizará 5 V en lugar de 3,3 V para tener la velocidad de reloj más rápida.

Paso 10: Esquema

Paso 11: Diseño de la placa

Verter la capa de poder y verter la capa de suelo Oculto para ver los rastros. Cuando se diseñó esta placa, la huella del USB se orientó hacia atrás por accidente. Debe voltearse para que un cable se pueda conectar correctamente.

Paso 12: Montaje

No se tomaron fotografías en cada paso, pero la foto de abajo muestra la presentación final del tablero. Los pines del cabezal no se agregaron ya que la función principal de esta placa es agregar LED y el ADC. El puerto USB debe estar orientado en la dirección opuesta para que no sea necesario que un cable se extienda a través de la placa.