Clon DIY compatible con Arduino: 21 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

El Arduino es la herramienta definitiva en el arsenal de Maker. ¡Deberías poder construir el tuyo propio! En los primeros días del proyecto, alrededor de 2005, el diseño consistía en piezas de orificio pasante y la comunicación se realizaba a través de un cable serie RS232. Los archivos todavía están disponibles, por lo que puede crear los suyos propios, y yo los tengo, pero no muchas computadoras tienen los puertos serie más antiguos.

La versión USB de Arduino siguió en breve, y probablemente contribuyó en gran medida al éxito del proyecto porque permitió una conexión y comunicación fáciles. Sin embargo, tuvo un costo: el chip de comunicación FTDI solo venía en un paquete de montaje en superficie. Los planes también están disponibles para él, pero la soldadura de montaje en superficie está más allá de la mayoría de los principiantes.

Las placas Arduino más nuevas usan chips 32U4 con USB integrado (Leonardo) o chips Atmel separados para USB (UNO), ambos que aún nos dejan en el territorio del montaje en superficie. En un momento hubo "TAD" de Dangerous Devices que usaba un PIC de orificio pasante para hacer USB, pero no puedo encontrar nada en la web de ellos.

Aqui estamos. Creo firmemente que un principiante, como un Caballero Jedi, debería poder construir su propio Arduino (sable de luz). "Un arma elegante de una época más civilizada". Mi solución: ¡haga un chip FTDI de orificio pasante con un paquete de montaje en superficie! ¡Eso me permite hacer el montaje en superficie y ofrecer el proyecto restante como un orificio pasante de bricolaje! También lo diseñé en KiCad de código abierto, para que pueda estudiar los archivos de diseño, modificarlos y hacer girar su propia versión.

Si crees que esta es una idea estúpida, o te encanta la soldadura de montaje en superficie, mira mi Leonardo Clone, de lo contrario, sigue leyendo…

Paso 1: Piezas y suministros

La lista de materiales completa se encuentra en

Las partes únicas de esto son las placas de circuito, una para Arduino y otra para el chip FTDI. Puede hacer que OSH Park los haga por usted o usar los archivos de diseño con su casa de juntas favorita.

Un kit para este proyecto está disponible en Tindie.com. La compra del kit le ahorrará el tiempo y los gastos de realizar pedidos a varios proveedores diferentes y evitará la prima mínima de pedido de PCB. También le proporcionará un chip de orificio pasante FDTI montado en superficie probado, así como un Atmega predestellado.

Herramientas y suministros: para mis talleres, uso el kit de herramientas para principiantes de SparkFun, que tiene la mayor parte de lo que necesita:

• Soldador.
• Soldar
• Tenazas de alambre
• Trenza desoldadora (con suerte no es necesaria, pero nunca se sabe).

Paso 2: Damas y caballeros, comiencen sus planchas

No voy a intentar enseñarte a soldar. Aquí hay un par de mis videos favoritos que lo muestran mucho mejor que yo:

• Carrie Ann de Geek Girl Diaries.
• Colin de Adafruit

En general:

• Encuentre la ubicación en la PCB usando las marcas de la pantalla de seda.
• Doble los cables de los componentes para que se ajusten a la huella.
• Suelde los cables.
• Recorta los cables

Paso 3: resistencias

Comencemos con las resistencias, ya que son las más abundantes, las de menor asiento y las más fáciles de soldar. Son más resistentes al calor y te darán la oportunidad de repasar tu técnica. Tampoco tienen polaridad, por lo que puedes ponerlos de cualquier manera.

• Comience con los tres de 10K ohmios (marrón - negro - naranja - dorado), que se encuentran en un par de lugares del tablero (vea la imagen). Se trata de resistencias "pull-up" que mantienen la señal a 5 V a menos que se bajen activamente.
• Un par de 22 ohmios (rojo - rojo - negro - dorado) se encuentran en la esquina superior izquierda. Estos son parte del circuito de comunicación USB.
• El par de 470 ohmios (amarillo, violeta, marrón, dorado) son los siguientes. Estas son resistencias limitadoras de corriente para los LED RX / TX.
• Solo 4.7K ohmios (amarillo, violeta, rojo, dorado). Una bola extraña para la señal FTDI VCC.
• Y finalmente, un par de 1K ohmios (Marrón, Negro, Rojo, Dorado). Estas son resistencias limitadoras de corriente para la potencia y los LED D13 (330 ohmios funcionarían, pero no me gustan demasiado brillantes).

Paso 4: diodo

A continuación, tenemos el diodo que protege el circuito de la corriente inversa del conector de alimentación. La mayoría de los componentes, pero no todos, reaccionarán mal a la polaridad inversa.

Tiene una polaridad que está marcada por una banda plateada en un extremo.

Combínelo con la marca de la pantalla de seda y suelde en su lugar.

Paso 5: regulador de voltaje (5 V)

Hay dos reguladores de voltaje, y el principal es un 7805 que regulará doce voltios desde el jack hasta los 5 voltios que necesita el Atmega 328. Hay grandes características de cobre en la placa de circuito impreso para ayudar a disipar el calor. Doble los cables de modo que la parte posterior toque la placa con el orificio alineado con el orificio en parte y suelde en su lugar.

Paso 6: enchufes

Los enchufes permiten insertar y quitar chips IC sin soldar. Pienso en ellos como un seguro porque son baratos y le permiten reemplazar un chip fundido o reorientar el circuito integrado si se coloca al revés. Tienen una hendidura en un extremo para mostrar la dirección de la viruta, así que combínela con la pantalla de seda. Suelde dos pines y luego verifique que esté asentado correctamente antes de soldar los pines restantes.

Paso 7: Botón

Los Arduino suelen tener un botón de reinicio para reiniciar el chip si se cuelga o necesita reiniciarse. El suyo está en la esquina superior izquierda. Presiónelo en su lugar y suelde.

Paso 8: LED

Hay varios LED para indicar el estado. Los LED tienen polaridad. La pata larga es el ánodo, o positivo, y va en la almohadilla redonda con el "+" al lado. La pata corta es el cátodo, o negativo, y va en la almohadilla cuadrada.

El color es arbitrario, pero normalmente uso:

• Amarillo para RX / TX que parpadea cuando el chip se está comunicando o se está programando.
• Verde para el LED D13 que puede ser utilizado por el programa para indicar eventos.
• Rojo para mostrar que la alimentación de 5 voltios está disponible a través de USB o del conector de alimentación.

Paso 9: condensadores cerámicos

Los condensadores cerámicos no tienen polaridad.

Los condensadores de suavizado de potencia se utilizan normalmente para eliminar los transitorios de la fuente de alimentación a los chips. Los valores se especifican normalmente en la hoja de datos del componente.

Cada chip IC de nuestro diseño tiene un condensador de 0,1 uF para suavizar la potencia.

Hay dos capacitores de 1uF para suavizar la potencia alrededor del regulador de 3.3 voltios.

Además, hay un condensador de 1uF que ayuda con el tiempo de la función de reinicio del software.

Paso 10: condensadores electrolíticos

Los condensadores electrolíticos tienen una polaridad que debe observarse. Por lo general, tienen valores más altos que los capacitores cerámicos, pero en este caso tenemos un capacitor de 0.33 uF para suavizar la potencia alrededor del regulador 7805.

La pata larga del dispositivo es positiva y va en la almohadilla cuadrada marcada "+". Estos tienden a "explotar" si se colocan al revés, así que hágalo bien o necesitará un reemplazo.

Paso 11: 3.3 Regulador de voltaje

Mientras que el chip Atmega funciona con 5 voltios, el chip FTDI USB necesita 3,3 voltios para funcionar correctamente. Para proporcionar esto, usamos un MCP1700 y dado que requiere muy poca corriente, está en un paquete TO-92-3 pequeño como transistores en lugar del paquete TO-220 grande como el 7805.

El dispositivo tiene una cara plana. Hágalo coincidir con la pantalla de seda y ajuste la altura del componente aproximadamente un cuarto de pulgada por encima del tablero. Suelde en su lugar.

Paso 12: encabezados

La belleza de Arduino es la huella y el pinout estandarizados. Los encabezados permiten conectar "protectores" que permiten cambiar rápidamente configuraciones rígidas según sea necesario.

Por lo general, sueldo un pin de cada cabezal y luego verifico la alineación antes de soldar los pines restantes.

Paso 13: resonador

Los chips Atmega tienen un resonador interno que puede funcionar a diferentes frecuencias hasta 8 Mhz. Una fuente de temporización externa permite que el chip funcione hasta 20 Mhz, pero el Arduino estándar usa 16 Mhz, que era la velocidad máxima de los chips Atmega8 utilizados en el diseño original.

La mayoría de los cristales de uso de Arduino, que son más precisos, pero requieren condensadores adicionales. Decidí usar un resonador, que es lo suficientemente preciso para la mayoría de los trabajos. No tiene polaridad, pero por lo general miro la marca hacia afuera para que los fabricantes curiosos puedan decir que está ejecutando una configuración estándar.

Paso 14: fusible

La mayoría de Arduino no tiene fusibles, pero cualquier Maker que esté aprendiendo a menudo (al menos en mi caso) conectará las cosas incorrectamente. Un simple fusible reajustable ayudará a evitar que se libere el "humo mágico" que requiere el reemplazo del chip. Este fusible se abrirá si se extrae demasiada corriente y se reiniciará cuando se enfríe. No tiene polaridad, y los pliegues en las patas lo sostienen por encima del tablero.

Paso 15: encabezados

Dos encabezados más, estos uno con pines macho. Cerca del conector USB hay tres pines que permiten cambiar entre la alimentación USB y el conector mediante un puente. Un UNO tiene un circuito para hacer esto automáticamente, pero no he podido replicar eso en forma de orificio pasante.

El segundo encabezado es un encabezado "en programación del sistema" de seis pines. Esto permite conectar un programador externo para reprogramar el Atmega directamente si es necesario. Si compras mi kit, el chip ya tiene el firmware cargado, o el Atmega se puede quitar del zócalo y colocarlo directamente en un zócalo de programación, por lo que este encabezado rara vez se usa y, por lo tanto, es opcional.

Paso 16: toma de corriente

En lugar de USB, se puede utilizar un conector estándar de 5,5 x 2,1 mm para llevar alimentación externa. Esto alimenta el pin marcado "Vin" y alimenta el regulador de voltaje 7805 que produce 5 voltios. El pin central es positivo y la entrada puede ser de hasta 35 V, aunque es más típico 12 V.

Paso 17: USB

Los Arduinos más nuevos como el Leonardo usan una conexión micro USB, pero la conexión USB B original es robusta y barata y probablemente tenga muchos cables por ahí. Las dos pestañas grandes no están conectadas eléctricamente, pero están soldadas para brindar resistencia mecánica.

Paso 18: chips

Es hora de instalar los chips. Verifique la orientación. Si el enchufe está al revés, solo asegúrese de que el chip coincida con las marcas de la pantalla de seda. En la orientación con la que hemos estado trabajando, las dos fichas inferiores están boca abajo.

Inserte el chip de modo que las patas estén alineadas con las presas. Los circuitos integrados vienen de fábrica con las patas ligeramente extendidas, por lo que deberán doblarse en vertical. Por lo general, esto ya está hecho para ti en mis kits. Una vez que esté seguro de la orientación, presione suavemente ambos lados del chip. Asegúrese de que ninguna pierna se haya doblado por accidente.

Paso 19: flasheo del cargador de arranque

El cargador de arranque es un pequeño fragmento de código en el chip que permite cargar el código fácilmente a través de USB. Se ejecuta durante los primeros segundos al encender en busca de actualizaciones y luego lanza el código existente.

El IDE de Arduino facilita la actualización del firmware, pero requiere un programador externo. Utilizo mi propio programador AVR y, por supuesto, le venderé un kit para eso. Si tiene un programador, realmente no necesita un Arduino, ya que puede programar el chip directamente. Una especie de pollito y huevo.

Otra opción es comprar el Atmega con un gestor de arranque ya instalado:

Le señalaré las instrucciones oficiales de Arduino, ya que podría convertirse fácilmente en su propio Instructable si no tenemos cuidado:

Paso 20: Instale el puente de alimentación y conéctelo

El puente de alimentación es una forma manual de seleccionar la fuente de alimentación entre 5 voltios desde USB o el conector de alimentación. Los Arduinos estándar tienen circuitos para cambiar automáticamente, pero no pude implementarlos fácilmente con piezas de orificio pasante.

Si el puente no está instalado, no hay energía. Si selecciona el conector y no tiene nada enchufado, no hay energía. Es por eso que hay un LED rojo para mostrarle si tiene energía.

Inicialmente, desea ver si el Arduino se comunica a través de USB, así que coloque el puente en esa configuración. Conecte su Arduino a su computadora y mire con cuidado. Si obtiene un "dispositivo USB no reconocido", desconéctelo y comience a solucionar problemas.

De lo contrario, use su IDE de Arduino para cargar el boceto de parpadeo básico. Utilice "Arduino UNO" como placa. Siga las instrucciones aquí:

Paso 21: solución de problemas

En el encendido inicial, siempre está buscando indicios de éxito o fracaso, y está listo para desconectar la placa rápidamente si las cosas no van como se esperaba. No se desanime si el éxito no es inmediato. En mis talleres trato de incentivar:

• Paciencia, esto no siempre es fácil, pero generalmente vale la pena.
• Persistencia, no resolverás el problema si te rindes.
• Actitud positiva, puede resolver esto, incluso si necesita ayuda para hacerlo.

Siempre que estoy luchando con un problema, siempre me digo a mí mismo que cuanto más difícil es resolverlo, mayor será la recompensa o el aprendizaje por resolverlo.

Con eso en mente, comience con las cosas simples:

• Inspeccione las juntas de soldadura en la parte posterior de la placa, retocando cualquier junta que parezca sospechosa.
• Verifique que los chips IC estén en la orientación correcta y que ninguno de los cables se pliegue al insertarlos.
• ¿Está encendido el LED rojo cuando está enchufado? Si no es así, compruebe el puente de alimentación y las juntas de soldadura USB.
• Compruebe que otros componentes que tienen polaridad estén correctamente orientados.
• Busque otras pistas como mensajes de error o componentes que se calientan.

Si aún tiene problemas, pida ayuda. Escribo Instructables porque quiero enseñar y ayudar a quienes quieren aprender. Proporcione una buena descripción de los síntomas y los pasos que ha realizado para encontrar errores. Una fotografía de alta resolución de la parte delantera y trasera de la pizarra también puede ayudar. No rendirse nunca. Cada lucha es una lección.