Cómo construir un programador USBTiny ISP: utilizando una fresadora de PCB CNC: 13 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

¿Pensaste en cómo construir tu propio proyecto electrónico desde cero?

Hacer proyectos de electrónica es muy emocionante y divertido para nosotros, los creadores. Pero la mayoría de los fabricantes y entusiastas del hardware que están avanzando hacia la cultura de los creadores construyeron sus proyectos con placas de desarrollo, placas de prueba y módulos. De esta manera, podemos construir la versión prototipo rápida de nuestro proyecto. Pero deberá ser de tamaño voluminoso y estar desordenado con los cables de la placa de pruebas. Caso similar al usar una placa PCB genérica, ¡también se ve desordenada y poco profesional!

Entonces, ¿cómo podemos construir nuestros proyectos de una manera más conveniente?

¡La mejor manera de utilizar PCB independientes para nuestro proyecto!

¡Diseñar y fabricar una PCB para nuestro proyecto es una forma mejor y conveniente de expresar su profesionalismo y experiencia !. Podemos minimizar el tamaño de nuestro proyecto en un tamaño compatible y formas personalizadas, los PCB se ven limpios y las conexiones resistentes son algunas de las ventajas.

Entonces, lo que importa es cómo construimos una PCB rentable y eficaz en el tiempo.

Podemos enviar nuestro diseño a un fabricante de PCB para que fabrique nuestro diseño de PCB, pero debería tomar tiempo y arruinar su bolsillo. Otro método consiste en realizar el método de transferencia de tóner utilizando una impresora láser y papel fotográfico. Pero también toma tiempo y prueba su nivel de pacientes y también necesita un marcador permanente para parchear las partes no grabadas. Usé este método mucho tiempo y lo odio.

Entonces, ¿cuál es la mejor manera?

En mi caso, la mejor forma de utilizar fresadoras CNC para construir tu PCB. Las fresadoras de PCB le brindan PCB de buena calidad y lleva menos tiempo, menos recursos y una forma más barata de producir prototipos de PCB.

Entonces, ¡construyamos un programador USBtiny ISP utilizando una fresadora CNC!

Sin más, ¡comencemos!

Paso 1: ¡No quieres ser rico

¡En realidad! no desea comprar una fresadora de PCB. La mayoría de nosotros no tenemos el presupuesto para comprar una máquina cara como esta. Ni siquiera tengo uno.

Entonces, ¿cómo obtengo acceso a una máquina? Simplemente, ¡simplemente voy a un fablab, makerpace o un hackerspace en mi localidad! En mi caso, simplemente voy a un fablab y uso la máquina por un precio económico. Entonces, busque un lugar como fablab o un makerpace en su localidad. Para mí, el precio es de 48 ¢ / hora por usar una fresadora de PCB. El precio puede variar en tu localidad, así que, como dije, ¡no quieres ser rico!

Paso 2: lista de materiales

Lista de componentes

• 1 x microcontrolador Attiny 45/85 (paquete SOIC)
• 2 x 499 ohmios
• 2 x 49 ohmios
• 2 x 1 K
• 2 x 3.3 diodos Zener
• 1 x condensador de 0,1 mf
• 1 x led azul
• 1 x led verde
• 1 x 2x3 pines de cabezal macho (smd)
• 1 x cable de cinta de 6 hilos de 20 cm
• 2 x 2x3 Conector de transición de cable plano IDC de encabezado hembra
• 1x revestimiento de cobre FR4 de 4 cm x 8 cm

Tenga en cuenta: (En este proyecto se utilizan resistencias, condensadores, diodos y led en el paquete 1206)

Requisitos de herramientas

• Estación de soldadura o cautín (Micro punta)
• Alambre de plomo de soldadura
• Pinza (micropunta)
• Mecha desoldadora
• Herramienta de tercera mano
• Multimetro
• Pelacables
• Extractor de humos (opcional)

Requisito de las máquinas

Modela MDX20 (cualquier fresadora de PCB hace el trabajo, pero el software de control del trabajo cambiará)

¡Descarga los recursos para este proyecto!

Paso 3: ¿Qué es una fresadora de PCB?

La fresadora de PCB es una máquina CNC (control numérico por computadora) que se utiliza para fabricar prototipos de PCB. Las fresadoras de PCB eliminan las partes de cobre del revestimiento de cobre para distinguir los rastros y las almohadillas de la PCB. La fresadora de PCB viene con un movimiento mecánico de tres ejes (X, Y, Z). Cada eje está controlado por un motor paso a paso para movimientos precisos. Estos movimientos de eje son controlados por un programa de computadora dando comandos de código G. Gcode utiliza ampliamente lenguajes de programación de control numérico, la mayoría de las máquinas utilizan g-code para controlar el eje de las máquinas. Un cabezal de herramienta (generalmente una broca de fresado) está conectado a estos ejes para fresar los PCB.

: - La máquina que utilizo es una fresadora CNC MODELA MDX20.

Fresadora de PCB Modela MDX 20

Modela MDX20 es una fresadora de PCB. Modela MDX20 se usa generalmente para fabricar PCB, pero también podemos hacer molduras, grabados, etc. Modela puede fresar en diferentes materiales como madera contrachapada, cera, acrílico, materiales de PCB diferentes como Fr1 Fr4, etc. La modela es liviana y viene con un tamaño pequeño. Podemos colocarlo incluso en un escritorio pequeño. El lecho (superficie de fresado) está unido al eje Y y el cabezal de la herramienta está unido a X y Z. Eso significa que el movimiento del lecho está controlado por el eje Y y el movimiento del cabezal de la herramienta está controlado por el eje X y el cabezal de la herramienta está controlado por el eje Z. Modela tiene su propio programa informático. Pero estoy usando un programa de Linux llamado FABModules. Los módulos FAB se comunican con Modela para controlar el proceso de corte y fresado. Los módulos Fab nunca configuran los ejes X, Y, Z automáticamente, debemos configurarlos manualmente.

Paso 4: Comience con Modela MDX20

Si quiero fresar mi PCB, en este caso, un programador FabISP. Primero necesito un diseño de PCB y un esquema de PCB. El fresado de PCB es un proceso de dos etapas. En la primera etapa, necesito fresar las huellas y las almohadillas de la PCB y en la segunda etapa, necesito recortar el contorno de la PCB. Usando módulos fab, podemos convertir el diseño de diseño de PCB-p.webp

Especificación general

• Espacio de trabajo: 203,2 x 152,4 mm
• Carrera del eje Z: 60,5 mm
• Velocidad del eje: 6500 RPM

Brocas de fresado para usar

• Broca de fresado: broca de 0,4 mm (1/64 de pulgada)
• Broca de corte: broca de 1/32 pulgada (0,8 mm)

Paso 5: ¿Qué es ISP (IN - System - Programmer)?

In System Programmer (ISP), también conocido como In-Circuit Serial Programmer (ICSP), es un programador de microcontroladores. El ISP leerá las instrucciones y los comandos del USB de la computadora y los enviará al microcontrolador a través de la interfaz de periféricos en serie (SPI). Los dispositivos Simply ISP nos permiten comunicarnos con el microcontrolador mediante líneas SPI. SPI es la forma de comunicación en el microcontrolador. Todos los periféricos e interfaces conectados se comunican con los microcontroladores a través de SPI. Como entusiasta de la electrónica, lo primero que me viene a la mente cuando digo sobre ISP es MISO, MOSI SCK. Estos tres pines son los pines importantes.

Simplemente, ISP se usa para grabar programas en el microcontrolador y también se usa para comunicarse con su microcontrolador.

Paso 6: USBTiny ISP: Esquemas y diseño de PCB

USBTiny ISP

USBTiny ISP es un programador AVR USB de código abierto simple y una interfaz SPI. Es de bajo costo, fácil de hacer, funciona muy bien con avrdude, es compatible con AVRStudio y probado en Windows, Linux y MacOS X. Perfecto para estudiantes y principiantes, o como programador de respaldo.

Todos los componentes se utilizan en este proyecto Componentes SMD. El cerebro del USBTinyISP es un microcontrolador Attiny45.

Microcontrolador ATtiny 45

El microcontrolador que se utiliza en USBTinyISP es Attiny 45. Attiny45 es un microcontrolador AVR de 8 bits de alto rendimiento y baja potencia que se ejecuta en la arquitectura RISC de Atmel (el microchip adquirió Atmel recientemente). Attiny 45 viene en un paquete de 8 pines. Attiny 45 tiene 6 pines de E / S, tres de ellos son pines ADC (ADC de 10 bits) y otros dos son pines digitales que admiten PWM. Viene con una memoria flash de 4KM, 256 EEPROM programable en el sistema y 256B SRAM. Voltaje de funcionamiento alrededor de 1.8V a 5.5v 300mA. Attiny 45 es compatible con la interfaz serie universal. Tanto la versión SMD como la versión THT están disponibles en el mercado. Attiny 85 es una versión superior de Attiny 45, son casi iguales. La única diferencia está en la memoria Flash, Attiny 45 tiene flash de 4 KB y Attiny 85 tiene flash de 8 KB. Podemos elegir Attiny 45 o Attiny 85, no es un gran problema, pero Attiny 45 es más suficiente para hacer FabTinyISP. Consulte la documentación oficial desde aquí.

Paso 7: configurar la máquina

Ahora construyamos la PCB usando la fresadora de PCB. Incluí el diseño de seguimiento y el diseño de corte en el archivo zip, puede descargar el archivo zip desde abajo.

Solicitud previa: descargue e instale los módulos Fab desde este enlace

Fabmodules solo es compatible con máquinas Linux, ¡estoy usando Ubuntu!

Paso 1: capa de sacrificio

En primer lugar, la placa de trabajo de la fresadora de PCB (también conocida como lecho de fresado) es una placa de metal. Es robusto y bien construido. Pero en algunos casos, puede dañarse al cortar en profundidad por error. Por lo tanto, coloco una capa de sacrificio en la parte superior del lecho de fresado (un revestimiento de cobre colocado encima del lecho de fresado para evitar tocar los trozos de la placa de metal).

Paso 2: fije la broca de fresado 1/62 en el cabezal de la herramienta

Después de colocar la capa de sacrificio, ahora necesito fijar la broca de fresado (generalmente se usa una broca de fresado de 1/62) en el cabezal de la herramienta. Ya expliqué el proceso de dos etapas de fresado de PCB. Para fresar las pistas y las almohadillas de la PCB, use una broca de fresado de 1/64 y colóquela en el cabezal de la herramienta con la llave Allen. Al cambiar las brocas, preste siempre un cuidado especial a las brocas. La punta de la broca es tan delgada que tiene más posibilidades de romper la broca mientras se resbala de nuestras manos, incluso si es una pequeña caída. Para superar esta situación, coloqué un pequeño trozo de espuma debajo del cabezal de la herramienta para protegerlo de caídas accidentales.

Paso 3: limpia el revestimiento de cobre

Estoy usando un revestimiento de cobre FR1 para este proyecto. Los FR-1 son resistentes al calor y más duraderos. Pero los revestimientos de cobre se oxidarán rápidamente. Los cobres son imanes de huellas dactilares. Entonces, antes de usar un revestimiento de cobre, incluso si es nuevo, le recomiendo que limpie la PCB con un limpiador de PCB o acetona antes y después de fresar la PCB. Usé un limpiador de PCB para limpiar el PCB.

Paso 4: fije el revestimiento de cobre en la almohadilla de fresado

Después de limpiar el revestimiento de cobre, coloque el revestimiento de cobre en la parte superior del lecho de fresado. Coloqué el revestimiento de cobre en la almohadilla de fresado con la ayuda de una cinta adhesiva de doble cara. Las cintas adhesivas de doble cara son muy fáciles de quitar y están disponibles a un precio económico. Pego la cinta de doble cara en la parte superior de la capa de sacrificio. Luego coloque el revestimiento de cobre en la parte superior de la cinta adhesiva.

Paso 8: Configurar los módulos de fabricación y el proceso de fresado

Paso 1: Encienda la máquina y cargue FabModules

encendió la máquina y luego abra el software del módulo Fab en un sistema Linux (estoy usando Ubuntu) escribiendo el siguiente comando en la terminal de Linux.

f ab

Entonces aparecerá una nueva ventana. Seleccione la imagen (.png) como formato de archivo de entrada y el formato de salida como Roland MDX-20 mill (rml). Después de eso, haga clic en el botón Make_png_rml.

Paso 2: Cargue la imagen de diseño de PCB

En la parte superior de la nueva ventana, seleccione el bit que va a utilizar. luego cargue su formato-p.webp

Paso 3: Establecer los ejes X, Y y Z

Aún no hemos terminado. Ahora presione el botón Ver en el panel de control de Modela MDX20. asegúrese de que la broca esté bien apretada. presione una vez más el botón de visualización para volver a la posición predeterminada. Ahora configure las posiciones X, Y ingresando las medidas (depende de la posición de su tablero) en los cuadros de texto deseados. Te recomiendo que anotes las posiciones X e Y en algún lugar. Si algo salió mal y necesita comenzar desde el primero, debe necesitar las posiciones X&Y exactas para continuar su proceso de fresado, de lo contrario se estropeará.

Baje el cabezal de la herramienta presionando el botón Abajo. Deténgase cuando el cabezal de la herramienta llegue cerca del revestimiento de cobre. Luego suelte el tornillo de la cabeza de la herramienta y baje un poco la broca hasta que toque la capa de cobre del revestimiento de cobre. Luego, vuelva a apretar el tornillo y vuelva a colocar el cabezal de la herramienta en la posición inicial presionando el botón Ver. Ahora estamos todos listos. Cierre la tapa de seguridad del Modela y haga clic en el botón Enviar. La modela iniciará el proceso de fresado.

Se necesitará un mínimo de 10 a 13 minutos para moler las trazas y las almohadillas. Después de terminar el fresado obtuve un buen resultado.

Paso 4: Cortar el diseño del esquema

Después de terminar el fresado de Trace, corte el diseño del contorno de la PCB (simplemente la forma de la PCB). El proceso es casi el mismo. Para cortar el diseño, cambie 1/64 bit a 1/32 bit en el cabezal de la herramienta. Luego cargue el archivo-p.webp

Paso 9: PCB terminado

¡Aquí está la PCB después del proceso de fresado!

Paso 10: Soldar los componentes en PCB

Ahora tengo un PCB terminado. todo lo que necesito hacer es soldar los componentes en la PCB. Para mí es una tarea fácil y divertida.

Cuando se trata de soldar, los componentes de orificio pasante son muy fáciles de soldar en comparación con los componentes SMD. Los componentes SMD son pequeños en su tamaño. es un poco difícil de soldar para principiantes. Hay muchas posibilidades de cometer errores, como la colocación incorrecta de componentes en las soldaduras en frío y lo más común, o hacer puentes entre las pistas y las almohadillas. Pero todos tienen sus propios consejos y trucos de soldadura, que fueron aprendidos de sus propias experiencias. esto hará que esta tarea sea divertida y fácil. ¡Así que tómate tu tiempo para soldar los componentes!

¡Aquí cómo hago para soldar

Normalmente suelo soldar microcontroladores y otros circuitos integrados primero. Luego sueldo componentes pequeños como resistencias y condensadores, etc.

Por último, componentes de orificio pasante, cables y pasadores de cabezal. Para soldar mi USBTinyISP, sigo los mismos pasos. Para soldar SMD fácilmente, primero, caliento el soldador a 350 ° C. Luego agregue un poco de fundente de soldadura en las almohadillas. Luego calentar la almohadilla en la que quiero soldar los componentes, luego agrego una pequeña cantidad de soldadura a una sola almohadilla de la almohadilla del componente. Con unas pinzas, retire el componente y colóquelo en la almohadilla y caliéntela durante 2-4 segundos. Después de eso, suelde las almohadillas restantes. Si hace puentes entre pines y trazas o le da mucha soldadura a un componente, use la cinta de mecha de soldadura para eliminar la soldadura no deseada. Continúo los mismos pasos hasta que la PCB se suelda completamente sin ningún problema. Si algo salió mal, primero verifico cuidadosamente todos los rastros y componentes que tienen roturas o puentes usando una lupa y un multímetro. ¡Si lo encontré, lo rectifico!

Paso 11: Hacer el cable ISP

Para conectar el microcontrolador u otro programador ISP para actualizar el firmware. Necesitamos un cable ribon ribon de seis líneas con dos conectores de cable hembra 2x3. Usé un cable plano de 4/3 pies y 6 canales y conecté con cuidado el cabezal hembra en ambos lados. Para hacerlo bien, utilicé una abrazadera G. mira la foto.

Paso 12: firmware parpadeante

Ahora podemos actualizar el firmware a nuestro ISP. Para hacer eso, necesitamos otro programador ISP. Usé otro USBTinyISP, pero puedes usar un Arduino como ISP para hacer esta tarea. Conecte ambos ISP utilizando el conector ISP que hicimos anteriormente. Luego conecte USBinyISP (el que estamos usando para programar) a la computadora. Asegúrese de que el ISP sea detectado en su sistema escribiendo el siguiente comando en la terminal de Linux.

lsusb

Paso 1: Instale la cadena de herramientas AVR GCC

En primer lugar, necesitamos instalar la cadena de herramientas. Para hacer eso, abra una terminal de Linux y escriba.

sudo apt-get install avrdude gcc-avr avr-libc make

Paso 2: descargue y descomprima el firmware

Ahora descargue y descomprima los archivos de firmware. Puedes descargarlo desde aquí. Después de descargar el archivo zip, extráigalo en una buena ubicación que pueda encontrar fácilmente (para evitar confusiones innecesarias).

Paso 3: hacer un archivo

Antes de grabar el firmware. debemos asegurarnos de que el archivo MAKE esté configurado para los microcontroladores Attiny. Para hacer esto, abra el Makefile en cualquier editor de texto. luego confirme MCU = Attiny45. Vea la imagen a continuación.

Paso 4: Actualice el firmware

Ahora podemos actualizar el firmware a nuestro ISP. Para hacer eso, necesitamos otro programador ISP, como dije antes. Usé un FabTinyISP, que hice antes. Pero puede usar cualquier ISP o usar un Arduino como programador de ISP. Conecte ambos ISP utilizando el conector ISP que hice anteriormente. Luego conecte FabTinyISP (el que estoy usando para programar mi ISP) a la computadora. Asegúrese de que el Isp se detecte en su sistema escribiendo el siguiente comando en la terminal de Linux.

lsusb

Ahora estamos listos para flashear. Abra el terminal en la ruta de la carpeta del firmware ubicado y escriba "make" para crear el archivo.hex. Esto generará un. hexadecimal que necesitamos grabar en el Attiny 45.

Escriba el siguiente comando en la terminal de Linux para actualizar el firmware al microcontrolador.

hacer flash

Paso 5: Habilitación de Fusebit

Eso es todo, terminamos de actualizar el firmware. Pero tenemos que activar la mecha. Solo escribe

hacer fusible

el terminal para activar el fusible interno.

Ahora necesitamos quitar el puente o deshabilitar el pin de reinicio. No es obligatorio quitar la conexión del puente, podemos deshabilitar el pin de reinicio. Es tu decision. Elijo deshabilitar el pin de reinicio.

Tenga en cuenta: - Si deshabilita el pin de reinicio, el pin de reinicio se desconectará internamente. Significa que ya no puede programarlo después de deshabilitar el pin de reinicio.

Si desea deshabilitar el pin de reinicio, escriba make el siguiente comando en la terminal.

rstdisbl

Recibirá un mensaje de éxito. Después de cargar el firmware con éxito, necesito verificar que el USBTinyISP esté funcionando correctamente, para hacerlo, debe ingresar un comando en la terminal

sudo avrdude -c usbtiny -b9600 -p t45 -v

Después de ingresar el comando, obtendrá la retroalimentación de retorno en la ventana de la terminal.

Paso 13: Terminamos

Ahora puede quitar ambos dispositivos de la computadora y usar el USBtiny que construyó ahora mismo para programar sus microcontroladores a partir de ahora. Estoy usando este ISP para actualizar mis bocetos de Arduino.