Een PSLab voor mezelf bouwen: 6 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Drukke dag bij elektronicalab hè?

Heb je ooit problemen gehad met je circuits? Om te debuggen wist je dat je een multimeter of een oscilloscoop of een golfgenerator of een externe nauwkeurige stroombron of zeg maar een logische analysator wilde. Maar het is een hobbyproject en je wilt geen honderden dollars uitgeven aan dat soort dure gereedschappen. Om nog maar te zwijgen van het feit dat de hele set hierboven veel ruimte in beslag neemt om te bewaren. Je zou kunnen eindigen met een multimeter van 20-30 dollar, maar het is niet echt goed werk om het circuit te debuggen.

Wat als ik zeg, er is een open source hardwareapparaat dat al die functionaliteiten biedt van een oscilloscoop, een multimeter, een logische analysator, een golfgenerator en een stroombron en het gaat je geen honderden dollars kosten en niet gaan om een hele tafel te vullen. Het is het PSLab-apparaat van de open source-organisatie FOSSASIA. U kunt de officiële website vinden op https://pslab.io/ en de open source-repositories via de volgende links;

• Hardwareschema's:
• MPlab-firmware:
• Desktop-app:
• Android-app:
• Python-bibliotheken:

Ik onderhoud de hardware- en firmware-opslagplaatsen en als je vragen hebt tijdens het gebruik van het apparaat of andere gerelateerde dingen, voel je vrij om me te vragen.

Wat geeft PSLab ons?

Dit compacte apparaat met de vormfactor van een Arduino Mega heeft een heleboel functies. Voordat we beginnen, is het gemaakt in Mega-vormfactor, zodat je dit zonder problemen in je mooie Arduino Mega-behuizing kunt plaatsen. Laten we nu eens kijken naar de specificaties (geëxtraheerd uit de originele hardware-repository);

• 4-kanaals tot 2MSPS oscilloscoop. Software selecteerbare versterkingstrappen
• 12-bit voltmeter met programmeerbare versterking. Ingangsbereiken van +/-10 mV tot +/-16 V
• 3x 12-bit Programmeerbare spanningsbronnen +/-3,3 V, +/-5V, 0-3 V
• 12-bit Programmeerbare stroombron. 0-3,3 mA
• 4-kanaals, 4 MHz, logische analysator
• 2x Sinus/Driehoekige golfgeneratoren. 5Hz tot 5KHz. Handmatige amplituderegeling voor SI1
• 4x PWM-generatoren. 15 nS resolutie. Tot 8 MHz
• Capaciteitsmeting. pF tot uF bereik
• I2C, SPI, UART-databussen voor Accel/gyros/vochtigheids-/temperatuurmodules

Nu we weten wat dit apparaat is, laten we eens kijken hoe we er een kunnen bouwen.

Stap 1: Laten we beginnen met de schema's

Open Source hardware gaat samen met Open Source software:)

Dit project is waar mogelijk in open formaten. Dit heeft veel voordelen. Iedereen kan de software gratis installeren en uitproberen. Niet iedereen heeft de financiële kracht om propriëtaire software te kopen, dus dit maakt het mogelijk om de klus te klaren. Dus de schema's zijn gemaakt met KiCAD. U bent vrij om elke gewenste software te gebruiken; zorg gewoon voor de juiste verbindingen. De GitHub-repository bevat alle bronbestanden voor schema's op https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m… en als je voor KiCAD gaat, kunnen we de repository meteen klonen en de bron hebben voor onszelf door de volgende opdracht in een Linux-terminalvenster te typen.

$ git-kloon

Of als u niet bekend bent met console-commando's, plak deze link dan gewoon in een browser en het zal het zip-bestand met alle bronnen downloaden. De PDF-versie van schematische bestanden vindt u hieronder.

Het schema ziet er misschien wat ingewikkeld uit omdat het veel IC's, weerstanden en condensatoren bevat. Ik zal je doornemen wat hier in zit.

In het midden van de eerste pagina staat een PIC-microcontroller. Dat is het brein van het apparaat. Het is verbonden met verschillende OpAmps, een Crystal en een paar weerstanden en condensatoren om elektrische signalen van I/O-pinnen te detecteren. Verbinding met een pc of een mobiele telefoon gebeurt via een UART-brug die MCP2200 IC is. Het heeft ook een uitbreekopening voor een ESP8266-12E-chip aan de achterkant van het apparaat. Schematics heeft ook een spanningsverdubbelaar en een spanningsomvormer-IC's, aangezien het apparaat oscilloscoopkanalen kan ondersteunen die tot +/- 16 V kunnen gaan

Zodra het schema klaar is, is de volgende stap het opbouwen van de echte PCB…

Stap 2: Het schema converteren naar een lay-out

OK ja, dit is een puinhoop toch? Dat komt doordat er honderden kleine componenten in een klein bordje zijn geplaatst, namelijk aan één kant van een klein bordje ter grootte van een Arduino Mega. Dit bord is een vierlaags bord. Zoveel lagen werden gebruikt om een betere spoorintegriteit te hebben.

Bordafmetingen zijn precies zoals Arduino Mega en de pin-headers zijn op dezelfde plaatsen geplaatst waar de Mega zijn pinnen heeft. In het midden bevinden zich pin-headers om de programmer en een Bluetooth-module aan te sluiten. Er zijn vier testpunten aan de bovenkant en vier aan de onderkant om te controleren of de juiste signaalniveaus bij de juiste aansluitingen komen.

Zodra alle footprints zijn geïmporteerd, moet u eerst de microcontroller in het midden plaatsen. Plaats vervolgens de weerstanden en condensatoren die direct verbonden zijn met de microcontroller rond het hoofd-IC en ga door totdat het laatste onderdeel is geplaatst. Het is beter om een ruwe routing te hebben voor de eigenlijke routing. Hier heb ik meer tijd geïnvesteerd in het netjes ordenen van de componenten met de juiste tussenruimte.

Laten we als volgende stap eens kijken naar de belangrijkste stuklijst..

Stap 3: De printplaat en de stuklijst bestellen

Ik heb de materiaallijst bijgevoegd. Het bevat in principe de volgende inhoud;

1. PIC24EP256GP204 - Microcontroller
2. MCP2200 - UART-brug
3. TL082 - OpAmps
4. LM324 - OpAmps
5. MCP6S21 - Versterkingsgestuurde OpAmp
6. MCP4728 - Digitaal naar analoog converter
7. TC1240A - Spanningsomvormer
8. TL7660 - Spanningsverdubbelaar
9. 0603 formaat weerstanden, condensatoren en inductoren
10. 12 MHz SMD-kristallen

Zorg er bij het plaatsen van de PCB-bestelling voor dat u de volgende instellingen heeft:

• Afmetingen: 55 mm x 99 mm
• Lagen: 4
• Materiaal: FR4
• Dikte: 1,6 mm
• Minimale spoorafstand: 6mil
• Minimale gatgrootte: 0,3 mm

Stap 4: Laten we beginnen met de montage

Als de print klaar is en de componenten binnen zijn, kunnen we beginnen met de montage. Voor dit doel hebben we beter een stencil zodat het proces gemakkelijker is. Plaats eerst het sjabloon uitgelijnd met de pads en breng de soldeerpasta aan. Begin dan met het plaatsen van componenten. De video hier laat een time-lapse-versie zien van hoe ik componenten plaats.

Zodra elk onderdeel is geplaatst, soldeert u het opnieuw met een SMD-reworkstation. Zorg ervoor dat u het bord niet te veel opwarmt, omdat de componenten bij intense hitte kunnen falen. Stop ook niet en doe het vaak. Doe het in één keer, want als u de componenten koud laat worden en vervolgens opwarmen, zal de structurele integriteit van zowel de componenten als de PCB zelf in gevaar komen.

Stap 5: Upload de firmware

Zodra de montage is voltooid, is de volgende stap het branden van de firmware op de microcontroller. Hiervoor hebben we nodig;

• PICKit3 Programmer - Om de firmware te uploaden
• Man-man jumperdraden x 6 - Om de programmer aan te sluiten op het PSLab-apparaat
• USB Mini B-type kabel - Om programmeur aan te sluiten op pc
• USB Micro B-type kabel - Om PSLab met pc aan te sluiten en op te starten

De firmware is ontwikkeld met behulp van MPLAb IDE. De eerste stap is om de PICKit3-programmer aan te sluiten op de PSLab-programmeerkop. Lijn de MCLR-pin uit in zowel de programmer als het apparaat en de rest van de pinnen zullen correct worden geplaatst.

De programmeur zelf kan het PSLab-apparaat niet opstarten omdat het niet veel stroom kan leveren. We moeten het PSLab-apparaat dus inschakelen met een externe bron. Sluit het PSLab-apparaat aan op een computer met behulp van een Micro B-type kabel en sluit vervolgens de programmer aan op dezelfde pc.

Open MPLab IDE en klik op "Make and Program Device" in de menubalk. Er wordt een venster geopend om een programmeur te selecteren. Kies "PICKit3" uit het menu en druk op OK. Het zal beginnen met het branden van de firmware naar het apparaat. Pas op voor berichten die op de console worden afgedrukt. Het zal zeggen dat het de PIC24EP256GP204 detecteert en uiteindelijk is de programmering voltooid.

Stap 6: Schakel het in en klaar om te gaan

Als de firmware correct brandt, gaat de groene kleur-LED branden, wat een succesvolle opstartcyclus aangeeft. Nu zijn we klaar om het PSLab-apparaat te gebruiken om allerlei soorten elektronische circuittests uit te voeren, experimenten uit te voeren, enz.

Op de afbeeldingen is te zien hoe de desktop-app en de Android-app eruitzien.