Een DIY Arduino bouwen op een PCB en enkele tips voor beginners: 17 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Dit is bedoeld als een gids voor iedereen die zijn eigen Arduino soldeert uit een kit, die kan worden gekocht bij A2D Electronics. Het bevat veel tips en trucs om het succesvol te bouwen. Je leert ook wat alle verschillende componenten doen.

Lees verder en leer wat er nodig is om je eigen Arduino te bouwen!

U kunt dit project ook hier op mijn website bekijken.

Stap 1: Mini-USB-connector

Het eerste onderdeel dat moet worden gesoldeerd, is de mini-USB-connector. Dit zal uw arduino van stroom voorzien wanneer deze is voltooid, maar er is een RS232 / USB-naar-serieel-adapter nodig om deze te programmeren. De mini-USB-aansluiting gaat eerst naar binnen, zodat je hem erin kunt steken, draai het bord om zodat de pinnen naar boven wijzen en leg het dan op tafel. Buig de mini-set van 2 pinnetjes voor het plaatsen iets naar de voorkant van het bord zodat het mooi in de gaatjes op de print past. Het gewicht van de PCB houdt de connector op zijn plaats en je kunt hem daar solderen.

Stap 2: Pin-headers

Pin-headers zijn de volgende stukken om in te gaan. Je zou vrouwelijke headers moeten hebben in 6pin x2, 8pin x2 en 10pin x1. Een mannelijke header van 3×2 is ook vereist voor de ICSP-header (In Circuit Serial Programming). Deze gaan allemaal rond de buitenkant van het bord en passen perfect op hun juiste plaats. Soldeer ze op dezelfde manier als de USB-aansluiting, waarbij je één header tegelijk doet. De headers moeten allemaal perfect loodrecht op de PCB staan. Om dit te bereiken, soldeert u slechts één pin van de header, terwijl u de header met uw hand vasthoudt, smelt u het soldeer opnieuw en plaatst u de header in zijn loodrechte positie. Zorg ervoor dat het ook over de hele lengte vlak tegen het bord ligt. Houd het op zijn plaats totdat het soldeer uithardt en ga dan verder met het solderen van de rest van de pinnen.

Stap 3: IC-socket

Snelle tip voor het solderen van de rest van de componenten: alle componentkabels kunnen eerst door het bord worden geplaatst en vervolgens naar de zijkant worden gebogen, zodat de componenten in het bord blijven wanneer u het omdraait. Dit maakt het veel gemakkelijker om te solderen, omdat de componenten zichzelf op hun plaats houden.

Begin met het plaatsen van de 28pin IC-socket. Zorg ervoor dat de divot aan het ene uiteinde wordt uitgelijnd met de tekening op de printplaat. Dit laat u weten op welke manier u de AtMega328P-microcontroller moet plaatsen. Hoewel de pinnen op deze aansluiting korter zijn dan weerstanden of condensatoren, kunnen ze nog steeds worden gebogen om het onderdeel op zijn plaats te houden terwijl u het soldeert.

Stap 4: Weerstanden

De 3 weerstanden kunnen daarna gaan. Het maakt niet uit op welke manier ze worden geplaatst - weerstanden zijn niet gepolariseerd. Er zijn 2 1K ohm weerstanden als stroombegrenzende weerstanden voor de LED's, en een 10K ohm weerstand als pull-up weerstand op de resetlijn. Er is gekozen voor weerstanden van 1K ohm voor de LED in plaats van de gewone 220 ohm weerstanden, zodat de LED's een lagere stroom doorlaten en dus meer als indicatoren dan als zaklamp fungeren.

Stap 5: LED's

Er zijn 2 LED's, één als stroomindicator en de andere op pin 13 van de Arduino. Het langere been op de LED's markeert de positieve kant (anode). Zorg ervoor dat u het langere been in de kant met + in de print plaatst. De minkabel van as LED is ook aan de zijkant afgeplat, zodat je nog positieve (anode) en negatieve (kathode) kabels kunt ontcijferen als ze zouden worden doorgeknipt.

Stap 6: Oscillator

De volgende is de kristaloscillator en de 2 22pF keramische condensatoren. Het maakt niet uit op welke manier een van deze wordt geplaatst - keramische condensatoren en kristaloscillatoren zijn niet gepolariseerd. Deze componenten geven de Arduino een extern kloksignaal van 16 MHz. De arduino kan een interne klok van 8 MHz produceren, dus deze componenten zijn niet strikt noodzakelijk, maar laat hem op volle snelheid werken.

Stap 7: Reset schakelaar

De reset-schakelaar kan de volgende zijn. De pootjes van de schakelaar hoeven niet te worden gebogen, deze moet zichzelf in de gleuf houden.

Stap 8: Keramische condensatoren

4 100nF (nano Farad) keramische condensatoren kunnen de volgende zijn. C3 en C9 helpen kleine spanningspieken op de 3,3V- en 5V-lijnen weg te werken om schone stroom aan de Arduino te leveren. C7 staat in serie met de externe resetlijn zodat een extern apparaat (USB naar Serial Converter) de Arduino op het juiste moment kan resetten om hem te programmeren. C4 bevindt zich op de AREF-pin (Analog Reference) en GND van de Arduino om ervoor te zorgen dat de Arduino nauwkeurige analoge waarden meet op zijn analoge ingangen. Zonder C4 zou AREF als 'zwevend' worden beschouwd (niet aangesloten op stroom of aarde), en zal het onnauwkeurigheden veroorzaken in analoge metingen omdat een zwevende pin de spanning eromheen zal aannemen, inclusief de kleine AC-signalen in uw lichaam die zijn gekomen van de bedrading om je heen. Nogmaals, keramische condensatoren zijn niet gepolariseerd, dus het maakt niet uit op welke manier je ze plaatst.

Stap 9: PTC-zekering

Nu kunt u de PTC-zekering (positieve temperatuurcoëfficiënt) installeren. De PTC-zekering is niet gepolariseerd, dus kan op beide manieren worden geplaatst. Deze gaat direct achter de USB-aansluiting. Als uw circuit meer dan 500 mA stroom probeert te trekken, zal deze PTC-zekering opwarmen en de weerstand verhogen. Deze toename in weerstand zal de stroom verlagen en de USB-poort beschermen. Deze bescherming is alleen in circuit wanneer de Arduino wordt gevoed via USB, dus als u de Arduino van stroom voorziet via de DC-aansluiting of door externe voeding, zorg er dan voor dat uw circuit correct is. Zorg ervoor dat u de poten helemaal door de gaten trekt, zelfs voorbij de bochten. Een tang is hier handig.

Stap 10: elektrolytische condensatoren

Vervolgens kunnen de 3 47uF (microFarad) elektrolytische condensatoren worden geplaatst. Het langere been hierop is het positieve been, maar de meest voorkomende identificatie is de kleur van de behuizing aan de zijkant van het negatieve been. Zorg ervoor dat wanneer u ze inbrengt, het positieve been naar de +-markering op het bord gaat. Deze condensatoren egaliseren de grotere onregelmatigheden van de ingangsspanning, evenals de 5V- en 3,3V-lijnen, zodat je Arduino een constante 5V/3,3V krijgt in plaats van een fluctuerende spanning.

Stap 11: DC-aansluiting

De volgende is de DC-ingang. Dezelfde deal als alle andere componenten, plaats het erin en draai het bord erop om het op zijn plaats te laten blijven terwijl je het soldeert. Het buigen van de poten kan wat lastig zijn, omdat ze dik zijn, dus je kunt deze altijd op zijn plaats houden op dezelfde manier als de mini-USB-connector die eerder was gesoldeerd. Deze gaat maar op één manier - met de jack naar de buitenkant van het bord gericht.

Stap 12: Spanningsregelaars

Nu de twee spanningsregelaars. Zorg ervoor dat je ze op de juiste plekken plaatst. Ze zijn allebei gelabeld, dus match de letters op het bord met de letters op de regelaars. De 3.3V-regelaar is een LM1117T-3.3 en de 5V-regelaar is een LM7805. Beide zijn lineaire spanningsregelaars, wat betekent dat de ingangsstroom en de uitgangsstroom hetzelfde zullen zijn. Stel dat de ingangsspanning 9V is en de uitgangsspanning 5V, beide bij 100mA stroom. Het verschil in de ingangs- en uitgangsspanningen wordt door de regelaar als warmte afgevoerd. In deze situatie (9V-4V) x 0,1A = 0,4W warmte die door de regelaar moet worden afgevoerd. Als je merkt dat de regelaar warm wordt tijdens gebruik, is dat normaal, maar als er veel stroom trekt en er is een groot spanningsverschil, dan kan een koellichaam op de regelaar nodig zijn. Om ze nu op het bord te solderen, moet het metalen lipje aan één kant naar de kant op het bord gaan met een dubbele lijn. Om ze op hun plaats te houden totdat u ze soldeert, buigt u een been op de ene manier en de andere twee op de andere manier. Eenmaal op zijn plaats gesoldeerd, buigt u de 5V-regelaar naar de buitenkant van het bord en de 3.3V-regelaar naar de binnenkant van het bord.

Stap 13: Het AtMega328P IC plaatsen

Het laatste deel is om de microcontroller in zijn socket te plaatsen. Lijn de divots in de socket en op de IC uit en lijn vervolgens alle pinnen uit. Eenmaal op zijn plaats kun je hem naar beneden duwen. Er is wat meer kracht voor nodig dan je zou verwachten, dus zorg ervoor dat je gelijkmatig druk uitoefent, zodat je geen van de pinnen buigt.

Stap 14: Een paar opmerkingen over voorzichtigheid met uw Arduino

• Sluit NOOIT USB-voeding en externe voeding tegelijkertijd aan op de Arduino. Hoewel deze beide een vermogen van 5V kunnen hebben, zijn ze vaak niet precies 5V. Het kleine spanningsverschil tussen de twee stroombronnen zorgt voor kortsluiting door je printplaat.
• Trek NOOIT meer dan 20 mA stroom van een uitgangspen (D0-D13, A0-A5). Dit zal de microcontroller bakken.
• Trek NOOIT meer dan 800mA van de 3.3V regelaar, of meer dan 1A van de 5V regelaar. Als je meer stroom nodig hebt, gebruik dan een externe voedingsadapter (een USB-powerbank werkt goed voor 5V). De meeste Arduino's genereren hun 3,3V-stroom van de USB-naar-seriële chip aan boord. Deze zijn alleen in staat tot een uitvoer van 200 mA, dus als u een andere Arduino gebruikt, zorg er dan voor dat u niet meer dan 200 mA uit de 3,3 V-pin haalt.
• Steek NOOIT meer dan 16V in de DC-aansluiting. De gebruikte elektrolytische condensatoren zijn geschikt voor slechts 16V.

Stap 15: Een paar tips / interessante feiten

• Als u merkt dat uw project veel pinnen nodig heeft, kunnen de analoge ingangspinnen ook worden gebruikt als digitale uitgangspinnen. A0 = D14, tot A5 = D19.
• De opdracht analogWrite() is eigenlijk een PWM-signaal, geen analoge spanning. PWM-signalen zijn beschikbaar op pinnen 3, 5, 6, 9, 10 en 11. Deze zijn handig voor het regelen van de helderheid van een LED, het besturen van motoren of het genereren van geluiden. Gebruik de functie tone() om een audiosignaal op de PWM-uitgangspinnen te krijgen.
• Digitale pinnen 0 en 1 zijn de TX- en RX-signalen voor de AtMega328 IC. Gebruik ze indien mogelijk niet in uw programma's, maar als het moet, moet u mogelijk de onderdelen van die pinnen loskoppelen tijdens het programmeren van de Arduino.
• SDA- en SCL-pinnen voor i2c-communicatie zijn respectievelijk pinnen A4 en A5. Bij gebruik van een i2c-communicatie kunnen pinnen A4 en A5 niet voor andere doeleinden worden gebruikt.

Stap 16: Programmeren van uw Arduino

Koppel eerst alle externe voedingen los om kortsluiting van 2 verschillende voedingen te voorkomen. Sluit nu een USB-naar-serieel-adapter aan op de kop net achter de mini-USB-voeding. Sluit het als volgt aan:

Arduino USB naar seriële adapter

GND GND (aarde)

VCC VCC (stroom)

DTR DTR (resetpen)

TX RX (gegevens)

RX TX (gegevens)

Ja, de TX- en RX-pinnen worden omgedraaid. TX is de zendpin en RX is de ontvangende pin, dus als je 2 zendpinnen met elkaar had verbonden, zou er niet veel gebeuren. Dit is een van de meest voorkomende valkuilen voor beginners.

Zorg ervoor dat de jumper op de USB-naar-serieel-adapter is ingesteld op 5V.

Sluit de USB-naar-serieel-adapter aan op de computer, selecteer de juiste COM-poort (afhankelijk van uw computer) en bord (Arduino UNO) in het menu Tools van de Arduino IDE (gedownload van Arduino.cc), en compileer en upload uw programma.

Stap 17: Testen met een knipperschets

Het eerste dat u moet doen, is een LED laten knipperen. Dit zal je vertrouwd maken met de Arduino IDE en programmeertaal, en ervoor zorgen dat je board goed werkt. Ga naar de voorbeelden, zoek het Blink-voorbeeld, compileer en upload naar het Arduino-bord om te controleren of alles werkt. U zou moeten zien dat de LED op pin 13 begint te knipperen met tussenpozen van 1 seconde.