Me construire un PSLab : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Journée chargée au labo d'électronique, hein ?

Avez-vous déjà eu des problèmes avec vos circuits? Pour déboguer, vous saviez que vous vouliez un multimètre ou un oscilloscope ou un générateur d'ondes ou une source d'alimentation précise externe ou disons un analyseur logique. Mais c'est un projet de loisir et vous ne voulez pas dépenser des centaines de dollars pour des outils coûteux comme celui-là. Sans oublier que l'ensemble ci-dessus prend beaucoup de place à conserver. Vous pourriez vous retrouver avec un multimètre d'une valeur de 20 à 30 dollars, mais cela ne fait pas vraiment du bon travail pour déboguer le circuit.

Et si je disais, il existe un périphérique matériel open source qui fournit toutes ces fonctionnalités d'un oscilloscope, d'un multimètre, d'un analyseur logique, d'un générateur d'ondes et d'une source d'alimentation et cela ne vous coûtera pas des centaines de dollars et n'ira pas prendre toute une table à remplir. Il s'agit du dispositif PSLab de l'organisation open source FOSSASIA. Vous pouvez trouver le site officiel à https://pslab.io/ et les référentiels open source à partir des liens suivants;

• Schémas matériels:
• Micrologiciel MPLab:
• Application de bureau:
• Application Android:
• Bibliothèques Python:

Je gère les référentiels de matériel et de micrologiciel et si vous avez des questions lors de l'utilisation de l'appareil ou de tout autre élément connexe, n'hésitez pas à me les poser.

Que nous apporte PSLab ?

Cet appareil compact avec le facteur de forme d'un Arduino Mega a une tonne de fonctionnalités. Avant de commencer, il est fabriqué dans un facteur de forme Mega afin que vous puissiez le mettre dans votre boîtier Arduino Mega sans aucun problème. Voyons maintenant les spécifications (extraites du référentiel matériel d'origine);

• Oscilloscope à 4 canaux jusqu'à 2 MSPS. Étages d'amplification sélectionnables par logiciel
• Voltmètre 12 bits avec gain programmable. Plages d'entrée de +/-10 mV à +/-16 V
• 3x sources de tension programmables 12 bits +/-3,3 V, +/-5V, 0-3 V
• Source de courant programmable 12 bits. 0-3,3 mA
• Analyseur logique 4 canaux, 4 MHz
• 2x générateurs d'ondes sinusoïdales/triangulaires. 5 Hz à 5 KHz. Contrôle d'amplitude manuel pour SI1
• 4x générateurs PWM. Résolution de 15 nS. Jusqu'à 8 MHz
• Mesure de capacité. Plage pF à uF
• Bus de données I2C, SPI, UART pour modules Accel/gyros/humidité/température

Maintenant que nous savons ce qu'est cet appareil, voyons comment nous pouvons en construire un.

Étape 1: Commençons par les schémas

Le matériel Open Source va avec le logiciel Open Source:)

Ce projet est dans des formats ouverts dans la mesure du possible. Cela présente de nombreux avantages. Tout le monde peut installer le logiciel gratuitement et l'essayer. Tout le monde n'a pas la capacité financière d'acheter un logiciel propriétaire, ce qui permet de continuer à faire le travail. Les schémas ont donc été réalisés avec KiCAD. Vous êtes libre d'utiliser n'importe quel logiciel que vous aimez; il suffit d'avoir les bonnes connexions. Le référentiel GitHub contient tous les fichiers sources des schémas sur https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m… et si vous allez utiliser KiCAD, nous pouvons immédiatement cloner le référentiel et avoir la source à nous-mêmes en tapant la commande suivante dans une fenêtre de terminal Linux.

$ git clone

Ou si vous n'êtes pas familier avec les commandes de la console, collez simplement ce lien dans un navigateur et il téléchargera le fichier zip contenant toutes les ressources. La version PDF des fichiers schématiques se trouve ci-dessous.

Le schéma peut sembler un peu compliqué car il contient beaucoup de circuits intégrés, de résistances et de condensateurs. Je vais vous expliquer ce qu'il y a ici.

Au centre de la première page, il contient un micro-contrôleur PIC. C'est le cerveau de l'appareil. Il est connecté à plusieurs amplificateurs opérationnels, un cristal et quelques résistances et condensateurs pour détecter les signaux électriques des broches d'E/S. La connexion avec un PC ou un téléphone portable se fait via un pont UART qui est le MCP2200 IC. Il dispose également d'une ouverture pour une puce ESP8266-12E à l'arrière de l'appareil. Les schémas comprendront également un doubleur de tension et des circuits intégrés d'onduleur de tension, car l'appareil peut prendre en charge des canaux d'oscilloscope pouvant aller jusqu'à +/-16 V

Une fois le schéma terminé, l'étape suivante consiste à construire le vrai PCB…

Étape 2: Conversion du schéma en mise en page

OK oui, c'est un gâchis non? C'est parce que des centaines de petits composants sont placés dans une petite carte, en particulier sur un côté d'une petite carte de la taille d'un Arduino Mega. Cette planche est une planche à quatre couches. Ce nombre de couches a été utilisé pour une meilleure intégrité de la piste.

Les dimensions de la carte doivent être exactes comme Arduino Mega et les en-têtes de broches sont placés aux mêmes endroits où le Mega a ses broches. Au milieu, il y a des en-têtes de broches pour connecter le programmeur et un module Bluetooth. Il y a quatre points de test en haut et quatre en bas pour vérifier si les niveaux de signal corrects sont obtenus aux connexions correctes.

Une fois toutes les empreintes importées, la première chose à faire est de placer le micro-contrôleur au centre. Placez ensuite les résistances et les condensateurs directement connectés au microcontrôleur autour du circuit intégré principal, puis progressez jusqu'à ce que le dernier composant soit placé. Il est préférable d'avoir un routage approximatif avant le routage réel. Ici, j'ai investi plus de temps pour organiser soigneusement les composants avec un espacement approprié.

Comme prochaine étape, jetons un coup d'œil à la nomenclature la plus importante.

Étape 3: Commande du PCB et de la nomenclature

J'ai joint la nomenclature. Il contient essentiellement le contenu suivant;

1. PIC24EP256GP204 - Microcontrôleur
2. MCP2200 - Pont UART
3. TL082 - Amplificateurs Op
4. LM324 - Amplificateurs Op
5. MCP6S21 - Amplificateur à gain contrôlé
6. MCP4728 - Convertisseur numérique-analogique
7. TC1240A - Onduleur de tension
8. TL7660 - Doubleur de tension
9. Résistances, condensateurs et inductances de taille 0603
10. Cristaux CMS 12MHz

Lorsque vous passez la commande de PCB, assurez-vous d'avoir les paramètres suivants

• Dimensions: 55 mm x 99 mm
• Couches: 4
• Matériel: FR4
• Épaisseur: 1,6 mm
• Espacement minimal des pistes: 6 mil
• Taille minimale du trou: 0,3 mm

Étape 4: Commençons par l'assemblage

Lorsque le PCB est prêt et que les composants sont arrivés, nous pouvons commencer l'assemblage. À cette fin, nous ferions mieux d'avoir un pochoir afin que le processus soit plus facile. Tout d'abord, placez le pochoir aligné avec les pastilles et appliquez la pâte à souder. Ensuite, commencez à placer des composants. La vidéo ici montre une version accélérée de moi plaçant des composants.

Une fois que chaque composant est placé, re-soudez-le à l'aide d'une station de reprise SMD. Assurez-vous de ne pas trop chauffer la carte car les composants pourraient tomber en panne face à une chaleur intense. Ne vous arrêtez pas non plus et faites plusieurs fois. Faites-le en un seul passage, car laisser les composants refroidir, puis chauffer, échouera à l'intégrité structurelle des composants et du PCB lui-même.

Étape 5: Téléchargez le micrologiciel

Une fois l'assemblage terminé, l'étape suivante consiste à graver le firmware sur le microcontrôleur. Pour cela, nous avons besoin;

• Programmeur PICKit3 - Pour télécharger le firmware
• Fils de liaison mâle à mâle x 6 - Pour connecter le programmateur à l'appareil PSLab
• Câble USB type Mini B - Pour connecter le programmateur au PC
• Câble USB type Micro B - Pour connecter et alimenter PSLab avec PC

Le firmware est développé à l'aide de MPLab IDE. La première étape consiste à connecter le programmeur PICKit3 à l'en-tête de programmation PSLab. Alignez la broche MCLR dans le programmateur et l'appareil et le reste des broches sera placé correctement.

Le programmeur lui-même ne peut pas mettre l'appareil PSLab sous tension car il ne peut pas fournir beaucoup d'énergie. Nous devons donc alimenter le périphérique PSLab à l'aide d'une source externe. Connectez l'appareil PSLab à un ordinateur à l'aide d'un câble de type Micro B, puis connectez le programmeur au même PC.

Ouvrez MPLab IDE et cliquez sur "Créer et programmer un périphérique" dans la barre de menu. Il ouvrira une fenêtre pour sélectionner un programmeur. Choisissez "PICKit3" dans le menu et appuyez sur OK. Il commencera à graver le firmware sur l'appareil. Attention aux messages imprimés sur la console. Il dira qu'il détecte le PIC24EP256GP204 et enfin la programmation est terminée.

Étape 6: Mettez-le sous tension et prêt à partir

Si le micrologiciel brûle correctement, la LED de couleur verte s'allumera, ce qui indique un cycle de démarrage réussi. Nous sommes maintenant prêts à utiliser l'appareil PSLab pour effectuer toutes sortes de tests de circuits électroniques, effectuer des expériences, etc.

Les images montrent à quoi ressemblent l'application de bureau et l'application Android.