Carte Arduino dorée : 12 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

But

Le but de cette carte est d'avoir exactement les mêmes fonctionnalités qu'un Arduino Uno, mais avec des caractéristiques de conception améliorées. Il inclura des caractéristiques de conception pour réduire le bruit, telles qu'un routage amélioré et des condensateurs de découplage. Nous conserverons l'empreinte standard du brochage de la carte Arduino afin qu'elle soit compatible avec les shields; cependant, une rangée de broches de retour sera ajoutée à l'extérieur de cette empreinte pour améliorer la disposition de la carte en réduisant la diaphonie pour les signaux provenant de la carte. De plus, un cristal de 16 MHz sera utilisé pour l'horloge système au lieu d'un résonateur pour augmenter la précision et la stabilité de l'horloge

Budget de puissance

La puissance d'entrée sera la même que celle requise pour alimenter un Arduino Uno. La plage de tension d'entrée recommandée est de 7 à 12 volts. Si elle est alimentée en moins de 7 V, la broche de sortie 5 V peut fournir moins de cinq volts et la carte peut devenir instable. Si vous utilisez plus de 12 V, le régulateur de tension pourrait surchauffer et endommager la carte. L'Atmega 328 utilisera 5 V au lieu de 3,3 V pour avoir la vitesse d'horloge la plus rapide.

Gestion des risquesRisques potentiels:

La réception de composants défectueux est un risque potentiel qui peut être atténué en commandant des extras.

Une mauvaise orientation des puces IC comme l'Atmega 328 pourrait entraîner des connexions incorrectes aux broches. Nous vérifierons la bonne orientation avant de le souder.

Les contraintes mécaniques exercées sur les broches de sortie pourraient rompre les connexions. Nous utiliserons des supports traversants pour éviter que cela ne se produise.

Lors de la soudure, il existe un risque de soudure à froid. Nous pouvons atténuer cela en inspectant chaque connexion après la formation du joint.

Identifier où vont les pièces sur la carte pourrait devenir difficile.

L'inclusion d'identifications par sérigraphie facilitera cette tâche.

Plan de mise en place:

Des interrupteurs seront placés pour isoler les sous-circuits de la carte et nous permettre d'assembler et de tester les pièces de la carte une à la fois et de s'assurer que chaque pièce fonctionne correctement avant de continuer et d'assembler le reste du sanglier

Étape 1: Schéma

Le schéma a été créé en référençant les schémas open source Arduino Uno et en l'ajustant pour améliorer l'intégrité du signal.

Étape 2: mise en page PCB

Étape 3: Assemblage

Nous avons commencé à assembler le PCB avec les condensateurs de découplage et les fusibles.

Nous avons ensuite soudé les puces d'alimentation et la puce de diode ESD. La puce de protection ESD était difficile à souder en raison de la petite taille de la puce et des petites pastilles, mais nous avons terminé avec succès l'assemblage.

Nous avons rencontré un problème où notre tableau ne s'est pas réinitialisé, mais c'était parce que notre bouton faisait un mauvais contact. Après avoir appuyé sur le bouton avec une certaine force, il est revenu à un état fonctionnel et a fonctionné normalement

Étape 4: Changement de bruit: Broche 9

Voici deux images où les bruits de commutation des broches 9-13 sont comparés. Les prises de vue vertes représentent le tableau commercial, les prises de vue jaunes représentent notre tableau interne et les signaux bleus représentent les signaux de déclenchement pour obtenir une prise de vue propre et cohérente.

Il est difficile de voir l'étiquetage sur les prises de vue de la lunette, mais la carte commerciale (verte) a un bruit de commutation crête à crête d'environ quatre volts. Notre carte interne a un bruit de commutation d'environ deux volts. Il s'agit d'une réduction de 50% du bruit de commutation sur la broche 9.

Étape 5: Changement de bruit: Broche 10

Sur la broche 10, le bruit de commutation sur la carte commerciale est supérieur à quatre volts. Il est assis à environ 4,2 volts crête à crête. Sur notre carte interne, le bruit de commutation est juste au-dessus de deux volts crête à crête. Il s'agit d'une réduction d'environ 50 % du bruit de commutation.

Étape 6: Bruit de commutation: Broche 11

Sur la broche 11 de la carte commerciale, le bruit de commutation du haut vers le bas est d'environ 800 mV et le bruit de commutation du bas vers le haut est d'environ 900 mV. Sur notre carte interne, le bruit de commutation du haut vers le bas est d'environ 800 mV et notre bruit de commutation du bas vers le haut est d'environ 200 mV. Nous avons considérablement réduit le bruit de commutation de bas en haut, mais n'avons pas vraiment affecté le bruit de commutation de haut en bas.

Étape 7: Bruit de commutation: broche 12

Sur la broche 12, nous avons utilisé une E/S de commutation pour déclencher les prises de vue à la fois sur la carte commerciale et sur la carte interne. Dans la carte commerciale, le bruit de commutation est d'environ 700 mV crête à crête et la carte interne a une crête à crête de 150 mV. Il s'agit d'une diminution d'environ 20 % du bruit de commutation.

Étape 8: Bruit de commutation: Broche 13

Sur la broche 13, la carte commerciale affiche un bruit de commutation de quatre volts crête à crête et notre carte interne affiche peu ou pas de bruit de commutation. C'est une énorme différence et c'est un motif de célébration

Étape 9: Création d'une nouvelle carte de fonction spéciale à l'aide de notre conception améliorée

Le but de cette carte est d'étendre notre carte Golden Arduino, avec des fonctionnalités de conception améliorées et des composants supplémentaires tels que des LED à changement de couleur et un capteur de rythme cardiaque. Il comprendra des fonctionnalités de conception pour réduire le bruit, telles qu'un routage amélioré, l'utilisation de 2 couches de PCB supplémentaires pour en faire une carte à 4 couches et des condensateurs de découplage autour des rails d'alimentation et des E/S de commutation. Pour créer le capteur de rythme cardiaque, nous utiliserons une photodiode placée entre deux LED, qui mesurera la lumière réfléchie par le sang dans le doigt placé sur le capteur de rythme cardiaque. De plus, nous inclurons des LED adressables individuellement qui sont contrôlées via I2C.

La puissance d'entrée sera la même que celle requise pour alimenter un Arduino Uno. La plage de tension d'entrée recommandée est de 7 à 12 volts. Si elle est alimentée en moins de 7 V, la broche de sortie 5 V peut fournir moins de cinq volts et la carte peut devenir instable. Si vous utilisez plus de 12 V, le régulateur de tension pourrait surchauffer et endommager la carte. L'Atmega 328 utilisera 5 V au lieu de 3,3 V pour avoir la vitesse d'horloge la plus rapide.

Étape 10: Schéma

Étape 11: Disposition du tableau

Power layer Pour et Ground Layer Pour Hidden pour voir les traces. Lorsque cette carte a été conçue, l'empreinte USB était en fait orientée vers l'arrière par accident. Il doit être retourné pour qu'un câble puisse se brancher correctement.

Étape 12: Assemblage

Les photos n'ont pas été prises à chaque étape, mais la photo ci-dessous montre la mise en place finale du tableau. Les broches d'en-tête n'ont pas été ajoutées car la fonction principale de cette carte est d'ajouter des LED et l'ADC. Le port USB doit être orienté dans la direction opposée afin qu'un câble n'ait pas besoin de traverser la carte.