Comment construire un programmeur USBTiny ISP : en utilisant une fraiseuse CNC PCB : 13 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Avez-vous pensé à comment construire votre propre projet électronique à partir de zéro ?

Faire des projets électroniques est tellement excitant et amusant pour nous, les décideurs. Mais la plupart des fabricants et des passionnés de matériel qui ne font que progresser vers la culture des fabricants ont construit leurs projets avec des cartes de développement, des maquettes et des modules. De cette façon, nous pouvons construire la version prototype rapide de notre projet. Mais il doit être encombrant et brouillé avec les câblages de la planche à pain. Cas similaire lors de l'utilisation d'une carte PCB générique, cela semble également désordonné et non professionnel !

Alors, comment pouvons-nous construire nos projets de manière plus pratique ?

La meilleure façon d'utiliser des PCB autonomes pour notre projet !

Concevoir et fabriquer un PCB pour notre projet est un moyen meilleur et pratique d'exprimer votre professionnalisme et votre expertise !. Nous pouvons minimiser la taille de notre projet dans une taille compatible et des formes personnalisées, les circuits imprimés ont l'air soignés et les connexions robustes sont quelques-uns des avantages.

Alors, ce qui compte, c'est comment nous construisons un PCB rentable et rapide ?

Nous pouvons envoyer notre conception à un fabricant de PCB pour fabriquer notre conception de PCB, mais cela devrait prendre du temps et vous faire sauter les poches. Une autre méthode consiste à effectuer la méthode de transfert de toner à l'aide d'une imprimante laser et de papier photo. Mais c'est aussi prendre du temps et tester votre niveau de patients et vous avez également besoin d'un marqueur permanent pour patcher les parties non gravées. J'ai utilisé cette méthode beaucoup de temps et je la déteste.

Alors, quelle est la meilleure façon?

Dans mon cas, la meilleure façon d'utiliser des fraiseuses CNC pour construire votre PCB. Les fraiseuses PCB vous donnent des PCB de bonne qualité et cela prend moins de temps, moins de ressources et un moyen moins cher de produire des prototypes de PCB !

Alors, construisons un programmeur USBtiny ISP en utilisant une fraiseuse CNC !

Sans plus tarder, commençons !

Étape 1: Vous ne voulez pas être riche

Vraiment! vous ne voulez pas acheter une fraiseuse PCB. La plupart d'entre nous n'ont pas le budget pour acheter une machine chère comme celle-ci. Je n'en ai même pas.

Alors, comment j'accède à une machine ? Simplement, je vais juste dans un fablab, un makerspace ou un hackerspace dans ma localité ! Dans mon cas, je vais juste dans un fablab et j'utilise la machine pour un prix pas cher. Alors, trouvez un endroit comme un fablab ou un makerspace dans votre localité. Pour moi, le prix est de 48 ¢/heure pour l'utilisation de la fraiseuse PCB. Le prix peut varier dans votre localité. Donc, comme je l'ai dit, vous ne voulez pas être riche !

Étape 2: Nomenclature

Liste des composants

• 1 x microcontrôleur Attiny 45/85 (boîtier SOIC)
• 2 x 499 Ohms
• 2 x 49 Ohms
• 2 x 1K
• 2 diodes Zener 3,3
• 1 condensateur de 0,1 mf
• 1 x LED bleue
• 1 x led verte
• 1 x 2x3 broches d'en-tête mâles (smd)
• Câble ruban 1 x 20 cm 6 fils
• Connecteur de transition de câble plat IDC à en-tête femelle 2 x 2x3
• 1x 4 cm x 8 cm FR4 plaqué cuivre

Veuillez noter: (des résistances, des condensateurs, des diodes et des led sont utilisés dans ce projet dans le package 1206)

Outils requis

• Station de soudure ou fer à souder (micro panne)
• Fil de plomb à souder
• Pince à épiler (micropointe)
• Mèche à dessouder
• Outil de troisième main
• Multimètre
• Pince à dénuder
• Extracteur de fumée (facultatif)

Exigence des machines

Modela MDX20 (Toute fraiseuse PCB fait le travail, mais le logiciel de contrôle du travail changera)

Téléchargez les ressources pour ce projet!

Étape 3: Qu'est-ce qu'une fraiseuse PCB ?

La fraiseuse PCB est une machine à commande numérique (CNC) utilisée pour fabriquer des prototypes de PCB. Les fraiseuses de PCB fraisent les parties en cuivre du revêtement en cuivre pour distinguer les traces et les pastilles du PCB. La fraiseuse PCB est livrée avec un mouvement mécanique à trois axes (X, Y, Z). Chaque axe est contrôlé par un moteur pas à pas pour des mouvements de précision. Ces mouvements d'axes sont contrôlés par un programme informatique en donnant des commandes de code G. Gcode utilise largement les langages de programmation à commande numérique, la plupart des machines utilisent le g-code pour contrôler l'axe des machines. Une tête d'outil (généralement une fraise) connectée à ces axes fraisera les PCB.

:- La machine que j'utilise est une fraiseuse CNC MODELA MDX20.

Fraiseuse pour circuits imprimés Modela MDX 20

Modela MDX20 est une fraiseuse PCB. Modela MDX20 est généralement utilisé pour fabriquer des PCB, mais nous pouvons également réaliser des moulages, des gravures, etc. Nous pouvons le placer même sur un petit bureau. Le lit (surface de fraisage) est attaché à l'axe Y et la tête d'outil est attachée à X et Z. Cela signifie que le mouvement du lit est contrôlé par l'axe Y et le mouvement de la tête d'outil est contrôlé par l'axe X et la tête d'outil est contrôlé par l'axe Z. Modela a son propre programme informatique. Mais j'utilise un programme Linux appelé FABModules. Les modules FAB communiquent avec Modela pour contrôler le processus de coupe et de fraisage. Les modules Fab ne définissent jamais les axes X, Y, Z automatiquement, nous devons les définir manuellement.

Étape 4: Commencez avec Modela MDX20

Si je veux fraiser mon PCB, dans ce cas, un programmeur FabISP. J'ai d'abord besoin d'un schéma de conception de PCB et d'un schéma de contour de PCB. Le fraisage des PCB est un processus en deux étapes. Dans la première étape, je dois fraiser les traces et les plots du PCB et dans la deuxième étape, je dois découper le contour du PCB. En utilisant des modules fab, nous pouvons convertir la disposition de conception de PCB-p.webp

Spécifications générales

• Espace de travail: 203,2 x 152,4 mm
• Course de l'axe Z: 60,5 mm
• Vitesse de broche: 6500 tr/min

Fraises à utiliser

• Mèche de fraisage: mèche de 1/64 pouce (0,4 mm)
• Embout de coupe: embout de 1/32 po (0,8 mm)

Étape 5: Qu'est-ce qu'un FAI (IN - Système - Programmeur) ?

In System Programmer (ISP) également connu sous le nom de In-Circuit Serial Programmer (ICSP) est un programmeur de microcontrôleur. Le FAI lira les instructions et les commandes de l'USB de l'ordinateur et les enverra au microcontrôleur via l'interface périphérique série (SPI). Simplement, les appareils ISP nous permettent de communiquer avec le microcontrôleur à l'aide de lignes SPI. SPI est le moyen de communication dans le microcontrôleur. Tous les périphériques et interfaces connectés communiquent avec des microcontrôleurs via SPI. En tant qu'amateur d'électronique, la première chose qui me vient à l'esprit quand je parle de FAI est MISO, MOSI SCK. Ces trois broches sont les broches importantes.

Simplement, ISP est utilisé pour graver des programmes sur le microcontrôleur et également utilisé pour communiquer avec votre microcontrôleur !

Étape 6: USBTiny ISP: Schémas et disposition du PCB

USBTiny FAI

USBTiny ISP est un simple programmeur USB AVR open source et une interface SPI. Il est peu coûteux, facile à réaliser, fonctionne très bien avec avrdude, est compatible avec AVRStudio et testé sous Windows, Linux et MacOS X. Parfait pour les étudiants et les débutants, ou en tant que programmeur de secours.

Tous les composants sont utilisés dans ce projet Composants SMD. Le cerveau de l'USBTinyISP est un microcontrôleur Attiny45.

Microcontrôleur ATtiny 45

Le microcontrôleur utilisé dans USBTinyISP est Attiny 45. Attiny45 est un microcontrôleur AVR 8 bits hautes performances et basse consommation fonctionnant sur l'architecture RISC d'Atmel (puce acquise récemment par Atmel). Attiny 45 est livré dans un boîtier à 8 broches. Attiny 45 a 6 broches d'E/S, trois d'entre elles sont des broches ADC (ADC 10 bits) et deux autres sont des broches numériques prenant en charge PWM. Il est livré avec une mémoire flash de 4KM, 256 EEPROM programmables dans le système et 256B SRAM. Tension de fonctionnement d'environ 1,8 V à 5,5 V 300 mA. Attiny 45 prend en charge l'interface série universelle. Les versions SMD et THT sont disponibles sur le marché. Attiny 85 est une version supérieure d'Attiny 45, ils sont presque les mêmes. La seule différence réside dans la mémoire Flash, Attiny 45 a 4 Ko de flash et Attiny 85 a 8 Ko de flash. Nous pouvons choisir soit Attiny 45 ou Attiny 85, pas un gros problème mais Attiny 45 est plus suffisant pour faire FabTinyISP. Voir la documentation officielle d'ici.

Étape 7: configuration de la machine

Maintenant, construisons le PCB à l'aide de la fraiseuse PCB. J'ai inclus la mise en page Trace et la mise en page Cut dans le fichier zip, vous pouvez télécharger le fichier zip ci-dessous.

Prérequis: veuillez télécharger et installer les Fabmodules à partir de ce lien

Fabmodules uniquement pris en charge sur les machines Linux, j'utilise Ubuntu !

Étape 1: Couche sacrificielle

Tout d'abord, la plaque de travail de la fraiseuse PCB (AKA fraiseuse) est une plaque métallique. Il est solide et bien construit. Mais dans certains cas, cela peut endommager en coupant trop profondément par erreur. Donc, je place une couche sacrificielle au-dessus du lit de broyage (un revêtement en cuivre placé au-dessus du lit de broyage pour éviter de toucher les morceaux de la plaque métallique).

Étape 2: Fixez la fraise 1/62 dans la tête de l'outil

Après avoir placé la couche sacrificielle, je dois maintenant fixer la fraise (généralement utilisée une fraise 1/62) dans la tête de l'outil. J'ai déjà expliqué le processus en deux étapes de fraisage des PCB. Pour le fraisage des traces et plots du PCB, utilisez une fraise 1/64 et placez-la sur la tête de l'outil à l'aide de la clé Allen. Lors du changement des embouts, accordez toujours une attention particulière aux embouts. La pointe du foret est si fine qu'elle a plus de chances de casser le foret en glissant de nos mains même s'il s'agit d'une petite chute. pour pallier cette situation, j'ai placé un petit morceau de mousse sous la tête de l'outil pour protéger des chutes accidentelles.

Étape 3: nettoyer le revêtement en cuivre

J'utilise un revêtement en cuivre FR1 pour ce projet. Les FR-1 sont résistants à la chaleur et plus durables. Mais les gaines de cuivre s'oxyderont rapidement. Les cuivres sont des aimants à empreintes digitales. Donc, avant d'utiliser un revêtement en cuivre, même neuf, je vous recommande de nettoyer le PCB avec un nettoyant PCB ou de l'acétone avant et après le fraisage du PCB. J'ai utilisé un nettoyant PCB pour nettoyer le PCB.

Étape 4: Fixez le revêtement en cuivre sur le plateau de fraisage

Après avoir nettoyé le revêtement en cuivre, placez le revêtement en cuivre sur le dessus du lit de broyage. J'ai placé le revêtement en cuivre sur le plateau de fraisage à l'aide d'un ruban adhésif double face. Les rubans adhésifs double face sont si faciles à retirer et ils sont disponibles à un prix bon marché. Je colle le ruban adhésif double face sur le dessus de la couche sacrificielle. Ensuite, placez le revêtement en cuivre sur le dessus du ruban adhésif.

Étape 8: Configurer les modules Fab et le processus de fraisage

Étape 1: Alimenter la machine et charger les FabModules

allumez la machine, puis ouvrez le logiciel du module Fab dans un système Linux (j'utilise Ubuntu) en tapant la commande ci-dessous dans le terminal Linux.

f ab

Ensuite, une nouvelle fenêtre apparaîtra. Sélectionnez l'image (.png) comme format de fichier d'entrée et le format de sortie comme Roland MDX-20 mill(rml). Après cela, cliquez sur le bouton Make_png_rml.

Étape 2: Chargez l'image de conception de PCB

En haut de la nouvelle fenêtre, sélectionnez le bit que vous allez utiliser. puis chargez votre format-p.webp

Étape 3: Définir les axes X, Y et Z

Nous n'avons pas encore fini. Appuyez maintenant sur le bouton View du panneau de commande du Modela MDX20. assurez-vous que le bit est bien serré. appuyez une fois de plus sur le bouton de visualisation pour revenir à la position par défaut. Définissez maintenant les positions X, Y en entrant les mesures (en fonction de la position de votre tableau) dans les zones de texte souhaitées. Je vous recommande de noter les positions X & Y quelque part. Si quelque chose ne va pas et que vous devez commencer par le premier, vous devriez avoir besoin des positions X&Y exactes pour continuer votre processus de fraisage, sinon cela va gâcher.

Abaissez la tête de l'outil en appuyant sur le bouton Bas. Arrêtez-vous lorsque la tête de l'outil atteint près de la gaine de cuivre. Ensuite, perdez la vis à tête de l'outil et abaissez un peu le foret jusqu'à ce qu'il touche la couche de cuivre de la gaine de cuivre. Resserrez ensuite la vis et ramenez la tête de l'outil dans sa position initiale en appuyant sur le bouton View. Maintenant, nous sommes tous prêts. Fermez le couvercle de sécurité du Modela et cliquez sur le bouton Envoyer. Le modela commencera le processus de fraisage.

Il faut un minimum de 10 à 13 minutes pour fraiser les traces et les tampons. Après avoir terminé le fraisage, j'ai obtenu un bon résultat.

Étape 4: Découpe de la mise en page Contour

Après avoir terminé le fraisage de trace, découpez la disposition du contour du PCB (simplement la forme du PCB). Le processus est presque le même. Pour couper la mise en page, changez le bit 1/64 en bit 1/32 dans la tête de l'outil. Chargez ensuite le fichier de mise en page de découpe-p.webp

Étape 9: PCB fini

Voici le PCB après le processus de fraisage !

Étape 10: Souder les composants sur PCB

J'ai maintenant un PCB fini. tout ce que j'ai à faire est de souder les composants sur le PCB. Pour moi, c'est une tâche amusante et facile.

En ce qui concerne la soudure, les composants traversants sont si faciles à souder par rapport aux composants SMD. Les composants CMS sont de petite taille. il est un peu difficile à souder pour les débutants. Il y a beaucoup de chances de faire des erreurs comme des soudures à froid, des mauvais positionnements de composants et la chose la plus courante ou de faire des ponts entre les traces et les pastilles. Mais chacun a ses propres trucs et astuces de soudure, qu'il a appris de sa propre expérience. cela rendra cette tâche amusante et facile. Alors prenez votre temps pour souder les composants !

Voici comment je fais de la soudure

Je soude habituellement d'abord les microcontrôleurs et autres circuits intégrés. Ensuite, je soude des petits composants comme des résistances et des condensateurs etc…

Enfin des composants traversants, des fils et des broches d'en-tête. Pour souder mon USBTinyISP, je suis les mêmes étapes. Pour souder les CMS facilement, d'abord, je chauffe le fer à souder à 350°C. Ajoutez ensuite un peu de flux de soudure sur les pastilles. Ensuite, chauffez la pastille dont je veux souder les composants, puis j'ajoute une petite quantité de soudure à une seule pastille de la pastille de composant. À l'aide d'une pince à épiler, arrachez le composant et placez-le sur le coussinet et chauffez le coussin pendant 2 à 4 secondes. Après cela, soudez les plaquettes restantes. Si vous créez des ponts entre les broches et les traces ou si vous donnez beaucoup de soudure à un composant, utilisez le ruban de mèche à souder pour éliminer la soudure indésirable. Je continue les mêmes étapes jusqu'à ce que le PCB soit entièrement soudé sans aucun problème. Si quelque chose ne va pas, je vérifie d'abord soigneusement toutes les traces et tous les composants présentant des ruptures ou des ponts à l'aide d'une loupe et d'un multimètre. Si je trouve, alors je rectifie !

Étape 11: fabrication du câble ISP

Pour connecter le microcontrôleur ou un autre programmeur ISP pour flasher le firmware. nous avons besoin d'un fil ribon ribon à six lignes avec deux connecteurs de fil femelle 2x3. J'ai utilisé un fil ruban de 4/3 pieds à 6 canaux et j'ai soigneusement connecté l'en-tête femelle des deux côtés. Pour bien faire, j'ai utilisé une pince G. regarder la photo.

Étape 12: Flasher le micrologiciel

Nous pouvons maintenant flasher le firmware sur notre FAI. Pour ce faire, nous avons besoin d'un autre programmeur ISP. J'ai utilisé un autre USBTinyISP, mais vous pouvez utiliser un Arduino comme FAI pour effectuer cette tâche. Connectez les deux FAI à l'aide du connecteur FAI que nous avons précédemment créé. Ensuite, connectez USBinyISP (celui que nous utilisons pour la programmation) à l'ordinateur. Assurez-vous que le FAI est détecté dans votre système en tapant la commande ci-dessous dans le terminal Linux.

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Étape 1: Installer la chaîne d'outils AVR GCC

Tout d'abord, nous devons installer la chaîne d'outils. Pour ce faire, ouvrez un terminal Linux et tapez.

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

Étape 2: Téléchargez et décompressez le firmware

Maintenant, téléchargez et décompressez les fichiers du firmware. Vous pouvez le télécharger à partir d'ici. Après avoir téléchargé le fichier zip, extrayez-le dans un bon emplacement que vous pouvez trouver facilement (pour éviter les confusions inutiles).

Étape 3: Créer un fichier

Avant de graver le firmware. nous devons nous assurer que le makefile est configuré pour les microcontrôleurs Attiny. Pour ce faire, ouvrez le Makefile dans n'importe quel éditeur de texte. puis confirmez MCU = Attiny45. Voir l'image ci-dessous.

Étape 4: Flashez le firmware

Nous pouvons maintenant flasher le firmware sur notre FAI. Pour ce faire, nous avons besoin d'un autre programmeur ISP, comme je l'ai dit plus tôt. J'ai utilisé un FabTinyISP, que j'ai fait plus tôt. Mais vous pouvez utiliser n'importe quel FAI ou utiliser un Arduino comme programmeur de FAI. Connectez les deux FAI à l'aide du connecteur FAI que j'ai précédemment créé. Connectez ensuite FabTinyISP (celui que j'utilise pour programmer mon FAI) à l'ordinateur. Assurez-vous que l'ISP est détecté dans votre système en tapant la commande ci-dessous dans le terminal Linux.

lsusb

Nous sommes maintenant prêts à flasher. Ouvrez le terminal dans le chemin du dossier du firmware situé et tapez " make " pour créer le fichier.hex. Cela va générer un. hex que nous devons graver dans l'Attiny 45.

Tapez la commande ci-dessous dans le terminal Linux pour flasher le micrologiciel sur le microcontrôleur.

faire flash

Étape 5: Activation de Fusebit

Ça y est, nous avons fini de flasher le firmware. Mais nous devons activer le fusible. Tapez simplement

faire un fusible

la borne pour activer le fusible interne.

Maintenant, nous devons soit retirer le cavalier, soit désactiver la broche de réinitialisation. La suppression de la connexion du cavalier n'est pas obligatoire, nous pouvons désactiver la broche de réinitialisation. C'est comme tu veux. Je choisis de désactiver la broche de réinitialisation.

Veuillez noter: - Si vous désactivez la broche de réinitialisation, la broche de réinitialisation sera déconnectée en interne. Cela signifie que vous ne pouvez plus le programmer après avoir désactivé la broche de réinitialisation.

Si vous souhaitez désactiver la broche de réinitialisation, tapez make la commande ci-dessous dans le terminal.

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Vous obtiendrez un message de réussite. Après avoir téléchargé le firmware avec succès, je dois vérifier que USBTinyISP fonctionne correctement, pour ce faire, vous devez entrer une commande dans le terminal

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

Après avoir entré la commande, obtiendra le retour de retour dans la fenêtre du terminal.

Étape 13: Nous avons terminé

Vous pouvez maintenant supprimer les deux appareils de l'ordinateur et utiliser l'USBtiny qui a été construit en ce moment pour programmer vos microcontrôleurs à partir de maintenant. J'utilise ce FAI pour flasher mes croquis Arduino.