Jobb projektek PCB -k használatával: 6 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Ha időt töltött az elektronikai projektekkel, akkor tudja, milyen szórakoztató és izgalmas lehet. Semmi sem lelkesítőbb, mint látni, ahogy az áramkör a szeme előtt megelevenedik. Még izgalmasabbá válik, ha a projektből olyan hasznos eszköz lesz, amelyet állandó berendezésként szeretne elhelyezni otthonában vagy irodájában. De mi a legjobb módja ennek megvalósítására? A kenyértábla biztosan nem a megoldás, és egy bonyolult áramkör felépítése a proto-boardra meglehetősen unalmas lehet. Mindkét eszköznek megvan a maga helye, de nem ideális a reális gyártáshoz.

A megoldás? Készítse el a projektet nyomtatott áramköri lap (PCB) segítségével. Mivel a gyártók és a hobbisták száma naponta növekszik, a gyártók professzionális szintű szolgáltatásokat tesznek elérhetővé (és megfizethetővé) mindenki számára. Egy időben hihetetlenül drága volt a PCB -k tervezése és gyártása. A kiváló minőségű CAD szoftverek bizonyos esetekben ingyenesen elérhetők, és a gyárak kis prototípusú táblákat gyártanak akár 5 dollárért, plusz szállítás. Nagyon kevés oka van annak, hogy ne vegye igénybe ezeket a szolgáltatásokat.

A célom az, hogy magas szinten vezessem végig ezt a projektet. Mivel minden CAD szoftver kissé eltér, ehhez más forrásokból kell összegyűjtenie bizonyos ismereteket. Linkeket teszek közzé néhány forráshoz, amelyeket hasznosnak találtam. Mielőtt aggódna ezen készségek elsajátításához szükséges idő miatt, hadd mondjam el, hogy teljesen nulla tudással és tapasztalattal kezdtem a munkát, és sikeres terveket készítettem, miután kevesebb mint 8 órát töltöttem az online forrásokból való tanulással.

Én személyesen használtam mindhárom CAD szoftvercsomagot, de azt javaslom, hogy nézze meg ezeket a bemutatkozó videókat, hogy képet kapjon arról, hogyan kell mindegyiket beállítani.

• Bevezetés a KICAD -be
• Bevezetés az Eagle CAD webináriumába
• Bevezetés az Altiumba

Peter Dalmaris doktornő kiváló tanfolyamot szerzett a KICAD alapján, amelyet elvégeztem, és nagyon ajánlom, ha ezt a szoftvert választja. Az összes funkció működésére vonatkozó magyarázata könnyen követhető és nagyon teljes. Itt egy link a Tech Explorations osztályához.

Egy másik megfontolandó lehetőség (bár ezt nem én használtam) az EasyEDA. Láttam, hogy más gyártók használják ezt az online szoftvert nagyon szilárd tervek készítésére.

Kezdjünk el tervezni!

Kellékek

• PC CAD szoftverrel
• Forrasztópáka
• Fényáram
• 1 ESP-32 modul (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017 (SOIC csomag)
• 5 voltos szabályozó (L7805)
• 3,3 voltos szabályozó (AP2114H)
• általános egyenáramú hordócsatlakozó 2,1 mm -es dugóhoz
• Férfi vagy női tűfej (opcionális)
• Kenyérpirító sütő és forrasztópaszta (opcionális)
• Fúró (opcionális)

1. lépés: Tervezés és tervezés

Nagyon fontos, hogy szilárd alapja legyen minden projektnek. Egy kis tervezéssel eltöltött idő több órányi frusztrációt takaríthat meg az úton.

Jó kiindulópont, ha létrehoz egy listát azokról a funkciókról és funkciókról, amelyeket szeretne a designnak. Az alábbi lista a példaprojekt létrehozásakor használt lista.

• ESP-32 alapú kártya, amely kompatibilis a meglévő ESP-32 kivitellel
• Több digitális csap, mint a standard ESP-32 Dev készlet
• Rendelkezésre álló 5v és 3v3 a NYÁK -hoz csatlakoztatott tartozékok táplálásához
• Programozó port, így a jövőben frissíthetem az egységet
• 6-12 voltos bemeneten való működés lehetősége

Másodszor összegyűjtjük a használni kívánt alkatrészek listáját, és megtaláljuk a könnyen elérhető forrást. Az utolsó dolog, amit meg kell tennie, egy olyan NYÁK készítése, amelyhez nem tudja megvásárolni az alkatrészeket. Ezenkívül össze kell gyűjtenie a gyártó adatlapjait minden alkatrészhez, amelyet használni szeretne (higgye el, ez NAGYON fontos, és később elmagyarázom, miért).

Végül gyűjtse össze az ehhez a tervhez esetleg készített jegyzeteket és rajzokat. Ez magában foglalja az esetleges fizikai korlátokat. Például azt szeretné, ha a táblája kompatibilis lenne egy Arduino pajzzsal, vagy elférne egy adott házban. Mindezekre az információkra szükség lesz a folyamat különböző lépéseiben.

2. lépés: PCB vázlat a CAD használatával

Kezdjük a vázlat elkészítését!

Általában szeretem az összes részemet hozzáadni a vázlathoz, és úgy alakítani, hogy számomra értelmes legyen. Ezen a helyen, ahol elhelyezi őket, nincs hatása a NYÁK fizikai helyére, így ezt a rugalmasságot előnyére teheti. Ha nem rendelkezik lábnyomokkal minden összetevőjéhez, nagyon ajánlom a SnapEDA -t és az Ultralibrarian -t. Ezek az erőforrások elképesztő választékot kínálnak az elérhető alkatrészekhez szinte minden CAD szoftverhez, amelyet esetleg használ. Csak nézze meg az alkatrész cikkszámát, és töltse le a megfelelő fájlokat. Oktatóanyagokkal tanítják, hogyan importálhatja ezeket a fájlokat, ha még nem tudja, hogyan kell ezt megtenni.

Mielőtt összekapcsolná az alkatrészeket, a legjobb, ha ellenőrizze az egyes alkatrészek kivezetéseinek pontosságát. Ezért fontos az alkatrész -adatlapok birtoklása, mert egész sor PCB -t tönkretettem (emlékszel a frusztrált órákra?), Mert kihagytam ezt a lépést. Ha nem maga készítette az alkatrészt (és néha még akkor is, ha megtörtént) MINDIG ellenőrizze.

Amikor elvezeti a kapcsolási rajzot, azt tapasztaltam, hogy előnyös a hálózati címkék használata a kapcsolatok létrehozásához. Ha nagy mennyiségű vezeték fut minden irányban, akkor nehéz lesz követni, és növeli annak esélyét is, hogy olyan helyen létesítsen kapcsolatot, ahol nem kellene (több órányi frusztráció). A huzalok és a hálócímkék egyensúlya általában a legjobb, csak bizonyosodjon meg arról, hogy olyan hálózati címkék listáját használja, amelyek értelmesek bárki más számára, aki a tervezést nézi. Ez megkönnyíti az életet, ha a jövőben visszatér ehhez a kialakításhoz, és változtatni szeretne, vagy elhárítja az eredeti tervet.

A vázlat jó hely arra is, hogy megjegyzéseket hagyjon arról, hogy az áramkör különböző részeinek hogyan kell működniük. Ez egy jó módja annak, hogy nyomon kövesse az összes szükséges részletet, hogy a dolog megfelelően működjön. Példa erre a projektre, hogy jumperre van szükség az ESP modul engedélyező csapja és a 3,3 V -os tápegység között a programozáshoz. Bár valószínűleg nem ez az egyetlen hely, ahol dokumentálnia kell az ilyen információkat, mindenképpen jó, ha megszokja, hogy MINDENT leír.

Mielőtt továbblépne a következő lépésre, ellenőrizze alaposan a rajzot. Ennek helyesnek kell lennie ahhoz, hogy a NYÁK -elrendezés zökkenőmentesen menjen. A lassú és módszeres megközelítés mindig a legjobb végeredményt biztosítja. Tekintse át az esetleges jegyzeteket, és ellenőrizze mindegyiket a sematikus ábrával összehasonlítva.

3. lépés: NYÁK -elrendezés

Mielőtt elkezdenénk összeszerelni alkatrészeinket, a legjobb, ha megnézzük a lábnyomokat, és megbizonyosodunk arról, hogy azok megfelelnek a használni kívánt alkatrészeknek. Például egyes alkatrészekhez lyuk- és SMD -változatok is rendelkezésre állnak, győződjön meg arról, hogy csak azokat az alkatrészeket használja, amelyeket telepíteni tud. Az EPS-32 modul alatt egy párna található, amely speciális kezelést igényel (erről bővebben később) Csak győződjön meg arról, hogy van terve ezekre a helyzetekre. Miután kiválasztottuk a megfelelő csomagokat az alkatrészeinkhez, ismét ellenőrizze az egyes alkatrészek kivezetéseit az adatlapon (észrevett-e itt egy tendenciát?) Hidd el, amikor azt mondom, hogy ezek tévedhetnek, és ez hosszú napot fog okozni ha később ezeket a problémákat kell nyomon követnie

Az összetevők elrendezésekor ügyeljen arra, hogy figyelembe vegye az előbb említett fizikai korlátokat. Bizonyos esetekben előfordulhat, hogy először el kell helyeznie bizonyos alkatrészeket, mert a helyük kritikus, és minden mást el kell helyezni körülöttük. Ne felejtse el a csatlakoztatott alkatrészeket közel egymáshoz helyezni, de hagyjon elegendő helyet az összeszerelés során. Ha rendelkezik egy speciális burkolattal, akkor azt tervezi, hogy először létrehozza a táblaprofilt és a lyukakat.

Miután minden összetevője a kívánt helyen található, ideje elkezdeni a nyomvonalak irányítását. Ennek során néhány fontos pontra emlékeznie kell.

• A lehető legrövidebb nyom általában a legjobb
• A nagyobb általában jobb (különösen a tápvezetékeknél)
• Tudnia kell, hogy mennyi áramot kell kezelnie egy adott sávnak, és meg kell győződnie arról, hogy a kiválasztott méret biztonságosan tudja kezelni ezt az összeget (Ez egy nagyon fontos biztonsági kérdés, mivel az áram túlmelegedést okozhat és potenciálisan tűzveszélyes lehet)
• Tudja, hogy a gyártó milyen tűréseket képes fenntartani, és kövesse ezeket az irányelveket. Itt van egy link az egyik gyártó képességei oldalára (a CAD szoftver rendelkezik egy tervezési szabály -ellenőrzővel, amely figyelmezteti Önt minden olyan helyre, amely nem felel meg a gyár által követett szabványoknak)

Míg a nyomvonalak irányítása szórakoztató rejtvény lehet, néha a terveink bonyolulttá válhatnak, ami rendkívüli kihívást jelent. Ezekben az esetekben az automatikus útválasztó szoftver használata jelentős időt takaríthat meg. Itt van egy link egy Auto-routerhez, amelyet több projektben használtam. Az automatikus útválasztó importálja a projektet, és a tervezési szabályok alapján készíti el a megfelelő nyomokat az összes háló számára. Általában hagyom, hogy az automatikus útválasztó végezze munkáját, majd manuálisan megváltoztassak néhány dolgot, amelyeket esetleg másképp szeretnék. A kívánt nyomvonalakat meghatározott helyeken is elirányíthatja, és az automatikus útválasztó a meglévő pályák körül fog járni, ahogy a többi hálózaton is működik.

4. lépés: Utolsó érintések és előkészítés a gyártásra

Az elhelyezett alkatrészekkel és a futó nyomvonalakkal a PCB szinte készen áll az indulásra. Most van itt az ideje, hogy az egész elrendezést egyszer jóra fordítsuk. Kövesse nyomon a vázlatot útmutatóként, és győződjön meg arról, hogy minden szükséges kapcsolat létrejött.

Azt is fontolja meg, hogy grafikákat ad hozzá a táblához a selyemképernyő rétegben. A neved vagy más gyártók védjegye jó módja annak, hogy jelezd másoknak, hogy büszke vagy a munkádra. Hiszek abban is, hogy a legtöbb, ha nem az összes kapcsolódási pontomat megjelölöm azzal, amire való. Ez segít, ha összeszerelés után összekapcsolja a dolgot, és mások számára könnyebb megérteni ezeknek a csatlakozási pontoknak a funkcióit.

Egy másik dolog, amelyet meg kell fontolni, a revízióazonosító megjelölése, különösen, ha ez egy tábla, amelyet többször is létrehozni kíván. Ily módon a jövőben változtathat az áramkörön, és egy pillanat alatt elmondhatja, hogy a kártya melyik verziójával dolgozik.

Mindezekkel eltöltötte az idejét, hogy megtervezze/exportálja a tervét, és elküldje a gyártónak. Általában ezek Gerber fájlok lesznek, és általában mindegyiket egyetlen.zip mappában kell tárolni. Ezt fogja feltölteni a PCB -megrendelés leadásakor.

Itt van egy link a GitHubon található példaprojektem Gerber fájljaihoz

5. lépés: A PCB -k megrendelése

Erre egyre több lehetőség áll rendelkezésre, mint a múltban. Annyira egyszerűvé vált, hogy bárki professzionálisan készítheti el terveit nagy gyárakban és hihetetlenül elfogadható áron.

Több mint 35 PCB -t terveztem, és mindegyiket a JLCpcb készítette (https://jlcpcb.com)

Nagyon jó társaság, akivel soha nem volt minőségi problémám. Itt egy link egy videóra, amely bemutatja létesítményüket, és részletesen elmagyarázza a NYÁK -gyártási folyamatot. Gyárlátogatás

Látogasson el a webhelyükre, és kérjen ajánlatot. Ezután töltse fel Gerber fájljainak.zip fájlját. A feltöltés befejezése után látnia kell a terv megjelenítését. Válassza ki a mennyiséget, a színt és minden egyéb feltételt, amelyet jelenleg szeretne megadni. Ezután már csak egyszerű a fizetés. Könnyedén feltöltheti saját Gerber -fájljait egy ingyenes online Gerber -megtekintőbe, és megtekintheti, hogyan néznek ki ezek a fájlok, amikor megjelennek.

Általában több mintát próbálok egyszerre beküldeni, hogy összekapcsolhassam a szállítással. Általában azt várnám, hogy a megrendelést követően 1-2 héten belül megkapjam ezeket. Ez természetesen számos tényezőtől függően változhat, de a weboldalukon keresztül és a megrendelés kézbesítése után nyomon követési számmal tájékoztatják Önt a megrendelések előrehaladásáról.

6. lépés: Építsük fel

Ideje összeszerelni!

Emlékszel korábban, hogy említettem, hogy van egy trükk az ESP-32 modul forrasztásához? Ha megnézi a nyomtatott áramköri lap lábnyomát, egy nagy betétet fog látni az alkatrész alatt. Nos, ez egy kis kihívás lehet, de meg kell tennem a módját, hogy elvégezze a munkát.

1. lehetőség: Forrasztópasztát és kis kenyérpirítót használjon.

Ez valóban egyszerű, és minden bizonnyal a legjobb eredményt fogja nyújtani. Ez a videó elmagyarázza a folyamatot. Győződjön meg róla, hogy megértette az Ön által használt forrasztópaszta hőmérsékleti követelményeit, és hihetetlen eredményeket érhet el sok erőfeszítés nélkül. Ez gondoskodik a legtöbb, ha nem az összes SMD -alkatrész forrasztásáról. Bónuszpontok, ha a kenyérpirító sütője hulladékhalomból származik, és használat előtt meg kell javítani.

2. lehetőség: Szálljon ki a fúróból!

Ez a lehetőség biztosan működik, de nem a legideálisabb. Ha óvatosan fúr egy kis lyukat a NYÁK közepén ennek a betétnek a közepén, akkor forraszthatja a lap hátoldaláról, mint egy átmenő furat alkatrész. Ezzel a megközelítéssel a dolgok könnyen elromolhatnak, ezért szánjon rá időt és használjon kiváló minőségű fúrót. Ha nem szándékozik újrafolyó sütőt használni, akkor megoldhatja az ilyen jellegű problémákat a kialakításában, ha egy betéttel ellátott lyukat ad hozzá a betét közepére. Ez lehetővé teszi, hogy vasalóval forraszthasson anélkül, hogy károsítaná a táblát.

Forrasztja a fennmaradó lyukrészeket (és SMD -t, ha nem használta a visszafolyási módszert). A tűfejlécekhez egyetlen tűt forrasztom, hogy a helyén tartsa, miközben megfordítom a táblát, hogy meggyőződjek arról, hogy egyenes. Az is jó, ha minden forrasztást nagyon gondosan ellenőrizni kell az összes SMD alkatrészen valamilyen nagyító segítségével. Ha talál valamit, amit javítani kell, használjon fluxust (higgye el, ez nagy különbséget jelent), és melegítse újra a forrasztási kötést. A példatervezésem során azt tapasztaltam, hogy az ESP-32 modulnak több olyan helye van, amelyeket újra kell dolgozni. Vegye figyelembe azt is, hogy szándékosan nem adtam hozzá pin-fejléceket ehhez a laphoz, mivel közvetlenül a forrasztani szándékozom a vezetékeket a perifériás eszközeimről. Ez nem mindig a legjobb megközelítés, de az én alkalmazásom számára ez nem jelent problémát.

Ez az! az elejétől a végéig felvettünk egy áramköri koncepciót, és elkészítettük saját egyedi PCB -t ehhez a projekthez. Ha egyszer rájössz, a lehetőségek szinte végtelenek. Remélem, ez az Instructable jó ötleteket adott Önnek, és hasznos forrásokra mutatott rá, amelyek segítenek a PCB -k elkészítésében. Köszönöm, hogy elolvasta!

Jó alkotást, és ne engedd ki a füstöt! (Komolyan, szüksége van a varázslatos füstre)