Bygger mig selv til en PSLab: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Optaget dag på elektroniklaboratoriet eh?

Har du nogensinde haft problemer med dine kredsløb? For at fejlsøge vidste du, at du ønskede et multimeter eller et oscilloskop eller en bølgegenerator eller en ekstern præcis strømkilde eller sige en logisk analysator. Men det er et hobbyprojekt, og du vil ikke bruge hundredvis af dollars på dyre værktøjer som det. For ikke at nævne, at hele sættet ovenfor tager meget plads at beholde. Du ender muligvis med en meter på 20-30 dollars, men det gør ikke rigtig et godt stykke arbejde med at debugge kredsløbet.

Hvad hvis jeg siger, der er en open source hardwareenhed, der giver alle disse funktioner i et oscilloskop, en multimeter, en logisk analysator, en bølgegenerator og en strømkilde, og det kommer ikke til at koste dig hundredvis af dollars og ikke gå at tage et helt bord at fylde. Det er PSLab -enheden fra FOSSASIA open source -organisation. Du kan finde det officielle websted på https://pslab.io/ og open source -lagrene fra følgende links;

• Hardwareskemaer:
• MPLab Firmware:
• Desktop-app:
• Android-app:
• Python Libraries:

Jeg vedligeholder hardware- og firmwarelagrene, og hvis du har spørgsmål, mens du bruger enheden eller andre relaterede ting, er du velkommen til at spørge mig.

Hvad giver PSLab os?

Denne kompakte enhed med formfaktoren for en Arduino Mega har masser af funktioner. Inden vi starter, er den lavet i Mega -formfaktor, så du kan lægge dette i din smarte Arduino Mega -kappe uden problemer. Lad os nu se på specifikationerne (hentet fra det originale hardwarelager);

• 4-kanals op til 2MSPS oscilloskop. Software -valgbare forstærkningstrin
• 12-bit voltmeter med programmerbar forstærkning. Input varierer fra +/- 10 mV til +/- 16 V
• 3x 12-bit programmerbare spændingskilder +/- 3,3 V, +/- 5V, 0-3 V
• 12-bit programmerbar strømkilde. 0-3,3 mA
• 4-kanals, 4 MHz, logisk analysator
• 2x sinus/trekantede bølge generatorer. 5 Hz til 5 KHz. Manuel amplitudekontrol til SI1
• 4x PWM generatorer. 15 nS opløsning. Op til 8 MHz
• Kapacitansmåling. pF til uF område
• I2C, SPI, UART databusser til Accel/gyros/luftfugtighed/temperatur moduler

Nu hvor vi ved, hvad denne enhed er, lad os se, hvordan vi kan bygge en..

Trin 1: Lad os starte med skemaerne

Open Source hardware følger med Open Source software:)

Dette projekt er i åbne formater, hvor det er muligt. Dette har mange fordele. Alle kan installere softwaren gratis og prøve. Ikke alle har en økonomisk styrke til at købe proprietær software, så det gør det muligt stadig at få arbejdet udført. Så skemaerne blev lavet med KiCAD. Du kan frit bruge enhver software, du kan lide; bare få forbindelserne rigtige. GitHub-depotet indeholder alle kildefilerne til skemaer på https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m…, og hvis du vil bruge KiCAD, kan vi straks klone depotet og få kilden til os selv ved at skrive følgende kommando i et Linux -terminalvindue.

$ git-klon

Eller hvis du ikke er bekendt med konsolkommandoer, skal du bare indsætte dette link i en browser, og det vil downloade zip -filen, der indeholder alle ressourcerne. PDF -versionen af skematiske filer findes nedenfor.

Skematikken ser måske lidt kompliceret ud, da den indeholder en masse IC'er, modstande og kondensatorer. Jeg vil guide dig igennem hvad der er herinde.

I midten af den første side indeholder den en PIC-mikrokontroller. Det er enhedens hjerne. Den er forbundet med flere OpAmps, en krystal og et par modstande og kondensatorer for at registrere elektriske signaler fra I/O -ben. Forbindelse med en pc eller en mobiltelefon sker via en UART -bro, som er MCP2200 IC. Det har også en breakout-åbning til en ESP8266-12E-chip på bagsiden af enheden. Skemaer vil også have en spændingsdobler og en spændingsomformer IC'er, da enheden kan understøtte oscilloskopkanaler, der kan gå op til +/- 16 V

Når skematikken er udført, er næste trin at opbygge det rigtige printkort …

Trin 2: Konvertering af skematisk til et layout

OK ja, det er noget rod? Det er fordi hundredvis af små komponenter er placeret i et lille bræt, specifikt på den ene side af et lille bræt i en størrelse på en Arduino Mega. Dette bord er et firelags. Disse mange lag blev brugt til at have bedre sporintegritet.

Borddimensionerne skal være nøjagtige, da Arduino Mega og stifthovederne er placeret de samme steder, hvor Mega har sine ben. I midten er der pinhoveder til at forbinde programmereren og et Bluetooth -modul. Der er fire testpunkter på toppen og fire på bunden for at kontrollere, om de korrekte signalniveauer får de korrekte forbindelser.

Når alle fodspor er importeret, er det første at placere mikrokontrolleren i midten. Placer derefter de modstande og kondensatorer, der er direkte forbundet med mikro-controller omkring hoved-IC'en, og fortsæt derefter, indtil den sidste komponent er placeret. Det er bedre at have en grov routing før den faktiske routing. Her har jeg investeret mere tid i pænt at arrangere komponenterne med korrekt afstand.

Som det næste trin, lad os se på den vigtigste materialekartotek..

Trin 3: Bestilling af printkortet og materialeseddel

Jeg har vedlagt styklisten. Det indeholder dybest set følgende indhold;

1. PIC24EP256GP204 - Mikrocontroller
2. MCP2200 - UART bro
3. TL082 - OpAmps
4. LM324 - OpAmps
5. MCP6S21 - Gevinststyret OpAmp
6. MCP4728 - Digital til analog konverter
7. TC1240A - Spændingsomformer
8. TL7660 - Spændingsdobler
9. Modstande, kondensatorer og induktorer i størrelse 0603
10. 12MHz SMD krystaller

Når du afgiver PCB -ordren, skal du sørge for at have følgende indstillinger

• Dimensioner: 55 mm x 99 mm
• Lag: 4
• Materiale: FR4
• Tykkelse: 1,6 mm
• Mindste sporafstand: 6mil
• Mindste hulstørrelse: 0,3 mm

Trin 4: Lad os starte med forsamlingen

Når printet er klar, og komponenterne er ankommet, kan vi starte med montering. Til dette formål har vi bedre en stencil, så processen er lettere. Først skal stencilen placeres på linje med puder og påføre loddemassen. Start derefter med at placere komponenter. Videoen her viser en forældet version af mig, der placerede komponenter.

Når hver komponent er placeret, genstrøm lodningen ved hjælp af en SMD-omarbejdningsstation. Sørg for ikke at opvarme brættet for meget, da komponenterne kan svigte i lyset af intens varme. Stop heller ikke og gør mange gange. Gør det i en feje, da det lader komponenterne blive kolde, og derefter opvarmning vil svigte strukturel integritet af både komponenterne og selve printkortet.

Trin 5: Upload firmwaren

Når samlingen er fuldført, er det næste trin at brænde firmwaren på mikro-controlleren. Til dette har vi brug for;

• PICKit3 Programmer - For at uploade firmwaren
• Jumper -led fra mand til mand x 6 - For at forbinde programmøren med PSLab -enheden
• USB Mini B -kabel - Til tilslutning af programmer med pc
• USB Micro B -kabel - Til tilslutning og opstart af PSLab med pc

Firmwaren er udviklet ved hjælp af MPLab IDE. Første trin er at forbinde PICKit3 -programmereren til PSLab -programmeringsoverskriften. Juster MCLR -stiften i både programmøren og enheden, og resten af benene placeres korrekt.

Programmereren selv kan ikke tænde PSLab -enheden, da den ikke kan levere meget strøm. Så vi skal tænde PSLab -enheden ved hjælp af en ekstern kilde. Tilslut PSLab -enheden til en computer ved hjælp af Micro B -kabel, og slut derefter programmereren til den samme pc.

Åbn MPLab IDE, og klik på "Make and Program Device" fra menulinjen. Det åbner et vindue for at vælge en programmør. Vælg "PICKit3" i menuen, og tryk på OK. Det vil begynde at brænde firmwaren til enheden. Pas på, at beskeder udskrives på konsollen. Det vil sige, at det registrerer PIC24EP256GP204, og endelig er programmeringen fuldført.

Trin 6: Tænd og klar til start

Hvis firmwaren brænder korrekt, lyser den grønne farve -LED, hvilket indikerer en vellykket opstartscyklus. Nu er vi klar til at bruge PSLab -enheden til at udføre alle former for elektronisk kredsløbstest, udføre eksperimenter osv.

Billederne viser, hvordan desktop -appen og Android -appen ser ud.