Bedre projekter ved hjælp af printkort: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Hvis du har brugt tid på at arbejde med elektronikprojekter, ved du, hvor sjovt og spændende det kan være. Intet er mere spændende end at se dit kredsløb komme til live lige foran dine øjne. Det bliver endnu mere spændende, når dit projekt bliver til en nyttig gadget, som du gerne vil lave et fast inventar omkring dit hjem eller kontor. Men hvad er den bedste måde at opnå dette på? Brødbræt er bestemt ikke svaret, og at bygge et kompliceret kredsløb på proto-board kan blive ret kedeligt. Begge disse værktøjer har deres plads, men de er ikke ideelle til realistisk produktion.

Løsningen? Lav dit projekt ved hjælp af et printkort (printkort). Med antallet af producenter og hobbyister, der vokser dagligt, stiller producenterne tjenester på professionelt niveau til rådighed (og til en overkommelig pris) for alle. På et tidspunkt var det utrolig dyrt at designe og fremstille printkort. Med CAD -software af høj kvalitet let tilgængelig gratis i nogle tilfælde, og fabrikker, der laver små prototype -plader for så lidt som $ 5 plus forsendelse. Der er meget få grunde til ikke at drage fordel af disse tjenester.

Mit mål er at tage dig igennem dette projekt på et højt niveau. Fordi hver CAD -software er lidt anderledes, skal du indsamle noget viden fra andre kilder for at få dette til at ske. Jeg sender links til et par ressourcer, som jeg fandt nyttige. Inden du bliver bekymret for den tid, det tager at lære disse færdigheder, lad mig sige, at jeg startede med absolut nul viden og erfaring, og jeg lavede vellykkede designs efter at have brugt mindre end 8 timer på at lære af online ressourcer.

Jeg har personligt brugt alle tre af disse CAD-softwarepakker, men jeg anbefaler, at du ser på disse introduktionsvideoer for at få en idé om, hvordan hver af dem er opsat.

• En introduktion til KICAD
• Introduktion til Eagle CAD webinar
• Introduktion til Altium

Læge Peter Dalmaris har et glimrende kursus baseret på KICAD, som jeg har gennemført og kan varmt anbefale, hvis det er den software, du vælger. Hans forklaringer på, hvordan alle funktionerne fungerer, er lette at følge og meget komplette. Her er et link til hans klasse på Tech Explorations.

En anden mulighed at overveje (selvom dette ikke er en jeg selv har brugt) er EasyEDA. Jeg har set andre producenter bruge denne online software til at lave nogle meget solide designs.

Lad os designe!

Forbrugsvarer

• PC med CAD -software
• Loddekolbe
• Strøm
• 1 ESP-32 modul (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017'er (SOIC -pakke)
• 5 volt regulator (L7805)
• 3,3 volt regulator (AP2114H)
• generisk DC tønde stik til et 2,1 mm stik
• Mand- eller hunstifter (valgfrit)
• Brødrister og loddepasta (valgfrit)
• Boremaskine (valgfrit)

Trin 1: Planlægning og design

Det er meget vigtigt at have et solidt fundament til ethvert projekt. Lidt tid brugt på at planlægge kan spare timer med frustration på vejen.

Et godt sted at starte er at oprette en liste over funktioner og funktioner, du ønsker, at dit design skal have. Følgende er den liste, jeg brugte, da jeg oprettede dette eksempelprojekt.

• Et ESP-32 baseret kort, der er kompatibelt med eksisterende ESP-32 designs
• Flere digitale pins end standard ESP-32 Dev kit
• Tilgængelig 5v og 3v3 til strømforsyningstilbehør, der er sluttet til printkortet
• En programmeringsport, så jeg kan opdatere enheden i fremtiden
• Evnen til at køre på en 6 til 12 volt indgang

For det andet er det at indsamle en liste over dele, du ønsker at bruge, og finde en let tilgængelig kilde. Det sidste du vil gøre er at lave et printkort, som du ikke kan købe delene til. Du bør også indsamle producenternes datablade for hver del, du planlægger at bruge (tro mig, dette er MEGET vigtigt, og jeg vil forklare hvorfor senere).

Endelig samler du eventuelle noter og tegninger, du måske allerede har oprettet til dette design. Dette vil omfatte eventuelle fysiske begrænsninger, du måtte have. Sådan som du gerne vil have, at dit bræt er kompatibelt med et Arduino -skjold eller passer ind i et specifikt kabinet. Alle disse oplysninger vil være nødvendige på forskellige trin i processen.

Trin 2: PCB skematisk ved hjælp af CAD

Lad os begynde at lave vores skematiske!

Generelt kan jeg godt lide at tilføje alle mine dele til skematikken og lægge dem ud på en måde, der giver mening for mig. På dette tidspunkt, hvor du placerer dem, har det ingen indflydelse på den fysiske placering på printkortet, så du kan bruge denne fleksibilitet til din fordel. Hvis du ikke har fodaftryk til alle dine komponenter, anbefaler jeg stærkt SnapEDA og Ultralibrarian. Disse ressourcer har et fantastisk udvalg af tilgængelige dele til næsten enhver CAD -software, du muligvis bruger. Bare søg komponentens varenummer, og download de relevante filer. De har selvstudier, der lærer dig, hvordan du importerer disse filer, hvis du ikke allerede ved, hvordan du gør det.

Inden du kobler dine dele sammen, er det bedst at kontrollere pin-outs for hver komponent for nøjagtighed. Det er derfor, at det er vigtigt at have databladene, jeg har ødelagt hele partier PCB'er (husker du de timer med frustration?), Fordi jeg sprang over dette trin. Hvis du ikke selv lavede delen (og nogle gange, selvom du gjorde det), skal du ALTID dobbelttjekke.

Når du går til wire din skematisk jeg har fundet det fordelagtigt at bruge netetiketter til at oprette forbindelserne. Hvis du har en stor mængde ledninger, der kører alle veje, bliver det svært at følge og øger også chancerne for at oprette forbindelse et sted, du ikke burde (flere timers frustration). En balance mellem ledninger og netetiketter er normalt den bedste. Bare sørg for at bruge en liste over netetiketter, der giver mening for alle andre, der ser på designet. Dette vil gøre livet let, hvis du i fremtiden vender tilbage til dette design og ønsker at foretage ændringer eller fejlfinde det originale design.

Skematikken er også et godt sted at efterlade notater om, hvordan forskellige dele af kredsløbet skal fungere. Dette er en god måde at holde styr på alle de detaljer, der kræves for at få tingen til at fungere, som den skal. Et eksempel på dette projekt er, at der kræves en jumper mellem ESP -modulets aktiveringsstift og 3.3v -forsyningen til programmering. Selvom dette sandsynligvis ikke er det eneste sted, du skal dokumentere den slags oplysninger, er det bestemt godt at få for vane at skrive ALT ned.

Giv din skematik en god inspektion, inden du går videre til det næste trin. Dette skal være rigtigt, for at PCB -layoutprocessen forløber problemfrit. En langsom og metodisk tilgang vil altid give dig det bedste slutresultat. Gennemgå alle de noter, du måtte have, og verificer dem alle i forhold til skematikken.

Trin 3: PCB -layout

Inden vi begynder at arrangere vores komponenter, er det bedst at se på fodsporene og sikre, at de er korrekte for de dele, du agter at bruge. Nogle dele vil f.eks. Have huller og SMD -varianter til rådighed. Sørg for, at du kun bruger dele, du vil kunne installere. EPS-32-modulet har en pude under vil kræve en særlig håndtering (mere om dette senere) Bare sørg for at have en plan for disse situationer. Efter at have valgt de korrekte pakker til vores komponenter, bør du igen kontrollere pin-outs for hver del i forhold til databladet (har du bemærket en trend her?) Tro mig, når jeg siger, at disse kan være forkerte, og det vil tage en lang dag hvis du senere skal spore disse problemer op

Når du arrangerer dine komponenter, skal du sørge for at tage højde for nogen af de fysiske begrænsninger, jeg nævnte tidligere. I nogle tilfælde kan det være nødvendigt for dig at placere bestemte dele først, fordi deres placering er kritisk og passe til alt andet omkring dem. Husk at placere dele, der er forbundet tæt sammen, men også give plads nok til, at du kan arbejde med under montering. Hvis du har et specifikt kabinet, du planlægger at bruge, kan det være fornuftigt at oprette tavleprofilen og eventuelle borehuller først.

Når alle dine komponenter er placeret, hvor du vil have dem, er det tid til at begynde at dirigere dine spor. Der er et par vigtige punkter at huske, mens du gør dette.

• Det kortest mulige spor er generelt bedst
• Større er typisk bedre (især for strømforsyningslinjer)
• Du skal vide, hvor meget strøm et givet spor skal håndtere, og sørg for, at den størrelse, du har valgt, sikkert kan håndtere denne mængde (Dette er et meget vigtigt sikkerhedsproblem, overstrøm kan forårsage opvarmning og potentielt være en brandfare)
• Ved, hvilke tolerancer din producent er i stand til at opretholde, og følg disse retningslinjer. Her er et link til kapacitetssiden for en producent (din CAD -software har muligvis en designregler, der advarer dig om steder, der ikke opfylder en standard, fabrikken kan følge)

Selvom routing af spor kan være et sjovt puslespil, kan vores designs nogle gange blive komplicerede, hvilket gør dette til en ekstrem udfordring. I disse tilfælde kan brug af en automatisk routingsoftware spare dig betydelig tid. Her er et link til en Auto-router, jeg har brugt på flere projekter. Auto-routeren importerer dit projekt og bruger dine designregler til at lave passende spor til alle dine net. Normalt vil jeg lade Auto-routeren gøre sit arbejde, og derefter manuelt ændre et par ting, som jeg måske ønsker at være anderledes. Du kan også dirigere de spor, du vil være på bestemte steder, og auto-routeren vil omgå de eksisterende spor, mens den fungerer på de resterende net.

Trin 4: Sidste berøring og forberedelse til fremstilling

Med dele placeret og spor kører, er dit printkort næsten klar til at gå. Nu er et godt tidspunkt at give hele layoutet en god gang. Følg spor ved hjælp af skematikken som en vejledning, og sørg for, at alle de forbindelser, du har brug for, er foretaget.

Du bør også overveje at tilføje grafik til dit bord i silketrykslaget. Dit navn eller nogle andre skabermærker er en god måde at fortælle andre, at du er stolt over dit arbejde. Jeg tror også på at markere de fleste, hvis ikke alle mine forbindelsespunkter med, hvad de er til. Dette hjælper, når du går til tilslutning af tingene efter samling, og gør det lettere for andre at forstå funktionerne i disse forbindelsespunkter.

En anden ting at overveje er at markere en revisionsidentifikator, især hvis dette er en tavle, du har til hensigt at lave mere end én gang. På denne måde kan du foretage ændringer i kredsløbet i fremtiden og fortælle hurtigt, hvilken version af tavlen du arbejder med.

Med alt dette gjort sin tid til at plotte/eksportere dit design og sende det til producenten. Generelt vil dette være Gerber -filer, og typisk skal de alle gemmes i en enkelt.zip -mappe. Dette er, hvad du vil uploade, når du afgiver din PCB -ordre.

Her er et link til Gerber -filerne til mit eksempelprojekt på GitHub

Trin 5: Bestilling af dine printkort

Flere og flere muligheder er tilgængelige for dette end tidligere. Det er blevet så let, at alle kan få deres designs professionelt lavet af store fabrikker og en utrolig rimelig pris.

Jeg har designet over 35+ printkort, og alle er produceret af JLCpcb (https://jlcpcb.com)

Et meget godt firma, som jeg aldrig har haft kvalitetsproblemer med. Her er et link til en video, der giver en rundvisning i deres anlæg og forklarer PCB -fremstillingsprocessen i detaljer. Fabrikstur

Gå til deres hjemmeside og start et tilbud. Upload derefter.zip af dine Gerber -filer. Du bør se en gengivelse af dit design, når upload er fuldført. Vælg din mængde, farve og andre kriterier, du gerne vil angive på nuværende tidspunkt. Så er det et simpelt spørgsmål om at gå til kassen. Du kan nemt uploade dine egne Gerber -filer til en gratis online Gerber -fremviser og se, hvordan disse filer ser ud, når de gengives.

Normalt forsøger jeg at sende flere designs ad gangen for at kombinere forsendelsen. Normalt ville jeg forvente at modtage disse inden for 1-2 uger efter, at ordren er afgivet. Dette kan selvfølgelig variere afhængigt af en række faktorer, men de vil give dig opdateringer om dine ordrer fremskridt via deres websted og et sporingsnummer, efter at din ordre er afsendt.

Trin 6: Lad os bygge det

Det er tid til at samle!

Kan du huske tidligere, at jeg nævnte, at der er et trick til at lodde ESP-32-modulet? Hvis du ser på fodaftrykket på printkortet, vil du bemærke en stor pude under komponenten. Det kan godt være lidt af en udfordring, men jeg er nødt til måder, hvorpå du kan få jobbet udført.

Mulighed 1: Brug loddemasse og en lille brødristerovn.

Dette er virkelig ligetil, og det vil helt sikkert give dig de bedste resultater generelt. Denne video forklarer processen. Sørg for, at du forstår temperaturkravene til loddemassen, du bruger, og du vil få nogle ganske utrolige resultater uden større indsats. Dette vil tage sig af lodning af de fleste, hvis ikke alle SMD -komponenter. Bonuspoint, hvis din brødristerovn kom fra en uønsket bunke og skulle repareres inden brug.

Mulighed 2: Kom ud af boret!

Denne mulighed vil helt sikkert fungere, men den er ikke den mest ideelle. Ved omhyggeligt at bore et lille hul gennem printet i midten af denne pude kan du lodde det fra bagsiden af brættet som en gennemgående hulkomponent. Det kan nemt gå galt med denne fremgangsmåde, så tag dig tid og brug et bor af høj kvalitet. Hvis du ikke har til hensigt at bruge en reflow -ovnproces, kan du håndtere problemer som dette i dit design ved at tilføje et gennemhulet hul i midten af denne pude. Dette giver dig mulighed for at lodde med et strygejern uden risiko for at beskadige dit bræt.

Lod lod de resterende hulledele (og SMD, hvis du ikke brugte metoden til omstrømning). Til stifthovederne lodder jeg en enkelt nål for at holde den på plads, mens jeg vender tavlen om for at sikre, at den er lige. Det er også godt at kontrollere lodningen meget omhyggeligt på alle SMD -dele ved hjælp af en lup af en eller anden art. Hvis du finder noget, der skal berøres, skal du bruge noget flux (tro mig, det gør en stor forskel) og genopvarme loddetappen. Jeg fandt på mit eksempeldesign, at ESP-32-modulet havde flere steder, der skulle omarbejdes. Bemærk også, at jeg med vilje ikke tilføjede nogen pin-headers til dette bord, det er fordi jeg har til hensigt at lodde ledningerne direkte fra mine perifere enheder. Dette er ikke altid den bedste tilgang, men for min applikation er det ikke et problem.

Det er det! fra start til slut tog vi et kredsløbskoncept og lavede vores egen brugerdefinerede print til dette projekt. Når du får styr på det, er mulighederne næsten uendelige. Jeg håber, at denne instruktør har givet dig nogle gode ideer og peget dig på nogle nyttige ressourcer til at hjælpe dig på din PCB -rejse. Tak fordi du læste!

Glad for at lave, og lad ikke røgen komme ud! (Seriøst har den brug for den magiske røg)