Beter projekte met PCB's: 6 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

As u tyd spandeer het met elektroniese projekte, weet u hoe lekker en opwindend dit kan wees. Niks is meer opwindend as om te sien hoe jou kring reg voor jou oë tot lewe kom nie. Dit word nog meer opwindend as u projek 'n nuttige gadget word wat u permanent in u huis of kantoor wil maak. Maar wat is die beste manier om dit te bereik? Breadboard is beslis nie die antwoord nie, en die bou van 'n ingewikkelde stroombaan op protobord kan nogal vervelig word. Albei hierdie gereedskap het hul plek, maar dit is nie ideaal vir realistiese produksie nie.

Die oplossing? Maak u projek met behulp van 'n PCB (Printed circuit board). Aangesien die aantal vervaardigers en stokperdjies daagliks toeneem, stel vervaardigers professionele dienste (en bekostigbaar) vir almal beskikbaar. Op 'n tyd was dit ongelooflik duur om PCB's te ontwerp en te vervaardig. Met CAD -sagteware van hoë gehalte in sommige gevalle gratis beskikbaar, en fabrieke wat klein prototipe borde maak vir so min as $ 5 plus gestuur. Daar is baie min redes om nie van hierdie dienste gebruik te maak nie.

My doel is om u op 'n hoë vlak deur hierdie projek te neem. Omdat elke CAD -sagteware effens anders is, moet u kennis uit ander bronne versamel om dit te laat gebeur. Ek sal skakels plaas na 'n paar bronne wat ek nuttig gevind het. Voordat u bekommerd raak oor die tyd wat dit neem om hierdie vaardighede aan te leer, moet ek sê dat ek begin het met absoluut nul kennis en ervaring, en ek het suksesvolle ontwerpe gemaak nadat ek minder as 8 uur geleer het van aanlynbronne.

Ek het al drie hierdie CAD-sagtewarepakkette persoonlik gebruik, maar ek beveel aan dat u na hierdie inleidingsvideo's kyk om 'n idee te kry van hoe elkeen van hulle opgestel is.

• 'N Inleiding tot KICAD
• Inleiding tot Eagle CAD webinar
• Inleiding tot Altium

Dokter Peter Dalmaris het 'n uitstekende kursus gebaseer op KICAD wat ek voltooi het en beveel dit sterk aan as dit die sagteware is wat u kies. Sy verduidelikings van hoe al die funksies werk, is maklik om te volg en baie volledig. Hier is 'n skakel na sy klas by Tech Explorations.

Nog 'n opsie om te oorweeg (alhoewel dit nie een is wat ek self gebruik het nie) is EasyEDA. Ek het gesien hoe ander vervaardigers hierdie aanlyn sagteware gebruik om baie soliede ontwerpe te maak.

Laat ons ontwerp!

Voorrade

• PC met CAD sagteware
• Soldeerbout
• Fluks
• 1 ESP-32-module (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017's (SOIC -pakket)
• 5 volt reguleerder (L7805)
• 3.3 volt regulator (AP2114H)
• generiese DC -vataansluiting vir 'n 2,1 mm -prop
• Manlike of vroulike penkoppe (opsioneel)
• Broodrooster en soldeerpasta (opsioneel)
• Boor (opsioneel)

Stap 1: Beplanning en ontwerp

Dit is baie belangrik om 'n stewige basis vir enige projek te hê. 'N Bietjie tyd aan beplanning kan ure se frustrasie in die pad bespaar.

'N Goeie plek om te begin, is om 'n lys funksies en funksies op te stel wat u ontwerp wil hê. Die volgende is die lys wat ek gebruik het toe ek hierdie voorbeeldprojek geskep het.

• 'N ESP-32-gebaseerde bord wat verenigbaar is met bestaande ESP-32-ontwerpe
• Meer digitale penne as die standaard ESP-32 Dev-kit
• Beskikbaar 5v en 3v3 vir kragtoebehore wat aan die PCB gekoppel is
• 'N Programmeerpoort sodat ek die eenheid in die toekoms kan opdateer
• Die vermoë om op 6 tot 12 volt ingang te werk

Tweedens is die versameling van 'n lys van onderdele wat u wil gebruik en 'n geredelik beskikbare bron vind. Die laaste ding wat u wil doen, is om 'n PCB te maak waarvoor u nie die onderdele kan koop nie. U moet ook die gegewensblaaie van die vervaardigers versamel vir elke onderdeel wat u van plan is om te gebruik (vertrou my, dit is baie belangrik, en ek sal later verduidelik hoekom).

Uiteindelik versamel u notas en tekeninge wat u moontlik al vir hierdie ontwerp gemaak het. Dit sluit alle fisiese beperkings in wat u mag hê. Soos u wil hê dat u bord verenigbaar is met 'n Arduino -skild of in 'n spesifieke omhulsel pas. Al hierdie inligting sal tydens verskillende stappe in die proses benodig word.

Stap 2: PCB -skema met behulp van CAD

Kom ons begin ons skema maak!

Oor die algemeen voeg ek graag al my dele by die skema en lê dit op 'n manier wat vir my sinvol is. Op hierdie punt waar u dit plaas, het dit geen invloed op die fisiese ligging op die PCB nie, sodat u hierdie buigsaamheid tot u voordeel kan gebruik. As u nie voetspore vir al u komponente het nie, beveel ek SnapEDA en Ultralibrarian sterk aan. Hierdie hulpbronne het 'n wonderlike verskeidenheid beskikbare onderdele vir omtrent elke CAD -sagteware wat u moontlik gebruik. Soek net die onderdeelnommer van die komponent en laai die toepaslike lêers af. Hulle het tutoriale wat u leer hoe om hierdie lêers in te voer as u nie reeds weet hoe u dit moet doen nie.

Voordat u u onderdele aanmekaar koppel, is dit die beste om die pin-outs van elke komponent vir akkuraatheid na te gaan. Dit is waarom dit belangrik is om die gegewensblaaie te hê; ek het hele groepe PCB's verwoes (onthou u die ure van frustrasie?) Omdat ek hierdie stap oorgeslaan het. As u nie die deel self gemaak het nie (en soms selfs as u dit gedoen het), moet u dit altyd nagaan.

As u na u skema gaan, het ek gevind dat dit voordelig is om netetikette te gebruik om die verbindings te maak. As u 'n groot hoeveelheid drade in elke rigting het, word dit moeilik om te volg, en dit vergroot ook die kans om 'n verbinding te maak waar u dit nie moet doen nie (meer ure frustrasie). Gewoonlik is 'n balans tussen drade en netetikette die beste; maak seker dat u 'n lys netetikette gebruik wat vir almal sinvol is om na die ontwerp te kyk. Dit sal die lewe makliker maak as u in die toekoms na hierdie ontwerp terugkeer en veranderings wil aanbring of die oorspronklike ontwerp wil oplos.

Die skematika is ook 'n goeie plek om aantekeninge te gee oor hoe verskillende dele van die kring moet werk. Dit is 'n goeie manier om al die besonderhede by te hou wat nodig is om die ding te laat werk soos dit moet. 'N Voorbeeld van hierdie projek is dat 'n springer nodig is tussen die skakelpen van die ESP -module en die 3.3v -toevoer vir programmering. Alhoewel dit waarskynlik nie die enigste plek is waar u hierdie soort inligting moet dokumenteer nie, is dit beslis goed om die gewoonte te hê om ALLES neer te skryf.

Gee u skema 'n goeie inspeksie voordat u na die volgende stap gaan. Dit moet reg wees om die PCB -uitlegproses vlot te laat verloop. 'N Stadige en metodiese benadering bied altyd die beste eindresultaat. Gaan deur die notas wat u mag hê en verifieer elkeen teen die skematiese weergawe.

Stap 3: PCB -uitleg

Voordat ons ons komponente begin rangskik, is dit die beste om na die voetspore te kyk en seker te maak dat dit korrek is vir die onderdele wat u van plan is om te gebruik. Byvoorbeeld, in sommige dele is daar gat- en SMD -variante beskikbaar; maak seker dat u slegs dele gebruik wat u kan installeer. Die EPS-32-module het 'n kussing onder die vereiste spesiale hantering (meer hieroor later) Maak net seker dat u 'n plan vir hierdie situasies het. Nadat u die korrekte pakkette vir ons komponente gekies het, moet u weer die pin-outs van elke onderdeel op die gegewensblad nagaan (het u 'n neiging hier opgemerk?) Glo my as ek sê dat dit verkeerd kan wees, en dit sal 'n lang dag duur. as u hierdie kwessies later moet opspoor

As u u komponente rangskik, moet u rekening hou met enige van die fisiese beperkings wat ek vroeër genoem het. In sommige gevalle kan dit nodig wees dat u sekere dele eers plaas, omdat die ligging van kritieke belang is en by al die ander dinge rondom hulle pas. Onthou om dele wat aan mekaar gekoppel is, naby aan mekaar te plaas, maar gee ook genoeg ruimte om mee te werk tydens die montering. As u 'n spesifieke omhulsel het wat u van plan is om te gebruik, kan dit sinvol wees om eers die bordprofiel en boorgate te maak.

Nadat al u komponente geleë is waar u dit wil hê, is dit tyd om u snitte te begin roete. Daar is 'n paar belangrike punte wat u moet onthou terwyl u dit doen.

• Die kortste moontlike spoor is gewoonlik die beste
• Groter is gewoonlik beter (veral vir kragtoevoerlyne)
• U moet weet hoeveel stroom 'n gegewe snit moet hanteer, en seker maak dat die grootte wat u gekies het, die hoeveelheid veilig kan hanteer (dit is 'n baie belangrike veiligheidskwessie, omdat oorstroom verhitting kan veroorsaak en moontlik 'n brandgevaar kan wees)
• Weet watter toleransies u vervaardiger kan handhaaf en volg die riglyne. Hier is 'n skakel na die vermoënsbladsy vir een vervaardiger (u CAD -sagteware het moontlik 'n kontroleerder vir ontwerpreëls wat u sal waarsku oor enige plekke wat nie aan die standaard voldoen wat die fabriek kan volg nie)

Alhoewel roetesporte 'n prettige raaisel kan wees, kan ons ontwerpe soms ingewikkeld raak, wat dit 'n uiterste uitdaging maak. In hierdie gevalle kan u aansienlike tyd bespaar deur 'n outomatiese routingsagteware te gebruik. Hier is 'n skakel na 'n outo-router wat ek op verskeie projekte gebruik het. Die outo-router voer u projek in en gebruik u ontwerpreëls om gepaste spore vir al u nette te maak. Gewoonlik sal ek die outomatiese router laat werk, en dan 'n paar dinge handmatig verander wat ek dalk anders wil hê. U kan ook die spore wat u wil hê, op spesifieke plekke kan lei, en die outo-router werk om die bestaande spore terwyl dit op die oorblywende nette werk.

Stap 4: Laaste aanraking en voorbereiding vir vervaardiging

Met onderdele geplaas en spore loop, is u PCB gereed om te begin. Dit is 'n goeie tyd om die hele uitleg 'n goeie keer te gee. Volg die spore deur die skematiese as gids te gebruik en maak seker dat al die verbindings wat u benodig, gemaak is.

U moet ook oorweeg om grafika op u bord in die seeskermlaag te voeg. Jou naam of 'n ander merk is 'n goeie manier om ander te laat weet dat jy trots is op jou werk. Ek glo ook daaraan om die meeste, indien nie al, my verbindingspunte te merk met waarvoor hulle bedoel is. Dit help as u die ding na die montering aansluit, en maak dit makliker vir ander om die funksies van hierdie verbindingspunte te verstaan.

'N Ander ding wat u moet oorweeg, is om 'n hersienings -identifiseerder te merk, veral as dit 'n bord is wat u meer as een keer wil maak. Op hierdie manier kan u in die toekoms veranderinge aan die kring aanbring en in 'n oogopslag vertel met watter weergawe van die bord u werk.

Met dit alles klaar, is dit tyd om u ontwerp te teken/uit te voer en aan die vervaardiger te stuur. Oor die algemeen is dit Gerber -lêers, en gewoonlik moet hulle almal in 'n enkele zip -lêergids gestoor word. Dit is wat u sal oplaai wanneer u u PCB -bestelling plaas.

Hier is 'n skakel na die Gerber -lêers vir my voorbeeldprojek op GitHub

Stap 5: Bestel u PCB's

Meer en meer opsies is hiervoor beskikbaar as in die verlede. Dit is so maklik dat almal hul ontwerpe professioneel kan laat vervaardig deur groot fabrieke en 'n ongelooflike billike prys.

Ek het meer as 35+ PCB's ontwerp en almal is vervaardig deur JLCpcb (https://jlcpcb.com)

'N Baie goeie onderneming waarmee ek nog nooit probleme ondervind het nie. Hier is 'n skakel na 'n video wat 'n rondleiding deur hul fasiliteit gee en die vervaardigingsproses van die PCB in detail verduidelik. Fabrieksreis

Gaan na hul webwerf en begin 'n kwotasie. Laai dan die.zip van u Gerber -lêers op. U moet 'n weergawe van u ontwerp sien nadat die oplaai voltooi is. Kies u hoeveelheid, kleur en enige ander kriteria wat u tans wil spesifiseer. Dan is dit eenvoudig om na die afrekening te gaan. U kan u eie Gerber -lêers maklik oplaai na 'n gratis aanlyn Gerber -kyker en sien hoe hierdie lêers daar uitsien wanneer dit weergegee word.

Gewoonlik probeer ek om verskeie ontwerpe tegelyk in te stuur om op die aflewering te kombineer. Normaalweg sou ek verwag om dit binne 1-2 weke nadat die bestelling geplaas is, te ontvang. Dit kan natuurlik wissel na gelang van verskillende faktore, maar dit sal u via hul webwerf op hoogte hou van die vordering van u bestellings en 'n opsporingsnommer nadat u bestelling gestuur is.

Stap 6: Laat ons dit bou

Dit is tyd om te vergader!

Onthou ek dat ek vroeër genoem het dat daar 'n truuk is om die ESP-32-module te soldeer? As u na die voetspoor van die PCB kyk, sal u 'n groot onderkant onder die komponent sien. Dit kan 'n bietjie van 'n uitdaging wees, maar ek moet maniere waarop u die werk kan doen.

Opsie 1: Gebruik soldeerpasta en 'n klein broodroosteroond.

Dit is regtig eenvoudig, en dit sal beslis die beste resultate in die algemeen bied. Hierdie video verduidelik die proses. Maak seker dat u die temperatuurvereistes van die soldeerpasta wat u gebruik begryp, en dat u 'n paar ongelooflike resultate sal behaal sonder veel moeite. Dit sal sorg vir die soldeer van die meeste, indien nie al die SMD -komponente nie. Bonuspunte as u broodrooster uit 'n rommelstapel kom en herstel moet word voordat u dit gebruik.

Opsie 2: Gaan uit die boor!

Hierdie opsie sal beslis werk, maar dit is nie die mees ideale nie. Deur 'n klein gaatjie versigtig deur die PCB in die middel van hierdie kussing te boor, kan u dit aan die agterkant van die bord soldeer soos 'n deurkomende komponent. Met hierdie benadering kan dinge baie verkeerd loop, dus neem u tyd en gebruik 'n boor van hoë gehalte. As u nie van plan is om 'n terugvloeisel -oondproses te gebruik nie, kan u probleme soos hierdie in u ontwerp hanteer deur 'n deurgemaakte gat in die middel van hierdie pad te voeg. Dit laat u toe om met 'n strykyster te soldeer sonder om die bord te beskadig.

Soldeer die oorblywende gate -dele (en SMD as u nie die terugvloei -metode gebruik het nie). Vir die penkoppe sal ek 'n enkele pen soldeer om dit vas te hou terwyl ek die bord omdraai om seker te maak dat dit reguit is. Dit is ook goed om die soldeer baie noukeurig na alle SMD -dele te kyk met behulp van 'n vergrootglas. As u iets vind wat aangeraak moet word, gebruik 'n bietjie vloeistof (vertrou my, dit maak 'n groot verskil) en verhit die soldeersel. Ek het op my voorbeeldontwerp ontdek dat die ESP-32-module verskeie plekke het wat herwerk moes word. Let ook daarop dat ek doelbewus geen penkoppe by hierdie bord gevoeg het nie, dit is omdat ek van plan is om die drade direk van my randapparatuur te soldeer. Dit is nie altyd die beste benadering nie, maar vir my toepassing is dit nie 'n probleem nie.

Dis dit! Van begin tot einde het ons 'n kringkonsep geneem en ons eie pasgemaakte PCB vir hierdie projek gemaak. As u dit eers onder die knie kry, is die moontlikhede byna eindeloos. Ek hoop dat hierdie Instructable u 'n paar goeie idees gegee het en u na 'n paar nuttige hulpbronne gewys het om u te help met u PCB -reis. Dankie vir die lees!

Lekker maak, en moenie die rook laat uitkom nie! (Ernstig dat dit die magiese rook nodig het)