Как сделать самому ардуино

Минимальная Arduino своими руками

Arduino — это хорошо, когда хочется быстро реализовать идею, не заморачиваясь мелочами. Но когда идея проверена, лишняя функциональность начинает просто мешать.
Собирая робота на гусеничном шасси, я столкнулся с тем, что бутерброд из Arduino + MotorShield + Sensor Shield плюс ко всему аккумулятор и прочие компоненты обросли проводами и стали с трудом помещаться на не самом крошечном шасси. Городить еще кучу шилдов, чтобы избавиться от лишних проводов не хотелось.
Появилась идея избавиться от всего, что в Arduino не требуется в готовом девайсе. Попутно хотелось снизить стоимость робота.
Многих интересующихся электроникой отпугивает еще и стоимость Arduino в магазинах. С ebay и китайских магазинов посылка идет долго, изобретательский пыл успевает остыть, поэтому приобретение откладывается «на потом», «когда сын подрастет». Поэтому я решил собрать Arduino-совместимую плату из деталей, которые всегда можно купить в городе.
В итоге я получил Arduino-совместимую плату, стоимостью в 210 рублей на макетной плате и в ~270 рублей в готовом для наращивания функционала виде.

«Minimalist Arduino»
С нуля до полной готовности собирается с дешевым 40Вт паяльником за 1 выходной без каких-то особых навыков.

Лазерного принтера у меня нет, печатные платы самостоятельно никогда не разводил, поэтому решено было использовать не ЛУТ, а макетную плату с односторонней металлизацией (максимально дешевая, всегда есть в продаже).
Сначала я хотел купить Atmega328P в DIP корпусе, чтобы воспользоваться статьей Arduino on a Breadboard и собрать Arduino на беспаечной макетке.

Но оказалось, что в DIP28 ее в Москве крайне трудно найти, да к тому же в этом корпусе она существенно дороже. Зато в наличии навалом Atmega168 в любом корпусе. Но цена DIP28 и TQFP-32 отличается тоже довольно существенно. Для робота на гусеничном шасси и домашней автоматизации возможностей Atmega168 более чем достаточно, поэтому поборов страх, я решил сэкономить и использовать 168ю в TQFP-32 корпусе (шаг ножек — 0.8мм)

Все компоненты кроме эпоксидной макетки я купил в Москве, в одном магазине (макетки продаются в любом радиомагазине или на рынке, просто у меня уже было 5 штук, купленных ранее на ebay).
Итак, для начала нужно припаять микроконтроллер размером 9х9 мм на DIP переходник, чтобы более комфортно с ней было работать.
mkpochtoi не работал, поэтому купить готовую макетную плату не получилось, купил макетку MP-QFP, от которой ножовкой по металлу отпилил кусок под TQFP-32.

Просмотрев видеоурок по пайке от DIHALT я водрузил микруху на макетку с помощью обычного 40Вт паяльника, потратив на это чуть больше 5 минут (опыта пайки таких мелких компонентов и вообще SMD компонентов у меня не было). В качестве флюса использовал несколько капель глицерина (попросил у девушки, она занимается мыловарением). Отмыл горячей водой и высушил феном.

«Atmega 168PA-AU»
40-ногую линейку PBS-40 кусачками настрогал на кусочки по 4 ножки и впаял с обратной стороны. Я взял гнезда, а не штырьки, чтобы микроконтроллерную плату можно было подключать к макетке проводками без пайки.
Дальше все как в статье — собрал на макетной плате схему, использовав datasheet от семейства Atmega 48/88/168 (номера ножек на DIP28 и TQFP-32 различаются).
Поскольку процессор я взял чистый, то предстояло прошить его бутлоадером от Arduino. Тут меня поджидала засада:
Arduino IDE знает только Atmega168 и ничего не знает об Atmega168P (точнее Atmega168PA-AU) — более свежей версии микросхемы. Прошивать она его отказалась. А еще раньше я выяснил, что Freeduino Nano v5.0 почему-то не хочет работать ISP программатором. Пришлось разобрать робота и достать Freeduino 2009. с помощью скетча ArduinoISP и примера на Freeduino.ru удалось заставить avrdude игнорировать различие в сигнатуре (ключ -F) и прошить бутлоадер, фьюзы и лок.
У меня сработал такой вариант:
::Прошиваем bootloader (порт COM9 нужно поменять на Ваш)
avrdude -F -C avrdude.conf -p m168p -c avrisp -P COM9 -b 19200 -e -U flash:w:optiboot_diecimila.hex
::Прошиваем fuse и lock биты
avrdude -F -C avrdude.conf -p m168p -c avrisp -P COM9 -b 19200 -Uefuse:w:0x00:m -Uhfuse:w:0xdd:m -Ulfuse:w:0xff:m -Ulock:w:0x0F:m

На официальном сайте есть описание подключения для прошивки:

Как вариант, можно обновить файл avrdude.conf, прописав правильную сигнатуру, но нужды в этом особой нет.
Все, Arduino на макетке готова. Можно подключать любой USB — serial TTL (или RS-232-TTL) адаптер и зашивать скетч из Arduino IDE, выбрав Board->Arduino Diecimila, Duemilanove or Nano w/Atmega168.

«Breadboard Arduino»
Убедившись в работоспособности, я занялся переносом на макетную плату.
Сложнее всего оказалось оптимально разместить элементы. Для этого наиболее простым бесплатным инструментом оказался Fritzing. Правда нагромождение картинок и проводов выглядит страшно, но позволяет при сборке не запутаться в проводах:

«Minimalist Arduino»
Я старался уменьшить количество отдельных проводов, припаивая где возможно выводы воткнутого компонента к нужному контакту просто сгибая его ножки и обрезая излишек.
Добавив примерно 65 р на запчасти я получил вот такой результат:

«Minimalist Arduino»
Для удобства я добавил шину питания и землю (2 гребенки справа внизу), кнопку питания, гнездо RX, TX, DTR для загрузки скетчей и ICSP разъем для прошивки микроконтроллера программатором прямо на плате.

«Minimalist Arduino в сборе»
Воткнув микроконтроллерную плату с Atmega328P-AU, можно прогапгрейдить девайсик для задач, где 16 кб под скетч не хватает. Оставшееся на макетке место я собираюсь использовать под сенсоры, драйвер мотора и прочие нужные вещи.
Вот список компонентов и цен:

Наименование	Цена	Кол-во	Стоимость
Mакетная плата MP-QFP	64	1	64
Glass-Epoxy Board Prototyping PCB 9×15 FR4	43	1	43
PBS-4	4	8	32
PBS-6	4	2	8
PLS-40	4	1	4
ATMega168PA-AU	62	1	62
LM7805 1A 5V Positive Voltage Regulator	15	1	15
16.000MHz Clock Crystal	10	1	10
22pF Capacitor	1	2	2
10uF Capacitor	5	2	10
100nF Capacitor	1	1	1
10kOhm Resistor	1	1	1
150 Ohm Resistor	1	2	2
DTS-61 кнопка	2	1	2
PS-22E85L	7	1	7
WF-02 вилка на плату	1	1	1
Red 3mm LED	2	1	2
Green 3mm LED	2	1	2
Итого	268р.

Сантиметров 20 монтажного провода, припой и флюс я не посчитал 🙂
Получилось даже чуть-чуть дешевле чем Arduino Pro Mini ($9.5), при этом удобнее в использовании и не нужно ждать 3 недели, пока приедет из китая ).
Но самое приятное — это может собрать каждый и все компоненты есть в продаже и легко доступны. Ждать и искать ничего не нужно. Увидели на хабре интересный проект на ардуино? Соберите его!

Если нет знакомых с ардуино или прогрмматором, то бутлоадер за 50 рублей вам может прошить продавец, а переходник USB — Serial TTL покупать не обязательно, если у компа есть COM порт.

Loading Sketch

Я собрал вот такой переходник из MAX232CPE, разъема DB9F и 4 конденсаторов по рублю штука:

«Loading Sketch»

Как сделать Arduino Uno своими руками

В этой статье мы расскажем, как своими руками собрать Arduino на обычной макетной плате.

Для этого нам понадобится микроконтроллер ATmega328 — такой же, как и в оригинальной Arduino Uno.

Распиновка ATmega328

В начале работы с любым микроконтроллером необходимо изучить его распиновку. После этого уже можно приступать к сборке необходимой обвязки. Ниже представлена распиновка микроконтроллера ATmega328.

Сборка Arduino на макетной плате

Необходимые компоненты

Для работы с микроконтроллером понадобятся:

Конденсатор 22 пф

Схема сборки

Соберите на макетной плате компоненты по следующей схеме:

Эксперимент «маячок» из Матрёшки

Добавьте к схеме светодиод на 13 пине. Для этого повторите первый эксперимент из набора Матрёшка Z — маячок.

Обратите внимание, 13 пин Arduino — это не 13-я ножка микроконтроллера. Чтобы найти нужный пин, воспользуйтесь распиновкой ATmega328

Схема эксперимента собрана. Осталось прошить нашу Arduino.

Прошивка ATmega328

У микроконтроллера нет собственного USB-порта. К компьютеру его можно подключить одним из двух способов:

Рассмотрим их подробнее.

Прошивка ATmega328 через USB-UART преобразователь

Для сборки программатора нам понадобится:

Собранная в предыдущем эксперименте схема

Соберите следующую схему

Аппаратная часть готова. Теперь скачайте и установите на компьютер интегрированную среду разработки Arduino IDE и прошейте свой контроллер.

Прошивка ATmega328 через Arduino Uno

Для сборки программатора нам понадобится:

Собранная в предыдущем эксперименте схема

Аккуратно извлеките из платы Arduino Uno микросхему ATMega328P. Не беспокойтесь, вы сможете вставить её обратно позднее.

Соберите следующую схему

Аппаратная часть готова. Теперь скачайте и установите на компьютер интегрированную среду разработки Arduino IDE и прошейте свою плату.

Если не указано иное, содержимое этой вики предоставляется на условиях следующей лицензии: CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 4.0 International

Производные работы должны содержать ссылку на http://wiki.amperka.ru, как на первоисточник, непосредственно перед содержимым работы.
Вики работает на суперском движке DokuWiki.

diy/arduino.txt · Последние изменения: 2022/06/23 13:34 — mik

Инструменты страницы

Показать исходный текст
История страницы
Ссылки сюда
Наверх

Как сделать самому ардуино

Можно сделать клон Arduino на простейшей отладочной плате с отверстиями (stripboard, veroboard), который называется veroduino. Вместе с переходником USB — COM TTL он будет работать точно так же, как и дорогой фирменный Arduino.

Как только проект проходит стадию отладки и опытного образца, то уже не нужно использовать полную версию Arduino. Даже с учетом падающей стоимости Arduino-совместимых плат, таких как Arduino Nano и Arduino Mini, часто бывает излишне дорого использовать заводскую плату Arduino. К счастью, можно очень просто создать собственную схему на микроконтроллере ATmega, которая будет работать как аналог Arduino, и она обойдется очень дешево. В память микроконтроллера ATmega нужно прошить Arduino-загрузчик, и после этого Ваша плата будет работать в среде Arduino IDE точно так же, как и оригинальный Arduino.

[Используемые детали для veroduino]

В этом примере базовый Arduino собирается на маленьком куске стрипбоарда (квадрат примерно 5 на 5 см), и все что Вам понадобится — несколько недорогих радиодеталей и немного времени. В таблице перечислены используемые детали (цены указаны приблизительные, на момент публикации статьи).

Наименование	Шт.	Цена, руб.
Кусочек stripboard/veroboard	1	?
Atmel ATmega328P-PU	1	120
Сокет 28 pin DIL	1	17
Кварц 16 MHz, усеченный корпус	1	6
Линейный стабилизатор LM7805	1	6
Электролитический конденсатор 100uF 25V	2	3
Конденсатор 22pF керамический дисковый	2	0.5
Конденсатор 100nF керамический дисковый	1	0.6
Диод 1N4001 (ставить необязательно)	1	0.6
Кнопка (ставить необязательно)	1	0.8
Резистор 10K 0.25W (ставить необязательно)	1	0.2
Коннектор папа 6 pin (ставить необязательно)	1	0.3
Медный одножильный луженый провод	?

Плата stripboard (veroboard) представляет из себя обычно просто кусок односторонне фольгированного текстолита, в котором насверлены отверстия 0.9 мм со стандартным шагом 2.54 мм (100 mil). Фольга стрипбоард разделена на прямолинейные дорожки, из которых путем разрезания полосок и установок перемычек формируется электронная схема. Имеется даже специальное программное обеспечение, которое позволяет разработать конфигурацию монтажа схемы на стрипбоард [6]. Платку стрипбоард можно легко сделать самому с помощью микродрели (дремеля) и самодельного резака из ножовочного полотна, либо купить готовую в магазине или на радиорынке.

Схему можно слегка упростить/урезать, если кое-что на ней Вам не нужно. Например, если не нужна возможность программирования прямо на плате, то тогда можно выкинуть из схемы соответствующий 6 pin коннектор (JP1 FTDI) и конденсатор на 100 нФ. Если Вам не нужна кнопка сброса и сброс от FTDI, то можно выкинуть также и резистор на 10 кОм. Может быть также не нужен диод 1N4001, который защищает от ошибочной обратной полярности питания. Часто можно выбросить из схемы конденсаторы на 22 пФ, которые подключены к кварцу и на землю — кварцевый генератор микроконтроллера заработает и без них, однако выбрасывать эти конденсаторы в общем случае не рекомендуется.

Частота используемого кварцевого резонатора может отличаться от 16 МГц, однако для того, чтобы правильно работал бутлоадер, он должен быть скомпилирован на нужную частоту кварца. Кроме того, чтобы точно вычислялись интервалы времени в скетчах (программах микроконтроллера) Arduino IDE, нужно правильно выставить частоту кварцевого резонатора в проекте. В качестве микроконтроллера можно использовать либо ATmega168A, ATmega168PA (у него память Flash/EEPROM/SRAM в два раза меньше по размеру, чем у ATmega328P) либо ATmega328P (что предпочтительнее, так как часть FLASH памяти программ будет занята загрузчиком Arduino).

[Сборка veroduino]

На рис. 2 показано размещение на stripboard деталей нашего Arduino, и нужные соединения. Для монтажа Вам понадобится стрипбоард 20 X 19 отверстий (20 отверстий на каждой из 19 полосок фольги). Если не нужна кнопка для сброса и коннектор FTDI для программирования через среду Arduino IDE, то можно обойтись платой stripboard меньшего размера, 14 X 19 отверстий (14 отверстий на каждой из 19 полосок фольги).

veroduino-sch

Рис. 1 — принципиальная схема veroduino

veroduino-stripboard-layout

Рис. 2 — монтажная схема veroduino

Красными крестиками помечены места, где нужно разрезать полоски фольги на стрипбоард. Черными перемычками показана шина земли (GND), а красными перемычками шина питания VCC (+5V). Разрежьте монтажным ножом дорожки на стрипбоард в местах, помеченных красными крестиками, и сделайте монтаж в соответствии с рис. 2. Если Вы не дружите с паяльником, и не знаете, как делать монтаж на стрипбоард, то почитайте [6]. Убедитесь, что установленный сокет для микроконтроллера ориентирован правильно, его выемка, соответствующая 1 выводу, должна быть сверху, напротив стабилизатора LM7805. Правильно установите диод — его конец, помеченный полоской (катод) должен быть сверху (ориентирован к краю платы). Соблюдайте также полярность электролитических конденсаторов 100 мкФ. Положительный вывод конденсатора 100 мкФ (на рис. 2 помечен символом +) обычно не имеет метки на бочонке конденсатора, а отрицательный вывод помечен белой полоской. Кнопку сброса установите так, чтобы при нажатии она замыкала верхнюю и нижнюю полоски фольги. Другие детали можно устанавливать в любой полярности и ориентации.

[Подключение питания к veroduino]

Вы можете подключить плюс источника постоянного напряжения 7..9V к точке VIN, а отрицательный к точке GND (см. рис. 2). Можно использовать либо стабилизированный, либо нестабилизированный источник питания. В качестве нестабилизированного источника питания может служить трансформатор, диодный мост и конденсатор на 1000..2200 мкФ 16 вольт. Можно также использовать напряжение выше 9V (например, 12V), но тогда для стабилизатора LM7805 может понадобиться охлаждающий радиатор. Можно также подать питание через переходник FTDI USB-TTL RS232 (от шины 5V USB), но тогда нужно убедиться, что Вы отключили от VIN другой источник питания. Если хотите иметь подключенными одновременно и внешнее питание на VIN, и переходник FTDI, то нужно убрать синюю перемычку возле коннектора FTDI (см. рис. 2).

[Подключение к портам I/O микроконтроллера]

Цифровые и аналоговые линии показаны на рис. 2, это сигналы D0..D13 и A0..A5 соответственно. Имейте в виду, что расположение физическое расположение коннекторов и разводка сигналов отличается от оригинального Arduino, однако их все равно можно использовать в скетчах Arduino IDE. В списке деталей эти коннекторы не указаны, так как в готовом проекте Вы можете захотеть напрямую подключиться (припаять нужные провода) прямо к ножкам микроконтроллера (или к соответствующим полоскам фольги stripboard).

[Arduino bootloader, FTDI connector]

Чтобы платка veroduino полноценно работала в среде Arduino IDE как оригинальная плата Arduino, (т. е. чтобы загружались в платку программы-скетчи, можно было видеть отладочный вывод через последовательный порт), Вам понадобятся две вещи:

1. Прошить в память микроконтроллера бутлоадер Arduino (загрузчик Arduino) [5].
2. Подключить к 6-pin коннектору FTDI переходник, который преобразовывает TTL сигналы (с уровнями 5 вольт) RXD и TXD последовательного порта микроконтроллера в виртуальный COM-порт на компьютере (через подключение по USB, класс USB CDC).

Для того, чтобы прошить бутлоадер в память Вашего микроконтроллера ATmega328P (или ATmega168), понадобится программатор AVR [4]. В качестве программатора может также работать готовая платка Arduino с соответствующим шилдом. Готовые прошивки бутлоадера на разные микроконтроллеры можно взять в архиве [5] (см. в архиве папку Arduino-bootloader, файлы с расширением HEX). Имейте в виду, что кроме бутлоадера, в память микроконтроллера нужно прошить также правильные значения фьюзов, так как необходимо обеспечить запуск кода бутлоадера при сбросе микроконтроллера, а также нужна работа тактового генератора от кварцевого резонатора. Фьюзы также прописываются с помощью программатора, нужные значения фьюзов можно посмотреть в файле readme.txt архива. Если у Вас нет программатора, и Вам его лень делать самому, можно попросить запрограммировать микроконтроллер на радиорынке.

Переходник USB TTL COM-port (он подключается с одной стороны к 6-pin коннектору FTDI, а с другой стороны к компьютеру по USB) лучше купить готовый. Обычно такой переходник сделан по простейшей схеме на основе чипа FT232 (компания FTDI) или CP210x (компания Silicon Labs). Драйвер для переходника можно скачать с сайта соответствующей компании или взять в архиве [5]. Кроме того, в качестве такого переходника можно использовать макетную плату AVR-USB162 или AVR-USB162MU [3]. Хорошие переходники USB to TTL Serial Cable FTDI (или на чипе CP210x) можно купить на eBay, dealextreme или aliexpress [7], есть даже предложения с бесплатной доставкой. При покупке выбирайте 5V версию (иногда бывают версии на 3.3V). Самый лучший вариант – когда можно выбрать перемычкой рабочие уровни порта TTL RS-232 (3.3V или 5V). Если уровни сигналов на переходнике USB to TTL и на veroduino не совпадают, то понадобятся последовательно включенные резисторы номиналом около 1…2 кОм.

[Программирование veroduino в среде разработки Arduino IDE]

Запустите Arduino IDE, подключите платку veroduino к компьютеру через переходник FTDI, проверьте, что Вы правильно подали питание на veroduino. Нажмите кнопку сброса veroduino, и загрузите скетч в память микроконтроллера стандартным образом (для загрузки скетча используется бутлоадер Arduino, заранее прописанный в память микроконтроллера).

[Ссылки]

1. Veroduino site:nathan.chantrell.net — материал на английском языке, который взят за основу статьи.
3. AVR: отладочный вывод через UART (RS232 debug).
4. Программаторы для AVR.
5. Arduino bootloader source code (исходный код различных бутлоадеров Arduino), готовые прошивки бутлоадеров Arduino, драйверы для переходников FTDI (VCP, Virtual COM Port на основе чипов FT232 и CP210x).
6. Что такое макетная плата stripboard, как её использовать.
7. USB to TTL 5V Serial Cable site:ebay.co.uk (FTDI-FT232 for Arduino UNO mini duemilanove Mega), USB 2.0 to TTL UART 6PIN CP2102 Module Serial Connector Converter Adaptor Cable site:ebay.co.uk , CP2102 USB to TTL Converter Module — Red site:dx.com , 1Mbps USB To TTL/COM Converter Module buildin-in CP2102-10000066 site:aliexpress.com .

Изготавливаем самодельную плату Arduino своими руками

В сегодняшней статье, поговорим о том, как изготовить самодельную плату Arduino своими руками. На МозгоЧинах уже выкладывалась похожая статья, кто заинтересовался прошу сюда. С практической точки зрения – проще купить готовую плату и не заморачиваться, но навыки, полученные при изготовлении данной поделки, в дальнейшем могут пригодиться.