標(biāo)題: 自制Arduino最小系統(tǒng)板，集成N多種功能！趕快來(lái)圍觀(guān)吧 [打印本頁(yè)]
作者: lzy1999    時(shí)間: 2018-11-15 16:49
標(biāo)題: 自制Arduino最小系統(tǒng)板，集成N多種功能！趕快來(lái)圍觀(guān)吧
本帖最后由 lzy1999 于 2018-11-22 12:01 編輯

前文：
        最近想做點(diǎn)遙控的小玩具，所以一直在尋找一款實(shí)用的開(kāi)發(fā)板（最好是兼容Arduino的，因?yàn)槲抑粫?huì)玩arduino，對(duì)于其他單片機(jī)編程燒寫(xiě)什么的一概不知道。。。），所以苦苦尋找了許久，然后發(fā)現(xiàn)了下面兩款板子：號(hào)稱(chēng)世界上最小的arduino：基于A(yíng)TTINY85的主板以及DF家的beetle。這兩塊板子體積都挺小的beetle（20*22mm）以及attiny85（23*18mm），功能上來(lái)說(shuō)肯定Beetle更加優(yōu)秀，但是價(jià)格略高。便宜的attiny85僅有的6個(gè)端口并不夠我使用。。而且對(duì)于一些項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，對(duì)于主板的體積還是有一定要求的，這兩塊板子搭配上擴(kuò)展板之后可能過(guò)于龐大（而且市面上還找不到這樣的擴(kuò)展板，DF家到是出了一塊，但僅僅是將所有引腳引出）。于是糾結(jié)好久之后，按捺不住想自己畫(huà)板子了，于是有了下文。


（上面是兩種市面上可以購(gòu)買(mǎi)到的最小的Arduino板）


                                         第一部分
       選取自己想要的功能是十分必要的，俗話(huà)說(shuō)魚(yú)和熊掌不可兼得，畫(huà)電路板也是一樣，不可能一塊小小的板子上啥功能都有，所以先要明確自己的使用環(huán)境以及所需要的功能�。�！
我的使用環(huán)境：
       一些無(wú)線(xiàn)遙控的玩具或者機(jī)器人上，體積上越小越好，這些玩具一般是3.7V鋰電池供電的，而且驅(qū)動(dòng)方式一般是以電機(jī)或者舵機(jī)為主，一般至少3路電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)然要有可以控制玩具燈光的接口,因?yàn)檫@樣比較炫酷，嘻嘻。
      
       有了使用環(huán)境，那么需要的功能就很明了了！下面就是我列舉的一些功能：
1.首先最主要的是遙控�。。ㄖ攸c(diǎn)！），所以一個(gè)給無(wú)線(xiàn)通訊模塊預(yù)留的接口是最重要的，同時(shí)呢，給無(wú)線(xiàn)模塊供電工作也要做好�。。ú蝗还╇婋妷翰粔虻脑�(huà)無(wú)線(xiàn)模塊輸出的數(shù)據(jù)就亂掉了，然后整個(gè)單片機(jī)就傻掉了。。。。然后就。。。）

2.供電方式是3.7V鋰電池，所以一路電源升壓電路是肯定必要的啦，這個(gè)電路可以將鋰電池的電源升壓到5V之后輸出給單片機(jī)使用的。那么，電池玩著玩著沒(méi)電了怎么辦？這時(shí)候有個(gè)電壓報(bào)警器就是很方便的了，他可以很好的保護(hù)我們的電池不會(huì)過(guò)放電！所以，劃重點(diǎn)�。�鋰電池供電部分我們需要一個(gè)升壓電路和一個(gè)電壓報(bào)警器電路。

3.說(shuō)到電源的問(wèn)題，是不是我們?nèi)粘Ｒ?jiàn)到的電壓有兩種呢？一種是3.3V，一種是5V，有些芯片工作需要5V但是有的只要3.3V。你可能會(huì)問(wèn)兩個(gè)不就是差1.7V嗎，接上去也沒(méi)多大事，然而事實(shí)是這個(gè)芯片可能會(huì)活不久。。（不要問(wèn)我怎么知道的）因此，為了兼顧多種芯片，我決定多加上輸出電壓3.3V的穩(wěn)壓電路。

4.驅(qū)動(dòng)方面，我說(shuō)到主要是以舵機(jī)和電機(jī)為主，舵機(jī)可能不需要驅(qū)動(dòng)（直接接PWM輸出就好了），但是電機(jī)是必須要接驅(qū)動(dòng)的（曾經(jīng)有直接用單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)電機(jī)的，后來(lái)他就棄坑了。。。）而且接上驅(qū)動(dòng)模塊之后電機(jī)還可以調(diào)速以及調(diào)節(jié)正反轉(zhuǎn)。所以至少3路的驅(qū)動(dòng)以及一路或者多路的舵機(jī)接口是必要的。

5.控制燈光的接口就比較好弄了，直接懟上單片機(jī)的I/O口即可（注意單片機(jī)I/O口控制一般小的led還是可以的，誰(shuí)要控制什么1w或者10w的大功率led燈珠就是作死了。。。）

6.需要帶有一些常規(guī)的數(shù)字接口或者模擬輸入接口（這個(gè)數(shù)量當(dāng)然是越多越好，方便后期擴(kuò)展）

整理了一下，我列出了一個(gè)表格：



        列出來(lái)了需要的功能，我感覺(jué)整個(gè)工作就完成了一大半，有選擇恐懼癥的我在決定哪些功能時(shí)候真的是非常頭痛，然而現(xiàn)在感覺(jué)好了許多，設(shè)計(jì)的方向也就比較明了了。

                                   接下來(lái)就是糾結(jié)的選器件了：
1.單片機(jī)的話(huà)我是真的除了atmel系列之外都不會(huì)，所以我毫不猶豫的選了Atmega328P-AU，這個(gè)芯片也是Arduino nano上使用的，由于需要體積小巧的要求，所以我選擇的是貼片TQFP封裝的。而且這個(gè)芯片買(mǎi)回來(lái)燒寫(xiě)上bootloader之后就可以使用Arduino ide來(lái)開(kāi)發(fā)了，這也是我選擇它的原因。

2.單片機(jī)選了當(dāng)然需要一個(gè)Rs232轉(zhuǎn)串口芯片給Atmega328p寫(xiě)程序啊，但是我并不想給整個(gè)板子加上一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片，一個(gè)是因?yàn)檫@樣會(huì)占用本來(lái)就小的版面空間和多出一個(gè)usb接口，我還不如使用類(lèi)似Arduino pro mini的那種方案，使用外置的RS232轉(zhuǎn)TTL芯片去給328p寫(xiě)固件，這樣可以最大化的節(jié)省板面空間（正經(jīng)臉.JPG）

3.對(duì)于無(wú)線(xiàn)模塊的選擇可以說(shuō)是非常重要了，穩(wěn)定的模塊決定了通訊的質(zhì)量是否足夠高，也決定了遙控的延遲以及手感。這部分我木有太多糾結(jié)，因?yàn)槟繕?biāo)非常明顯，就是NRF24L01，用過(guò)的都說(shuō)好。而且使用SPI協(xié)議與Atmega328p通訊，速度快且穩(wěn)定。這里放一張NRF24L01的圖：


4.  5V升壓的電路的設(shè)計(jì)我取自一款升壓模塊的電路，我在網(wǎng)上找到了原理圖，如下：芯片使用的是E50D，輸入電壓0.9V-5V，恒定輸出電壓5V，最大輸出電流超過(guò)500ma，足夠我使用了。




5.3.3V的穩(wěn)壓芯片我使用的是MIC5205-3.3，MIC5205是一款LDO芯片（低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓芯片）輸入電壓與輸出電壓之間最少可以只有350mv的電壓差，對(duì)于電源不太穩(wěn)定的電路實(shí)在再合適不過(guò)，最大輸入電壓16V，最大輸出電流150ma，恒定輸出電壓3.3V。電路圖如下：




6.電機(jī)驅(qū)動(dòng)我并沒(méi)有選擇使用集成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC，因?yàn)槲铱戳丝捶庋b都過(guò)于龐大，不適合這種小體積項(xiàng)目，而且我并不太需要雙向的驅(qū)動(dòng)，只用單向的即可。挑來(lái)挑去，我決定使用最簡(jiǎn)單的mos管驅(qū)動(dòng)電機(jī)，便宜而且實(shí)用。mos管的話(huà)我使用的是nmos管，不建議使用pmos管的原因是pmos管的導(dǎo)通內(nèi)阻較大，會(huì)造成很大的損耗。對(duì)著數(shù)據(jù)表格看了半天之后，我看中了AO3400，最大通過(guò)電流5.7A，足夠使用了。




7.對(duì)于板子我還添加了一路電壓輸入，因?yàn)轭櫦暗接行╇姵仉妷涸?V以上的情況（例如7V，9V和12V）我的板子也要可以正常工作，于是我添加了一個(gè)降壓電路，可以將輸入的7-12V電壓降到5V供給整個(gè)系統(tǒng)使用。芯片選的是ME6210A50PG，同樣是一款低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓芯片，最大輸入電壓18V，最大輸出電流500ma，恒定輸出電壓5V，電路圖如下：




至此為止，所有的器件都選擇完畢了，下面就是細(xì)化每個(gè)部分的設(shè)計(jì)以及將電路圖畫(huà)出來(lái)。我會(huì)介紹一些基本的電路知識(shí)給大家，請(qǐng)大家拍磚。

                                         第二部分
       對(duì)于電路的設(shè)計(jì)，我主張從大到小，從重要到次要的順序來(lái)設(shè)計(jì)：這樣我們可以搞清楚整個(gè)系統(tǒng)的主次關(guān)系，方便日后查找問(wèn)題。
1.Atmega328P外圍電路的設(shè)計(jì)
         Atmega328p的外圍電路著實(shí)簡(jiǎn)單，僅需要幾個(gè)器件就可以完成（基本上就是晶振電路和復(fù)位電路）沒(méi)有什么好說(shuō)的，我也省省篇幅，歇一會(huì)。。。上圖�。�！




2.NRF24L01接口的設(shè)計(jì)
        NRF24L01與Atmega328P采用SPI協(xié)議進(jìn)行通訊，所以我將對(duì)應(yīng)的引腳連接到Atmega328P上。在這里我給電源正負(fù)極之間接了一個(gè)47uf的電解電容，是為了保證電壓的穩(wěn)定（因?yàn)镹RF24L01對(duì)電源的要求還是比較高的）




3.鋰電池升壓電路的設(shè)計(jì)（輸入0.9-5V，輸出5V）
        整個(gè)升壓電路其實(shí)就只需要幾個(gè)零件，在這里我說(shuō)明需要注意的一些事項(xiàng)：選擇的電感一定要是功率電感，二極管的話(huà)務(wù)必使用肖特基二極管（因?yàn)镋50D的工作頻率在300khz左右，所以普通二極管頻率沒(méi)有肖特基二極管這么快）推薦型號(hào)是1N5817或者1N5819




4.3.3V穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)（輸入5V，輸出3.3V）
        首先放上電路圖，這個(gè)電路沒(méi)有什么需要的外圍器件，僅僅一個(gè)電容用來(lái)濾波即可




5.7-12V降壓電路的設(shè)計(jì)（輸入7-12V，輸出5V）
        這個(gè)電路和上一個(gè)基本上一樣的，就是在輸入端上加了一個(gè)10uf電容濾波，可以過(guò)濾掉一些輸入電壓的紋波。




6.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
        對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電路圖如下。其中單片機(jī)的輸出信號(hào)腳經(jīng)過(guò)一個(gè)保護(hù)電阻之后連接在mos管的柵極上，同時(shí)在mos管的柵極還有一個(gè)電阻接地，這是因?yàn)槿龢O管的柵極存在結(jié)電容，所以這個(gè)電阻給mos管關(guān)斷時(shí)候提供了一條電子釋放通道。對(duì)于電動(dòng)機(jī)的這類(lèi)感性負(fù)載，用mos管控制開(kāi)關(guān)的時(shí)候容易產(chǎn)生較大的感生電動(dòng)勢(shì)，容易擊穿mos管，于是我添加了一個(gè)續(xù)流二極管在電動(dòng)機(jī)的兩端，來(lái)減少反向電壓。同樣的，這個(gè)二極管盡量選擇肖特基二極管，以滿(mǎn)足頻率要求，我這里采用的是1N5819。




7.報(bào)警電路的設(shè)計(jì)
        對(duì)于這個(gè)報(bào)警器我想了很久，想過(guò)很多方式去控制蜂鳴器的鳴叫，糾結(jié)許久之后才定下來(lái)這個(gè)方案，采用Atmega328p采集電池電壓數(shù)據(jù)，通過(guò)一個(gè)數(shù)字口來(lái)控制蜂鳴器的鳴叫。對(duì)于電壓采集電路，因?yàn)檩斎氲碾妷弘妷旱陀?V，所以直接使用Atmega328p的模擬輸入端口讀取電壓數(shù)據(jù)。
        關(guān)于控制蜂鳴器的鳴叫，我選擇的是有源蜂鳴器，這種蜂鳴器只需要給一個(gè)高低電平信號(hào)即可發(fā)出聲音，但是聲音頻率是固定的，若是選擇無(wú)源蜂鳴器，我還需要給它輸入PWM信號(hào)，這樣做會(huì)占用一個(gè)PWM口，所以權(quán)衡之下還是使用有源蜂鳴器。
        但是糾結(jié)的我又想了想，要是沒(méi)電的時(shí)候一直響豈不是很煩人？我更希望是響一聲，停幾秒，再響一聲，再停幾秒。。這種的，于是我花了點(diǎn)時(shí)間回顧了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（我真的是給自己找坑挖。。。）最后設(shè)計(jì)出來(lái)如下電路：


       這里采用555芯片制作了一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，觸發(fā)器的輸出口通過(guò)一個(gè)三極管控制蜂鳴器，需要注意的是蜂鳴器同樣屬于感性負(fù)載，務(wù)必接上一個(gè)續(xù)流二極管，這個(gè)二極管由于工作頻率較低，沒(méi)有什么限制。但是我還是選用了一個(gè)肖特基二極管（并不想多買(mǎi)一種二極管）555芯片的reset端我連接上了Atmega328p的四號(hào)端口，用這個(gè)腳的信號(hào)來(lái)控制整個(gè)蜂鳴器電路是否工作。這個(gè)電路即可控制蜂鳴器響一下，停一下。

8.其他輸出接口的設(shè)計(jì)
       首先是給單片機(jī)下載程序的接口，如圖


        然后是兩種電源輸出的接口（3.3V和5V）


         再就是4路模擬量輸入接口（在這里我預(yù)留了Atmega328p的i2C接口A(yíng)4和A5，方便連接其他使用i2C的設(shè)備）


       最后就是6路的數(shù)字輸出口，其中D3，D5，D6，D9，D10 5路為PWM和I/O復(fù)用端口，方便連接舵機(jī)，接入其他電機(jī)驅(qū)動(dòng)板或者連接其他傳感器設(shè)備。D2腳作為Atmega328p的外部中斷端口，可以控制單片機(jī)的中斷操作。但是注意，D3,D5,D6口也用來(lái)控制板載的mos管，所以當(dāng)使用板載mos管控制電機(jī)時(shí)，這幾個(gè)管腳請(qǐng)不要使用。


                                                            總結(jié)
      至此為止，整個(gè)電路就設(shè)計(jì)完畢了，接下來(lái)就需要進(jìn)行PCB電路板的排版以及布線(xiàn)，這個(gè)星期有點(diǎn)小忙，關(guān)于接下來(lái)的設(shè)計(jì)我會(huì)在下周放出，請(qǐng)大家期待，如果有什么關(guān)于電路設(shè)計(jì)以及PCB板的問(wèn)題，歡迎大家提問(wèn)，我會(huì)認(rèn)真的回復(fù)你們。。
      最后，感謝你們閱讀我寫(xiě)的這么多文字，希望我此次做的電路可以對(duì)你們提供一些幫助和引導(dǎo)，謝謝。


作者: hui468    時(shí)間: 2020-3-10 21:13
收藏了，慢慢學(xué)。
作者: wqx513    時(shí)間: 2020-3-16 20:16
受益匪淺，感謝分享
作者: tvtvtv00    時(shí)間: 2020-3-31 23:28
期待下文
作者: gch1    時(shí)間: 2020-4-1 21:20
用555芯片是敗筆，其他不錯(cuò)
作者: 大佬千    時(shí)間: 2021-1-7 21:50
大佬選型講究，最近我也在考慮集合這倆東西，學(xué)習(xí)了
作者: hhdsdy    時(shí)間: 2021-1-14 21:17
D4無(wú)法控制蜂鳴器響一聲停幾秒嗎？



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