Daugumai elektronikos mėgėjų, norinčių išmokti programuoti mikrovaldiklius, dažnai iškyla klausimas: nuo ko pradėti?
Šiuo metu galima įsigyti įvairius mikrovaldiklių modelius, besiskiriančius tarpusavyje sudėtingumu bei kaina. Dauguma iš jų yra per sudėtingi žengti pirmus žingsnius mikrovaldiklių programavime. Todėl pateiksime lengvai prieinamo, pigaus ir pakankamai galingo AVR tipo mikrovaldiklio „Atmega16“ bandymų plokštės gamybos aprašymą.
Tokia bandymų plokštė naudojama atliekant visokius eksperimentus, kurie palengvina elektronikos prietaisų projektavimą ir gamybą. Juk patogiau pirma atlikti bandymus ir pažiūrėti ar prietaisas veiks, o tik paskui gaminti galutinį variantą.
AVR mikrovaldiklis, nežiūrint į tai, kad yra tik 8 bitų, yra labai lankstus ir galingas. Jį naudojant galima pagaminti įvairaus sudėtingumo prietaisus: nuo paprastų „mirksiukų“ iki robotų.
Bandymų plokštei (1 pav.) pagaminti reikės stiklo tekstolito plokštės, padengtos fotorezistu. Taip pat reikia pačio svarbiausio elemento – mikrovaldiklio „Atmega16“ ir lizdo jam. Be to, reikės 32 šviesos diodų (3 mm skersmens), tiek pat 1–2 K paviršinio montažo varžų. Schemoje yra keturios fiksuojančios 8 skilčių jungtys. Taip pat reikės devynių nefiksuojančių mygtukų, MAX232 mikroschemos, kvarcinio rezonatoriaus (4–16 MHz), RS232 jungties bei keleto išorinių kontaktų.
1 pav. Bendras bandymo plokštės vaizdas
Pasigaminus plokštę (sulitavus elementus į jiems skirtas vietas), galima bus pradėti mokintis programuoti.
Plokštę pagal principinę schemą galima suprojektuoti patiems. Tam yra skirta įvairių programų, tokių kaip „Sprint-Layout“, „CadSoft Eagle“, „PCB123“, „PCAD“, „ORCAD“ arba „Protel-Altium Designer“. Nesvarbu kokią programą pasirinksite, gautas rezultatas vis tiek bus dalinai vienodas. Mes plokštę projektavome naudodamiesi „Protel-Altium Designer“ bei „Sprint-Layout“ programine įranga, kuri leidžia ne tik suprojektuoti principinę elektrinę schemą (2 pav.) bet ir jos plokštę.
2 pav. Elektrinė principinė bandymų plokštės schemos eskizas (Spausti ant paveikslėlio)
Surinkus elektrinę principinę schemą (2 pav.), atliekamas plokštės projektavimas. Taip vadinamas laidžių takelių išvedžiojimas. Tai gali būti daroma dviem būdais: vedžiojama rankiniu arba automatiniu būdu. 3 pav. pateikta suprojektuota, gamybai tinkanti plokštė.
3 pav. Spausdintinė plokštė su išvedžiotais takeliais, tinkanti schemos gamybai
Takelių išvedžiojimui yra labai svarbus detalių išdėstymas. Detalės išdėstomos taip, kad takeliai būtų pravesti su kuo mažiau susikirtimų ir daugumoje atvejų, kuo trumpesniu atstumu tarp dviejų kontaktų. Kadangi schema turi nemažai detalių ir projektuota vienpusė (takeliai išdėstyti tik vienoje plokštės pusėje), tai kelių susikirtimų išvengti nepavyko. Tokiu atveju naudojami laidai, kuriais jungiamos takeliais nesujungtos dalys (4 pav.).
4 pav. Spausdintinė plokštė su išvedžiotais takeliais, tinkanti schemos gamybai (Spausti ant paveikslėlio)
Schemoje nemažai šviesos diodų, jungiklių bei kontaktų.
Šviesos diodai tarnauja indikacijai. Pagal juos galima spręsti, kaip veikia jūsų rašyta programa arba galima sužinoti, kaip keičiasi įtampa mikrovaldiklio išvaduose.
Schemoje yra dviejų tipų jungikliai, užsifiksuojantys ir neužsifiksuojantys.
Užsifiksuojantys jungikliai skirti šviesos diodų prijungimui bei atjungimui nuo mikrovaldiklio, kadangi kai kuriais atvejais jie gali iškraipyti įtampos frontų reikšmes. O greta jų esančios kontaktų eilės KT skirtos kokiems nors projektuojamiems įrenginiams prijungti.
Neužfiksuojantys jungikliai skirti programos valdymui mikrovaldiklyje arba išoriniam komandų įvedimui. UART (angl. – universal asynchronous receiver-transmitter) jungtis skirta bandymo plokštės pajungimui prie kompiuterio. Šia jungtimi galima labai paprastai perduoti duomenis ar komandas iš kompiuterio į bandymų plokštę ir atgal. Tai labai naudinga kai norima projektuojamą prietaisą valdyti iš kompiuterio ar tiesiog kompiuteryje atvaizduoti duomenis.
Taip pat schemoje galima rasti įtampos stabilizatorių, kuris nuolatinę įtampą tarkim 12 V keičia į 5 V, kadangi „Atmega16“ gali būti maitinama tik 2,7–5,5 V įtampa. Taip pat schemoje panaudotas RST (Reset) mygtukas, skirtas programos paleidimui iš naujo ir visų vidinių registrų numetimui į pradines būsenas. LCD pajungimo kontaktai, skirti pajungti standartiniam vienos ar dviejų eilučių displėjui, su reguliuojamu kontrastu. Schema taip pat turi programatoriaus pajungimo kontaktus PJ.
Taigi, turint suprojektuotą spausdintinę plokštę (3 pav.), galima pradėti jos gamybą namų sąlygomis. Atspausdiname plokštę su lazeriniu spausdintuvu (būtinai juoda-balta režime) ant skaidrės, nustatant kokybiškiausią režimą.
Kadangi dabar mūsų žiūrimą plokštę yra žvelgiama iš viršaus, tai jos vaizdo spausdinant versti nereikia. Turėdami vaizdą ant skaidrės, vandeniu sudrėkintą skaidrę dedame ant pozityviu fotorezistu padengtos plokštės. Tokių plokščių galima įsigyti elektronikos prekių parduotuvėse. Skaidrė ant plokštės dedama apverčiant (taip, kad atspausdintas vaizdas būtų arčiausiai plokštės). Taip paruošta plokštė dedama po ultravioletine lempa (panaši stovi pinigų tikrinimo aparatuose). Atstumas nuo lempos iki plokštės apie 4–5 cm.
Švitinimo laikas 5 minutės ir daugiau. Bendru atveju švitinimo trukmė priklauso nuo lempos galingumo. Todėl prieš gaminant reikiamą plokštę patartina paeksperimentuoti su plokštės atraižomis. Po švitinimo, nuėmus skaidrę, plokštė dedama į ryškalą. Ryškinimo metu galima pamatyti išryškėjusius takelius. Ryškinimo laikas apie 1 min, kai tirpalo temperatūra 36 °C. Ryškinimui gali būti naudojamas SENO-4007 ryškalas, kuris savo sudėtyje neturi NaOH. Išryškinta plokštė nuplaunama vandeniu ir išdžiovinama. Tokia išryškinta plokštė tinkama ėsdinimui.
Plokščių ėsdinimui buvo naudota B327 smulkiakristalė medžiaga, kuri ėsdina labai tolygiai ir užtikrina piešinio tikslumą, nepasigraužiant po fotorezistu. Ėsdinimo metu tirpalo temperatūra gali būti 80 °C, tada ėsdinimo laikas siekia 7–10 min. Išėsdinta plokštė nuplaunama po vandeniu ir išdžiovinama. Tada išgręžiamos skylės detalių kojelėms. Atkreikite dėmesį į turimų detalių kojų skersmenis. Nepatartina gręžti skyles, kelis kartus didesnes nei detalių kojelių skersmenys. Išgręžus skyles, plokštę patartina nuvalyti plokščių valikliu, kad neliktų fotorezisto ant varinių takelių. Plokščių valiklio taip pat galima įsigyti elektronikos prekių parduotuvėse arba blogiausiu atveju panaudoti acetono tirpalą, tik tokiu atveju paveikiama plokštė ir takeliai lengviau atšoka nuo plokštės litavimo metu. Po valymo, takeliai padengiami plonu lydmetalio sluoksniu pasinaudojant „kanifolija“ arba jos tirpalą.
Sulituota plokštė atrodo taip:
5 pav. Pagaminta spausdintinė plokštė su sulituotomis detalėmis: pirmoji – su „Protel“; antroji – su „Sprint-Layout“
Plokštės montaže buvo keli nesujungti kontaktai, todėl jie sujungiami laidu iš priešingos plokštės pusės (1 pav. juodi laidai).
6 pav. Bandymų plokštės pajungimas prie programatoriaus bei maitinimo šaltinio pavyzdys
Pagaminus plokštę ir į mikroschemos lizdą įdėjus mikrovaldiklį, galima prijungti programatorių, kurio schemą galima rasti mūsų internetiniame puslapyje. Kontaktai skirti programatoriaus pajungimu, ir žiūrint iš viršaus išdėstyti taip, kad būtų galima pajungti standartinį AVR programatorių, leidžiantį programuoti per ISP (angl. – In system programmer) šyną.
7 pav. Programatoriaus pajungimui skirtų kontaktų išdėstymas
Teisingai surinkus schemą, viskas veikia iš karto, todėl galima pradėti mokintis programavimo paslapčių bei elektronikos įrenginių projektavimo.
Pilnai suprojektuotą spausdintinę principinę schemą ir plokštę „Protel“ bei „Sprint-Layout“ terpėje galima parsisiųsti čia:
„Protel“ terpei
„Sprint-Layout“ terpei.
