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Je suis tellement excité que la première version de

mon PCB personnalisé fonctionne enfin ! Première version et

j’ai mis beaucoup de temps

à faire tous les correctifs pour que tout fonctionne. Il a

quelques bogues et correctifs, mais maintenant toutes les

fonctions prévues de ce PCB fonctionnent comme ce

prototype de maquette. Donc, dans cette vidéo, je veux partager comment

je suis passé de ce prototype de maquette contenant

une carte de développement Arduino connectée à

quelques capteurs et actionneurs, quelques leds

dans ce PCB personnalisé. Il y a maintenant quelques

considérations de conception à prendre en compte. Par exemple, le

circuit de gestion de l’alimentation ou comment télécharger le chargeur de démarrage

et le micrologiciel, les voyants, les boutons ou les commutateurs et

intégrer les différents circuits de capteurs. Maintenant, même

si pour la vidéo d’aujourd’hui, je vais me concentrer sur la façon

de créer des PCB personnalisés, parfois une maquette

peut suffire. Désormais, une maquette peut être utile à de

nombreuses fins différentes. Ils peuvent être utiles pour l’

enseignement, un projet artistique ou même le déploiement et le

test d’une unité pendant quelques jours. Ainsi, parfois, nous n’avons

peut-être même pas besoin de créer un PCB personnalisé. Cependant,

à d’autres moments, nous pourrions avoir besoin de plusieurs unités ou les

composants que nous utilisons ne peuvent être trouvés que dans des

packages SMD ou des empreintes non standard que vous

devez utiliser pour un PCB personnalisé. Dans ces cas, un PCB personnalisé

peut être très très pratique et son utilité est

d’être beaucoup plus petit et

robuste qu’un équivalent de la maquette. Donc, après avoir considéré l’

utilité d’une maquette et d’un PCB personnalisé

, plongeons-nous dans la première considération de conception

qui est le microcontrôleur, le cœur de notre

projet. Maintenant, pour mon prototype, j’ai utilisé Arduino

Zero, qui possède le microcontrôleur SAMD21 d’Atmel.

Si c’est la première fois que vous essayez de passer d’une

planche à pain avec la carte de développement à un PCB personnalisé,

je vous recommande fortement de faire référence à trois

autres conceptions schématiques open source avec le même

microcontrôleur que votre planche à pain. Dans mon cas, je fais

référence à Feather Zero d’Adafruit, à la carte M0 Mini de RobotDyn

et à la carte Arduino Zero. Les trois cartes de développement

ont des schémas ouverts avec le même microcontrôleur

SAMD21 auquel nous pouvons nous référer lors de la conception de notre

PCB personnalisé. N’oubliez pas non plus d’ajouter la fiche technique

du microcontrôleur lui-même. Maintenant, parce que le

microcontrôleur sera sur le PCB à la première

étape, nous devons décider quel package et quelle variante

du microcontrôleur utiliser. Oui, cela ne signifie pas

qu’il s’agit de SAMD21, il n’y aura qu’un seul SAMD21.

J’ai pensé qu’il y avait plein de packages, plein

de variantes. Jetons-y un coup d’œil. Après avoir

vérifié les informations de commande de la fiche technique, nous

devrions ensuite parcourir la liste des variantes.

Vous y voyez une longue liste de SAMD21. Et heureusement, après avoir fait

référence aux trois conceptions open source, j’ai choisi

SAMD21G18-AU avec flash 256k et type de package

TQFP48, qui est essentiellement euh le package TQFP avec

48 broches. Assurez-vous également de vérifier la disponibilité

et le stock du fournisseur pour cet emballage exact, en

particulier avant de procéder à la mise en page du circuit imprimé. Dans mon cas,

j’ai choisi LCSC comme fournisseur. Après avoir confirmé

le cerveau du projet qui est essentiellement

le microcontrôleur, dans ce cas, la deuxième

considération de conception consiste à examiner la conception au niveau du sous-système

. Il est donc temps de consolider l’ensemble

du prototype de maquette en différents

composants. Cela nous donnera un aperçu de la façon dont

divers composants ou sous-systèmes s’assemblent

pour faire fonctionner l’ensemble du prototype de la maquette.

J’aime utiliser le site Web draw.io et esquisser quelques

organigrammes rapides et connecter les sous-systèmes. Je

code également les cases par couleur en trois zones principales.

Microcontrôleur de puissance et capteurs et actionneurs.

Maintenant que nous avons un organigramme avec tous les différents

composants, cela nous sera utile lorsque nous concevons

les schémas. Finalement, chacune des cases de l’

organigramme du sous-système devient un bloc logique dans les

schémas qui sépareront les principaux

domaines fonctionnels. Par exemple, supposons que ce bloc émetteur infrarouge

devienne finalement un composant de circuit dans

les schémas. S’il s’agit de notre première version, première

itération de la conversion d’une maquette en Eastwin PCB

ces blocs logiques peuvent également nous aider à les

séparer en utilisant, par exemple, des cavaliers à souder ou

des résistances de zéro ohm ou des résistances en général. Par

exemple, voici le symbole d’un

cavalier de soudure ouvert dans KiCad. Je l’ai utilisé pour isoler

le circuit d’alimentation et le circuit du capteur de température.

Parfois, nous pouvons également utiliser une résistance de 0 ohm ou

dessouder une résistance. Ainsi, lorsque je remplis le PCB

pour la première fois, je laisse de côté la soudure de ces

composants et teste chacun des blocs logiques

un par un. Ainsi, après avoir choisi le microcontrôleur,

la variante exacte du microcontrôleur, puis

avoir une vue d’ensemble du sous-système. La deuxième

chose la plus importante est la puissance. Nous devons décider

comment allons-nous alimenter notre PCB. S’agira-t-il

d’une alimentation USB, d’une batterie alcaline, peut-être d’

une batterie lipo rechargeable ou même d’une pile bouton ?

Dans mon projet, j’ai décidé d’utiliser à la fois une alimentation USB

et des piles. Cela signifiait également que j’avais besoin d’un circuit

qui puisse commuter automatiquement la source d’alimentation

si les deux sources d’alimentation sont utilisées. J’ai donc trouvé cette

partie difficile, en particulier parce que si je n’avais

pas le circuit d’alimentation correct, cela

pourrait endommager l’ensemble du circuit imprimé ou même des parties

des composants et des circuits. Et malheureusement,

cela n’a pas pu être vérifié sur la maquette. Eh bien,

j’aurais peut-être pu souder le micro USB et la

batterie, mais pour des raisons de facilité, cela n’a

pas pu être vérifié car la carte de développement avait sa propre

alimentation et une source d’alimentation différente de celle que j’ai l’

intention de faire dans mon PCB. La seule façon dont je pouvais concevoir

cela était d’utiliser des recherches en ligne et des

critiques schématiques et des commentaires d’amis. J’ai également créé une

petite simulation de circuit pour recouper la conception

à Falstad. Ainsi, après avoir décidé des sources d’alimentation

, puis de la manière de basculer entre elles, la prochaine considération

importante liée à la conception de

l’alimentation est le régulateur de tension. J’ai dû vérifier la

tension de fonctionnement du microcontrôleur à partir de la fiche technique

pour m’assurer que les valeurs que j’ai choisies devaient correspondre

à cette plage. Pour SAMD21, la tension de fonctionnement

est de 1,6 à 3,6 V. Sur la base de la tension de fonctionnement,

j’ai choisi le régulateur de tension qui a une sortie

de 2,8 V. J’ai également vérifié les notes maximales de

tous les composants importants du projet

pour m’assurer qu’il est compatible avec 2,8 V.

J’ai généralement un tableau comme celui-ci pour répertorier toutes

les valeurs nominales maximales ou les tensions de fonctionnement de

chacun des composants. Par exemple, pour le récepteur IR,

le récepteur infrarouge que j’utilise, la

plage de tension est de 2,5 V à 5,5 V. Et le

capteur de température a également la tension de fonctionnement de 1,9 V

à 3 V. Nous pouvons créer un arbre d’alimentation qui est

défini dans ce document Intel comme illustrant

le flux d’alimentation principal à travers un arbre de

convertisseurs de puissance qui convertissent l’alimentation principale

en tension et en courant requis pour alimenter

diverses charges. Et voici à quoi ressemble mon schéma d’arbre d’alimentation simple,

vous pourriez envisager d’installer

un interrupteur d’alimentation qui peut être utile pour le

débogage ou pour un cas d’utilisation général. Un autre composant

à ajouter est la protection contre l’inversion de polarité maintenant

J’ai opté pour le plus simple qui consiste à ajouter une

diode Schottky. Lorsque les tensions sont inversées,

la diode devient essentiellement un circuit ouvert

et cela protège les composants du PCB.

Ainsi, lorsque j’ai fait fabriquer et livrer ce PCB

, j’ai soudé tous les composants à l’exception

des cavaliers de soudure ouverts et certaines des

résistances afin que les composants

du circuit soient séparés. J’ai testé avec l’alimentation USB.

Tout va bien, puis j’ai testé la puissance de la batterie.

Tout va bien aussi ! Et enfin, j’ai testé les

deux sources d’alimentation simultanément pour m’assurer que le

circuit de commutation fonctionne. Ce fut donc un énorme soulagement

lorsque j’ai enfin fait fonctionner le circuit de gestion de l’alimentation

et cela signifie que je peux mettre le reste

du circuit sous tension et voir comment cela fonctionne. La prochaine

considération de conception cruciale est le chargeur de démarrage

et pour tout PCB personnalisé, le téléchargement du chargeur de démarrage est

important car le microcontrôleur que nous

allons acheter sera très probablement nu et sans

aucun chargeur de démarrage téléchargé. Donc, parce que

j’utilise le micrologiciel Arduino pour mon projet, je devais

m’assurer que le chargeur de démarrage Arduino pour Arduino Zero, en

particulier pour le microcontrôleur SAMD21G, puisse

être téléchargé sur mon PCB personnalisé ici. Maintenant, pour

télécharger le chargeur de démarrage Arduino, il doit utiliser l’

interface SWD qui est un protocole à deux fils avec des

broches d’horloge SWCLK et SWDIO. Il existe de nombreuses façons

d’inclure ces deux broches dans un

connecteur standard à 10 broches ou simplement les

broches essentielles retirées avec les broches d’alimentation et de réinitialisation

. C’est donc une décision de conception que nous devons prendre

pour notre PCB personnalisé. Assurez-vous que le

circuit de réinitialisation est connecté au microcontrôleur. Cela

sera utilisé non seulement pour le téléchargement du chargeur de démarrage,

mais également pour un cas d’utilisation général. Donc, si c’est la

première fois que vous utilisez un nouveau microcontrôleur

pour télécharger le bootloader, cela peut prendre un peu de

temps. Eh bien, du moins, cela l’a fait pour moi parce que je

devais comprendre les broches, les connecteurs et même

le programmeur ou même créer le fichier du chargeur de démarrage

que je pouvais télécharger dans mon PCB personnalisé. Et

pour rendre les choses un peu plus difficiles, je

ne pouvais pas le faire lorsque je faisais le

prototypage de la maquette. Parce qu’après tout, je n’ai qu’une seule

carte de développement avec ce microcontrôleur spécifique à bord

et je ne voulais pas risquer d’avoir une

carte de développement non fonctionnelle en essayant d’expérimenter pour continuer à

télécharger le chargeur de démarrage. Pas pour moi! C’était donc

quelque chose que je ne pouvais faire qu’avec mon PCB personnalisé. Et

la dernière considération de conception maintenant que nous avons

passé en revue le microcontrôleur, l’alimentation, la

conception au niveau du sous-système et même le chargeur de démarrage

sont le capteur et les circuits de l’actionneur. Il peut donc y en

avoir quelques-uns. Je me réfère à la fiche technique

de chacun de ces composants pour avoir une idée du

circuit d’application de référence. Par exemple ici l’

IR, le récepteur infrarouge avait quelques résistances

et des condensateurs pour réduire l’ondulation d’alimentation. Et la

fiche technique du capteur de température avait également un

circuit d’application typique pour référence. Alors j’ai pensé que

c’était la partie la plus facile, n’est-ce pas ? Les

circuits d’application sont là dans la fiche technique, je l’ai essentiellement

référencé, mis dans mon schéma, mis dans ma mise en page.

À quel point cela peut-il être faux ? J’avais tellement tort ! C’est aussi là que

j’ai pris le temps. Par exemple, le capteur de température

n’a pas fonctionné et c’est une grande leçon que j’ai

apprise. Chaque fois que nous fabriquons un PCB personnalisé,

mon conseil ou mon point d’apprentissage sera de toujours

remplir 2 PCB. Pourquoi? car si un composant

ne fonctionne pas sur les deux PCB ou peut-être 3 ou 4

PCB, il s’agit très probablement d’une erreur de conception. Maintenant, si un

certain composant ou une partie du circuit ne

fonctionne pas sur 1 PCB, il s’agit très probablement d’une erreur de fabrication, de

soudure ou d’un composant, ce qui est très

spécifique à ce PCB erroné. J’ai également eu une erreur

dans le circuit de l’émetteur de la LED IR. Il n’envoyait

aucun signal infrarouge. Après avoir débogué pendant quelques

jours, changé la valeur de la résistance et même

dessoudé une nouvelle LED IR, j’ai pensé que l’erreur était

dans le transistor NPN. Maintenant, dans ma configuration de maquette,

le transistor NPN que j’ai utilisé était un boîtier TO92

avec la broche 1 comme émetteur, la broche 2 comme

base et la broche 3 comme collecteur. Dans mon PCB, je l’ai

simplement remplacé par le package du composant BC817 SOT-23

. Mais comme vous le voyez ici, les broches 1 et 2

sont échangées entre la base et l’émetteur.

Encore une fois, la leçon consiste à vérifier le

schéma et l’empreinte de la mise en page. Et s’il vous plaît ne supposez pas,

même si c’est aussi simple qu’un transistor NPN, que

les broches et les dispositions seront exactement les mêmes

entre deux composants. Non non! S’il te plaît, ne fais pas ça.

Consultez les fiches techniques de ce nouveau composant,

même si la fonctionnalité est exactement la même.

Une dernière chose est peut-être une note facultative, consiste à

inclure des LED pour TX, RX et l’alimentation, en particulier

une fois de plus pour la première version du PCB personnalisé,

car elles pourraient être utiles pour le débogage. C’était donc le PCB,

les considérations générales de conception pour une première

version à créer lorsque nous passons d’un

prototype de maquette à un PCB personnalisé. Maintenant, il m’a fallu beaucoup

de temps pour avoir un prototype fonctionnel de PCB.

Et pour être honnête au milieu de tout le débogage,

au milieu des semaines et des mois qui passaient, je

me demandais si je ferais même fonctionner tout le

PCB ou quelle devrait être ma prochaine étape. Et

Je tiens à vous assurer que c’est tout à fait normal

surtout si vous travaillez avec un nouveau

microcontrôleur, un nouveau composant ou un nouveau circuit,

une nouvelle conception. Mon point d’apprentissage ici sera donc

de commencer petit. Petit en termes de petit nombre

de nouvelles choses et de petit nombre de sous

-systèmes, puis itération sur la création d’une deuxième version

ou même d’une conception plus récente qui peut incorporer

les composants qui fonctionnaient auparavant afin qu’il

continue de fonctionner. Après tout, l’ingénierie consiste

à déboguer et à utiliser des abstractions pour créer

des projets amusants plus complexes. Ao, voici à nous tous de

créer de petites itérations de première version

et de les faire fonctionner afin que nous puissions tous

continuer à construire des projets plus amusants ! Alors merci

d’avoir regardé. Et à bientôt dans la prochaine vidéo !

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