【導讀】首先在您的辦公桌上準備組裝和焊接所需的一切。請記住,您不想將所有部件組裝并焊接到您的個原型 PCB 上,然后再進行所有測試。只焊接電路的一個功能部分(例如電源),然后確認該部分完成了它應該做的事情。然后焊接下一個功能小節(jié)并進行測試,依此類推。
逐件組裝、焊接和測試
首先在您的辦公桌上準備組裝和焊接所需的一切。請記住,您不想將所有部件組裝并焊接到您的個原型 PCB 上,然后再進行所有測試。只焊接電路的一個功能部分(例如電源),然后確認該部分完成了它應該做的事情。然后焊接下一個功能小節(jié)并進行測試,依此類推。
這種循序漸進的焊接和測試方法將幫助您確定出現(xiàn)的任何問題的根源。此外,您可能能夠在設計錯誤導致另一個組件損壞之前發(fā)現(xiàn)它(例如,在將電壓施加到微控制器之前發(fā)現(xiàn)您的電源產(chǎn)生的是 5 V 而不是 3.3 V )。
焊接電源電路并測試
通常,您應該焊接的個部分是電源電路。焊接電源電路后,用適當?shù)腜CB清潔劑(如異丙醇)清潔并檢查是否短路和斷路。(此時我們假設 PCB 沒有制造缺陷,因此在這種情況下,短路和開路都是焊接缺陷。)
使用實驗室電源,設置適當?shù)碾娏飨拗?,并為部分組裝的 PCB 供電?,F(xiàn)在用萬用表測量電路產(chǎn)生的所有輸出電壓,并且要格外小心,您可以確認微控制器的所有電源引腳上都存在正確的電壓。然后在繼續(xù)之前不要忘記關閉電源。
焊接微控制器電路
現(xiàn)在電源電路可以工作了,我們可以組裝微控制器電路了。
首先,焊接微控制器和用于過濾電源電壓的無源元件(去耦電容器總是需要的,在某些情況下鐵氧體磁珠是有益的)。確保您的微控制器以正確的方向放置。您現(xiàn)在可以使用萬用表檢查短路和開路,但如果您想測試微控制器的功能,您需要焊接時鐘源(除非微控制器有內(nèi)部振蕩器)、復位電路和閃光燈所需的任何組件/調(diào)試硬件。
當你把所有東西都焊接好后,用你喜歡的清潔劑把它清理干凈。進行目視檢查(顯微鏡或放大鏡在這里很有幫助,尤其是對于細間距組件),并使用萬用表檢查您擔心的任何連接。如下圖所示,您可以使用萬用表的電阻測量功能來評估您的焊接連接。
對所有電源連接要特別小心(不要忘記調(diào)試頭可能有電源引腳)。這里的開路可能會使您的微控制器完全無法工作,而短路可能會導致?lián)p壞。
此時您的 PCB 具有少的有源電路并且微控制器沒有固件,因此當您為電路板通電時不應有大電流消耗。如果您還沒有這樣做,請調(diào)整您的工作臺電源的輸出電壓和電流限制,然后打開電源,看看會發(fā)生什么。如果與預期相反,工作臺電源的顯示屏顯示高電流,請再次將其關閉。不要驚慌(說起來容易做起來難);拿出你的萬用表和放大鏡,試著找出問題所在。
檢查復位引腳上的電壓
為確??煽窟\行,復位引腳必須具有穩(wěn)定、干凈的電壓,該電壓完全符合微控制器數(shù)據(jù)表中的邏輯高電平或邏輯低電平規(guī)格。如果復位引腳為低電平有效,則需要一個邏輯高電壓來啟用微控制器;如果它是高電平有效,則需要一個邏輯低電壓。
如果微控制器在復位引腳上有一個內(nèi)部上拉(或下拉)電阻,并且您不需要硬件復位功能,則可能沒有額外的電路連接到復位引腳。在這種情況下,無需檢查復位引腳上的電壓。但是,如果您的設計包括復位電路,請測量復位引腳上的電壓以確保它可以接受。
探測時鐘
如果您使用的是內(nèi)部生成的時鐘信號,則無需執(zhí)行此步驟(盡管在某些時候您可能需要測量內(nèi)部時鐘以確定其確切頻率)。對于外部時鐘,使用示波器查看信號。
首先,獲得時鐘信號的準確表示并不總是那么容易。當振蕩器是直接連接到微控制器的晶體時尤其如此——探頭引入阻抗會導致振蕩頻率發(fā)生偏移,在極端情況下,電路會在應用探頭時停止振蕩。在使用晶體時測量頻率的更好方法是啟用微控制器的時鐘輸出功能,然后探測數(shù)字信號(當然,在您能夠?qū)⒊绦蚣虞d到閃存中之前,您不能啟用時鐘輸出)。
如果振蕩器信號被緩沖,如晶體振蕩器模塊或硅振蕩器,您可以在不影響頻率的情況下探測振蕩器設備的輸出。
不過,即使使用晶體,您也應該能夠毫不費力地獲得相當準確的測量結(jié)果。確保您使用的是 10:1 探頭;與 1:1 探頭相關的附加電容可能會干擾電路。
當您探測其中一個晶體引腳時,您應該看到一個正弦信號,其頻率大約等于晶體的指定頻率,如以下示波器捕獲所示。
探測時鐘——測量來自石英晶體的 8 MHz 信號
將閃存/調(diào)試適配器連接到您的定制設計
現(xiàn)在我們可以繼續(xù)連接閃存/調(diào)試硬件。請確保在繼續(xù)之前斷開電源。
閃存/調(diào)試適配器將通過某種方式在適配器和 PCB 上的連接器之間建立連接。通常會有一根電纜,但也許您只有一根單獨的電線。此外,適配器上可能有多個連接器。確認您使用的連接器符合您的編程接口標準,并仔細檢查 PCB 上的連接是否與閃存/調(diào)試連接器上的引出線相匹配。不過,終必須結(jié)束雙重檢查;此時,您只需插入調(diào)試電纜,給 PCB 加電,希望不會燒毀任何東西。
具有兩個連接器選項的閃存/調(diào)試適配器示例。圖片由Atmel提供。
閃存/調(diào)試適配器通常會有狀態(tài) LED,為您提供有關內(nèi)部情況的某種信息——例如,設備已通電但處于空閑狀態(tài),編程正在進行中,微控制器正在調(diào)試模式下執(zhí)行代碼。下圖為您提供了閃爍/調(diào)試狀態(tài) LED 的示例。
JTAG ICE(在線仿真器)設備上的狀態(tài) LED。圖片由Atmel提供。
在您的 PC 和您的定制微控制器設計之間建立連接
打開編程工具或 IDE(集成開發(fā)環(huán)境)并配置您的閃存/調(diào)試適配器。然后,嘗試建立與微控制器的連接。編程工具或 IDE 會告訴您它是否有效。
如果它不起作用,請再次檢查您的連接。如果連接看起來正確并且您找不到任何其他明顯的問題,請不要失望。四處尋找有關如何為您的特定連接環(huán)境正確配置軟件的信息。此外,如果您有一個與定制 PCB 上的評估板相同或非常相似的微控制器評估板,這將很有幫助。如果您無法連接到評估板,則問題可能出在調(diào)試適配器或 PC 軟件上,而不是您的 PCB。
但讓我們假設一切順利,您可以毫無問題地連接到您的微控制器?,F(xiàn)在您可以將自己的固件加載到微控制器中并修改硬件配置。不過要小心,并確保您熟悉微控制器的低級功能(如數(shù)據(jù)表中所述)。如果您擺弄錯誤的配置位或嚴重功能失調(diào)的代碼,事情很快就會出錯。在壞的情況下,您可以將自己鎖定在微控制器之外。
配置時鐘
重要的配置選項之一是時鐘。微控制器的默認時鐘配置可能不是您想要的。 例如,如果您使用的是8 位 ATmega (PDF),它將默認配置為使用 1 MHz 內(nèi)部 RC(電阻-電容)振蕩器。如果你想要不同的頻率或不同的時鐘源,你需要修改硬件配置設置。這可以通過將必要的寄存器修改合并到您的固件中來完成,現(xiàn)在 IDE 可能會包含一個工具,它可以大大簡化生成硬件配置代碼的過程。
如前一節(jié)所述,進行更改時要小心!例如,如果您(不小心)告訴它使用不存在的外部時鐘信號,您的微控制器將不會高興。
你的個程序
我們已經(jīng)走了很長一段路,現(xiàn)在是時候?qū)⒊绦蚣虞d到微控制器的閃存中了。從簡單的東西開始,如果可能的話,加入一些基本的視覺反饋(例如,閃爍的 LED)。如果你沒有 LED,只需切換輸出引腳并用示波器檢查它。此時您要做的就是確認代碼已成功和執(zhí)行。
在測試程序之前,查找與“擦除”、“編程”和“驗證”相對應的選項。選擇這些選項意味著當您單擊按鈕時會發(fā)生三件事:
微控制器的程序存儲器將被擦除。
與您的代碼對應的目標文件將被傳輸?shù)轿⒖刂破鞑⒋鎯υ诜且资猿绦虼鎯ζ髦小?br style="padding: 0px; margin: 0px auto;"/>
PC 軟件將讀回程序存儲器中的數(shù)據(jù),以驗證在傳輸過程中或?qū)⒛繕宋募懭腴W存的過程中沒有引入錯誤。
如果過程成功,則執(zhí)行該程序。這可以通過 IDE 的調(diào)試功能或通過重置微控制器來完成。(執(zhí)行重置可靠的方法是關閉 PC 和微控制器之間的連接,移除閃存/調(diào)試電纜,然后重新啟動電路板。)如果您的測試程序有效,恭喜!您的定制 PCB(或至少 PCB 的微控制器部分)工作正常。
組裝您設計的其余部分
此時,關閉閃存/調(diào)試連接,拔下電纜,然后關閉 PCB?,F(xiàn)在您可以焊接其余部分,測試您的其他電路,并逐步實現(xiàn)所有必要的固件功能。
結(jié)論
設計您的個基于微控制器的定制 PCB 可能具有挑戰(zhàn)性。不過,這是值得的。
記住一步一步來做每件事,當事情初沒有按預期進行時,不要氣餒。對于組裝和測試階段出現(xiàn)的許多問題,您可以修復或想出解決方法。如果您真的搞砸了某些事情,請將電路板的個版本用作杯墊或鎮(zhèn)紙,然后返回到您的 CAD 軟件。這是一個你不會犯兩次的錯誤,也許你已經(jīng)注意到可以合并到第二個版本中的一些其他改進。
但是,如果您仔細處理原理圖和布局工作,并仔細檢查設計的每個關鍵方面,那么您很可能會得到一個很棒的定制 PCB,它可以滿足您的需要。
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