Плата отладочная является достаточно полезным инструментом при разработке различных электронных устройств. Но можно ли создать её своими руками? Или же следует рассчитывать только на промышленные аналоги? Какие особенности есть у этого устройства? Об этом мы сегодня и поговорим.
Общая информация
Когда говорят об этой теме, то чаще всего понимается отладочная плата для Atmega8 или иного подобного микроконтроллера, в основе которого лежит 8-ми или 16-битный принцип работы. Но мир идёт вперёд. Наступает пора 32-битных микроконтроллеров. В связи с этим мы рассмотрим то, что может быть доступно нам уже сейчас. Особое внимание следует уделить отладочной плате STM32, хотя в рамках статьи рассматриваются всё же AVR. Но сначала представим общую картину.
Появление 32-битных микроконтроллеров позволило значительно расширить объем задач, которые они могли выполнить. Но необходимо оптимизировать принимаемые решения и создаваемую технику. Хотя и старым образцам будет уделено внимание, ведь не отметить их универсальность и добротность просто нельзя.
Что же собой представляет STM32?
Конечно, наибольший интерес в рамках статьи представляет плата отладочная. Но чтобы разобраться в дополнительном моменте, давайте рассмотрим основной. Допустим, у нас есть STM32F103C8T6. Отладочная плата представляет собой конструкцию с микроконтроллером, что строится на ядре ARM Cortex-M3. Оно обладает значительным количеством преимуществ, главное из которых – универсальность. Кстати, сейчас Cortex-M3 является полноценным индустриальным стандартом. Плата отладочная представляет собой поверхность, на которой могут взаимодействовать все ножки STM32, обеспечивая выполнение имеющихся задач.
Приступаем к подготовке
Итак, нам нужна плата отладочная. Какие у неё должны быть параметры? Купить её или сделать самостоятельно? Каков у неё должен быть размер? Вот с последнего вопроса мы и начнём. Первоначально необходимо подобрать такое устройство, чтобы все механизмы и составляющие элементы могли успешно разместиться на нем. В большинстве случаев достаточно, чтобы отладочная плата для AVR имела стороны в пятнадцать сантиметров. Такой размер подходит благодаря компактности и возможностям прибора.
Прежде чем приступать к изготовлению или покупке платы, необходимо первоначально составить её схему. Для этого можно разложить элементы на бумаге и провести линии соединения между ними. Если всё получилось без проблем – отлично, значит, можно приступать к практическим действиям. Тогда нужно просто разместить и припаять все требуемые элементы, и всё – плата готова. Так это выглядит вкратце. А сейчас давайте рассмотрим все более детально.
Планирование
Необходимость применения отладочных плат рано или поздно настигает каждого радиолюбителя. Это своеобразная отладка на уровне железа. При желании можно купить готовую плату на любой вкус. Но ведь нас интересует подробный разбор данной темы? Поэтому мы рассмотрим, как создаётся отладочная плата своими руками.
Первоначально необходимо определиться – разрабатываем мы плату под конкретные потребности или же делаем универсальную. Поскольку первый вариант является довольно специфическим, в рамках статьи будет рассмотрен второй. Необходимо задуматься об основании. Если посмотреть на большинство случайных любительских плат, то следует отметить, что они выглядят очень неряшливо. Провода торчат как угодно, и рассмотреть, что с чем соединено, может быть несколько проблематично. Поэтому необходимо предусмотреть возможность для их закрепления, чтобы они не пересекались.
Если создавать под конкретный случай и разрабатывать схему, то можно протравить дорожки. Этот вариант является наиболее интересным. Кстати, довольно популярной является ситуация, когда используется универсальная схема, а дорожки то наносятся, то удаляются. Чтобы лучше разобраться, давайте рассмотрим несколько примеров.
Плата питания
Допустим, мы строим что-то значительное по размеру, и наше устройство складывается из нескольких модулей. В данном случае схема отладочной платы должна предусматривать возможность получения на входе постоянного или переменного напряжения. Чтобы добиться нескольких способов подключения, нужно подумать о разъемах и клеммниках. Для обеспечения работы нужно предусмотреть не только батареи, но и стабилизатор. А на случай легких перегрузок и сопутствующих перегревов можно использовать и небольшой радиатор.
Плата микроконтроллера
А вот и самое интересное. Вполне возможно, что отладочные платы для микроконтроллеров и вспомогательных элементов – это сложнейшие составляющие. Ведь они являются «мозгами» технических устройств. Для успешного старта в сфере отладочных плат начинать со сложных 32-битных контроллеров нежелательно. Можно начать с чего-то попроще. Например, с ветерана мехатронных разработок ATmega8. Чтобы не усложнять ситуацию дополнительно, можно обойтись построением односторонней печати.
А что делать, если требования выходят за эти рамки? Использовать двухстороннюю печать? Как вариант – да. Но если превышение возможностей незначительно, то часто можно обойтись без монтажных перемычек. Лучше вынести разъемы портов и цепи подтяжки на отдельных миниатюрных платочках. Такой подход позволит облегчить разводку платы микроконтроллера. Но это только общая теория. Давайте же поговорим о реализации на практике.
Ручное изготовление печатной платы
Первоначально нам необходима бумага, на которой будет нарисована разводка для печатной платы. Желательно, чтобы она была тонкой. Это важно для достижения точного сверления отверстий. Чтобы не возникло никаких неожиданностей, бумагу можно приклеить к картону с помощью клея. Далее следует вырезать приклеенный рисунок. Что ж, шаблон для сверления уже готов. Подбираем заготовку фольгированного стеклотекстолита необходимого размера. Прикладываем бумажно-картонный шаблон и обрисовываем его по периметру карандашом или маркером. Затем стеклотекстолит режем по нанесённым нами линиям, используя ножницы по металлу, или же пилим ножовкой. Склеиваем части с помощью клея.
Кстати, небольшой совет: не нужно мазать всю поверхность, достаточно оставить по капле клея в каждом из четырех углов. Если нет желания ждать – используйте «Момент». Он позволит продолжить работу через несколько секунд.
Сверлим отверстия
Для этой цели наилучшим образом подойдёт специальный мини-станок. Но можно воспользоваться и ручным инструментарием. Для подавляющего большинства целей с лихвой хватает сверла с диаметром 0,8 мм. Следует отметить, что качественная плата может не получиться с первого раза из-за сложности работы и необходимости иметь твердую руку. Если подобные действия будут осуществляться впервые (а так, вероятнее всего, и будет), то можно только посоветовать морально подготовиться к тому, что будут поломаны сверла. После выполнения всего спектра работ, чтобы убедится в их качестве, посмотрите на просвет. Если будут заметны определённые дефекты, их необходимо оперативно устранить.
Наносим топографический рисунок
Места, где будут проходить токопроводящие дорожки, нужно защитить от разрушения во время травления. Для этого их покрывают специальной маской. Перед нанесением необходимо удалить все сторонние субстанции. В особенности это относится к клею, который случайно мог вытечь на поверхность.
После того как дорожки размечены, мы можем приступать к процессу нанесения рисунка. Для этой цели подойдёт водостойкая эмаль (любая).
Переносим рисунок с бумаги на стеклотекстолит
Это самый ответственный этап. Необходимо бумагу (той стороной, где рисунок) приложить к стеклотекстолиту и прижать с большим усилием. Затем разогреваем полученный «бутерброд» в духовой печи до температуры в 200 градусов. Ждём, пока плата охладится до комнатного значения. После этого остаётся отодрать бумагу - и рисунок останется на печатной плате. Это может показаться довольно сложным, особенно с температурой. Специально для таких сомневающихся людей некоторые умельцы предлагают использовать электроутюг. Но здесь следует сделать одно важное предупреждение: результат получается нестабильный. Конечно, можно попробовать попрактиковаться день-второй, и, возможно, будет не хуже, чем в случае с печью. Но всё же существует проблема сложности обеспечения одновременного нагрева поверхности по всей печатной плате до одной температуры. Поэтому рисунок таким способом переносится не полностью.
Наиболее значительные проблемы доставляют пробелы, которые возникают при таком создании. Для безопасности во время «приготовления» печатной платы в духовке её можно дополнительно с разных сторон укрыть листами из металла толщиной в пять-шесть миллиметров. Это делается во избежание негативной деформации во время термической обработки платы.
Заключение
Вот, в общем-то, плата для AVR и готова. Конечно, здесь описан универсальный способ, и доделывать под конкретные условия каждому придётся самостоятельно, ориентируясь по своим потребностям. Можно и поэкспериментировать с созданием универсальных плат. Каждый умелец их постоянно в чем-то дорабатывает, чтобы они были лучше и качественнее. К тому же их освоение позволяет обеспечить надёжность создаваемых схем.
