Les ports LPT et COM sont déjà rares sur les ordinateurs de bureau modernes, et il n'y a rien à dire sur les ordinateurs portables. L'USB les a lentement mais sûrement remplacés, rendant la vie plus difficile aux développeurs et plus facile aux utilisateurs. Oh, comme c'était agréable autrefois de connecter un microcontrôleur au port COM d'un ordinateur, en utilisant uniquement max232 et sans se soucier des pilotes. Un peu plus et cela ne sera possible que sur des ordinateurs industriels.

Suivant la tendance générale, les fabricants de puces ont commencé à produire des puces abordables pour fonctionner avec l'USB. Tels que les convertisseurs USB-UART ou les microcontrôleurs prenant en charge ce bus. Malheureusement, ces dernières, malgré la présence de bibliothèques, sont encore difficiles à maîtriser, il est donc plus facile pour un ingénieur inexpérimenté d'utiliser la première option. Et dans cet article, nous examinerons deux microcircuits similaires - FT232 et CP2103 et les circuits convertisseurs basés sur ceux-ci.

Convertisseur USB-UART vers FT232RL

Le microcircuit FT232RL de FTDI jouit d'une popularité bien méritée dans les cercles d'ingénierie. Il offre à l'utilisateur la possibilité de créer un port COM à part entière, a pour fonction de contrôler des broches individuelles, des pilotes, un circuit de connexion simple avec un nombre minimum d'éléments supplémentaires et un boîtier adapté au soudage. Un autre avantage supplémentaire de ce microcircuit est la possibilité de programmer sa mémoire EEPROM, dans laquelle vous pouvez modifier certains paramètres des périphériques USB. L'un des inconvénients est son prix élevé, ~120-150 roubles, ce qui est tout à fait comparable au prix du microcontrôleur Atmega.
J'ai créé ma propre version d'un convertisseur USB-UART sur le FT232RL. Toutes les broches utilisateur ont été acheminées vers PLS sur les bords de la carte. J'ai choisi la distance entre les PLS pour que l'adaptateur puisse être branché sur la planche à pain. Les broches RXD et TXD, destinées à connecter l'UART du microcontrôleur, ont été acheminées vers un PLS séparé pour faciliter la connexion. J'ai également placé 2 LED sur la carte pour indiquer le processus de transmission/réception d'informations par la puce FT232RL, et des cavaliers pour sélectionner la tension d'alimentation des sorties. Cela peut être cinq ou trois volts. J'ai pris le connecteur USB en version mini, l'USB-B est trop encombrant. Le tableau était disposé en une seule couche, avec trois cavaliers.

Circuit adaptateur USB-UART pour FT232RL

Apparence de l'appareil reçu

Si vous assemblez cet adaptateur USB-UART, ne vous précipitez pas pour le brancher immédiatement sur un port USB. Avant de travailler, vous devez vous assurer qu'il n'y a pas de court-circuit entre le positif de l'alimentation, la masse et les bornes D+, D-. Prenez un testeur et appelez-le. S'il n'y a pas de court-circuit, vérifiez visuellement les autres bornes et ce n'est qu'alors que vous pourrez connecter l'adaptateur.

Lorsque vous l'allumez pour la première fois, le système d'exploitation vous demandera d'installer les pilotes. Ils peuvent être téléchargés sur le site officiel du fabricant - pilote pour FT232. L'installation des pilotes n'est pas difficile du tout, nous n'en parlerons donc pas.
Une fois le pilote installé, un port COM supplémentaire apparaîtra dans le système. Il s'agit d'un port COM virtuel, mais il peut être utilisé exactement de la même manière qu'un port COM classique. Pour voir son numéro de série, vous devez vous rendre dans le gestionnaire de périphériques si vous disposez de Windows. Accédez au panneau de configuration, sélectionnez système > gestionnaire de périphériques. Dans la section "Ports (COM et LPT)", il devrait y avoir notre adaptateur - "Port série USB (COM10)". Vous pouvez avoir un autre numéro de port.
Pour vous assurer que l'adaptateur fonctionne, vous devez ouvrir n'importe quel programme de terminal, sélectionner le port COM approprié, fermer les broches RXD et TXD avec un cavalier et envoyer n'importe quelle séquence de caractères via le terminal. Si l'adaptateur fonctionne, le terminal recevra une réponse sous forme d'écho et les LED de la carte clignoteront brièvement.
Pour connecter l'adaptateur au microcontrôleur, vous devez connecter la broche RXD du microcontrôleur à la broche TXD de l'adaptateur et la broche TXD du microcontrôleur à la broche RXD de l'adaptateur. Il faut aussi relier leurs terres.

Adaptateur USB UART vers CP2103

La puce CP2103 de Silicon Labs est essentiellement un analogue du FT232. Il dispose d'un circuit de connexion simple avec un nombre minimum de composants externes, vous permet d'organiser un port COM à part entière avec tous ses signaux, dispose de broches utilisateur supplémentaires et d'un programme pour leur configuration, de pilotes, de petites dimensions et d'un prix plus abordable. Parmi les inconvénients, il convient de noter que le boîtier est petit et peu pratique pour sceller à la maison. C'est peut-être la principale raison de l'impopularité de ce microcircuit auprès des bricoleurs.
Juste pour m'amuser, j'ai créé un convertisseur USB UART basé sur celui-ci. Toutes les broches utilisateur ont été acheminées vers des PLS le long des bords de la carte. RXD et TXD étaient sortis vers un connecteur séparé. Un cavalier pour sélectionner la tension d'alimentation des sorties n'était pas nécessaire ici, car cette tension ne peut pas être supérieure à 3,6 V. J'ai choisi un connecteur mini USB, la carte a été disposée en une seule couche avec quatre cavaliers au verso. Je n'ai pas réalisé de LED pour indiquer la transmission/réception de données, car le microcircuit CP2103 ne dispose pas de broches dédiées à ces fins. Vous pouvez utiliser n'importe quelle broche personnalisée, mais elles doivent être configurées à l'aide d'un logiciel spécial. Quand je l'ai découvert, l'adaptateur était déjà prêt et j'avais la flemme de le refaire, surtout après avoir eu du mal à le sceller. La seule chose que j'ai ajoutée à l'écran est une LED d'alimentation.

Circuit convertisseur USB-UART pour CP2103

Apparence de l'appareil reçu

J'ai eu un peu de mal à fabriquer cet adaptateur. Tout d'abord, il y a un très petit espace entre les pieds du CP2103, vous devez fabriquer soigneusement la planche. Deuxièmement, il est difficile de souder. Si je n'avais pas de sèche-cheveux, je n'aurais pas fait ça du tout.
Je l'ai soudé comme suit. Étamé la planche avec de l'alliage Rose. Il fond à 100 degrés, ce qui évite la surchauffe de la planche et des copeaux. J'ai généreusement humidifié le siège du microcircuit avec du flux et je l'y ai placé. À l’aide d’une loupe et d’une pince à épiler, je l’ai orienté vers le siège. Ensuite, j'ai commencé à chauffer la puce avec un sèche-cheveux à une température d'environ 150 à 200 degrés. Lorsque la soudure a fondu, le microcircuit a commencé à bouger et, en raison des forces de tension superficielle, a pris la position exacte sur le siège. Il s'est avéré très fluide mais l'adaptateur n'a pas fonctionné. J'ai réchauffé la puce, je l'ai légèrement pressée et déplacée avec une pince à épiler. Après cela, le microcircuit est entré en contact avec les pistes de la carte.
Après avoir assemblé l'adaptateur, vous devez vous assurer qu'il n'y a pas de court-circuit entre le positif de l'alimentation, la masse et les broches D+, D-, puis entre les autres broches. Le microcircuit étant très petit, la morve peut facilement se coincer entre les broches. Après avoir vérifié les broches, l'adaptateur USB UART peut être connecté à l'ordinateur.
Comme avec l'adaptateur précédent, lorsque vous l'allumez pour la première fois, le système vous demandera d'installer les pilotes. Téléchargez-les sur le site officiel du fabricant - pilote pour CP2103.
L'adaptateur installé est identifié dans le gestionnaire de périphériques dans la section « Ports » comme « Silicon Labs CP210X USB to UART Bridge (COM6) ». Vous pouvez avoir un numéro de port différent.
Les performances sont vérifiées de la même manière, je ne le répéterai pas.

Adaptateurs USB-UART alternatifs

Des adaptateurs alternatifs peuvent être réalisés à l'aide des microcircuits FT230XS et CP2102. Ceux-ci sont des analogues simplifiés et, par conséquent, moins chers du FT232 et du CP2103. Les deux microcircuits ont un plus petit nombre de broches utilisateur et ne correspondent pas en termes de brochage.

Des dossiers

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Logiciel de configuration du FT232RL - FT Prog
Logiciel de personnalisation CP2103 - Utilitaire de personnalisation Ça pèse beaucoup !

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La plupart des appareils de blog site web travailler avec UART. Et c'est naturel : UART est un protocole très simple et peu exigeant. Il est facile de travailler avec à la fois du côté du microcontrôleur et du côté du PC. Mais l’utilisation de l’UART présente un inconvénient. La grande majorité des microcontrôleurs intègrent un UART, mais avec les PC, la situation est un peu pire. L'interface UART est native du port COM (dans la version RS232), mais en raison des exigences croissantes en périphériques informatiques, le port COM commence à devenir obsolète. Cela se produit en raison d'une faible vitesse, d'une incapacité à se développer, etc. Il a depuis longtemps disparu des ordinateurs portables en tant que classe de ports. C'est au tour des ordinateurs de bureau...
Mais ce n’est pas si mal. Il y a un moyen de s'en sortir ! De nombreux fabricants ont développé et produisent des puces de conversion USB-UART (ponts). Le principe de leur travail est le suivant. Un pilote spécial est installé sur le PC, qui crée un port COM virtuel dans le système. Pour les programmes PC, ce port n'est pas différent d'un port COM ordinaire - ils "ne remarquent pas" la substitution. Tous les messages envoyés à ce port virtuel sont convertis en messages de protocole USB. Une puce de convertisseur connectée au port USB reçoit ces messages et génère des signaux UART. Les microcircuits populaires et abordables incluent FT232 et PL-2303 (et il existe également OTI006858 et CP2102).

Rapprochons-nous maintenant du sujet de la question.
Nous avons donc réalisé que nous avions besoin d'un convertisseur USB vers UART. Vous pouvez l'obtenir de plusieurs manières :
1 Achetez le microcircuit requis et soudez l'appareil vous-même. Si vous assemblez un appareil, il sera pratique que le convertisseur soit intégré à l'appareil. Si vous recherchez sur Google, vous trouverez de nombreux circuits de tels convertisseurs - graver la carte et assembler le convertisseur ne sera pas un problème.
2 Achetez un convertisseur prêt à l'emploi. Ce n’est pas non plus une mauvaise option. Il existe de nombreux appareils de ce type en vente. Dans différents facteurs de forme, à différents prix – choisissez pour tous les goûts !
3 Il existe une autre option, une alternative. Je suis d'accord - ce n'est peut-être pas toujours acceptable, mais quand même... Vous pouvez « emprunter » le convertisseur à un autre appareil.

Dans cet article, je propose d'utiliser un cordon de téléphone portable comme convertisseur USB vers UART ( Câble de données). Pourquoi une lanière pour téléphone portable ? Je vais vous expliquer maintenant.
Il y a quelque temps, le protocole UART était largement utilisé pour communiquer entre un téléphone mobile et un ordinateur. Les raisons de son utilisation généralisée sont claires : les fabricants avaient besoin d'un canal de communication bon marché et répandu avec le PC. Il peut s'agir d'un port COM ou USB. À cette époque, travailler avec l'USB était coûteux et peu rentable - COM a gagné. Les téléphones mobiles émettent un signal UART « à l’extérieur » et les cordons du câble de données le convertissent en port COM ou USB. De nos jours, l'électronique a parcouru un long chemin et l'USB dans les microprocesseurs des téléphones portables est devenu obligatoire. Les cordons des téléphones modernes sont remplacés par des rallonges USB classiques.
Et maintenant nous arrivons à la partie la plus intéressante. De nouveaux téléphones font leur apparition, les anciens cordons convertisseurs deviennent inutiles à quiconque, ce qui signifie que les vendeurs tentent de s'en débarrasser à tout prix. Les prix de ces vieux lacets périmés sont tout simplement ridicules. Je suis donc tombée sur ces boîtes à lacets pour un tel prix que je n'ai pas pu résister et j'en ai acheté deux. Maintenant je vais te le dire que faut-il faire pour créer un convertisseur USB UART à part entière à partir d'un tel cordon.

Tout d’abord, vous devez acheter cette même dentelle.

Tous les lacets ne conviennent pas. Vous devez d’abord rechercher sur Google les noms des lacets équipés d’un convertisseur. Visuellement, vous devez rechercher un cordon avec une boîte au milieu.

Voici la boîte d'emballage et son contenu.

Le kit comprend le cordon lui-même et un disque de pilotes. Vous pouvez immédiatement jeter le disque - il y a un tel ramassage des ordures qu'il est problématique de trouver quelque chose dont vous avez besoin. Prenez la dentelle elle-même.

Maintenant Regardons de plus près le tableau convertisseur

À la suite de l'examen, nous trouvons un microcircuit Prolifique PL-2303HX.

Dans 90% des cas, nous verrons ce microcircuit particulier dans de tels lacets. La raison est son faible coût. De plus, cette puce se retrouvera également dans la plupart des convertisseurs USB-UART que vous achetez en magasin. Vous verrez très rarement le FT232, car il est plus cher et n'est pas disponible dans les lacets chinois bon marché (sauf si vous tombez sur un cordon de marque). Si vous tombez sur un FT232RL, considérez-vous chanceux, vous pouvez utiliser un tel cordon pour vous moquer du programmateur (le FT232RL peut fonctionner en mode beatbang).

Note! Vous pouvez trouver un clone Prolific sur le plateau. Celui-ci, par exemple, était dans le deuxième, d'après les lacets que j'ai achetés.

La planche est la même, le design est le même, mais le cristal n'est clairement pas Prolific (à en juger par son apparence, c'est un clone moins cher). L'absence de quartz est alarmante, mais la carte fonctionne (je soupçonne qu'elle fonctionne à partir d'un oscillateur RC interne - ce n'est pas très bon). Dans tous les cas, de tels microcircuits sont tout à fait analogues (au moins en termes de pattes) à Prolific.

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Mis à jour le 19/09/2015. Salut tout le monde. Dans le dernier article, nous avons examiné un dispositif permettant de restaurer les microcontrôleurs Atmega fusebit doctor (étape n°7). Aujourd'hui, nous allons examiner un autre appareil tout aussi important et encore plus utile. UART-USB convertisseur basé sur le microcontrôleur ATtiny2313. Si vous êtes intéressé par l'électronique et la programmation appliquée, cet appareil deviendra votre outil idéal pour configurer l'appareil que vous concevez et transférer des données vers un ordinateur. Vous pouvez découvrir ce qu'est l'interface UART dans l'article n° 40. Mais nous avons besoin du convertisseur lui-même pour pouvoir connecter le PC et notre appareil pour la configuration et le transfert de données. Un tel besoin se pose toujours pour un développeur, alors soyez prêt à en acquérir un. Bien sûr, il est très simple de transférer vers un port COM (RS232) ou LPT, mais tout le monde ne dispose pas de ce port, par exemple les ordinateurs portables.

Il existe de nombreux convertisseurs, par exemple sur le circuit MAX232 (RS232-UART) et autres. Mais nous examinerons un convertisseur basé sur un microcontrôleur. Si vous êtes intéressé par l'électronique et la programmation appliquée, alors cet appareil deviendra votre fidèle outil. Vous trouverez ci-dessous un schéma du convertisseur. Ce circuit et les pilotes proviennent de la ressource suivante http://www.recursion.jp/prose/avrcdc/, qui décrit diverses options de transfert de données vers un PC, ainsi que des pilotes et des sources ouvertes fournis par un certain auteur Osamu Tamura.

Sur la gauche se trouve un convertisseur UART - USB. Comme nous pouvons le voir sur le schéma, il y a des lignes de transmission/réception de données TXD/RXD, les résistances R4 sont un limiteur de courant, R5 est une protection TXD contre un court-circuit à la terre, les diodes Zener dans le schéma sont destinées à protéger les lignes de signal, la résistance. R1 est l'alimentation sur la ligne, C3 atténue les interférences, R2 R3 - les limiteurs de courant. Le microcontrôleur lui-même ATtiny2313 comme convertisseur. La vitesse de transmission est automatiquement configurée et varie de 600 à 38 400 bps, norme de protocole 8N1. L'assemblage n'est pas difficile ; toutes les sources, les modèles de tableaux, tout est disponible gratuitement sur cette ressource. Ci-dessous des photos de mon assemblage de cet appareil :

Le schéma contient une interface pour la programmation en circuit (5 broches en bas et 1 près du microcontrôleur).

J'ajouterai moi-même quelques informations pour vérifier la fonctionnalité de certaines pièces :
- une diode Zener, pour vérifier son intégrité, l'anode est au moins, - plus via 10 kOhm à la cathode, on applique 5 V - on devrait obtenir la chute de tension spécifiée ;
- vérifiez le générateur de fréquence d'horloge - ici, vous devez régler le fusible CKOUT dans le microcontrôleur, c'est-à-dire permettre à l'onde carrée de l'oscillateur maître d'être transmise au couteau 6 (micro ATtiny2313 – PD2). Nous mesurons la fréquence. Vous pouvez également mesurer la tension, qui doit être = demi-puissance = 2,86 V. (J'ai eu ça). N'oubliez pas que MK fonctionne à partir d'un générateur externe, alors téléchargez d'abord le programme, puis remplacez les fusibles par un générateur externe.

L'étape suivante dans la configuration de cet appareil consiste à installer le pilote sur l'ordinateur - "Virtual Communications Port" pour Win - télécharger l'archive avrcdc_inf.zip. Cette archive contient 4 dossiers : raw - pour (Windows 2000/XP), w2k - pour Windows 2000 (mode groupé uniquement), xpvista7 - pour Windows XP/Vista/7 x32, vista64 - pour Windows Vista x64. Le pilote est sélectionné après avoir connecté notre appareil. En général, le schéma standard. Ensuite, pour télécharger le firmware sur notre contrôleur, téléchargez cdc232.2011-06-24.zip, où nous sélectionnons le firmware de notre contrôleur. Nous réglons les fusibles sur H = 0xCD, L = 0xFF. Tout est prêt. Vous trouverez ci-dessous un schéma de l'interaction entre le convertisseur et le PC.

L'appareil fonctionne de la manière suivante : lorsqu'il est connecté à un PC, un port COM virtuel apparaît. Ensuite, la transmission s'effectue via l'interface RS232C , sans lignes de commande DTR, DTS, RTS, CTS.
Après cela, vous devez vérifier la fonctionnalité à l'aide du programme Terminal - téléchargez-le ici. Le résultat du fonctionnement du convertisseur peut être visualisé à l'aide de l'exemple de DoctorAVR et d'un contrôleur de collecte de données (enregistreur).

Dans le prochain article n°9, nous examinerons la base de la barrière sur un microcontrôleur, le logiciel et le matériel. C'est tout. Au revoir tout le monde.

Tout a commencé lorsque je me suis acheté un Orange Pi, succombant au slogan publicitaire « analogue au Rasberi Pi pour seulement 15 $ ». L'appareil a été commandé sur Aliexpress et est arrivé quinze jours plus tard, en février. Parallèlement, tous les composants supplémentaires nécessaires ont été achetés : un dissipateur thermique pour le processeur, une alimentation de 15 watts, une carte micro SD de 32 Go, un câble HDMI pour connecter un moniteur. Faute de temps, il a pris la poussière dans un tiroir de bureau jusqu'en juin. Et j’ai finalement pu vérifier sa fonctionnalité.

Sur le firmware standard proposé sur le site officiel, les performances n'étaient pas satisfaisantes. Mais le firmware standard ne me convient pas car c'est ainsi que je suis conçu - tout appareil qui tombe entre mes mains doit être entièrement personnalisé. Par conséquent, j'ai récupéré U-boot, dont les sources ont été téléchargées à partir du FTP officiel, ainsi que la version Arch Linux pour ARM. Ce manuel pour Banana Pi a été considéré comme manuel de référence et point de départ pour creuser.

Grâce à quelques manipulations simples (dont la description convient mieux à Habr), le chargeur de démarrage et l'archive ont été installés sur la carte mémoire et l'appareil a été allumé. Cependant, après le chargement, un écran noir m'attendait et la LED verte sur le « orange » était allumée.

Eh bien, pas de problème, pensais-je. Un UART est câblé sur le "orange", je vais m'y connecter via un terminal et voir ce qui se passe. Les pièces et les fils nécessaires ont été achetés et un câble comme celui-ci a été soudé (photo sous le spoiler)

Version Noob du câble

Quiconque est au courant comprendra immédiatement où j’ai eu tort de rédiger un tel câble, et plus de la moitié de ceux qui lisent ceci. J'ai soupçonné que quelque chose n'allait pas après avoir vu les krakozyabrs que mon « orange » crachait dans le terminal. C'est la compréhension de la raison de mon erreur stupide qui m'a poussé à prendre les mesures décrites ci-dessous.

1. Quelle est la différence entre UART et RS232

La différence réside dans les niveaux. L'interface série implémentée dans Orange Pi et d'autres appareils similaires est basée sur la logique TTL, c'est-à-dire qu'un bit zéro correspond à un niveau de tension nul et un bit un correspond à +5 V. RS232 utilise un niveau de tension plus élevé, jusqu'à 15 V, et un correspond à - 15 V, et zéro +15 V. Pour augmenter l'immunité au bruit du canal, tout niveau de tension inférieur à 3 V modulo est perçu comme nul. Le protocole de transfert de données basé sur une séquence de valeurs logiques est absolument le même pour UART et RS232. Tout cela est illustré par le diagramme de transfert d'octets suivant

Comment pourrais-je oublier cela ? Lorsque je travaillais à l'institut de recherche sur les locomotives électriques, je savais ces choses. Et puis, pour une raison quelconque, il a dit quelque chose de stupide. En général, il est devenu clair qu'une sorte de convertisseur de niveau avec inversion de signal était nécessaire. Le choix s'est porté sur la connexion de l'ensemble de l'équipement au port COM, qui se trouve sur la carte mère de mon ordinateur personnel. Bien sûr, vous pourriez vous tourner vers l'UART<->USB, car l'ancienne interface série perd progressivement de sa pertinence. Cependant, mon penchant pour des solutions plus simples l'a emporté et cet appareil est apparu comme candidat à l'acquisition.

Vendu sur le même « Ali » pour 464 roubles. En principe, on pouvait trouver cela dans les magasins ou au marché de la radio de ma ville, mais l'envie de faire quelque chose avec mes mains était déjà réveillée. J'ai donc rejeté l'idée d'acheter une carte d'interface et j'ai décidé d'essayer d'en fabriquer une moi-même.

Je dois dire que je suis généralement de bons amis avec un fer à souder. À l'école et à l'université, avant d'acheter mon premier ordinateur, souder toutes sortes d'objets utiles et pas si absurdes était mon passe-temps principal. Mais je vivais dans un village, c'était les années 90. Il n’y avait pas beaucoup d’argent ; les composants étaient obtenus en démontant les déchets radio qui apparaissaient. La source d'information était les livres de la bibliothèque régionale - à l'époque, tout le monde n'avait pas accès à Internet. Il n'y avait pas non plus d'instruments riches. Les PCB en aluminium et le chlorure ferrique étaient un miracle légendaire. En général, c'était difficile.

Après avoir acheté un ordinateur, toute ma passion s'y est tournée. Et la compétence consistant à souder de petits amplificateurs et récepteurs a été mise de côté. Je suis donc une "théière". Par conséquent, je vous demande d’être indulgents à l’égard d’une grande partie de ce que j’écris ci-dessous. Et cet article, dans l’ensemble, s’adresse aux nuls comme moi.

2. Sélection du circuit de l'appareil et sa modélisation informatique

Trouver un schéma d'un tel appareil sur Internet est un jeu d'enfant. Il existe vraiment de nombreux programmes de ce type. Le choix s'est porté sur cette décision

Le cœur de l'ensemble de l'appareil est une puce de type MAX232 - un convertisseur de niveau fonctionnant selon le principe de la « pompe de charge ». La tension est augmentée de 5 V en chargeant alternativement les condensateurs externes C4 et C5. Au moment où le signal est émis vers RS232, ces condensateurs sont connectés en série et la tension accumulée dans ceux-ci est additionnée. Lors de la transmission inverse, le microcircuit fait office de diviseur. Dans les deux sens de transmission du signal, il est inversé.

La diode VD1 joue le rôle de « infaillible » : elle ferme le circuit d'alimentation lorsqu'une tension de polarité incorrecte est appliquée.

Avant de commencer à fabriquer l'appareil, j'ai décidé de voir comment tout cela fonctionnerait, j'ai donc commencé par modéliser le futur appareil dans l'environnement Proteus. Un stand virtuel a été monté pour tester le circuit

La première chose que je voulais faire était de tout simuler, y compris les circuits de puissance, car je m'intéressais à l'effet de la diode sur le fonctionnement du circuit. Par défaut, dans Proteus, les broches d'alimentation des microcircuits sont masquées et tirées au plus du niveau et de la masse souhaités. Pour les débloquer, vous devez d’abord afficher les épingles cachées. Pour cela, allez dans le menu Modèle -> Définir les couleurs du design et cochez la case Afficher les épingles cachées

Dans lequel nous cochons les cases Draw body et Draw Name. Après cela, sélectionnez la puce entière, y compris le texte qui étiquette les broches, puis cliquez avec le bouton droit sur le menu et sélectionnez Créer un périphérique. Il nous sera demandé de choisir un nom pour le nouvel appareil et de l'enregistrer. Voilà, après cela, les circuits de puissance seront explicitement inclus dans le processus de simulation.

Ensuite, nous transmettrons quelque chose de significatif via UART, par exemple la lettre « A » codée en ASCII avec le code 65 dans le système numérique décimal ou la séquence 01000001b en binaire. De plus, pour initier un transfert, il faut envoyer un bit de start de niveau « 0 », et pour terminer le transfert, envoyer un ou deux bits de stop de niveau « 1 ». Ainsi, le chronogramme d'une trame transmise via UART ressemblera à ceci

Pour générer un tel signal, nous utilisons une source appelée Digital Pattern Generator (DPATTERN) avec des paramètres tels que

Une largeur d'impulsion de 104 microsecondes correspond à une vitesse de 9600 bauds. La forme d'onde est spécifiée par un motif de chaîne où « L » signifie niveau bas et « F » signifie niveau haut. En conséquence, notre chaîne ressemblera à « FLFLLLLLFLF ». Nous contrôlerons les données reçues en RS232 à l'aide d'un terminal virtuel, en le configurant comme ceci :

Nous n'utiliserons pas le bit de parité et utiliserons un bit d'arrêt. De plus, disons que le signal fourni au terminal est inversé, ce qui correspond au protocole RS232. En démarrant la simulation du circuit, nous obtenons un oscillogramme des signaux et une sortie vers le terminal virtuel

Le canal A transporte le signal de sortie fourni au port COM. Le canal B est le signal d'entrée TTL. La précieuse lettre « A » s'affiche dans le terminal. Nous sommes donc convaincus que le système proposé est pleinement opérationnel. En théorie.

3. Sélection et achat de composants

Parmi les magasins les plus proches de chez moi où vous pouvez vous procurer des composants radio, il y en a deux qui méritent l'attention : le magasin « Radio Components » sur la perspective Budenovsky (c'est la ville de Rostov-sur-le-Don) et le « 1000 Radio Magasin "Components" sur l'avenue Nagibina, en face du centre commercial Rio. Ce dernier se distingue par le fait qu'il dispose d'un site internet, certes assez ancien, et apparemment paresseusement mis à jour (et réalisé sur Joomla...). Après avoir parcouru la liste de prix, j’ai dressé une liste de ce que je devais acheter.

Je dirai tout de suite que j'ai soigneusement évité les composants CMS en raison de mon inexpérience. C'est pourquoi j'ai choisi la version traversante MAX232CPE. J'ai pris les mêmes électrolytes et diodes. Cependant, il s'est avéré que seule la puce MAX232CWE était disponible - la même chose, seulement... SMD ! Après avoir réfléchi une seconde, j'ai accepté la proposition du vendeur - il faudra bien commencer un jour... Il n'y avait pas de condensateurs de 15 V, mais il y avait des condensateurs de 100 V de même capacité et de mêmes dimensions. D'accord, c'est bien aussi. Au lieu d'un connecteur DB-9 mâle, on m'a proposé un connecteur femelle. Ainsi la liste suivante a été obtenue

Le chlorure ferrique, le vernis tsapon et la textolite n'ont bien sûr pas été pleinement utilisés. De plus, je n'ai pas inclus l'outil acheté dans cette liste : une simple station à souder (car avant cela je n'avais qu'un fer à souder de 40 watts avec une pointe en cuivre), une pince coupante et une petite pince, des ciseaux à métal pour couper les PCB, du liquide flux de colophane-alcool LTI-120 et ainsi de suite. En général, cette épopée m'a coûté environ 3 000 roubles.

En général, les composants étaient achetés et ramenés à la maison. Des blocs PLS à 40 broches ont été sciés pour accueillir le nombre de contacts requis. L'un des contacts est supprimé pour garantir une connexion sans ambiguïté. Le trou du bloc de douilles correspondant à la broche retirée est scellé avec du polyéthylène.

4. Assemblage de l'appareil sur une maquette et vérification du fonctionnement

En principe, cela n’est pas nécessaire pour un appareil aussi simple. Mais je suis novice, donc avant de réaliser la carte, j'ai décidé de tester le circuit en fonctionnement réel.

Le plus difficile était avec le microcircuit. Pour le souder sur la planche à pain, j'ai dû souder douze pattes aux conducteurs en cuivre. Une araignée monstre à douze pattes est sortie

À ce moment-là, j’ai réalisé deux choses : c’est bien d’avoir acheté une station à souder après tout. Le problème, c’est que je vais devoir beaucoup bricoler cette petite chose. En général, les composants étaient soudés sur une « breadboard », le circuit était assemblé avec une carte « orange ». Alimentation +5 V prélevée sur le "orange" - 2ème broche sur un bloc de broches double rangée de 40 broches

Pour nous connecter à l'appareil, nous avons utilisé le terminal putty, qui est également disponible pour Linux, et contrairement à minicom, il a une sortie couleur et ne nécessite aucune configuration supplémentaire pour saisir des caractères dans le terminal à partir du clavier.

En général, la carte a commencé à fonctionner - les lignes du journal de démarrage parcouraient l'écran du terminal : d'abord depuis u-boot, puis depuis le noyau Linux.

Inutile de dire à quel point j'étais heureux : d'une part, le schéma fonctionne correctement, et d'autre part, Linux sur « orange » est correctement installé, il fonctionne normalement en mode multi-utilisateur

Le connecteur HDMI qui ne fonctionne pas et l'absence d'interface Ethernet sont donc dus à la configuration de la distribution elle-même. Bien entendu, ces problèmes seront résolus et nous n’en parlons pas ici. Passons donc au point suivant du programme

5. Disposition des circuits imprimés

Je l'ai réalisé dans Altium Designer. Il est préférable de réaliser la disposition de la carte après l'achat des composants. Peut-être, comme dans mon cas, devrez-vous installer des bibliothèques de composants supplémentaires pour Altium. Les dimensions des composants et la disposition de l'empreinte au sol de chacun doivent correspondre aux pièces réellement disponibles. Ici, j'ai commis une erreur ennuyeuse, mais nous en parlerons ci-dessous.

Je dirai tout de suite : n'utilisez pas de câblage automatique. C'est peut-être configurable, mais le câblage automatique a essayé de tracer un chemin entre les pattes des condensateurs, ce qui, avec une distance de 2 mm entre eux, fait que le chemin soit d'environ un quart de millimètre de large, ce qui était trop raide pour moi. comme un « mannequin ». Et mon intuition m’a suggéré qu’il était conseillé d’éviter de telles choses. Par conséquent, j'ai utilisé le routage manuel (basé sur les résultats du routage automatique), en définissant la largeur des routes à 0,5 mm dans les règles de routage (Conception -> Règles -> Routage -> Largeur)

De plus, par défaut, Altium suppose que la carte est à deux couches. Pour le forcer à acheminer une carte simple face, dans les règles de câblage, vous devez spécifier le câblage en une seule couche, par exemple dans la couche supérieure.

Le circuit a été saisi dans l'éditeur de circuits

Dans ce cas, il faut prendre en compte le fait que les entrées libres non soudées du microcircuit (pattes 8 et 10) doivent être tirées vers la terre, sinon Altium ne compilera pas le circuit pour le transférer à l'éditeur de cartes.

En conséquence, en bricolant indépendamment le programme et leçons d'Alexey Sabunin l'objectif a été atteint et le paiement a été effectué

Tous les composants montés dans les trous sont situés du côté propre du PCB et le microcircuit, en raison de la conception SMD, est situé du côté des pistes. Pour imprimer le schéma de circuit, vous devez créer ce que l'on appelle un fichier de travail de sortie dans le projet d'appareil.

Qui est configuré comme suit. Dans la liste des options de configuration, sélectionnez Sortie de documentation et cliquez sur Ajouter une nouvelle sortie de documentation, en sélectionnant PCB Prints et le projet de carte lié à notre appareil dans le menu qui apparaît.

Nous renommons l'élément de documentation qui apparaît, appelons-le LUT, en technologie de translittération (LUT), que nous allons utiliser pour transférer la conception de la carte sur le cuivre. Cliquez avec le bouton droit sur la LUT et sélectionnez Configurer dans le menu contextuel. Dans les paramètres des calques à imprimer, ne laissez que deux éléments : Top Layer et Multi-layer et cochez les cases comme indiqué sur la capture d'écran.

La case Miroir est nécessaire en particulier pour refléter une image sur une impression. Ceci est important, sinon, lors du transfert de la conception sur le cuivre, vous obtiendrez une image miroir de nos pistes, mais nous n'en avons pas besoin. Vous devriez également examiner la mise en page

Pour sélectionner le format du papier et faites attention au facteur d'échelle (Échelle). Lors de la première impression, il s'est avéré être égal à 1,36 pour une raison quelconque, mais devrait être égal à un

Cliquez maintenant sur Imprimer. Je n'ai pas ma propre imprimante, je l'ai donc imprimé au format PDF à l'aide de Foxit Reader, puis j'ai apporté le fichier résultant sur une clé USB à la sharashka la plus proche, où j'ai imprimé le dessin sur du papier photo brillant. Au final, ça s'est passé comme ça

La taille de la carte était de 62 x 39 mm ; un morceau de PCB a été découpé à cette taille à l'aide de ciseaux métalliques. Auparavant, je sciais du textolite avec une scie à métaux et souvent (ou plutôt toujours) cela s'avérait terrible. Avec des ciseaux, le résultat est fluide, sans débris ni dommages à la couche conductrice.

6. Fabrication de circuits imprimés

La méthode LUT (laser ironing technology) a été choisie en raison de sa simplicité et de son accessibilité. A servi de guide d’action. J'ai essayé de ne pas violer la technologie : j'ai passé le cuivre avec un point zéro, je l'ai dégraissé, mais pas avec de l'acétone, car je ne trouvais pas où l'acheter, mais avec un dégraissant universel à base de white spirit, acheté chez Lerua Merlin. Soigneusement et avec effort, j'ai repassé le sandwich composé de PCB et de motif avec un fer à repasser à température maximale. Soit parce que j'ai fait une erreur quelque part, soit parce que je n'ai pas laissé la pièce refroidir, soit ils ont simplement économisé du toner sur l'imprimante dans la "sharashka", en général, cela ne s'est pas très bien passé

Cependant, j'ai judicieusement fait le plein d'un marqueur permanent Edding 404, avec lequel, avec l'aide de ma femme bien-aimée (avec ses compétences avancées en matière de doublure des cils et de dessin de motifs sur les ongles), j'ai tracé tous les chemins

Ensuite, une solution de chlorure ferrique 6-aqueux a été diluée à raison d'environ 180 grammes pour 300 ml d'eau (l'eau a été prélevée du robinet, chaude) et la planche a été jetée dans la cuvette de gravure pour être mangée. Afin de graver la planche sans empoisonner sa femme, l'opération a été réalisée au coucher du soleil sur le balcon.

"Khlonyak" n'a pas déçu, il y a des rumeurs selon lesquelles ils vendent souvent des produits de mauvaise qualité. La gravure a duré 13 minutes, les derniers îlots de cuivre disparaissaient sous nos yeux. L'essentiel est de ne pas oublier de frapper périodiquement la planche avec une pince à épiler sur la cuvette et de surveiller le processus. Dès que l'excès de cuivre disparaît, nous retirons d'urgence la planche et la rincons abondamment à l'eau.

Après le lavage, l’essuyage et le séchage, vient le moment de vérité. Le revêtement de protection doit être retiré. J'ai essayé de le faire avec du white spirit,

Mais les choses allaient mal. Ensuite, ma femme lui a offert du dissolvant pour vernis à ongles - cet élixir miracle a enlevé le revêtement instantanément (je suis toujours horrifiée par les réactifs utilisés par nos femmes. La beauté est un pouvoir terrible !)

Le marqueur n'a pas déçu non plus - tous les chemins ont survécu

Après avoir nettoyé le revêtement protecteur, vous pouvez commencer à percer des trous. Et ici, j'ai commis une malheureuse erreur - je n'avais pas de foret de 0,5 mm, et au lieu de reporter l'affaire à demain, après avoir acheté le foret nécessaire, je me suis précipité et en ai pris un de millimètre, pensant que cela ferait l'affaire. En conséquence, j'ai endommagé de nombreuses plages de contact, heureusement de manière pas grave et non irréversible. Mais quand même, ne vous précipitez jamais. Comme le disait mon ami Mark du laboratoire du département de mécatronique de l'université de Munich, où j'ai effectué mon stage de pré-diplôme : « Dmitry, prends le bon outil pour chaque travail. » Et il avait mille fois raison.

7. Étamage de la carte et soudure des composants

Les endroits où les composants sont soudés doivent être recouverts d'une fine couche de soudure brillante. C'est la condition principale d'un travail réussi. Je n'ai pas étamé toutes les pistes. Premièrement, j'avais peur de les déformer, et deuxièmement, j'allais quand même recouvrir la planche de vernis. J'ai donc étamé uniquement les joints de soudure. Pour ce faire, appliquez-y le flux colophane-alcool LTI-120 avec un pinceau et utilisez un fer à souder chauffé à 250-300 degrés, à la pointe duquel pend une petite goutte de soudure, tirez-la le long des points souhaités de la carte. . En raison de l'augmentation de la tension superficielle par le flux, la soudure s'étale exactement sur les plages de contact.

Après cela, la « planche à pain » a été démontée, le câblage a été retiré du microcircuit et il a d'abord été soudé. A l'aide de vos mains ou d'une pince à épiler, placez soigneusement le microcircuit à sa place conformément au brochage, afin que chaque patte occupe sa propre zone. Ensuite, nous lubrifions les rangées de pattes avec du flux. Par des mouvements courts et précis, on touche tour à tour toutes les pattes, sans oublier de mettre de la soudure sur la panne du fer à souder (mais pas trop, une petite goutte suffit). Si tout est fait correctement, les pattes sont soudées au support très rapidement et avec précision, sans « morve » ni pontage entre voisins. Il m'a fallu moins d'une minute pour souder la puce, et c'est la première fois que je fais cela. M'a inspiré pour faire cet exploit cette vidéo, pour lequel je suis très reconnaissant à son auteur. Tout s'est avéré vraiment pas si effrayant.

J'ai compris le reste des détails de la même manière. L'essentiel ici est de couper soigneusement les fils des pièces à la longueur requise - je n'ai pas laissé plus d'un millimètre de fil dépasser au-dessus de la piste et je les plie correctement et soigneusement si nécessaire. Il est important, extrêmement important de ne pas se précipiter et de tout faire de manière réfléchie. En fin de compte, ce qui s'est passé est ce qui s'est passé

Je n'ai pas pu échapper à la « morve », mais pour la première fois, cela s'est avéré assez tolérable, même si je serai probablement critiqué.

8. Vérification des circuits et une autre erreur ennuyeuse

Après le soudage, nous lavons tout le flux avec de l'alcool, récupérons un multimètre et appelons tous les circuits pour vérifier leur conductivité et leur conformité au schéma électrique. Et ici, la mauvaise chose est passée inaperçue. Le connecteur du port COM s'est avéré être câblé en miroir ! « Terre » était assis sur la première étape au lieu de la cinquième, Rx sur la quatrième au lieu de la seconde. Et je ne comprends toujours pas comment, car lors du câblage dans Altium, tout était correct. Cela reste un mystère pour moi. Il n'y a pas de mystère - ayant simplement en fait un connecteur "femelle", lors de la formation du circuit dans Altium, j'ai toujours utilisé le "mâle". D’où le câblage du miroir qui en a résulté. Heureusement, j'ai résolu ce problème en câblant correctement le câble destiné à connecter l'appareil au port COM de l'ordinateur. Mais à cause de cette erreur, le COM sur la carte s'est avéré si « propriétaire ».

Sinon, l'installation s'est avérée correcte et moi, après avoir dessoudé les câbles de connexion et rangé le lieu de travail, j'ai connecté la nouvelle carte à « l'orange » et à l'ordinateur

Les lignes du journal de téléchargement traversèrent à nouveau la fenêtre du terminal. J'étais heureux!

9. Apporter de la beauté

Afin de protéger les contacts de l'oxydation et de donner à l'appareil un aspect « industriel », la planche a été peinte avec du vernis chapon vert. Tous les marquages ​​réalisés avant la pose au marqueur permanent ont été lavés avec ce même vernis. Eh bien... Voici une photo du produit fini accompagné d'un jeu de câbles

Nous pouvons maintenant commencer à affiner davantage le logiciel pour « l’orange ». Désormais, je ne serai plus aveugle et stupide, mais je pourrai configurer le système via un terminal série.

Conclusion

C'etait intéressant. C’est intéressant pour moi parce que c’est la première fois. Le premier appareil conçu sur un ordinateur et assemblé de vos propres mains sur un circuit imprimé. Et si quelqu'un sourit ironiquement, qu'il se souvienne que lui aussi a fait cela une fois pour la première fois...

Merci à tous pour l'attention que vous portez à mes écrits !