【導(dǎo)讀】首先在您的辦公桌上準(zhǔn)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(gè)原型 PCB 上,然后再進(jìn)行所有測試。只焊接電路的一個(gè)功能部分(例如電源),然后確認(rèn)該部分完成了它應(yīng)該做的事情。然后焊接下一個(gè)功能小節(jié)并進(jìn)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(zhǔn)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(gè)原型 PCB 上,然后再進(jìn)行所有測試。只焊接電路的一個(gè)功能部分(例如電源),然后確認(rèn)該部分完成了它應(yīng)該做的事情。然后焊接下一個(gè)功能小節(jié)并進(jìn)行測試,依此類推。
這種循序漸進(jìn)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(shè)計(jì)錯誤導(dǎo)致另一個(gè)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(yīng)該焊接的個(gè)部分是電源電路。焊接電源電路后,用適當(dāng)?shù)腜CB清潔劑(如異丙醇)清潔并檢查是否短路和斷路。(此時(shí)我們假設(shè) 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(shí)驗(yàn)室電源,設(shè)置適當(dāng)?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(rèn)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(guān)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(shí)鐘源(除非微控制器有內(nèi)部振蕩器)、復(fù)位電路和閃光燈所需的任何組件/調(diào)試硬件。
當(dāng)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(jìn)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(xì)間距組件),并使用萬用表檢查您擔(dān)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(dǎo)致?lián)p壞。
此時(shí)您的 PCB 具有少的有源電路并且微控制器沒有固件,因此當(dāng)您為電路板通電時(shí)不應(yīng)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(yù)期相反,工作臺電源的顯示屏顯示高電流,請?jiān)俅螌⑵潢P(guān)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(fù)位引腳上的電壓
為確保可靠運(yùn)行,復(fù)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(fù)位引腳為低電平有效,則需要一個(gè)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(gè)邏輯低電壓。
如果微控制器在復(fù)位引腳上有一個(gè)內(nèi)部上拉(或下拉)電阻,并且您不需要硬件復(fù)位功能,則可能沒有額外的電路連接到復(fù)位引腳。在這種情況下,無需檢查復(fù)位引腳上的電壓。但是,如果您的設(shè)計(jì)包括復(fù)位電路,請測量復(fù)位引腳上的電壓以確保它可以接受。
探測時(shí)鐘
如果您使用的是內(nèi)部生成的時(shí)鐘信號,則無需執(zhí)行此步驟(盡管在某些時(shí)候您可能需要測量內(nèi)部時(shí)鐘以確定其確切頻率)。對于外部時(shí)鐘,使用示波器查看信號。
首先,獲得時(shí)鐘信號的準(zhǔn)確表示并不總是那么容易。當(dāng)振蕩器是直接連接到微控制器的晶體時(shí)尤其如此——探頭引入阻抗會導(dǎo)致振蕩頻率發(fā)生偏移,在極端情況下,電路會在應(yīng)用探頭時(shí)停止振蕩。在使用晶體時(shí)測量頻率的更好方法是啟用微控制器的時(shí)鐘輸出功能,然后探測數(shù)字信號(當(dāng)然,在您能夠?qū)⒊绦蚣虞d到閃存中之前,您不能啟用時(shí)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(shè)備的輸出。
不過,即使使用晶體,您也應(yīng)該能夠毫不費(fèi)力地獲得相當(dāng)準(zhǔn)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(guān)的附加電容可能會干擾電路。
當(dāng)您探測其中一個(gè)晶體引腳時(shí),您應(yīng)該看到一個(gè)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(shí)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(shè)計(jì)
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(dú)的電線。此外,適配器上可能有多個(gè)連接器。確認(rèn)您使用的連接器符合您的編程接口標(biāo)準(zhǔn),并仔細(xì)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(shí),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(gè)連接器選項(xiàng)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(guān)內(nèi)部情況的某種信息——例如,設(shè)備已通電但處于空閑狀態(tài),編程正在進(jìn)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(shè)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(shè)計(jì)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?jiān)俅螜z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(guān)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(gè)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(shè)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(yán)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(shí)鐘
重要的配置選項(xiàng)之一是時(shí)鐘。微控制器的默認(rèn)時(shí)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(rèn)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(shí)鐘源,你需要修改硬件配置設(shè)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(gè)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(jìn)行更改時(shí)要小心!例如,如果您(不小心)告訴它使用不存在的外部時(shí)鐘信號,您的微控制器將不會高興。
你的個(gè)程序
我們已經(jīng)走了很長一段路,現(xiàn)在是時(shí)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(shí)您要做的就是確認(rèn)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(yàn)證”相對應(yīng)的選項(xiàng)。選擇這些選項(xiàng)意味著當(dāng)您單擊按鈕時(shí)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(yīng)的目標(biāo)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(yàn)證在傳輸過程中或?qū)⒛繕?biāo)文件寫入閃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(guān)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(shè)計(jì)的其余部分
此時(shí),關(guān)閉閃存/調(diào)試連接,拔下電纜,然后關(guān)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(shí)現(xiàn)所有必要的固件功能。
結(jié)論
設(shè)計(jì)您的個(gè)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(dāng)事情初沒有按預(yù)期進(jìn)行時(shí),不要?dú)怵H。對于組裝和測試階段出現(xiàn)的許多問題,您可以修復(fù)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(gè)版本用作杯墊或鎮(zhèn)紙,然后返回到您的 CAD 軟件。這是一個(gè)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(gè)版本中的一些其他改進(jìn)。
但是,如果您仔細(xì)處理原理圖和布局工作,并仔細(xì)檢查設(shè)計(jì)的每個(gè)關(guān)鍵方面,那么您很可能會得到一個(gè)很棒的定制 PCB,它可以滿足您的需要。
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