Устройства на микроконтроллерах своими руками: от идеи до реализации

Как создать собственное устройство на микроконтроллере. Какие этапы проектирования необходимо пройти. Какие компоненты выбрать для проекта. Как разработать схему и печатную плату. Какие инструменты использовать для программирования микроконтроллера.

Проектирование устройства на микроконтроллере: основные этапы

Создание устройства на микроконтроллере своими руками — увлекательный процесс, позволяющий воплотить в жизнь свои идеи. Однако для успешной реализации проекта необходимо пройти несколько важных этапов:

1. Формулировка идеи и постановка технического задания
2. Выбор микроконтроллера и основных компонентов
3. Разработка принципиальной электрической схемы
4. Проектирование печатной платы
5. Написание программного кода
6. Сборка, отладка и тестирование устройства

Рассмотрим подробнее каждый из этих этапов.

Формулировка идеи и техническое задание

Любой проект начинается с идеи. На этом этапе важно четко сформулировать, какие функции должно выполнять устройство. Например, вы хотите создать «умную» кормушку для домашних животных с возможностью удаленного управления. Необходимо определить:

• Основные функции (автоматическая подача корма по расписанию, контроль остатка корма и т.д.)
• Способ управления (через смартфон, веб-интерфейс)
• Требования к питанию (от сети или автономное)
• Условия эксплуатации

Чем более детально проработано техническое задание, тем проще будет реализовать проект на следующих этапах.

Выбор микроконтроллера и компонентов

После формулировки технического задания можно приступать к выбору элементной базы. Ключевой момент — подбор подходящего микроконтроллера. На что обратить внимание при выборе МК:

• Производительность и объем памяти
• Количество портов ввода-вывода
• Наличие необходимых интерфейсов (UART, I2C, SPI и т.д.)
• Напряжение питания
• Корпус (DIP, SOIC, QFP и др.)
• Доступность и цена

Для начинающих разработчиков хорошим выбором могут стать популярные микроконтроллеры семейств AVR (ATmega328, ATtiny85) или STM32. Они обладают широкими возможностями и имеют большое сообщество пользователей.

Разработка принципиальной схемы

Имея на руках список компонентов, можно приступать к созданию принципиальной электрической схемы устройства. Для этого удобно использовать специализированные САПР, например:

• KiCad — бесплатная open source система
• Altium Designer — профессиональный инструмент
• EasyEDA — онлайн-редактор схем и печатных плат

При разработке схемы важно учитывать рекомендации из даташитов на используемые компоненты. Особое внимание стоит уделить цепям питания, развязке и защите от помех.

Проектирование печатной платы

После завершения работы над принципиальной схемой можно переходить к разводке печатной платы. Основные моменты, на которые стоит обратить внимание:

• Оптимальное расположение компонентов
• Ширина дорожек с учетом протекающих токов
• Соблюдение зазоров между проводниками
• Использование полигонов для земли и питания
• Симметричная разводка дифференциальных пар

Для простых устройств можно использовать одностороннюю плату, но в большинстве случаев оптимальным будет двусторонний вариант.

Написание программного кода

Параллельно с разработкой «железа» можно приступать к написанию прошивки для микроконтроллера. Выбор языка программирования и среды разработки зависит от используемого МК:

• Для AVR популярен язык C и среда Atmel Studio
• STM32 часто программируют на C/C++ в STM32CubeIDE
• Для простых проектов подойдет Arduino IDE

При разработке ПО важно продумать алгоритм работы устройства, обработку исключительных ситуаций и энергоэффективность.

Сборка и отладка устройства

Финальный этап — сборка прототипа и его отладка. Здесь могут пригодиться следующие инструменты:

• Паяльная станция
• Мультиметр
• Осциллограф
• Программатор-отладчик

В процессе тестирования важно проверить работу всех узлов устройства в различных режимах. При необходимости вносятся корректировки в схему, печатную плату или программный код.

Популярные проекты на микроконтроллерах для начинающих

Для тех, кто только начинает осваивать разработку устройств на МК, можно порекомендовать несколько интересных проектов:

• «Умный» термометр с выводом данных на ЖК-дисплей
• Система автоматического полива комнатных растений
• Метеостанция с передачей данных по Wi-Fi
• Светодиодная RGB-лампа с управлением со смартфона
• Контроллер «умного дома» на базе ESP32

Эти проекты позволят на практике освоить основные этапы разработки и при этом создать полезные устройства для дома.

Инструменты и материалы для создания устройств на микроконтроллерах

Чтобы успешно реализовывать проекты на МК, понадобится определенный набор инструментов и расходных материалов:

Оборудование:

• Паяльная станция с регулировкой температуры
• Мультиметр
• Осциллограф (желательно, но не обязательно для начала)
• Программатор для прошивки МК
• Лабораторный блок питания

Расходные материалы:

• Припой и флюс
• Монтажные провода
• Макетные платы
• Набор радиодеталей (резисторы, конденсаторы, транзисторы и т.д.)

Инвестиции в качественные инструменты окупятся за счет экономии времени и нервов при отладке устройств.

Заключение

Разработка устройств на микроконтроллерах — увлекательное занятие, позволяющее воплощать в жизнь самые смелые идеи. Освоив основные этапы проектирования и набравшись опыта на простых проектах, вы сможете создавать все более сложные и функциональные устройства. Главное — не бояться экспериментировать и учиться на своих ошибках.

На микроконтороллере – Поделки для авто

Схемы на микроконтроллере для автомобиля, интересные устройства внедряющие на благо авто.

автор: admin 30.03.2016 0 Комментарии

Всем привет. В этой статье речь пойдёт о поделки, которая будет оповещать вас о достижении оборотов тахометра, каких вы выберите сами, так сказать отсечка только световая. Для изготовления нам потребуется: стеклотекстолит фольгированный микроконтроллер PIC12F675 3 резистрора 10 кОм 1 резистор…
ДАЛЕЕ

автор: admin 03.02.2016 0 Комментарии

Продолжаю тему плавного пуска вентилятора,  уже была подобная схема плавного пуска на МК Attiny13. Прогнав данную схему в Протеусе понятно, что схема рассчитана только на плавный пуск. Так уже имею опыт в программировании МК среде Flowcode решил сделать такое же…

ДАЛЕЕ

автор: admin 20. 10.2015 0 Комментарии

Все еще некоторые автолюбители, забывают выключать свет или габарит,  хотя встроенная автоэлектрика тут не причём, … так как ездить надо всегда с включенным ближним светом или ПТФ. Вот чтобы такого не случилось и не разрядился ваш аккумулятор, после небольшого простоя…
ДАЛЕЕ

автор: admin 15.10.2015 0 Комментарии

Прибор тахометр предназначен для фиксации и отображения частоты вращениия механизмов автомобиля. В состав прибора входит: дисплей; датчик фиксации вращения механизмов. Скорость вращения отображается в единицах измерения – оборотах в минуту (об/мин.) Тахометр можно изготовить своими руками, используя схему прибора и…

ДАЛЕЕ

автор: admin 21.06.2015 1 Комментарий

Если вы когда-либо имели удовольствие парковать большой автомобиль в небольшом пространстве гаража, вы можете понять, как иногда это может быть трудно. Конечно, есть возможность установить напольные бамперы или висящие теннисные мячики. А что, если вам хочется большего? С помощью системы…
ДАЛЕЕ

автор: admin 29.05.2015 0 Комментарии

В то время как большинство автомобилей имеют температурный датчик, оповещающий вас о перегреве, они не предупреждают вас об утечке жидкости вовремя, чтобы предотвратить вероятность повреждения двигателя. Сегодня я покажу вам, как узнать, когда ваш автомобиль теряет охлаждающую жидкость, с помощью…

ДАЛЕЕ

автор: admin 23.05.2015 0 Комментарии

Весьма популярная микросхема в среде радиолюбителей ATtiny13, можно использовать и в качестве базы на основе которой можно легко построить систему управление освещением автомобиля или так называемую в народе «вежливую подсветку». Обеспечивающую плавное включение или выключение света в салоне автомобиля при…
ДАЛЕЕ

автор: admin 21.05.2015 0 Комментарии

Для реализации «умной подсветки» в своем автомобиле не представляет особо труда рассмотрим такое устройство на базе микроконтроллера PIC12F629. Устройство обеспечит нам следующие функции освещения в автомобиле: 1. Открытие любой двери автомобиля приводит к включению света в нем; 2. После закрытия…

ДАЛЕЕ

Навигация записи

My own device — наборы smd компонент для пайки. Электроника своими руками. От схемы до прибора.

Сейчас на дворе цифровой век. Вся электроника переходит на цифровые рельсы. Все большую популярность набирают приборы на микроконтроллерах. Здесь мы делаем электронику своими руками. Самые современные приборы можно собрать самостоятельно на простых компонентах. Ставь сайт в закладки! Заходи сюда за знаниями, схемами, примерами программ для различных микроконтроллеров (STM8, STM32, ATMEGA и другие).

Вся информация на сайте — авторская. Здесь нет репостов. Все знания проверены на собственном опыте. Каждый прибор — уникальный, схемы и платы оптимизированы под домашнее производство. Программа для микроконтроллера подробно разобрана. Так что, ты сам вполне можешь все это повторить и даже улучшить. Какие приборы можно сделать на основе микроконтроллеров? Как сделать печатную плату в домашних условиях? Как разработать свой электронный прибор? Как правильно составить схему? Как запрограммировать микроконтроллер? Здесь ты найдешь ответы на все эти вопросы!

В разделе ТЕОРИЯ собрана самая необходимая информация. Она поможет тебе сделать с нуля любой прибор на микроконтроллере. Учишься в техническом ВУЗЕ? Сделай свой проект на основе этих приборов.Уже умеешь паять и программировать, хочешь собрать современное полезное устройство на микроконтроллере? Выбирай понравившийся прибор, делай его и пользуйся. Разрабатываешь свой прибор, ищешь идеи, схемы, компоненты, методики программирования? Изучи лучшие компоненты, используй их в своих разработках.

Добро пожаловать в мир микроконтроллеров!

Собрались на море? Возьмите с собой этот прибор. С его помощью вы никогда не обгорите и будете загорать правильно — точное измерение мгновенного и накопленного индекса ультра фиолетового излучения. Вы будете знать прогрелось ли море — точное измерение температуры воды, с помощью термопары К типа. Насколько жарко на улице — измерение температуры воздуха. Также он пригодится вам на даче — правильное приготовление шашлыка. Миниатюрный размер 35х45х18, встроенный аккумулятор, а также масса других полезных функций.

Read more…

Пришло время заняться звуком — делаем беспроводную акустическую систему. Мощный качественный Hi-Fi стерео звук. Встроенный DSP процессор. Небольшой вес — всего 2кг. Стильный дизайн — печать на 3D принтере. Проигрывание музыки по Bluetooth, со встроенной sd карты, с USB флешки, FM радио. Работа в режиме пауер банка. Встроенная цветомузыка. Долгое время работы от одного заряда. Работа в режиме USB колонки.

Read more…

Любой робот или машина на радиоуправлении содержит моторы, и ими надо управлять. Данная плата управления моторами может управлять 4-мя моторами постоянного тока напряжением от 7 до 12В и максимальным током до 1.5А каждый. Управление осуществляется по протоколу UART по одному проводу RX.

Read more…

Беспроводной выключатель света — очень нужная и удобная вещь. Цифровой радиомодуль с кварцевым резонатором — надежная связь. Компактный модуль реле на 2 или 4 реле (всего 50х50х24мм). Надежный блок питания в модуле реле. Компактный пульт на 4 кнопки в заводском корпусе. Реле до 1 кВт. Возможность программирования любой логики работы. Работа пульта от одной батарейки более 3 лет.

Read more…

Компактный пирометр — точное измерение температуры поверхности на расстоянии. Размер — всего 3см на 4 см. Питание от аккумулятора, более 300 измерений на одном заряде. Расстояние измерения до 50cм, угол рассеивания 10 градусов. Измерение температуры в широком диапазоне от +300 до -100 градусов. Яркий светодиодный индикатор. Автоматическое отключение через 30 секунд для экономии энергии. Измерение температуры чая или молока, воды в ванной, поверхности моря, воздуха на улице, компонентов на плате.

Read more…

Специальный прибор для автоматической регулировки температуры жала обычного паяльника на 220в или для управления паяльным термофеном. Полностью цифровой вариант. Для измерения термопары используется самый современный метод — внешний 18-ти битный сигма-дельта ADC. Для управления вентилятором фена — ШИМ модуляция и MOSFET. PID регулятор температуры с возможностью различных настроек для фена и паяльника.

Read more…

Прямой и обратный отсчёт времени до 10 часов. Три предустановленных интервала таймера, с возможностью настройки. Громкий сигнал различной тональности. Встроенный литиевый аккумулятор и схема зарядки по micro usb. Игры — игральная кость, лото, бомба. Учёт рабочего времени с подтверждением. Компактный размер 40x40x16мм. Красивый пластиковый корпус.

Read more…

Управление по bluetooth. Питание от li-ion аккумулятора. 2 датчика — на колесо и педали. Более 18 поездок по 3часа на одном заряде. Автоматическое фиксирование поездки. Расчёт и хранение за 3 последние поездки основных показателей — скорость, расход калорий, каденс. И самое главное звуковой контроль параметров — заданной скорости и каденса. Компактный размер 30х50х35мм

Read more. ..

Микроконтроллер своими руками / Хабр

Всем привет. Очередная самоделка на микроконтроллере. На днях между мной и другом завязался разговор о птицах. Как выяснилось из разговора, он занимается разведением различных певчих птиц, при этом сам отлавливает диких птиц с последующим приручением. Особой хитрости в приспособлениях для ловли птиц нет. Ячейки применяются как с механическими спусковыми устройствами, так и с примитивными канатными тягами. Они же используют в качестве приманки саму птицу, посаженную в клетку, а песню нужной птицы воспроизводят с помощью какого-нибудь плеера. У меня сразу созрел план реализации этого устройства на микроконтроллере. Вот и решил поделиться результатом своего творения.

Сразу встал вопрос какую ячейку применить. Так как ничего подходящего у меня не было, пришлось купить или сделать клетку самому. Я не хотел делать клетку, я хотел больше сосредоточиться на электронике. Покупать не вариант: дорого, да и нужен он мне только на время. Птиц ловить особо не собирался — так, побаловаться. Поэтому я решил пройтись по своим друзьям в надежде найти что-то подходящее для этого проекта. И — о чудо! — На чердаке в пыли была найдена слегка проржавевшая клетка. Она отлично подошла для моего проекта. Дверь в клетке открывалась вертикально, что значительно облегчало управление дверной защелкой.
Потратив некоторое время, я придумал схему. Написание программы для микроконтроллера тоже не заняло много времени — буквально полчаса, а мое творение уже заработало.

Принцип закрытия двери камеры очень прост. Дверь камеры поддерживается специальным упором из медной проволоки. К упору крепится нейлоновая нить нужной длины. Если потянуть за нитку, упор скользит, и дверца клетки закрывается под собственным весом. Но это в ручном режиме, а я хотел реализовать автоматический процесс без кого-либо.

Для управления механизмом закрывания двери камеры использовался сервопривод. Но в процессе он наделал шума. Шум может отпугнуть птицу. Поэтому сервопривод я заменил на коллекторный двигатель, снятый с радиоуправляемой машинки. Работал он тихо и идеально подходил, тем более что управлять коллекторным двигателем было несложно.

Чтобы определить, находится ли птица уже в клетке, я использовал недорогой датчик движения. Сам датчик движения — это уже готовое устройство, ничего паять не нужно. Но у этого датчика очень большой рабочий угол, и мне нужно, чтобы он реагировал только во внутренней области ячейки. Для ограничения угла срабатывания я поместил датчик в подвал, который когда-то служил экономной лампой. Вырезал из картона подобие заглушки с отверстием посередине для датчика. Поиздевшись над расстоянием этой заглушки относительно датчика, выставил оптимальный угол срабатывания датчика.

В качестве зазывала птиц решил использовать звуковой модуль WTV020M01 с пением чижа и щегла, записанным на карту памяти microSD. Именно их я и собирался ловить. Так как я использовал один звуковой файл, то решил управлять звуковым модулем по-простому, не используя протокол связи между звуковым модулем и микроконтроллером.

При подаче на девятую ногу звукового модуля низкого сигнала модуль начал играть. Как только звук воспроизвелся на пятнадцатой ноге звукового модуля, выставляется низкий уровень. Благодаря этому микроконтроллер следил за воспроизведением звука.

Так как я сделал паузу между циклами воспроизведения звука, для остановки воспроизведения звука программа подает низкий уровень на первую ногу звукового модуля (сброс). Звуковой модуль представляет собой законченное устройство с собственным усилителем звука, и, по большому счету, не нуждается в дополнительном усилителе звука. Но этого усиления звука мне показалось мало, и в качестве усилителя звука я применил микросхему TDA2822M. В режиме воспроизведения звука потребляет 120 миллиампер. Учитывая, что ловить птицу придется некоторое время, в качестве автономной батареи использовал не совсем новую батарею от бесперебойника (еще валялась).
Принцип электронного бёрдмена прост, а схема состоит в основном из готовых модулей.

Программа и Схема — atmel-programme. clan.su/Levushka.zip

Работу данного устройства можно посмотреть на видео.

Учебное пособие. Как создать собственную плату микроконтроллера — часть 1

ВойтиРегистрация

Для просмотра этой страницы убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript.

Джон Тил

4 года назад

Это первая часть учебника, состоящего из двух частей, в котором вы узнаете, как спроектировать собственную плату микроконтроллера.

Сначала мы сосредоточимся только на самом микроконтроллере, чтобы вам было легче понять процесс проектирования, не перегружаясь сложностью схемы.

В этом первом уроке вы узнаете, как спроектировать систему и принципиальную схему. Затем во второй части вы узнаете, как разводить печатную плату (PCB) и заказывать прототипы.

Это краткое введение в бесплатный учебник от PredictableDesigns.com. См. полную и самую последнюю версию этого руководства здесь [включает обучающее видео] .

Я разобью процесс проектирования на три основных этапа:

ШАГ 1 — Проектирование системы

ЭТАП 2 — Проектирование схемы

ЭТАП 3 — Предварительный макет печатной платы

8 9009 Проект

При разработке новой схемы первым шагом является проектирование системы высокого уровня (которое я также называю предварительным проектом). Прежде чем углубляться в детали полной схемы, всегда лучше сначала сосредоточиться на общей картине всей системы.

Проектирование системы состоит в основном из двух этапов: создание блок-схемы и выбор всех критических компонентов (микросхемы, датчики, дисплеи и т. д.). В системном дизайне каждая функция рассматривается как черный ящик.

В технике черный ящик — это объект, который можно рассматривать с точки зрения его входов и выходов, но без каких-либо знаний о его внутренней работе. При проектировании системного уровня основное внимание уделяется взаимосвязанности и функциональности более высокого уровня.

Блок-схема

Ниже приведена блок-схема, с которой мы будем работать в этой серии руководств. Как я уже упоминал, в этом первом уроке мы сосредоточимся только на самом микроконтроллере. В будущих руководствах мы расширим дизайн, чтобы включить все функции, показанные на этой блок-схеме.

Блок-схема должна включать блок для каждой основной функции, взаимосвязи между различными блоками, определенные протоколы связи и любые известные уровни напряжения (входное напряжение питания, напряжение батареи и т. д.).

Позже, когда все компоненты выбраны и известны требуемые напряжения питания, я хотел бы добавить напряжения питания на блок-схему. Включая напряжение питания для каждого функционального блока, это позволяет вам легко идентифицировать все напряжения питания, которые вам понадобятся, а также любые переключатели уровня.

В большинстве случаев, когда два электронных компонента обмениваются данными, они должны использовать одинаковое напряжение питания. Если они питаются от разных напряжений, вам обычно нужно добавить переключатель уровня.

Рисунок 1: Блок-схема системного уровня. Блоки желтого цвета включены в этот начальный учебник. Другие блоки/функции будут добавлены в будущих руководствах.

Теперь, когда у нас есть блок-схема, мы можем лучше понять необходимые требования к микроконтроллеру. Пока вы не наметите все, что будет подключаться к микроконтроллеру, невозможно выбрать подходящий микроконтроллер.

Выберите микроконтроллер

При выборе микроконтроллера (или практически любого электронного компонента) мне нравится использовать веб-сайт дистрибьютора электроники, такой как Newark.com. Это позволяет легко сравнивать различные варианты на основе различных спецификаций, цен и доступности. Это также простой способ быстрого доступа к техническому описанию компонента.

Если вы регулярно читаете этот блог, то знаете, что я большой поклонник микроконтроллеров Arm Cortex-M. Микроконтроллеры Arm Cortex-M — самая популярная линейка микроконтроллеров, используемых в коммерческих электронных продуктах. Они использовались в десятках миллиардов устройств.

Микроконтроллеры от Microchip (включая Atmel) могут доминировать на рынке производителей, но Arm доминирует на рынке коммерческих продуктов.

На самом деле Arm не производит чипы самостоятельно. Вместо этого они разрабатывают архитектуры процессоров, которые затем лицензируются и производятся другими производителями микросхем, включая ST, NXP, Microchip, Texas Instruments, Silicon Labs, Cypress и Nordic.

Arm Cortex-M — это 32-разрядная архитектура, которая является фантастическим выбором для более ресурсоемких задач по сравнению с тем, что доступно в более старых 8-разрядных микроконтроллерах, таких как ядра 8051, PIC и AVR.

Микроконтроллеры Arm поставляются с различными уровнями производительности, включая Cortex-M0, M0+, M1, M3, M4 и M7. Некоторые версии доступны с модулем с плавающей запятой (FPU) и обозначаются буквой F в номере модели, например Cortex-M4F.

Одним из самых больших преимуществ процессоров Arm Cortex-M является их низкая цена за уровень производительности, который вы получаете. На самом деле, даже если для вашего приложения достаточно 8-битного микроконтроллера, вам все равно следует рассмотреть 32-битный микроконтроллер Cortex-M.

Доступны микроконтроллеры Cortex-M по цене, очень сравнимой с некоторыми старыми 8-битными чипами. Основание вашего проекта на 32-битном микроконтроллере дает вам больше возможностей для роста, если вы захотите добавить дополнительные функции в будущем.

Рис. 2. STM32 от ST Microelectronics — моя любимая линейка микроконтроллеров Arm Cortex-M.

Хотя многие производители чипов предлагают микроконтроллеры Cortex-M, моим фаворитом на сегодняшний день является серия STM32 от ST Microelectronics. Линейка микроконтроллеров STM32 довольно обширна и предлагает практически любые функции и уровни производительности, которые вам когда-либо понадобятся.

Подсерия STM32F — это их стандартная линейка микроконтроллеров (по сравнению с подсерией STM32L, специально ориентированной на более низкое энергопотребление). STM32F0 имеет самую низкую цену, но и самую низкую производительность. На один шаг вперед по производительности вышла подсерия F1, за которой следуют F3, F2, F4, F7 и, наконец, H7.

Для этого урока я выбрал STM32F042K6T7, который поставляется в корпусе с 32-контактными выводами LQFP. Я выбрал корпус с выводами в первую очередь потому, что он упрощает процесс отладки, так как у вас есть легкий доступ к контактам микроконтроллера. Принимая во внимание, что в безвыводном корпусе, таком как QFN, контакты спрятаны под корпусом, что делает доступ невозможным без контрольных точек.

Освинцованная упаковка также упрощает замену микроконтроллера в случае его повреждения. Наконец, припаивание безвыводных корпусов к печатной плате обходится дороже, поэтому они увеличивают затраты как на прототипирование, так и на производство.

Я выбрал STM32F042, потому что он предлагает умеренную производительность, большое количество контактов GPIO и различные последовательные протоколы, включая UART, I2C, SPI и USB. Это микроконтроллер STM32 довольно начального уровня, всего с 32 выводами, но с широким набором функций.