Experimenteren met Micro Controllers

2,986 keer bekeken / views
Zo nu en dan krijg ik de vraag om een ontwerp te maken voor een specifieke toepassing. Als je mijn posts leest zul je weten dat ik geen voorstander ben van zogenaamd “Solderless Breadboards“. Daar heb ik een goede reden voor: de verbindingen van Solderless Breadboards zijn buitengewoon onbetrouwbaar. Natuurlijk gebruik ik wel Solderless Breadboards om kleine onderdelen van een schakeling met hooguit een paar transistoren en weerstanden uit te proberen, om deze schakeling vervolgens over te nemen in het schema van mijn definitieve ontwerp.

Ik wéét dat er bouwers zijn die mijn DSMR-logger ontwerp op een Solderless Breadboard in de meterkast hebben hangen. Ik begrijp daar niets van! Er hoeft maar iemand tegenaan te stoten en de schakeling valt uit elkaar.

En het mag duidelijk zijn dat je geen prototype of proof of concept naar een opdrachtgever kunt sturen als deze op een Solderless Breadboard is opgebouwd. Maar om, voor een proof of concept, een printplaat te ontwerpen en te laten fabriceren is uit kostenoverweging en doorlooptijd ook niet praktisch. 

Daarom heb ik ooit een experimenteer bordje ontworpen voor de ESP8266 (de zogenaamde 1of!-bordjes).

Het ontwerp bestond uit een “processor” deel en een “experimenteer” deel. Het idee daarachter is dat je met één processor bordje meerdere schakelingen kunt ontwerpen door andere experimenteer bordjes te gebruiken.

Met deze eerste experimenteer bordjes heb ik veel ontwerpen gemaakt die na jaren nog steeds goed werken (bijvoorbeeld de Universal InfraRed IoT Learning Remote en de ESP8266 Ticker).

Voor de grote groep makers waren deze bordjes blijkbaar niet erg populair want er zijn er maar een tiental van verkocht.

Zoals iedereen die wel eens een electronisch ontwerp maakt zal beamen: de grootste uitdaging is áltijd om voor je uiteindelijke ontwerp een nette projectbox te vinden. Daarom heb ik nieuwe experimenteer bordjes gemaakt rond de vormfactor van de G400 (G413) projectbox. Hierdoor is het mogelijk een proof of concept netjes in een stevige professionele projectbox op te leveren.

Met deze vormfactor heb ik een scala aan experimenteer bordjes ontworpen en in voorraad. Ze zijn allemaal opgebouwd rondom een specifieke Micro Processor (ATtiny3216, ATtiny3217, ATmega328P, AVR-DB32, ESP8266) en hebben ruimte om een hoeveelheid onderdelen op een Breadboard achtige manier aan te brengen. Alle onderdelen die nodig zijn om een Micro Processor te laten werken zitten dus al op deze experimenteer bordjes, inclusief een USB aansluiting en/of Jackplug voor de voeding, spanningsregelaar, reset/flash circuit en (soms) een paar ledjes.

Mijn eerdere bordjes hebben geen USB to Serial chip (zoals bijvoorbeeld de CH430C) omdat ik dat eigenlijk overkill vind. Immers: een “productie” schakeling programmeer je één keer en daarna zit de USB to Serial schakeling er voor spek en bonen op. De moderne MicroChip (voorheen Atmel) chips gebruiken de UPDI interface om ze te flashen. Daar speelt dit dus geen rol. Voortschrijdend inzicht heeft er echter voor gezorgd dat het ESP32 bordje met deze vormfactor wél een CH430C aan boord heeft.

Deze bordjes hebben een experimenteer vlak van ongeveer 33cm². Het nadeel van deze vormfactor is dat de langwerpige vorm van de G400 projectbox niet erg geschikt is om meerdere externe aansluitingen mogelijk te maken.

Voor de meeste printplaat fabrikanten is de maximale maat om in een goedkoop tarief te vallen (een paar euro per vijf printplaten) maximaal tien bij tien centimeter. De printplaat voor de G400 projectbox is 13 x 6,5cm en valt dus buiten dit goedkope tarief.

Met de aanschaf van een 3D printer verviel voor mij de noodzaak om me te conformeren aan een bepaalde projectbox maat en kan ik zélf de maat van mijn printplaten bepalen. Het zal je niet verbazen dat mijn nieuwste experimenteer bordjes precies tien bij tien centimeter zijn geworden! Het experimenteer vlak is maar liefst ongeveer 47cm²

Ondertussen heb ik voor twee micro controllers zo’n experimenteer printplaat ontworpen en bij PCBWay laten maken.

Eén voor de ESP32 WROOM module (de meest bekende) en één voor de ESP32WROVER versie (dat is een versie met 4 of 8MB PSRAM, wat ideaal is als je grote interne tabellen nodig hebt of als je grote JSON objecten gebruikt). Op veler verzoek en voor het gebruiksgemak hebben beide bordjes een CH340C aan boord waarmee je de ESP32 eenvoudig via de USB poort kunt flashen. Als extra hebben ze ook een NeoPixel aan boord (gewoon, omdat het kán).

De NeoPixel is niet aangesloten maar je kunt de ingang (Data-in) eenvoudig verbinden met iedere GPIO pin die je nog niet ergens anders voor gebruikt. Daarna kun je de uitgang (Data-out) van de NeoPixel gebruiken om andere NeoPixels te koppelen.

Voor deze printen heb ik, met behulp van de YAPPgenerator, een projectbox gemaakt met een geleider voor het resetten van de ESP32 en een mooie, vierkante lichtsluis die precies over de NeoPixel valt.

Hieronder staan de schema’s van de twee bordjes:

Mocht een ontwerp op je experimenteer bordje het tot een “eigen PCB ontwerp” brengen, dan kan de basis uit het bovenstaande schema één-op-één worden overgenomen. Alleen de extra onderdelen die het uiteindelijke ontwerp vormen moeten nog in het schema worden aangebracht. Als je dáár geen fouten bij maakt kan het schema vervolgens eenvoudig omgezet worden in een net “dedicated” PCB ontwerp.

Succes verzekerd!

Als je mij wil helpen om meer van dit soort posts te kunnen schrijven, overweeg dan om een kleine donatie te geven door op de knop hieronder te klikken.