如何从头开始构建 Arduino Uno

我发现我通过使用示例来学习大量信息——了解其他人如何做事并了解他们决策过程的“原因”。考虑到这一点，我从头开始构建了一个 Arduino Uno，并且在某种意义上对它进行了逆向工程，以便我可以分享经验。Arduino Uno 是一个非常简单的电路板，如下面的视频所示，其成功的关键在于其界面的简单性——硬件和软件。

在下载了 Arduino Eagle 文件、发送要制造的电路板并购买了所有必需的部件后，我用激光切割机和高空透明度制作了一个焊膏模板。通过对齐模板和电路板，我能够将焊膏涂抹到电路板上我需要它为 Arduino Uno 放置零件的位置。当我放置每个零件时，我必须弄清楚它的目的是什么。在某些情况下，这是非常明显的。在其他情况下，它提供了一个我以前没有考虑过的有趣的解决方案。为了向您展示我的意思，让我们按部分分解。

首先，我们放置复位按钮，该按钮与微控制器上的复位引脚、ICSP 编程器和接头中的复位引脚相连。接下来是一个铁氧体芯片电感，放置在 USB 接地线上，以抑制可能污染电路板整体接地的高频噪声。接下来是一个二极管，这样如果 USB 微控制器的复位线变高，它将通过传导到 5V 线上来拉低有害电压。板上实际上有两个压敏电阻，连接到 USB 的两条数据线上，有助于在不影响数据信号的情况下保持线路免受过压影响。压敏电阻之间是一个 22Ω 电阻阵列，与数据信号串联，用作终端电阻。PTC，或可复位保险丝，如果电路板拉电流过多，则与来自 USB 的输入电源串联放置，从而保护计算机的 USB。这里还有一个 PMOS 晶体管，通过运算放大器工作，作为指示板指示电源是通过 USB 还是通过 DC 电源插孔提供的。接下来是几个无源元件——其中两个是用于晶体的 22 孔帽。一个忠告：一些微控制器内部有这些电容器。但是，如果它们没有并且您没有它们，那么您的微控制器将无法工作。接下来是几个无源元件——其中两个是用于晶体的 22 孔帽。一个忠告：一些微控制器内部有这些电容器。但是，如果它们没有并且您没有它们，那么您的微控制器将无法工作。接下来是几个无源元件——其中两个是用于晶体的 22 孔帽。一个忠告：一些微控制器内部有这些电容器。但是，如果它们没有并且您没有它们，那么您的微控制器将无法工作。

然后我们稍微移动一点，放置一个电容器来清理模拟参考信号，一个黄色 LED，然后是另一个电阻阵列，用作板上 LED 的电流限制器。接下来是一个 Atmega 16U2，它充当 USB 到串行转换器，使您可以简单地将 USB 连接到板上，而无需担心 FTDI 电缆。QFN 也是较难焊接的部件之一，因为焊盘很小，并且您需要足够的焊膏来进行连接，但不要太多以至于它会桥接。不过，对齐相对容易，因为它会在回流期间自我调整以更准确地对齐焊盘。然后，我们放置了更多用于电源调节的状态 LED 和无源器件。

然后，我们有一个双运算放大器，其中一个运算放大器用作分压器的缓冲器，该分压器还控制 3.3-V LDO，而另一个运算放大器控制通信状态 LED。放置一个 LDO，通过桶形插孔接受 7-12V 输入并将其降至 5V。紧随其后的是另一个 LDO，将 5V 降至 3.3V，由运算放大器控制. 然后我们有一个用于主微控制器的 16 MHz 陶瓷谐振器。该谐振器具有内部电容器，而不是两个外部电容器。虽然它不那么精确，尤其是与晶体振荡器相比时，它非常小且便宜。最后，电路板的另一侧是 LED、电阻阵列和保护二极管，用于显示 ICSP 编程状态并防止电源线上的瞬变。在移动到两个大电解电容器之前，另一个小型电源清洁电容器放置在微控制器的 VCC 引脚上。我放置的第一个清理了 5V 电源，而第二个清理了来自桶形千斤顶的输入电源。两个电容的额定电压均为 25 V，并且可以完全互换。最后一个表面贴装器件是最后一个二极管，以确保没有任何电流流回筒形插孔。

电路板在回流炉中待了一段时间后，就该完成通孔器件了。首先，我们安装了 USB 转串行微控制器使用的 16 MHz 晶振。然后，我们添加 DIP 封装微控制器所在的插座，如果发生不幸，您可以关闭微控制器。标头为 0.1 英寸。间距，但随后他们在一些引脚之间放置了奇怪的间隙，这被认为是多年来一直在发生的意外，因为他们希望让所有世代保持兼容。看到我不是唯一犯错的人，我感到很欣慰。最后，我们添加 USB 和电源连接器以完成项目。