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。

以这种方式组装一块电路板所花费的时间和精力并非易事。然而，这是一个很好的方式来了解更多关于那里的电子产品并获得一些原型组装技术的实践。

审核编辑 黄昊宇