Как следует из названия данный прибор организует мост между компьютером через USB порт и вашим устройством по Serial протоколу. Можно сказать что он является USB COM портом для логики TTL (уровни 1.8v-5v).

С помощью данного прибор можно программировать различные микроконтроллеры, получать информацию на компьютер со прибора по serial порту. Кроме этого применений ему масса:

управление устройством

отладка программы

передача небольших объёмов данных

прошивка различных приборов -разработчики часто делают выход serial для возможности перепрошивки своего устройства

прошивка микроконтроллеров - многие микроконтроллеры имеют Bootloader (специальная программа для загрузки прошивки по serial) загруженный на заводе, и для загрузки прошивки не нужен специальный программатор - достаточно данного устройства.

Нам он будет необходим в первую очередь для прошивки ST-Link. Ну и собственно так как тут нечего программировать - прибор состоит из одной микросхемы - то на этом приборе мы поучимся паять и работать в Kicad. В этой статье подробно рассмотрим как трассировать печатную плату вручную.

Как сделать USB UART адаптер

2. Подготовить или приобрести необходимые инструменты: все для пайки

4. Скачать необходимые файлы по данному прибору с github .

5. Изготовить плату для прибора самостоятельно (это совсем несложно, в нашей инструкции все подробно описано).

6. Приобрести все необходимые комплектующие в виде готового радиоконструктора можно в нашем магазине.

7. Запаять все компоненты на плату, смотри наше видео .

ПРИБОР ГОТОВ , можно пользоваться!

Как работает USB UART адаптер

Для реализации данного моста обычно используется специализированная микросхема, которая с одной стороны имеет usb выход, а с другой - serial выход. Обычно эти микросхемы имеют драйвера для Windows \ Linux и определяются системой как COM - порт. Дальше используется специальная программа для работы через COM порт. Это может быть и программа прошивки микроконтроллера или программа для получения данных от прибора и т. д.

Выбираем микросхему для прибора

По сути данное устройство будет состоять из разъемов, микросхемы и минимальной ее обвязки. Так что, у нас не будет никакого функционального ТЗ в данном случае. Основной критерий по которому мы будем выбирать микросхему - удобство пайки, цена.

Итак, самые распространённые микросхемы для данного девайса:

cp2102 (cp2103) - дешевая отличная микросхема, но имеет корпус QFN28 - то есть безвыводный корпус - паять такую в самом начале пути не очень легко - поэтому мы ее не будем использовать

pl2303 - отличная микросхемы фирмы Prolific - существует очень много вариантов этой микросхемы (в том числе китайские подделки). У нее корпус TSOP28 - отлично подходит для пайки. И старые модификации стоят недорого и отлично работают. Мы будем использовать ее - модификацiия pl2303TA - самый недорогой вариант. Есть модификация Rev. D которая не требует внешний кварц - но она стоит в 2 раза дороже.

CH340 - китайский вариант (оригинал) моста - микросхема хорошая - но ее трудно купить где-либо кроме как в Китае.

FT232R - микросхема от FTDI - отлично подходит и работает - но стоит почти в 2 раза дороже. Ее плюс также в том что не требуется внешний кварц.

Несколько слов о том как подобрать микросхему для своего проекта. Есть очень простой путь. Сначала необходимо найти одну микросхему которая подходит под данную задачу. Набираем в интернете - USB - serial chip и сразу находим - FT232R. Отлично. Далее идет на сайт крупного поставщика микросхем - например - mouser.com. Там в поиске набираем - FT232R. И в разделе интегральных схем видим нашу микросхему.

Самое главное для нас здесь - ЭТО КАТЕГОРИЯ в которую входит микросхема. Здесь это «ИС интерфейс USB». Также смотрим тип «Bridge, USB to UART». Идем в эту категорию и смотрим какие бывают микросхемы. Далее проверяем по datasheets подходит ли она нам.

Итак, наш выбор PL2303TA.

Составляем схему на базе PL2303

Любая схема должна начинаться с чтения Datasheet. Производитель микросхем очень заинтересован в том, чтобы купили именно его чип. В документации он обычно максимально подробно разбираем как пользоваться микросхемой, прикладывает схемы и пишет тонкости и особенности реализации прибора на этом чипе. Посмотрим что советует нам производитель (из документации на чип pl2303HXD):

тут приведена полная схема с трансивером (преобразователь уровня до 9v) для получения полного COM порта. Нам эта часть не нужна. Также схема не содержит кварца, а нам он необходим. Дополнительно можно отметить, что еще не хватает светодидов для сигнализации процесса обмена данными. В итоге поискав различные варианты схемы на данной микросхеме (pl2303 schematic) нашли самую простую схему со светодиодами и кварцев - ее и возьмем.

По сути на этой схеме сокращена обвязка USB порта (убраны высокочастотные фильтры L1 L2), убран трансивер. В остальном схема совпадает. Мы же дополнительно ещё добавим разводку всех сигнальных выводов DTR и т. д. - они могут быть полезны. Также следует отметить, что на вывод согласования уровней в нашей версии чипа нельзя подавать 5v, поэтому на разъеме уберем подальше этот вывод. Сам вывод для согласования уровней оставим - вдруг необходимо будет пользоваться UART на 1.8v. Таким образом, по умолчанию у нас будет стоять джампер соединяющий вывод 4 и 3.3v и на выходе всех сигналов UART у нас будет 3.3v. Данного напряжения уверенно хватает для определения логической 1 в 5v схеме, согласно datasheet все сигнальные ножки толерантны 5v (то есть на них можно подавать 5v смело). Так что при таком подключении схема будет работать с напряжением от 3.3в до 5в. Дополнительно оставим выводы 5v и 3.3v для питания например прошиваемого контроллера. Имейте ввиду, что без внешнего EEPROM usb порт будет отдавать только 100ma! Соответственно питать что-то существенное не получится.

С точки зрения чертежа схемы в Kicad никих особенностей нет. Проще не чертить соединения проводами, а использовать метки, тем более это будет удобно в дальнейшем при трассировке платы. В итоге получается такая схема (проект в Kicad можно скачать в конце статьи):

Разрабатываем плату в Kicad

Разрабатывая схему, можно сразу прикинуть в какой последовательности будут идти вывода на разъеме. Чтобы было проще лучше чтобы порядок соответствовал выводам на самом чипе. Но в принципе это не столь важно и можно впоследствии быстро переделать.

Прежде чем разрабатывать плату необходимо определится какие у нас будут использоваться разъемы и определить посадочные места. Мы будем делать плату переходник которая втыкается в usb порт и на конце имеет угловые разъемы PIN 2.54mm - это самый распространяенный формат. На конечный разъем мы выведем только наиболее нужные выводы - остальное просто разведем на плате и оставим как дырки на будущее. Основные выводы: RX, TX, 5V, 3.3v, DTR (часто используется как reset схемы микроконтроллера при прошивке). Остальные выводы разведем в самом конце.

Итак, начинаем трассировку платы. В схеме формируем список цепей - Инструменты - сформировать список цепей. Переключаемся в плату и по кнопке Инструменты-Список Цепей - прочитать текущий список цепей. Загружаем все посадочные места в плату. Далее размещаем все посадочные места в авторежиме. Получаем такой набор компонентов.

На данном этапе лучше скрыть лишнюю информацию. Убираем отображение слоев Связи, Скрытый текст, Значения, Обозначения.

Далее начинаем располагаем на будущей плате основные компоненты - разъемы и чип. Так чтобы выводы чипа располагались согласно подключению разъемов. Особенно важно в этом случае чтобы выводы подключения USB были напротив разъема. Наводим мышку на нужный компонент - жмем M - и переносим его чуть ниже на пустое место - формируем будущую плату. Так как плата у нас двух стороняя - то надо сразу определить нужную сторону компонент. Самый просто вариант - все DIP элементы (под которые надо сверлить сквозные отверстия) располагаем с обратной стороны, а все smd элементы с основной стороны - так проще будет подводить дорожки. Для смены стороны используем кнопку F. Так как Kicad умеет подсвечивать связи при переносе элемента, то очень удобно все резисторы связанные с разъемами размещать сразу. Это позволит быстро увидеть связи при переносе микросхемы. Итак, размещаем USB разъем, потом резисторы с ним связанные на сигнальных линиях и потом разъем на другом краю платы:

дальше размещаем чип - так чтобы было как можно меньше пересечений.

После этого размещаем кондецаторы по цепям питания - они должны быть как можно ближе к выводам питания.

После этого соединяем дорожками обязательные выводы - это usb сигнальные - кварц, кондецаторы по питанию. Прикидываем линии питания. Если что-то не удобно - то компоненты двигаем - переносим.

Например кондецатор C3 удобнее перенести вниз чтобы не делать переходное отверстие. Конечно это не очень хорошо - но в данном случае дорожка будет очень небольшая.

После размещения основных элементов размещаем оставшиеся - ориентируясь на подсказки по связям и стараясь не пересекать дорожки.

Теперь осталось разобраться с разъемами и линиями питания - их можно провести по второму слою. В итоге видно, что довольно сложно получается развести светодиоды и подтягивающие резисторы. Они перекрывают остальные выводы. Поэтому проще их перенести на другую сторону - она как раз будет лицевой, и туда же провести линию vddio.

Осталось выводы на разъеме расположить в порядке следования выходов чипа. И финально все соединить. На этом этапе плату можно сделать более компактной. Финальный вариант который получился. Можно сделать еще лучше.. но вариант удовлетворительный.

Финально остается задать диаметры переходных отверстий и толщину дорожек - лучше сделать 0.3мм. Выровнять линии и добавить земляные полигоны. Начертить границы платы.

Как пользоваться USB UART конвертером

Для пользования данных приборов в Windows необходимо установить драйвера. Свежие драйвера можно взять на сайте производителя . Если они не подходят, то можно установить более старые драйвера 1.15 - который можно найти в интернет.

После установки драйверов устройство должно определиться как COM порт.

Для Windows самая лучшая программа для работы с COM портом - это Terminal 1.9b (приложена к статье)

Для тестирования нашего устройства необходимо проводами соединить выходы TX - RX. В этом случае мы получим режим эхо - все что будет передано в порт должно тут же возвращаться назад. Скорость при это может быть любая.

Работать с программой очень просто - выбираем порт - можно автоматически по кнопке ReScan или вручную. Задаем скорость и параметры порта. Далее в окне видим все что пришло по терминалу, а в строке SEND можно передать любую информацию. Чтобы передать спецсимволы необходимо использовать запись виды «$1a» в шестнадцетиричном формате.

Для linux устройство должно определится само (драйвера входят в ядро). Неплохая программа - minicom.

Для понимая остальных сигналов данного устройства - DTR, DSR и другие - вот тут есть очень хорошая .

Как собирать прибор

Собираем прибор по общим правилам описанным в нашей статье .

Для более быстрой сборки, вы можете приобрести полный набор для пайки, радиоконструтор USB UART адаптер в нашем магазине .

Самостоятельная работа

Попробуйте осуществить трассировку самостоятельно не подглядывая в данную статью.

Сборка Z-Duino

Итак, начнем. Выигранный мной набор для сборки включает в себя три пакетика.

В один упакованы разъёмы, панелька для контроллера и сам контроллер - ATmega328P, в него прошит загрузчик и скетч “Blink”. Другой пакетик наполнен “рассыпухой”, среди которой есть “бомбовая” кнопочка с красным толкателем - для сброса. В третьем пакетике: качественная плата и один из светодиодов. В наборе их два: зелёный - по питанию, и жёлтый - на pin13. Внешне одинаковые, и, чтоб их не перепутать, жёлтый упакован вместе с платой, но ничего не мешает запаять их наоборот.

Сборка прошла в два этапа. Сначала запаиваю все SMD компоненты

Затем все выводные

Мне захотелось чтобы джампер выбора питания был установлен перпендикулярно плате, поэтому я выгнул выводы плоскогубцами, припаял и обкусил лишнее.

После сборки платы подаю питание: зелёный светодиод светится, жёлтый мигает. Хорошо, теперь нужен переходник для заливки скетчей. Если есть аппаратный COM порт на материнской плате, то можно взять преобразователь уровней на предназначенной для этих целей MAX232 или собрать на транзисторах (как в Arduino Severino).

Преобразователь на транзисторах повторяет схему из Arduino Severino , а для переходника на микросхеме я выбрал MAX232CPE: вместо электролитов 10uF устанавливаются керамические 100n. У микросхемы, перед монтажом, нужно отломать выводы 7 и 10, или отогнуть их в сторону.

Для использования переходника на транзисторах или на MAXе, необходимо любым удобным способом подать на плату Z-duino 5V. Я взял прямо с USB и воткнул в разъём ICSP. Джампер выбора питания нужно установить в положение 5V.

Внимание! Если Вы что-нибудь спалите или нанесёте любой вред реализуя идеи изложенные в этой статье, то ответственность за негативные последствия несёте Вы, а не автор этих идей (то есть я). Например, в примере выше, 5V с USB на контроллер поступает напрямую, минуя предохранитель и защитный диод. Осознавайте что Вы делаете, соблюдайте полярность подключения и не превышайте максимальный ток, который может выдать большинство USB разъемов компьютера, а именно 500мА.

Если нет COM порта, можно применить переходник USB-COM. Я уже писал о переходнике на mega8 распаяном на самодельной Arduino, будет фото и схема переходника на контроллере в DIP и в TQFP корпусе.

К разъёму подведены все сигналы которые обеспечивает конвертер. На схеме и чертежах плат есть предохранители типоразмера 1206 в цепи 5V от USB. У меня таких нет, вообще нет SMD предохранителей, поэтому я установил перемычки.

На двух платах перепутаны местами RX и TX, пришлось резать дорожки, паять перемычки, в чертежах плат ошибки исправлены.

О реализации варианта этого переходника на ATtiny2313 есть на getchip.net.

Началось всё с того, что я купил себе Orange Pi, поддавшись рекламному слогану «аналог Rasberi Pi всего за 15$». Девайс был заказан на алиэкспрессе и прибыл через пятнадцать дней ещё в феврале. Тогда же были куплены все необходимые дополнительные компоненты: радиатор на процессор, 15 ваттный блок питания, карточка micro SD объемом 32 Гб, HDMI-кабель для подключения монитора. За неимением времени он пылился в ящике стола аж до июня. И вот наконец дошли руки проверить его работоспособность.

На стандартных прошивках, предлагаемых на официальном сайте работоспособность не вызвала нареканий. Но стандартные прошивки меня не устраивают по той причине, что уж так я устроен - любой попавший мне в руки девайс должен быть кастомизирован по полной программе. Поэтому в руки был взят U-boot , исходники которого скачаны с официального FTP , а так же сборка Arch Linux для ARM . В качестве опорного мануала и отправной точки для копания был взят вот этот мануал для Banana Pi .

Путем некоторых нехитрых манипуляций (описание которых более подходит для хабра) и загрузчик и арч были водружены на карту памяти и устройство было включено. Однако, после загрузки меня ждал черный экран и горящий зеленый светодиод на «апельсине».

Ну не беда, подумал я. На «апельсине» распаян UART, подключусь как я к нему терминалом да посмотрю что происходит. Были куплены необходимые детали и провод и спаян вот такой кабель (картинка под спойлером)

Нубский вариант кабеля

Тот кто в теме, сразу поймет в чем я был не прав, сделав такой кабель, и таких среди читающих больше половины. Я же заподозрил неладное после того как увидел кракозябры, которые плевал в терминал мой «апельсин». Именно понимание причины моей глупейшей ошибки и побудило меня к действиям, описанным ниже.

1. В чем разница между UART и RS232

Разница в уровнях. Последовательный интерфейс, реализованный в Orange Pi и других подобных устройствах, основан на TTL-логике, то есть нулевому биту соответствует нулевой уровень напряжения, а единице уровень в +5 В. RS232 использует более высокий уровень напряжения, до 15 В, и единице соответствует -15 В, а нулю +15 В. Для увеличения помехозащищенности канала как ноль воспринимается любой уровень напряжения ниже 3 В по модулю. Протокол передачи данных на уроне последовательности логических значений и у UART и у RS232 абсолютно одинаков. Всё это иллюстрируется следующей диаграммой передачи байта

Вот как я мог об этом забыть? В бытность своей работы в электровозостроительном НИИ эти вещи я знал. А тут почему-то глупость сморозил. В общем стало понятно, что нужен некий преобразователь уровней с инвертированием сигнала. Выбор пал в сторону подключения всего хозяйства к COM-порту, который есть на матплате моего домашнего компьютера. Хотя конечно можно было посмотреть в сторону UART <-> USB, ибо старинный последовательный интерфейс неуклонно теряет актуальность. Однако моя склонность к более простым решениям победила и в качестве кандидата на приобретение всплыл вот такой девайс

Продаваемый на том же «али» за 464 рубля. В принципе, такое можно было найти и в магазинах или на радиорынке в моем городе, но зуд сделать что-то руками уже был разбужен. Поэтому я отверг мысли о покупке платы сопряжения и решил попробовать сделать её самостоятельно.

Надо сказать, что с паяльником я вообще-то дружу. В школе и университете до покупки первого компьютера пайка всякой полезной и не очень ерунды была для меня главным увлечением. Но я жил в деревне, были девяностые годы. Денег особо не было, компоненты доставались путем разборки попавшего в поле зрения радиохлама. Источником информации были книги из районной библиотеки - «интернеты» тогда были далеко не у каждого. Богатого инструмента тоже не было. Фольгированный текстолит и хлорное железо были легендарным чудом. В общем было трудно.

После покупки компьютера вся увлеченность переключилось на него. А скил паяльщика мелких усилителей-приемничков положен на полку. Так что я «чайник». Поэтому ко многому из того, о чем я напишу ниже, прошу относится снисходительно. И эта статья, по большому счету для таких же «чайников» как и я.

2. Выбор схемы устройства и его компьютерное моделирование

Схему подобного девайса найти в сети раз плюнуть. Таких схем реально много. Выбор пал на такое решение

Сердцем всего устройства является микросхема типа MAX232 - преобразователь уровней, действующий по принципу "зарядового насоса ". Повышение напряжения с 5 в осуществляется за счет поочередной зарядки внешних конденсаторов C4 и C5. В моменты выдачи сигнала на RS232 эти конденсаторы соединены последовательно, и напряжение накопленное в них складывается. При обратной передаче микросхема работает как делитель. В обоих направлениях передачи сигнала происходит его инвертирование.

Диод VD1 играет роль «защиты от дурака» - запирает цепь питание при подаче напряжения неверной полярности.

Прежде чем приступать к изготовлению устройства я решил посмотреть, как всё это будет работать, поэтому начал с моделирования будущего устройства в среде Proteus. Для испытания схемы был собран виртуальный стенд

Первое что хотелось сделать - смоделировать всё, включая цепи питания, так как меня интересовало влияние диода на работу схемы. По умолчанию в Proteus пины питания на микросхемах скрыты и подтянуты к плюсу нужного уровня и земле. Чтобы их разблокировать, нужно, во-первых, отобразить скрытые пины. Для этого идем в меню Template -> Set Design Colors и ставим галку Show hidded pins

В котором ставим галки Draw body и Draw Name. После этого выделяем всю микросхему, включая текст, которым подписаны выводы и правой кнопкой меню выбираем Make Device. Нам будет предложено выбрать имя для нового устройства и сохранить его. Всё, после этого цепи питания будут включены в процесс симуляции явно.

Далее, передавать по UART будем нечто осмысленное, например букву «A» кодируемую в ASCII кодом 65 в десятиричной системе счисления или последовательностью 01000001b в двоичной. Кроме того, чтобы иницировать передачу необходимо послать стартовый бит с уровнем «0», а для завершения передачи послать один или два стоп-бита уровнем «1». Таким образом, временная диаграмма кадра, передаваемого по UART будет выглядеть так

Для формирования подобного сигнала используем источник именуемый Digital Pattern Generator (DPATTERN) с настройками вида

Ширина импульса в 104 микросекунды соответствует скорости 9600 бод. Форма сигнала задается строковым шаблоном где «L» означает низкий уровень, а «F» - высокий уровень. Соответственно наша строка будет выглядеть как «FLFLLLLLFLF». Контроль принимаемых в RS232 данных будем производить виртуальным терминалом, настроив его так

Не будем использовать бит четности, и будем использовать один стоп-бит. Кроме того, скажем что сигнал, подаваемый на терминал инвертирован, что соответствует протоколу RS232. Запустив моделирование схемы получаем осциллограмму сигналов и вывод в виртуальный терминал

По каналу A идет выходной сигнал, подаваемый в COM-порт. На канале B - входной TTL-сигнал. В терминал выводится заветная буква «A». Таким образом мы убеждаемся в том, что предлагаемая схема вполне работоспособна. В теории.

3. Подбор и покупка компонентов

Из ближайших к месту моего обитания магазинов, где можно разжиться радиодеталями есть два заслуживающих внимания: магазин «Радиодетали» на Буденовском проспекте (это город Ростов-на-Дону) и магазин «1000 радиодеталей» на проспекте Нагибина, напротив ТЦ «Рио». Последний выгодно отличается тем, что у него есть сайт , правда довольно древний, и видимо лениво обновляемый (и сделанный на Joomla...). Поползав по прайсу я подобрал список того, что мне нужно прикупить.

Сразу скажу, я тщательно избегал SMD-компонентов в виду своей неопытности. Поэтому я выбрал MAX232CPE в исполнении для монтажа в отверстия. Такие же взял и электролиты и диод. Однако по место оказалось, что в наличие только микросхема MAX232CWE - то же самое, только… SMD! Подумав с секунду я согласился с предложением продавца - надо же когда-то начинать… Конденсаторов на 15 В не нашлось, зато нашлись на 100 В той же емкости и тех же габаритов. Ну ладно, тоже ничего. Вместо разъема DB-9 типа «папа» мне предложили «маму». Таким образом получился следующий список

Хлорное железо, цапон лак и текстолит, разумеется не были использованы полностью. Кроме того, в этот список я не включил приобретенный инструмент: простенькую паяльную станцию (ибо до этого располагал только 40 ваттным паяльником с медным жалом), бокорезы и маленькие плоскогубцы, ножницы по металлу для резки текстолита, жидкий канифольно-спиртовый флюс ЛТИ-120 ну и так далее. В общем эта эпопея стоила мне порядка 3000 рублей.

В общем компоненты были куплены и принесены домой. 40-пиновые PLS-колодки были отпилены под нужное число контактов. Один из контактов вынут, с целью обеспечения однозначности соединения. Отверстие в гнездовой колодке, соответствующее вынутому пину заделано полиэтиленом.

4. Сборка устройства на макетной плате и проверка работы

В принципе, для такого простого девайса это и не обязательно. Но я же «чайник», поэтому прежде чем делать плату, решил все-таки проверить схему в реальной работе.

Сложнее всего пришлось с микросхемой. Чтобы впаять её на макетную плату пришлось извратится с подпайкой двенадцати ног к медным проводникам. Вышел паук-монстр о двенадцати ногах

В этот момент я понял две вещи: хорошо, что я все-таки купил паяльную станцию. А плохо то, что мне придется изрядно повозится с этой мелкотой. В общем компоненты были запаяны на «макетку», схема собрана с «апелисновой» платой. Питание +5 В взято с «апельсина» - 2-й контакт на двухрядной 40-пиновой штыревой колодке

Для коннекта с устройством использовался терминал putty, который есть и под Linux, и в отличие от minicom имеет цветной вывод и не требует дополнительной настройки на ввод символов в терминал с клавиатуры.

В общем, плата заработала - по экрану терминала побежали строчки лога загрузки: сначала от u-boot а потом и от ядра linux

Надо ли говорить как я обрадовался: во-первых схема работает правильно, а во-вторых - линукс на «апельсине» установлен верно, нормально работает в многопользовательском режиме

Неработающий HDMI-разъем и отсутствие Ethernet-интерфейса, таким образом связано с настройкой самого дистрибутива. Эти проблемы, разумеется будут решены и речь тут не о них. Поэтому перейдем к следующему пункту программы

5. Разводка печатной платы

Делал её в Altium Disigner. Разводку платы лучше делать после того, как куплены компоненты. Возможно, как и в моем случае, потребуется установка дополнительных библиотек компонентов для Altium. Размеры компонентов и топология посадочного места для каждого должны соответствовать фактически имеющимся деталям. Тут о меня не обошлось без досадной оплошности, но об этом ниже.

Скажу сразу - не пользуйтесь автоматической разводкой. Возможно это и настраивается, но авторазводка норовила протащить дорожку между ног у конденсаторов, что при расстоянии в 2 мм между ними делает дорожку шириной около четверти миллиметра, что для меня как для «чайника» было слишком круто. Да и интуиция подсказывала, что таких вещей желательно избегать. Поэтому я использовал ручную разводку (опираясь на результаты автоматической), задав в правилах разводки ширину дорог 0,5 мм (Design -> Rules -> Routing -> Width)

Кроме того, по умолчанию Altium полагает, что плата двухслойная. Чтобы заставить его разводить одностороннюю плату в правилах разводки следует указать разводку в одном слое, скажем в Top Layer

Схема была набрана в редакторе схем

При этом надо учитывать тот факт, что свободные неподпаянные входы микросхемы (ноги 8 и 10) следует подтянуть к земле, иначе Altium не скомпилирует схему для передачи её в редактор плат.

В итоге, путем самостоятельных ковыряний в программе и уроков Алексея Сабунина цель была достигнута и плата разведена

Все компоненты с монтажом в отверстия расположились с чистой стороны текстолита, а микросхема, в силу SMD-исполнения - со стороны дорожек. Для вывода разводки схемы на печать необходимо создать в проекте устройства так называемый Output Job File

Который настраивается следующим образом. В списке опций настройки выбираем Documentation Output и щелкаем на Add New Docimentation Outpu, выбирая в появившемся меню PCB Prints и проект платы, касающийся нашего устройства.

Переименовываем появившийся пункт документации, назовем его скажем LUT, по транслитерации технологии (ЛУТ), которую собираемся использовать для перевода рисунка платы на медь. Правой кнопкой мыши щелкаем по LUT и в контекстном меню выбираем Configure. В настройках слоев выводимых на печать оставляем только два пункта: Top Layer и Multi-layer и расставляем галки как показано на скрине

Галка Mirror нужна в частности для зеркального отображения рисунка на печати. Это важно, иначе при переводе рисунка на медь получится зеркальное отражение наших дорожек, а нам это не надо. Кроме того, следует заглянуть в Page Setup

Чтобы выбрать формат бумаги и обратить внимание на масштабный коэффициент (Scale). При первой печати он оказался равен 1,36 почему-то, а должен быть равен единице

Теперь жмем Print. У меня нет своего принтера, поэтому я распечатал в PDF используя Foxit Reader, а затем отнес полученный файл на флешке в ближайшую ко мне «шарашку», в которой распечатал рисунок на глянцевой фотобумаге. В итоге получилось вот это

Размер платы вышел 62 х 39 мм, по этому размеру ножницами по металлу вырезан кусочек текстолита. Раньше я пилил текстолит ножовкой и часто (а точнее всегда) это получалось ужасно. Ножницами же выходит ровненько, без мусора и повреждения токопроводящего слоя.

6. Изготовление печатной платы

Был выбран метод ЛУТ (лазерно-утюжная технология) из-за своей простоты и доступности. Руководством к действию послужила . Старался не нарушать технологию: прошелся по меди нулевкой, обезжирил, правда не ацетоном, ибо не нашел где купить, а универсальным обезжиривателем на основе уайт-спирита, купленным в Lerua Merlin. Тщательно и с усилием прогладил бутерброд из текстолита и рисунка уюгом на максимальной температуре. Или из-за того, что где-то ошибся, или потому что не дал остыть заготовке, или просто в «шарашке» экономят тонер на принтере, в общем вышло не очень

Однако, я благоразумно запасся перманентным маркером Edding 404, которым, не без помощи своей любимой жены (с прокачанным скилом подведения ресниц и рисования узоров на ногтях) обвел все дорожки

Далее был разведен раствор 6-ти водного хлорного железа из расчета около 180 грамм на 300 мл воды (воду набрал из-под крана, горячую) и плата была брошена на съедение в кювету для травления. Чтобы протравить плату и не отравить при этом жену, операцию производил на закате на балконе

«Хлоняк» не подвел, ходят ходят слухи что часто продают некачественный. Травление заняло 13 минут, последние островки меди уходили прямо на глазах. Главное не забывать периодически пинать плату пинцетом по кювете и следить за процессом. Как только лишняя медь исчезнет, достаем плату срочно и промываем обильным потоком воды.

После промывки, протирки и просушки настает момент истины. Надо снять защитное покрытие. Я пытался делать это уайт-спиритом,

Но дело шло туго. Потом жена предложила свою жидкость для снятия лака для ногтей - этот чудо-эликсир смыл покрытие мгновенно (я до сих пор в ужасе от того, какими реактивами пользуются наши женщины. Красота - страшная сила!)

Не подвел и маркер - все дорожки уцелели

После очистки защитного покрытия можно приступать к сверлению отверстий. И вот тут я совершил досадную ошибку - у меня не оказалось сверла на 0,5 мм, и вместо того чтобы отложить дело до завтра, купив нужное сверло, я поторопился и взял миллиметровое, посчитав что оно подойдет. В итоге я повредил многие контактные площадки, к счастью не сильно и не бесповоротно. Но все же никогда не спешите. Как говорил мой знакомый Марк из лаборатории кафедры мехатроники Мюнхенского университета, где я проходил преддипломную практику «Дмитрий, для каждой работы бери подходящий инструмент». И он был тысячу раз прав.

7. Лужение платы и пайка компонентов

Места пайки компонентов должны быть покрыты тонким блестящим слоем припоя. Это основное условие успешности работы. Я не стал лудить дорожки целиком. Во-первых, побоялся покоробить их, а во-вторых всё равно собирался покрывать плату цапон лаком. Так что я облудил лишь места пайки. Для этого кисточкой наносим на них канифольно-спиртовый флюс ЛТИ-120 и паяльником, разогретым до 250-300 градусов, с жала которого свисает крохотная капелька припоя, проводим по нужным точкам платы. За счет увеличения флюсом поверхностного натяжения припой растекается по точно контактным площадкам.

После этого была разобрана «макетка», проводки удалены с микросхемы и в первую очередь была припаяна она. Аккуратно руками или пинцетом помещаем микросхему на её место в соответствии с цоколевкой, так чтобы каждая ножка заняла свою площадку. Затем ряды ножек смазываем флюсом. Короткими и точными движениями касаемся всех ножек по очереди, не забывая набирать припой на жало паяльника (но не слишком много, достаточно маленькой капли). Если всё сделано верно, то ножки паяются к площадка очень быстро и точно, без «соплей» и перемыкания соседей. На запайку микросхемы у меня ушло меньше минуты, а я делаю это впервые. Вдохновило меня на этот подвиг такое видео , за что я очень благодарен его автору. Всё оказалось действительно не так страшно.

Похожим образом я разобрался и с остальными деталями. Главное тут аккуратно обрезать выводы деталей на нужную длину - я оставлял торчать над дорожкой не более миллиметра вывода, и правильно и аккуратно согнуть их, если требуется. Важно, крайне важно никуда не торопиться и делать всё вдумчиво. В итоге получилось то что получилось

От «соплей» уйти не удалось, но для первого раза вышло довольно сносно, хоть меня, вероятно и раскритикуют.

8. Проверка цепей и ещё одна досадная ошибка

После пайки смываем весь флюс спиртом, берем в руки мультиметр и звоним все цепи, с целью проверки их проводимости и соответствия принципиальной схеме. И вот тут бяка подкралась незаметно. Разъем COM-порта оказался распаяна зеркально! «Земля» сидела на первой ноге вместо пятой, Rx - на четвертой вместо второй. И я до сих пор не пойму как, ведь при разводке в Altium всё было верно. Это осталось для меня загадкой. Никакой загадки - просто имея по факту разъем «маму», при формировании схемы в Altium всё равно использовал «папу». Отсюда и зеркальная распайка, получившаяся в итоге. К счастью я решил эту проблему соответствующей распайкой кабеля, предназначенного для подключения девайса в COM-порту компьютера. Но из-за этой ошибки COM на плате оказался таким вот «проприетарным».

В остальном монтаж оказался верным и я, распаяв соединительные кабели и прибрав рабочее место, подключил новенькую плату к «апельсину» и компьютеру

По окну терминала снова побежали строки лога загрузки. Я был счастлив!

9. Наводим «красоту»

С целью защиты контактов от окисления и придания девайсу вида «промышленного» плата была окрашена зеленым цапон лаком. Все метки, нанесенные перед монтажем перманентным маркером были этим самым лаком смыты. Ну да ладно… Вот фото готового изделия вместе с комплектом кабелей

Теперь можно приступить к дальнейшей доводке ПО для «апельсина». Теперь я не буду слеп и нем, а смогу налаживать систему через последовательный терминал.

Заключение

Это было интересно. Интересно для меня, потому что впервые. Первое устройство спроектированное на компьютере и собранное на печатной плате своими руками. И если кто-то иронично усмехнется, то пусть вспомнит, что он тоже когда-то делал это впервые…

Спасибо всем за внимание, уделенное моей писанине!

Ремонт любой сложной электронной техники, в настоящее время можно условно разделить на два варианта: либо программный ремонт, “софтовый”, либо ремонт аппаратный, на уровне “железа”. Если первый подразумевает собой просто настройку аппарата, которую способен выполнить любой пользователь знакомый с техникой, в случае если по каким-либо причинам его настройки сбились в процессе эксплуатации.

Ремонт аппаратный - это чаще всего пайка, замена определенных радиодеталей которые вышли из строя по различным причинам. Будь то перегрев, например из-за набившейся пыли в корпусе устройства, и как следствие худшая теплоотдача, или же попадание влаги и в результате короткое замыкание. Либо то-же самое, любимое всеми мастерами КЗ устроенное на плате поселившимися насекомыми в корпусе устройства), а следы их деятельности, на платах, встречаются нередко.

Но существует и третий вид ремонта, обычно применительно к цифровой технике, в котором эти два вида ремонта бывают совмещены - это перепрошивка устройства. И если смартфон или планшет мы можем перепрошить просто подключив его к компьютеру по USB кабелю, то например, с роутером, материнской платой или видеокартой такой способ не пройдет. Все они содержат в своем составе Flash память, специальную микросхему, обычно 24 или 25 серии, в которой и хранится наша прошивка.

Микросхема памяти 25 серия

С материнскими платами и видеокартами обычно все просто - нужен программатор Flash и EEPROM памяти, например простой и дешевый CH341A о котором и пойдет речь, как одном из вариантов для решения нашей проблемы. Также для прошивания памяти без выпаивания будет нужна специальная клипса, для прошивания микросхем в корпусе SO-8 или SO-16. У меня есть обе клипсы в моей домашней мастерской.

Клипса для прошивания SO-8

Первая из них, для микросхем в корпусе SO-8, обычно бывает нужна во много раз чаще, чем вторая, для микросхем в корпусе SO-16. Которая пригодилась мне всего один раз для перепрошивки роутера Zyxel, они же, к слову сказать, так как считают себя известным брендом, оригинальничают и ставят иногда микросхемы в подобных корпусах SO-16, и хорошо еще если не микросхемы 29 серии, кто в теме - тот сразу поймет.

Разъем клипсы SO-16

Дело в том, что для того чтобы прошить микросхему 29 серии, нам необходим намного более дорогой программатор - MiniPro TL866A, который у меня также есть, но нет ни переходника с корпуса Dip на данный корпус, который имеет очень частое расположение ножек, и по сравнению с пайкой которого паять микросхему в SMD корпусе, те же SO-8 или SO-16 - детская забава. Так вот, мне на ремонт достался как раз роутер Zyxel с микросхемой 29 серии. В первый раз когда я ремонтировал предыдущий роутер Zyxel, микросхема была последовательной памяти, 25 серия, пусть и в корпусе SO-16. Тогда, как вы понимаете, выполнить ремонт было в разы проще.

Микросхема памяти 29 серии

Так как же все-таки мы можем восстановить роутер, если нам “повезло” и у нас стоит именно такая микросхема 29 серии? Производители роутеров, в данном случае, предусматривают аварийное перепрошивание через TFTP сервер. Но проблема в том, что иногда у нас бывает затерт загрузочный раздел в памяти микросхемы, который называется U-Boot. В таком случае вам подойдет вариант прошивки памяти роутера по определенным адресам, которые вы должны будете найти самостоятельно на специализированных форумах по перепрошивке роутеров. Но обычно все бывает намного проще - прошивка сбилась, данные необходимые для работы роутера в штатном режиме потеряны, но загрузочная область и калибровочная область целы. В Таком случае будет нужен простой и дешевый адаптер USB-TTL, стоимость которого на Али экспресс составляет всего порядка 40 рублей.

Адаптер USB-TTL

Также подойдет адаптер на микросхеме CH340A, который используется для заливки скетчей в плату Ардуино Pro mini, которая не имеет распаянного на плате загрузчика CH340A. Так-же подойдут адаптеры на базе pl2303, либо программатор Flash и EEPROM памяти CH341A, про который уже писал выше, и который может после перестановки перемычки работать в режиме USB-UART адаптера.

Программатор Flash и EEPROM памяти + USB-TTL

В крайнем случае можно будет воспользоваться кабелем для прошивания от старого мобильного телефона, также содержащим конвертер USB-COM, только нужно будет обязательно согласовать уровни по питанию. Питание с адаптера необходимо брать строго 3.3 вольта, никаких 5 вольт, которые он может выдавать, с определенного пина. Итак, допустим у нас есть этот адаптер, (вернее любой из перечисленных выше), мы установили для него драйвер, зашли в диспетчер устройств в Windows и определили, какому номеру СОМ порта соответствует наш адаптер. А данный адаптер это и есть не что иное, как виртуальный СОМ порт в вашей системе.

Ищем номер СОМ порта

Затем нам нужна какая-либо программа - терминал, в которой с помощью консольных команд, мы и будем восстанавливать наш роутер перепрошивая его. Но перепрошивать роутер мы будем не через данный адаптер, адаптер используется только для управления процессом прошивки. Как же в данном случае мы прошьем роутер? Существуют, конечно, варианты прошивки роутера через его процессор ARM по интерфейсу JTAG, и у меня есть и этот программатор, приобретенный на Али экспресс - это программатор Wiggler, подключаемый по LPT интерфейсу, но попробовав разобраться с ним решил, что способ перепрошивки с помощью TFTP сервера намного проще.

Программатор JTAG Wiggler

Разберем подробнее данный, более простой вариант, для которого JTAG программатор не нужен, это перепрошивка, как уже писал выше, через TFTP сервер. Для этого нам потребуется, подключить наш адаптер USB-UART к 4 пинам на плате роутера. Правда иногда бывает так, что производитель контактные площадки и дорожки развел, а сами пины не впаял. В таком случае можно самостоятельно впаять гребенку состоящую из 4 пинов, приобретенную в радиомагазине либо выпаянную с донорской материнской платы или какого другого устройства.

Подключение USB-TTL

Эти пины в принципе можно даже не впаивать если нет возможности, а просто аккуратно подпаяться к пятакам на плате, контактным площадкам, куда должны были быть впаяны эти пины. Для этой цели очень удобен тонкий провод МГТФ. Итак, мы подключили адаптер к компьютеру, установили драйвер, обеспечили необходимое нам надежное соединение с этими 3 из 4 пинов на плате.

Джамперы Ардуино для адаптера

Для соединения с гребенкой удобно использовать джамперы, перемычки, используемые для подключения плат Ардуино к шилдам. Каким же образом, нам нужно соединить данные 3 провода? И почему всего три, если контактов четыре? Питание на роутеры не рекомендуют подавать от адаптера, питание должно приходить от собственного блока питания. Поэтому плюс питания лучше отсоединить, даже если вы используете как и положено напряжение 3.3 вольта.

Соединение адаптера и роутера - схема

Земли устройств, соединяемых между собой при перепрошивании, нужно объединять, поэтому землю, пин GND, подсоединить нужно будет обязательно. А вот оставшиеся два пина, RX и TX, нужно подсоединить “перекрестив” их между собой, то есть RX соединить с TX, а TX, с RX. Итак, мы подключили все правильно, затем нам нужно правильно настроить терминал, я предпочитаю пользоваться Putty, для того чтобы иметь возможность управлять нашим роутером через консоль, и соответственно залить в него новую прошивку.

Настройка Putty

Значит мы выбираем в настройках Putty порт Serial, последовательный порт, или СОМ порт, затем устанавливаем нужный номер СОМ порта, который мы предварительно посмотрели в диспетчере устройств. После этого нужно настроить скорость СОМ порта, обычно это 57600, реже 115200 бод. И наконец, убедившись еще раз, что все соединено правильно, ничего на плате не “коротит”, не будет замкнуто, в процессе перепрошивки, мы войдя заранее в настроенную консоль и подаем питания на роутер от родного блока питания.

Кракозябры в терминале

Если у вас на экране, побежали “кракозябры”, значит вы неправильно настроили скорость СОМ порта и нужно либо почитать какая скорость должна быть установлена для вашей модели роутера, либо подобрать ее экспериментально до пропадания “кракозябров” и появления обычного текста. Затем нужно будет нажать, сразу после включения питания роутера, поймав нужный момент, что бывает не так просто, определенную комбинацию клавиш, либо tpl, для роутеров TP-Link, либо цифры 4, вход в консоль, либо цифру 2, для роутеров Zyxel, запуск перепрошивки с TFTP сервера.

Интерфейс TFTP сервера

Сам сервер должен быть запущен от имени администратора в сетевых подключениях, там должен быть указан ip адрес сервера, который подскажет либо консоль, либо можете самостоятельно найти в интернете. В TFTP сервере нужно будет указать ip адрес клиента и папку, в которой находится наша прошивка.

Меняем настройки сетевого подключения

Сама прошивка должна быть обязательно без Boota, то есть когда мы шьем прошивку прицепившись клипсой, через программатор 25 серии SPI, нам необходим Фуллфлеш, или иначе говоря прошивка с загрузчиком, в данном случае прошивка должна быть стандартная, без загрузчика, какую обычно предоставляет производитель, на своем сайте. Имя файла прошивки лучше сделать попроще, например 123.bin, его будет нужно ввести в консоли, при запуске процесса перепрошивания.

Прерываем загрузку

Затем будет нужно согласиться и подтвердить, что вы согласны с перепрошивкой. Если вы все сделали правильно, в консоли пойдет процесс прошивания, после того как он закончится вам нужно будет лишь перезагрузить роутер и если прошивка была строго от соответствующей модели и ревизии железа, у вас все обязательно получится.

Объяснение процесса прошивания получилось конечно объемное, но сам процесс для человека выполнившего его хотя бы пару раз, становится довольно простым делом. А учитывая, что роутеры это техника, которая долго не живет, особенно в период, когда проходят грозы, в мае - июне, думаю данная статья будет полезна новичкам желающим сэкономить средства на покупке нового роутера. Всем удачных ремонтов! Специально для сайта Радиосхемы - AKV.

Обсудить статью КОНВЕРТЕР USB-UART: ПЕРЕПРОШИВКА АДАПТЕРОМ

Статья устарела - сейчас уже не найти data-кабели с USB на старенькие телефоны; поэтому готовый переходник можно за недорого заказать на алиэкспрессе (примечание домовенка сайта).

Честно говоря, мы все обленились... наши прадеды могли спаять схему из сотни элементов за один вечер и не обламывались. Нам же подавай все готовенькое. Примером является простой переходник с COM порта на TTL уровень. Кажется схема в 5 деталей, а как лениво паять. Тем более что последовательные порты теперь в большом дефиците. А на ноутбуках так их вообще нет. Можно конечно воспользоваться интерфейсом USB, но, кто-нибудь пробовал его программировать? Жесть! Да и не всякий контроллер его держит. А вот UART есть почти во всех AVR, причем аппаратно реализованный.

Вывод напрашивается сам. Нужен дешевый, простой и надежный переходник с USB на UART (COM) с уровнями TTL-логики (0-5вольт). И желательно дополнительными цепями питания, чтобы наше устройство можно было запитать прямо от переходника, не подключая дополнительное питание. И такой переходник есть. Причем готов поспорить, что не дальше чем в километре от вас. В любом салоне Евросети можно всего за 300рублей (или 160 как повезет) купить такое чудо. Простой Data-кабель. Переходник с USB на телефон. В большинстве моделей трубок данные передаются именно через TTL-UART. Тоесть последовательный интерфейс с уровнями напряжений 0-5вольт. (я использовал кабели для старых ericsson R-320)

Вот так выглядит это чудо на прилавке. Внутри - проводок и диск с драйвером. Желательно брать именно такого вида, ибо похожие по форме, но без этикетки евросети - полный отстой: работают через одного и не развязаны с компом по питанию. Обратите внимание, что проводок должен быть с небольшой пластиковой коробочкой. В ней вся соль. Это и есть наш переходник.

Итак, раскурочившем наше приобретение. Внутри плата с чипом PL-2303HX компании Prolific и две группы контактных площадок. Одна - это вход USB, вторая это как раз то что нас интересует. UART с TTL уровнями сигнала. Осталось определить какой из контактов кто. В моем варианте это было так:

Итак, нам необходимы только GND, RxD, TxD, для особых эстетов можно взять +5V для питания (ток маленький 100мА в прыжке с кепкой) и сигнал DTR если нужно отследить подключено ли устройство к компьютеру (или, к примеру, включить светодиод прямо в коробочке чтобы красиво было, и видно когда устройство в работе) Подключаем землю к земле, приемник к передатчику, передатчик, соответственно к приемнику. Вот и все. Железо готово. Кстати, на диске есть несколько любопытных PDF файлов c описанием схемы и самого чипа . И если ваша плата отличается от моей, то просто проследите к какому контакту какая нога этого чипа подключена.

Теперь инсталлируем софт с диска... каталог F:\2303dirver\pl2303new\newpl2303_setup\DRIVER\SETUP... запускаем «PL-2303 Driver Installer.exe». Если нет диска, то драйверы и дополнительную информацию можно скачать у компании производителя PL-2303 USB to Serial Bridge Controller . Что очень приятно, для данного устройства есть драйвера под все мыслимые систамы и операционки (Linux, PDA, Mac OS, итд.) что существенно расширяет круг возможных применений.