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EAGLE #3: Ejemplos para usar el ATMEGA328P de montaje, en una PCB

Este articulo muestra un ejemplo de un diseño en el software para circuitos impresos,  EAGLE de Autodesk, para que puedas incorporar fácilmente el ATMEGA328P de montaje superficial (SMD, Sourface Mount Device, Dispositivo de Montaje Superficial).

Se muestran dos ejemplos incluso para que puedas descargar, uno de ellos usa los componentes mínimos necesarios para que el ATMEGA funcione, el otro ejemplo se usa el CH340G para programar el ATMEGA328P.

Vale la pena recordar que el ATMEGA328P es usado en muchas tarjetas de la plataforma Arduino así que es muy popular en el mundo entero.

Haciendo uso de los ejemplos que te mostramos en este articulo puedes llegar a diseñar PCBs como las mostradas en las siguientes imágenes.

PCB con ATMEGA328P

Arduino2PCB

Aquí en PCB Central, desde hace ya varios años promocionamos el servicio que llamamos Arduino2PCB, dando clic en el enlace puedes conocer en detalle este servicio, ahí hacemos hincapié de que es mejor diseñar una PCB propia, que hacer uso de shields y tarjetas Arduino en proyectos con esta popular plataforma, para fines de comparación observe la siguiente imagen

La idea entonces es diseñar nuestra propia PCB, para ello debemos conocer las conexiones exactas para el microcontrolador, no vamos a ahondar en ello, ya hay muchos trabajos en la red sobre esto, de hecho, en la misma web Arduino esta un tutorial a detalle de los componentes mínimos para que el Arduino funcione en una protoboard, el tutorial explica a detalle cada conexión, dejo enseguida el enlace, si bien esta en inglés, igual se puede traducir automáticamente desde el navegador.

https://www.arduino.cc/en/Main/Standalone

De ahí se toman las conexiones, las cuales se muestran en la imagen que sigue, la cuál es con un ATMEGA en empaquetado DIP, pero se aplica lo mismo para el ATMEGA SMD.

ATMEGA328P en protoboard

Entonces basta con dibujar un diagrama esquemático en EAGLE para esas conexiones usando cada uno de los componentes que se ven ahí. En nuestro caso todos los componentes son de montaje superficial, a final de cuentas deseamos la PCB lo más pequeña posible.

Antes de ver más a detalle el diagrama esquemático, veamos como se puede programar el ATMEGA

Programación del ATMEGA328P

Se debe tomar en cuenta como se va a programar el microcontrolador, pues de esto depende el diseño de la PCB, el primer requisito para programarlo con el software de la plataforma Arduino, es que el ATMEGA328P-AU, tenga el bootloader del Arduino, si es así hay dos opciones para programar este chip desde el software de Arduino:

  1. Usando un programador externo
  2. Usando un chip convertidor USB a serial incluido en la PCB

Ambas opciones las podemos diseñar sin problema, la ventaja de uno y otro lo vemos enseguida.

Usando un programador externo

Usando un convertidor USB-Serial (CH340G)

Para ello se recurre a un convertidor externo que por medio del USB transfiere el programa al Arduino, en el mercado hay muchos, nosotros de echo fabricamos uno, pequeño y que se basa en el chip CH340G totalmente probado y cuyos detalles los puedes ver en este enlace

La otra opción es incorporando un chip convertidor de USB a serial en la misma PCB, literalmente es poner el programador externo que se menciona anteriormente en la PCB, la imagen siguiente muestra el convertidor que recomendamos, pues es de los más económicos del mercado, más detalles desde el siguiente enlace.

Convertidor USB-Serial / Programador de Arduino
Ch340G: convertidor de USB a serial

La ventaja de usar esta técnica es que la PCB se puede realizar más pequeña, esto implica que sea más económica y fácil de ensamblar pues requiere de mucho menos componentes.

La ventaja de esta opción es que no requerimos nada externo, para programar el ATMEGA, todo se hace en la misma PCB.

Ejemplos para descargar

Enseguida se analizan las plantillas realizadas en EAGLE para cada una de las dos opciones que tenemos, empezamos por la más fácil la de usar un programador externo.

Opción #1: Usando un programador externo

Diagrama Esquemático

El diagrama esquemático de esta opción se muestra en la imagen siguiente, las conexiones realizadas son las mimas vistas en la imagen de la protoboard, solo que no se usa el 7805 pues se toma el voltaje del mismo programador y pues se usan componentes SMD también para hacer más pequeña la tarjeta

Diagrama esquemático de la plantilla para el ATMEGa328

En el diagrama hasta se muestran los valores de cada componente, ahora pasemos al circuito impreso.

Diagrama de Circuito Impreso

En la siguiente imagen se muestra el diagrama de circuito impreso, exactamente quedó de 3x3cm, comparada con un Arduino quedo pequeñísima.

Con ese diagrama de circuito impreso ya no tienes que buscar librerías de cada componente, solo lo descargas y lo usas, le agregas los componentes que tu ocupes y a rutear.

Se agrega en la imagen el programador de Arduino, desde ahí podemos cargar el programa y alimentar la tarjeta.

Diagrama de circuito impreso con programador externo

El ejemplo se puede mejorar, agregando una alimentación externa seria lo ideal, pues se entiende que solo es una plantilla para que se sigan agregando componentes.

Puedes agregar el regulador de voltaje que nosotros usamos mucho en nuestras tarjetas dejo el enlace donde se pueden descargar en EAGLE varios ejemplos que puedes juntar con el de esta publicación:

https://pcbcentral.com/descarga-tres-ejemplos-en-eagle-para-incorporar-el-xl1509

Enlaces para descargar el ejemplo #1

En el siguiente enlace se puede descargar el diagrama esquemático para el ejemplo #1

Ejemplo_1_Programador_Externo.sch

También dando clic en el siguiente enlace se puede descargar el archivo de circuito impreso 

Ejemplo_1_Programador_Externo.brd

Opción #2: Usando el CH340G

Ahora se muestran el ejemplo usando el CH340G y el ATMEGA328P en la PCB.

Diagrama Esquemático

En la figura siguiente se muestra el diagrama esquemático,  para esta opción ahí se ve la conexión exacta entre el atmega328P y el CH340G.

También se alcanzan a apreciar los valore, el USB usado es del tipo micro-USB, hembra, muy usado en los teléfonos celulares.

Se agregaron LEDs para monitorear la transmisión de datos, están conectados a las señales Tx y Rx del CH340G.

Diagrama del CH340 y ATMEGA328P

Al igual que el ejemplo anterior, es mejorable el diseño, en este caso la alimenación se toma del puerto USB de la computadora, pero se puede agregar igual el XL1509 y alimentar con un eliminador ya depende la aplicación que se requiera.

Diagrama de Circuito impreso

Finalmente la imagen siguiente muestra el diagrama de circuito impreso, todos los componente son de montaje superficial, también para ahorrar espacio en la PCB.

Esta obviamente sin rutear para que el usuario le agregue los componentes que necesite.

Atega328P con CH340G

Enlaces para descargar el ejemplo #2

En el siguiente enlace se puede descargar el diagrama esquemático para este ejemplo. Ejemplo_2_Plantilla_Atmega_CH340G.sch

También dando clic en el siguiente enlace se puede descargar el archivo de circuito impreso. 

Ejemplo_2_Plantilla_Atmega_CH340G.brd.

Fabricación, componentes y ensamble de la PCB

Después de diseñar la PCB, el siguiente paso es fabricarla físicamente, conseguir los componentes y ensamblarla, y ha programar y probar el diseño.

Esta parte tu la puedes hacer o aquí en PCB Central te podemos ayudar, tenemos precios accesibles de fabricación, en nuestro almacén tenemos los componentes exactos que se muestran en los ejemplos, y las herramientas necesarias para soldar componentes SMD, si deseas más información te dejo los enlaces:

Fabricación de PCBs: https://pcbcentral.com/fabricacion-de-circuitos-impresos

Componentes: https://alamosmx.com/

Ahora es tu turno de experimentar, cualquier duda contáctanos o escríbenos un comentario en la parte de abajo.

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