Développement électronique ARDUINO

Développement électronique ARDUINO

Nous allons parler dans cet article de la mise en œuvre physique d'un projet électronique à base de carte ARDUINO.

1. Choix de la carte

Le choix de la carte est majoritairement guidé par le nombre d'entrées / sorties nécessaire au projet, la tension de fonctionnement 5V ou 3.3V, mais aussi par la quantité de code et de données à embarquer dans la mémoire.

Je ne parlerai que des cartes les plus courantes, les autres cartes peuvent être choisies ICI.

1.1 Le code ou les données occupent une place faible

• code < 28K
• données < 2K

Vous pouvez vous orienter sur des cartes bon marché :

• ARDUINO UNO
•  5V
•  16MHz
• ARDUINO NANO
• 5V
• 16MHz
• ARDUINO MINI
• 5V
• 16MHz
•  ARDUINO PRO MINI
• 3.3V
• 8MHz

Laquelle choisir alors que toutes ces cartes ont des caractéristiques proches et embarquent le même processeur ATMEGA328P ?

L'ARDUINO UNO est intéressante de par sa capacité à accueillir des cartes shields comme des écrans, des drivers de moteurs, etc. Elle reste le moyen parfait pour des projets simples et réalisables rapidement.
Elle possède des trous de fixation facilitant son intégration dans un boîtier.

L'ARDUINO NANO est équivalente à la UNO dans un format beaucoup plus réduit. Elle possède de plus deux ports analogiques supplémentaires.
Elle ne possède pas de trous de fixation; elle devra donc être embarquée sur un PCB accueillant d'autres composants ou modules.

L'ARDUINO MINI ou PRO MINI est une NANO sans convertisseur USB / série.
Sa vocation principale est de servir de base à des projets basse-consommation.
J'en parle ICI.

1.2 Le code ou les données occupent une place importante

• code > 28K
• données > 2K

Vous pouvez vous orienter sur ces cartes :

• ARDUINO MEGA
• 5V
• 16MHz
• 256K de FLASH
• 8K de RAM
• 54 GPIOS
• ARDUINO DUE
• 3.3V
• 84 MHz
• 512K de FLASH
• 96K de RAM
• 54 GPIOS
• Si vous avez besoin d'une carte ayant un encombrement réduit, il y a également la  STM32 BLUE PILL
• 2V à 3.6V
• 72 MHz
• 64K ou 128K de FLASH
• 20K de RAM
• 37 GPIOS

Je parle plus longuement de la BLUE PILL ICI.

1.3 Cartes alternatives

Il y a aussi un certain nombre de cartes alternatives ARDUINO, les cartes MASSDUINO par exemple, équipées d'un processeur MD-328D, proche de l'ATMEGA328P.
J'en parle ICI.

2. Choix de l'intégration

Si la réalisation d'un prototype peut être effectuée à l'aide d'une carte ARDUINO et d'un ou plusieurs modules reliés par des fils DUPONT, l'intégration finale requiert un peu plus de sérieux si l'on désire obtenir un produit fini et une certaine fiabilité.

Il existe deux manières d'intégrer une carte ARDUINO à un PCB :

La carte ARDUINO est enfichée sur le PCB au moyen de barrettes de broches :

L

La carte ARDUINO accueille le PCB qui vient s'enficher sur les barrettes de celle-ci :

Dans le premier cas on parle de carte d'accueil, dans le deuxième cas on parle plutôt de shield.
Si le premier cas concerne surtout les cartes NANO, MINI, ou BLUE PILL, le second est surtout réservé aux cartes UNO, MEGA ou DUE possédant des connecteurs femelle.
Mais il est également possible de souder des connecteurs femelles sur une NANO ou une MINI.

3. Schématique

Comme pour tout développement électronique, la première étape est la réalisation du schéma. Pour ce faire nous allons utiliser des symboles.

Si vous utilisez KICAD, vous pouvez trouver les fichiers nécessaires ici :
https://github.com/KiCad/kicad-symbols
Les fichiers MCU_Module.lib et MCU_Module.dcm contiennent les symboles nécessaires pour ESP8266, ARDUINO LEONARDO, NANO, MINI, etc.

Voici le symbole schématique pour une NANO :

Voici le symbole schématique pour une UNO R3 :

Pour la MEGA, vous trouverez le nécessaire plus bas. Voir 10. Téléchargements.

4. Empreintes

Si vous utilisez KICAD, vous pouvez trouver les fichiers nécessaires ici :
https://github.com/KiCad/kicad-footprints/tree/master/Module.pretty
Les fichiers contiennent les empreintes nécessaires pour ESP8266, ARDUINO LEONARDO, NANO, MINI, etc.

Voici l'empreinte d'une NANO :

Voici l'empreinte d'une UNO R3 :

Pour la MEGA, vous trouverez le nécessaire plus bas. Voir 10. Téléchargements.

5. La réalisation

Cet article vous aidera dans la réalisation du schéma et du routage.

5.1. Vérifier le PCB

Principe de précaution : Voici un moyen simple de voir si un shield maison va s'enficher sur la carte prévue :

Imprimer sur papier, percer les pastilles avec une pointe, placer les connecteurs et enficher le tout sur la carte. Gagné, ça tombe en face !

On peut aussi placer les composants principaux. En haut à droite on peut voir que les deux boutons sont  suffisamment espacés pour pouvoir être manipulés sans avoir des doigts de fée.

5.2. Carte d'accueil

Si le PCB est destiné à embarquer une carte NANO ou MINI, les empreintes de la librairie correspondent à ce type de connecteur :

Il vous faudra deux pin-headers femelle de 15 broches pour une NANO, 12 broches pour une MINI.
Une MINI est souvent pourvue de broches supplémentaires comme ici :

Un connecteur femelle 2 broches devra être prévu sur la carte si les broche A4 et A5 (I2C) sont utilisées. A6 et A7 peuvent également être présentes.
L'empreinte de la librairie possède ces quatre broches supplémentaires.

5.3. Carte shield

Si le PCB est destiné à chapeauter une carte UNO ou MEGA, les empreintes de la librairie correspondent à ce type de connecteur :

Vous devrez couper ces barrettes aux longueurs voulues :
Pour une UNO :

• 1 x 6 broches
• 2 x 8 broches
• 1 x 10 broches

Pour une MEGA :

• 5 x 8 broches
• 1 x 10 broches
• 1 x 36 broches double rangée

Le connecteur de 36 broches n'est utile que pour les gros projets nécessitant un nombre d'entrées / sorties important :

Dans tous les cas, ces connecteurs mâles devront être soudés côté composants, car vous vous en doutez bien, ils seront difficiles à souder côté cuivre à cause de leur barrette plastique. Cela vous impose de concevoir un PCB double face.

Avec un PCB simple face, on peut s'en sortir en soudant les connecteurs mâles comme ceci :

 

Vous pourrez ensuite poser une goutte de colle cyanoacrylate sur chaque broche côté composant pour augmenter la solidité mécanique, car dans le cas contraire vous risquez fortement d'arracher les pastilles du PCB lors du démontage.

Voici ce que cela donne concrètement :

Mais si vous voulez vous simplifier la vie, ou si vous désirez disposer de broches femelles sur le shield, choisissez plutôt ceux-ci, que vous souderez côté cuivre :

6. Soudure

La soudure de ces connecteurs sur la carte - et je dirais d'une manière générale la soudure de tous les composants et modules courants - nécessite l'emploi d'une panne à pointe fine :

 

L'utilisation d'une station de soudage basse tension est recommandée. 

Ici une station Weller WS51 50W:

7. Photos

J'ai réalisé ce shield pour une ARDUINO MEGA :

C'est un voltmètre / ampèremètre digital. Le projet est ICI.

Il y a également sus ce blog un certain nombre de projets basés sur des cartes accueillant des ARDUINOs NANO ou MINI, comme par exemple cette prise connectée :

8. Astuces

Ci dessous quelques astuces de câblage pour le prototypage.

8.1. Lignes d'alimentation breadboards 830 points

Sur certaines breadboards, spécialement les 830 points, les lignes d'alimentation sont discontinues. Reliez-les avec des ponts comme ceci :

Cela vous évitera de vous demander pourquoi vos circuits ne sont pas alimentés.

8.2. Plusieurs modules I2C ou SPI

Relier deux modules I2C ou SPI sur une carte ARDUINO, sans passer par une breadboard.

• utilisez quelques fils DUPONT soudés ensemble en Y
• ajoutez un bout de gaine thermorétractable pour rendre le tout propre et fiable

On peut aussi réunir deux fils sur le même connecteur :

Vous aurez besoin de 4 fils Y pour de l'I2C :

• VCC
• GND
• SDA
• SCL

Vous aurez besoin de 5 fils Y pour de le SPI :

• VCC
• GND
• MISO
• MOSI
• CLK

8.3. Un peigne de liaison pour breadboard

Relier plusieurs rangées d'une breadboard à GND ou VCC sans utiliser plusieurs fils mais un seul.

• utilisez un petit bout de barrette (pin header) mâle
• soudez les broches ensemble avec un fil de cuivre :

8.4. Mesurer la consommation d'un ARDUINO

• coupez un câble USB ARDUINO en deux
• équipez chaque moitié de connecteurs DUPONT mâles 4 points
• raccordez les pins noir, vert et blanc directement à l'aide de fils DUPONT femelles
• branchez sur chaque pin rouge un fil DUPONT mâle-femelle
• branchez le multimètre sur les fils rouges

8.5. Un câble DUPONT maison

Se procurer une bonne pince à sertir :
Une pince à cliquet permet de serrer légèrement le contact pendant que l'on place le fil. Si l'on relâche les poignées les mâchoires restent serrées. Il faut serrer à fond pour pouvoir les ré-ouvrir.
Une bonne pince possède également un réglage de pression de sertissage, mais généralement elle est vendue pré-réglée.

Tous les vendeurs ne mentionnent pas la présence du cliquet, mais on le reconnaît facilement :

 

Celle-ci convient très bien : GOTRONIC

Des contacts NDR-TM :

Des boîtiers NSR-01 :

Pincer légèrement le contact dans la pince :

Mettre en place le fil dénudé sur 3mm :

Serrer et extraire le contact :

Mettre en place le boîtier :

Ce qu'il ne faut pas faire : sertir l'isolant

8.6. Le câblage par wrapping

Le wrapping est une technique de câblage datant des années 1960 1970 :

Le fil de diamètre 0.25mm est dénudé sur environ 2cm et enroulé à l'aide d'un outil sur les broches des composants.
Les broches sont de section carrée comme celles-ci :

Mes outils personnels de wrapping (la dénudeuse, le fil et l'outil manuel) :

Voici un montage personnel :

Le jack d'alimentation est soudé sur de petites rallonges de fil rigide (des queues de composants).

La partie petits signaux est wrappée. La partie puissance utilise des fils de section plus importante et de la soudure.
En bas, un rail +7.5V, et en haut un rail GND sont réalisés avec du fil rigide de 0.2mm2.
Le circuit intégré est monté sur un support à wrapper. Si l'on en trouve pas, on peut le monter sur deux connecteurs tulipe femelle :

Les broches sont courtes mais il sera possible de wrapper un ou deux fils quand même.

Attention : il est déconseillé de monter un circuit intégré sur ce genre de connecteur :

Les contacts femelle ne sont pas prévus pour accueillir des pattes de petite section. Le circuit intégré ne ferait pas contact de manière optimale.

On peut facilement trouver du matériel sur AliExpress.

8.7. Le montage sur plaquette à pastilles

Avertissement : Il est déconseillé de faire circuler du 230V sur ce genre de plaquette. L'espacement entre les pastilles étant inférieure à 1mm, largement insuffisant par rapport au minimum recommandé de 1.25mm.

On peut monter les composants très basse tension sur une plaquette à pastilles :

Ce montage est tiré de ce projet : https://riton-duino.blogspot.com/2019/06/arduino-micro-irrigation-automatisee.html

De haut en bas et de gauche à droite :

• le module DS3231 monté sur une barrette femelle 6 broches
• le connecteur d'alimentation
• le connecteur de l'écran
• le connecteur du module relais
• l'ARDUINO NANO monté sur deux barrettes femelles 15 broches
• le connecteur du clavier
• les résistances des LEDs
• le connecteur du capteur de débit
• le connecteur du capteur d'humidité
• les LEDs

Les connecteurs beige sont des KF2510 (ou NS25) facilement trouvables sur AliExpress ou ailleurs.
Comme on peut le voir la carte est entièrement dé-connectable et les modules sont démontables.

Les soudures à l'arrière de la carte :

Cela pourrait se faire en wrapping, de manière certainement plus propre.
Deux pastilles peuvent être facilement reliées par un pont de soudure.

Le câble de l'écran I2C :

A gauche le connecteur KF2510 côté carte.
A droite le connecteur Dupont côté écran.

Bien entendu, la pince à sertir est indispensable.

Un autre exemple :

Le câblage est réalisé à l'aide de fil à wrapper, dénudé ou non.

8.8. Le montage sur planche

Il est facile de faire un montage à l'aide de modules tout faits sur un morceau de contreplaqué comme ici : https://riton-duino.blogspot.com/2019/06/arduino-micro-irrigation-automatisee.html

Une simple plaque de contreplaqué et quelques morceaux de liteau forment le boîtier.
Une face avant en plexiglas protège le montage de la poussière.

La plaquette à pastilles, l'écran et le clavier sont fixés sur des colonnettes.

L'alimentation et les modules relais sont fixés à la colle chaude.

Les borniers que l'on utilise normalement sur un PCB peuvent être remplacés par des "dominos" :

Ou mieux :

9. Téléchargements

Le composant et l'empreinte ARDUINO MEGA : https://bitbucket.org/henri_bachetti/arduino-mega-footprint

10. Conclusion

J'espère vous avoir apporté une certaine aide dans la réalisation finale de vos futurs projets ARDUINO.


Cordialement
Henri

10. Mises à jour

26/02/2019 : ajout 8. Astuces
22/03/2019 : déménagement fichiers sous BitBucket.org
16/06/2019 : 8.6. La câblage par wrapping
                     8.7. Le montage sur plaquette à pastilles
                     8.8. Le montage sur planche
15/08/2019 :  5.1. Vérifier le PCB
18/08/2019 :  8.6. Le câblage par wrapping (photos)

Les connecteurs pour cartes électroniques

 

Les connecteurs pour cartes électroniques

Je vous présente ici une sélection de connecteurs utilisables sur PCB pour les bricoleurs sérieux qui désirent concevoir des cartes électroniques ayant une connectique digne de ce nom.

L'intérêt principal de ce document est de vous présenter différents connecteurs courants et surtout de préciser quelles sont les références exactes à commander.

Nous allons aborder principalement les connecteurs permettant de relier deux cartes entre elles par des câbles ou de relier un organe à une carte, comme un interrupteur ou un transformateur, car c'est souvent ce type de connecteur qui pose problème lors du choix.
Une paire de connecteurs mâle / femelle de ce type se compose d'une embase ou socle à souder sur la carte, d'un boîtier et de contacts à sertir.

Un petit rappel de sécurité avant d'aborder le sujet :
Sur un PCB la distance entre pistes ou entre pastilles soumises à une tension de 150V à 300V doit être au minimum de 1.25mm.
Personnellement je double cette valeur.

1. Les connecteurs de faible puissance

Ces connecteurs permettent de transporter des signaux analogiques ou logiques, ou alimenter des cartes en dessous de 3A. Ils sont au pas de 2.54mm.

Étant donné l'espacement de 2.54mm, et malgré que leur datasheet mentionne souvent une tension de service de 250V, ils ne vous permettront pas de transporter de pareilles tensions, car l'espace entre les pastilles de votre PCB sera bien inférieur à 2.54mm.
En effet, avec un pas de 2.54mm et des pastilles de 1.5mm de diamètre, il restera 1.04mm entre les pastilles, et c'est insuffisant.

Il existe aussi des modèles au pas de 5.08, mais ils sont rares. Pour une application en 230V je leur préfère les connecteurs JST VH ou NV, qui possèdent un clips de verrouillage.

1.1. Connecteurs DUPONT

Vous allez trouver ces connecteurs à profusion sur le WEB.

• pas de 1.27, 2, 2.54, 5.08
• courant maximal 1A

En général, vous allez approvisionner des barrettes de broches mâles sécables de 20, 32 ou 40 broches comme celle-ci :

Ces barrettes souvent nommées pin-headers peuvent être coupées à la demande pour fabriquer des connecteurs ayant le nombre de broches voulu.

Ce sont ces mêmes barrettes qui équipent les cartes ARDUINO NANO ou MINI, etc.

Ensuite dans le cas où vous désirez raccorder un câble sur votre carte il faudra l'associer à un connecteur femelle. Chez certains fournisseurs ils portent un nom.
Exemple JWT chez GOTRONIC :

• connecteur femelle NSR-01, NSR-02, NSR-03, etc.
• contact à sertir NDR-T (femelle) ou NDR-TM (mâle)

Le principal inconvénient de tous ces connecteurs est qu'ils ne possèdent pas de  détrompeur. Il est possible de se tromper de sens en effectuant les branchements.
Mais vous pouvez vous en sortir en prévoyant une broche de plus. Coupez la broche mâle destinée à servir de détrompeur sur le connecteur de la carte et remplissez le trou correspondant du connecteur femelle à l'aide de colle ou d'un autre matériau.
Vous pouvez aussi placer un petit point de couleur (vernis à ongle ?) sur la carte à l'emplacement de la pin 1, qui est indiquée par une petite flèche sur le connecteur :

Avec ces connecteurs vous pourrez également fabriquer vos propres fils DUPONT aux longueurs voulues, pour des essais sur breadboard.

Comme on le voit sur la photo ci-dessus je n'utilise pas de fils DUPONT du commerce. Je fabrique mes propres câbles à l'aide de connecteurs DUPONT ayant le nombre de broches approprié, ce qui permet d'une part d'éviter au maximum les faux-contacts, et d'autre part d'éviter les erreurs.

Il existe bien entendu des pin-headers femelles comme celles équipant le ARDUINO UNO ou MEGA :

Et également des connecteurs mâles et femelles double rangée :

Et aussi d'autres dits "sandwich" permettant de relier deux cartes en les espaçant généreusement :

Un petit détail hors sujet : pour ceux qui auraient besoin de fabriquer un shield ARDUINO, quelques empreintes KICAD sont disponibles. Voir plus bas: 6. Téléchargements

Fournisseurs :

GOTRONIC

TME

On trouve sur Amazon ou AliExpress des boîtes de lots de connecteurs DUPONT.

On trouve également des connecteurs tulipe équipés de contacts roulés.
Mais attention : il ne faut pas confondre barrette tulipe et support tulipe, les diamètres sont différents :

Les supports tulipe (le modèle de faible hauteur) est utilisé pour l'insertion de circuits intégrés DIP.

1.2. Connecteurs JST XH

• connecteur PCB mâle B2B-XH-A, B3B-XH-A, B4B-XH-A, etc.
• connecteur PCB mâle coudé S2B-XH-A, S3B-XH-A, S4B-XH-A, etc.
• connecteur femelle XHP-2, XHP-3, XHP-4, etc.
• contact à sertir SXH-001T-P0.6
• pas de 2.50
• courant maximal 3A

Ces connecteurs sont très connus. Ils servent de connecteur d'entrée ligne sur beaucoup de modules amplificateurs audio du marché.

Fournisseurs:

TME
On trouve sur Amazon ou AliExpress des boîtes de lots de connecteurs XH.

1.3. Connecteurs NS25 ou KF2510

• connecteur PCB mâle NS25-W2P, NS25-W3P, NS25-W4P, etc.
• connecteur PCB mâle coudé  NS25-W2K, NS25-W3K, NS25-W4K, etc
• connecteur femelle NS25-G2, NS25-G4, NS25-G4, etc.
• contact à sertir NS25-T(étamé) ou NS25-TG (plaqué or)
• pas de 2.54
• courant maximal 3A

Ces connecteurs sont très connus. Ils équipent la majeure partie de cartes mères de PC où ils servent à raccorder les ventilateurs.

On les trouve également sous le dénomination KF2510.

Fournisseurs:
GOTRONIC
TME
On trouve sur Amazon ou AliExpress des boîtes de lots de connecteurs KF2510, parfois NS25.

1.4. Connecteurs IDC

On les appelle aussi HE10.
Ce sont les connecteurs des câbles en nappes de disques durs IDE. Les dénominations sont très diverses, impossible de les préciser toutes.

• pas de 1.27, 1.5, 2, 2.5, 2.54, 3.81, ou 3.96
• courant maximal 1A

Ils existent aussi avec des leviers de blocage :

Il vaut mieux disposer d'une presse pour sertir les nappes mais avec un étau de bonne qualité à mâchoires lisses l'opération est tout de même réalisable.
On trouve également des nappes toutes prêtes.

Fournisseurs :

GOTRONIC, GOTRONIC
TME
On trouve beaucoup de références sur Amazon ou AliExpress.

2. Les connecteurs de puissance moyenne

Ces connecteurs permettent d'alimenter des cartes en dessous de 10A. Ils sont au pas de 3.96 ou 5.00mm.

Ici nous feront la même remarque à propos du 230V que précédemment.

2.1. Connecteurs JST VH

• connecteur PCB mâle B2P-VH, B3P-VH, B4P-VH, etc.
• connecteur PCB mâle coudé B2PS-VH, B3PS-VH, B4PS-VH, etc.
• connecteur femelle VHR-2N, VHR-3N, VHR-4N, etc.
• contact à sertir BVH-21T-P1.1
• pas de 3.96
• courant maximal 10A

Vous aurez plus de mal à trouver ces connecteurs sur Amazon ou AliExpress.
Je vous recommande plutôt TME.

On peut quand même utiliser ces connecteurs pour alimenter une carte en 230V moyennant une petite astuce. Utilisez un connecteur mâle 3 broches pour la carte, et en chauffant la broche centrale au fer à souder, extrayez-la comme ici :

Ainsi vos pastilles de PCB seront suffisamment espacées pour accepter cette tension. Vous utiliserez bien entendu un VHR-3N avec seulement deux contacts pour équiper votre câble.

Fournisseurs :

TME

2.2. Connecteurs JST NV

• connecteur PCB mâle B02P-NV, B03P-NV,, B04P-NV, etc.
• connecteur femelle NVR-02, NVR-03, NVR-04, etc.
• contact à sertir SVH-21T-P1.1
• pas de 5.00
• courant maximal 10A

Vous aurez aussi du mal à trouver ces connecteurs sur Amazon ou AliExpress.
Je vous recommande également TME.

On peut utiliser ces connecteurs pour alimenter une carte en 230V à partir du moment où les pastilles ne sont pas surdimensionnées.

Fournisseurs:
TME

2.3. Connecteurs Mini-Fit

Ces connecteurs sont bien connus des assembleurs de PC.

• chez Molex : série Mini-Fit
• chez Amphenol : série MF42
  
• pas de 4.20
• courant maximal 7A

Fournisseurs:

TME

3. Les borniers à vis

On trouve des borniers à vis de toutes sortes :

• droits, à 90°, à 45°
• au pas de 2.5mm, 3.96, 5.08, jusqu'à 16mm

On peut utiliser ces connecteurs pour alimenter une carte en 230V à partir du moment où le pas est au moins égal à 5mm et que les pastilles ne sont pas surdimensionnées.

Ces borniers sont à réserver de préférence au serrage de câbles rigides de section importante (1.5 mm². minimum), car le multibrin résiste mal au serrage. Il sont destinés aux applications nécessitant une connexion et déconnexion facile, par exemple quand vous développez une carte devant prendre place dans un boîtier se fixant sur un rail DIN :

Fournisseurs:
GOTRONIC
TME
On trouve également beaucoup de références sur Amazon ou AliExpress.

4. La pince à sertir

Sertir des contacts de connecteurs sur un câble ne se fait pas sans outillage approprié :

HT225D chez GOTRONIC.

PAD-12 chez TME.

La pince HT225D est équipée d'un cliquet qui permet de maintenir le contact en le pinçant légèrement. Ensuite il n'y a plus qu'à insérer le fil dénudé et serrer. Le résultat est propre :

5. Connecteurs divers

Bien entendu en dehors des connecteurs à sertir et des borniers, bien d'autres connecteurs pour PCB existent.

Pour ne citer que les plus facile à utiliser par l'amateur :

Audio RCA :

DIN :

MINI-DIN :

BNC :

USB :

RJ45 :

Embase IEC60320 :

6. Téléchargements

Empreintes KICAD : https://github.com/KiCad/kicad-footprints

Empreintes JST KICAD : https://github.com/KiCad/kicad-footprints/tree/master/Connector_JST.pretty

Empreintes IDC KICAD : https://github.com/KiCad/kicad-footprints/tree/master/Connector_IDC.pretty

Empreintes ARDUINO KICAD : https://github.com/KiCad/kicad-footprints/tree/master/Module.pretty

Empreinte ARDUINO MEGA KICAD : https://bitbucket.org/henri_bachetti/arduino-mega-footprint

7. Liens utiles

JST XH : http://www.jst-mfg.com/product/pdf/eng/eXH.pdf

JST VH : http://www.jst-mfg.com/product/pdf/eng/eVH.pdf

JST NV : http://www.jst-mfg.com/product/pdf/eng/eNV.pdf

NINIGI NS25 : https://en.ninigi.com/product/ninigi/plug/ns25-g2

KF2510 : https://lcsc.com/product-detail/_Boom-Precision-Elec-KF2510-2A_C27543.html?currency=GBP

IDC : https://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Wurth%20Electronics%20PDFs/Box%20Header_IDC%20Conn%20WR-BHD.pdf 

8. Conclusion

Voilà, je vous ai présenté les connecteurs principaux que j'utilise dans mes applications. J'espère que cela vous sera utile.

Cordialement
Henri

9. Mises à jour

11/01/2019 : ajout de liens sur les datasheets
08/03/2019 : ajout connecteurs coudés XH, NS25 et VH
22/03/2019 : déménagement fichiers vers BitBucket.org

Alimentation de labo à découpage

Alimentation de labo à découpage

Nous allons décrire ici la réalisation d'une alimentation à découpage à partir de modules industriels encastrables.

1. Principe

Le principe de base est de choisir un ou plusieurs modules de qualité et de les mettre dans un boîtier pourvu de quelques accessoires :

• bornes de sortie
• interrupteur général
• commutateur de sortie
• 2 LEDs
• 1 porte-fusible
• 1 embase secteur IEC

Le choix en matière de modules à découpage est très étendu :

• tension de 2.5V à 220V DC
• courant de 40mA à 400A

On peut imaginer fabriquer une telle alimentation avec des modules fournissant diverses tensions et courants bien entendu. Je vous propose deux modèles.

1.1 Alimentation symétrique 12V 8.5A

Les modules que j'ai choisi pour mon alimentation symétrique 2x12V sont des MEANWELL LRS-100-12 :

On trouve ce genre de module pour un prix de 15€. Certains clones chinois coûtent 7€.

1.2 Alimentation 5V & 3.3V 10A

Celle-ci est équipée de modules MEANWELL LRS50-5 et MEANWELL LRS50-3.3.

On trouve ce genre de module pour un prix de 12€. Certains clones chinois coûtent 6€.

2. Commutation de la sortie

Pourquoi un commutateur de sortie alors qu'un interrupteur général est déjà prévu ? Tout simplement parce que lorsqu'on alimente un circuit électronique il peut arriver d'avoir besoin de couper la tension de sortie de manière urgente. L'interrupteur général coupe la tension secteur et les modules à découpage sont équipés de condensateurs faisant office de réservoir d'énergie, et la tension de sortie mettra un certain temps pour tomber à zéro.

Ici, étant donné le courant de sortie de l'alimentation, l'interrupteur commandant la sortie n'agit pas directement. Il commande un relais de puissance qui sera capable de supporter les 8.5A que l'alimentation peut délivrer.
Les relais choisis sont des FINDER 36.11.9.012.4001 12V 10A :

Leur brochage est le même que certains relais chinois que l'on peut trouver à bas coût, par exemple SONGLE SRD-12VDC-SL-C :

Pour des questions de facilité de câblage les relais et quelques composants nécessaires sont réunis sur une petite carte fixée au fond du boîtier.

3. Schémas

Voici le schéma général :

La terre de l'embase IEC est reliée au châssis, ce qui n'est pas le cas du point milieu de l'alimentation.

Voici le schéma de la carte de commutation :

Le schéma est réalisé à l'aide de KICAD.
Pour récupérer le projet voir plus bas :  8. Téléchargements.

Le connecteur P4 est relié à la sortie de la première alimentation.

Le connecteur P5 est relié à la sortie de la deuxième alimentation.

Le connecteur P4 est relié au commutateur de sortie.

Le connecteur P7 est relié aux bornes de sortie.

Les bobines des deux relais sont alimentées par la tension présente sur P4.

L'alimentation 5V & 3.3V requiert soit des relais 5V soit des relais 3V, suivant que l'on branche l'alimentation 5V ou 3.3V sur P4.

Les pistes de puissance de la carte font 2.5mm de largeur. Pour des courants de sortie supérieurs à 5A il est recommandé de surcharger ces pistes à l'aide de soudure à l'étain, ou de souder dessus des fils rigides de section 1.5mm².

Pour ceux que la réalisation d'un PCB rebute, il est parfaitement possible de réaliser la carte de commutation avec une plaquette à pastilles :

Par contre les relais ne conviendront pas. Il vaut mieux adopter des relais au pas de 2.54mm.
Un  FINDER 44.62.9.012.4000 par exemple :

Il en faudra un seul, car c'est un relais DPDT.

4. Le matériel

Pour réaliser l'alimentation symétrique 12V, il vous faudra réunir :

• 2 modules MEANWELL LRS-100-12
• 2 relais FINDER 36.11.9.012.4001 ou SONGLE SRD-12VDC-SL-C

Pour réaliser l'alimentation 5V & 3.3V, il vous faudra réunir :

• 1 module MEANWELL LRS-50-5
• 1 module MEANWELL LRS-50-3.3
• 2 relais FINDER 36.11.9.005.4001 ou SONGLE SRD-5VDC-SL-C
• ou 
• 2 relais FINDER 36.11.9.003.4001 ou SONGLE SRD-3VDC-SL-C

 Plus :

• 2 interrupteurs miniature
• 1 LED bleue
• 1 LED rouge
• 2 connecteurs mâles au pas de 3.96 10A, par exemple JST-B2P-VH
• 2 connecteurs femelles au pas de 3.96 10A, par exemple JST-VHR-2N
• 1 connecteur mâle au pas de 3.96 10A, par exemple JST-B3P-VH
• 1 connecteur femelle au pas de 3.96 10A, par exemple JST-VHR-3N
• 3 connecteurs mâles au pas de 2.54
• 3 connecteurs femelles au pas de 2.54
• 1 résistance 1/4W 1.5K
• 1 résistance 1/4W 1.8K
• 3 bornes banane + 3 cosses à œillet 5mm
• 1 porte-fusible avec fusible 1A
• 1 embase IEC 230V + 1 cordon secteur
• 1 boîtier
• 4 colonnettes

Les connecteurs sans référence au pas de 2.54 sont nommés généralement connecteurs DUPONT.

Le boîtier que j'ai choisi pour l'alimentation 2x12V est un GALAXY GX183 (124x230x80).

L'alimentation 5V & 3.3V 10A tient dans un boîtier GALAXY GX187 (124x170x80).

Le câblage de la partie 12V puissance est réalisé à l'aide fil multi-brin 2.5mm².
Celui de la partie 230V est réalisé à l'aide fil multi-brin 0.5mm².
Celui du commutateur de sortie et des LEDs est réalisé à l'aide fil multi-brin 0.22mm² ou 0.12mm².

5. Photos

Voici quelques images de l'alimentation dans son boîtier :

 

Les modules MEANWELL sont fixés par des vis sur le côté du boîtier.

On voit bien ici la petite carte de commutation.

La version 5V / 3.3V avant vissage de la face avant

8. Téléchargements

Projet KICAD : https://bitbucket.org/henri_bachetti/switching-power-supply

Cordialement
Henri

9. Mises à jour
22/03/2019 : déménagement du projet sous BitBucket.org.
18/04/2020 : version 5V + 3.3V

Analyseur logique CY7C68013A

Analyseur logique CY7C68013A

Récemment j'ai acheté ce petit module.
Cette petite carte est sensée servir de base à la réalisation d'un analyseur logique à 16 voies 24MHz.
C'est un clone de la Saleae Logic.

Il existe d'autres modèles sous boîtier offrant une meilleure protection des entrées :

1. PulseView

Je l'ai couplée au logiciel PulseView Sigrok, logiciel permettant de s'interfacer avec une multitude d'appareils de mesure allant de l'analyseur logique à l'oscilloscope en passant par les multimètres, décibel-mètres, etc.

Pour l'analyse de signaux, Sigrok permet d'activer divers plugins d'analyse de protocoles :

• UART
• I2C
• SPI
• CAN
• IR NEC, RC-5
• etc.

Ici la procédure d'installation WINDOWS.

Certaines distributions LINUX proposent un package directement installable :

• Debian
• Ubuntu
• Arch Linux
• Slackware
• Fedora
• Gentoo
• openSUSE

Pour Ubuntu :

sudo apt-get install  pulseview

Il existe aussi une procédure d'installation LINUX en partant des sources.

Bonne nouvelle :Une fois installé et lancé ce logiciel reconnaît la carte comme un CYPRESS FX2 :

Avec une carte ARDUINO et un module DS3231 j'ai essayé d'analyser les signaux sur le bus I2C et UART.

Voici le sketch :

#include <Wire.h>
#include <DS3231.h>

DS3231 clock;
RTCDateTime dt;

void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  // Initialize DS3231
  Serial.println("Initialize DS3231");;
  clock.begin();

  // Set sketch compiling time
  clock.setDateTime(__DATE__, __TIME__);
}

void loop()
{
  dt = clock.getDateTime();

  // For leading zero look to DS3231_dateformat example

  Serial.print("Raw data: ");
  Serial.print(dt.year);   Serial.print("-");
  Serial.print(dt.month);  Serial.print("-");
  Serial.print(dt.day);    Serial.print(" ");
  Serial.print(dt.hour);   Serial.print(":");
  Serial.print(dt.minute); Serial.print(":");
  Serial.print(dt.second); Serial.println("");

  delay(1000);
}

1.1. Analyse I2C

Les branchements sont réalisés comme suit :

• PB0 de la carte CY7C68013A sur SCL de l'ARDUINO
• PB1 de la carte CY7C68013A sur SDA de l'ARDUINO

Sélections dans PulseView :

• fréquence d’échantillonnage : 2MHz
• nombre d'échantillons : 2 M sample

A l'aide de l'icône "Grip-fil" supprimer les canaux D2 à D15, inutiles.

Ajouter un décodeur I2C à l'aide de la petite icône à droite de la liste de sélection de fréquence d’échantillonnage.
Cliquer sur la flèche I2C venant d'apparaître en bas à gauche et affecter :

• SCL à D0
• SDA à D1

Cliquer sur le bouton Run.

On obtient ceci :

On reconnaît bien l'adresse du DS3231 : 0x68
Ensuite la commande de lecture de l'heure : 0x00
Et enfin les données : 0x47 0x18 0x21 0x3 0x2 0x1 0x19, qui correspondent aux secondes, minutes, heures, jour dans la semaine, jour, mois et année.

Il était bien 21:18:47 au 02/01/2019 au moment de la capture. Ça a l'air de marcher plutôt pas mal.

1.2. Analyse UART

Les branchements sont réalisés comme suit :

• PB0 de la carte CY7C68013A sur TX de l'ARDUINO
• PB1 de la carte CY7C68013A sur RX de l'ARDUINO

Supprimer le décodeur I2C (click droit sur la flèche I2C puis Delete).

Ajouter un décodeur UART à l'aide de la petite icône à droite de la liste de sélection de fréquence d’échantillonnage.
Cliquer sur la flèche UART venant d'apparaître en bas à gauche et affecter :

• TX à D1
• RX à D0

Cliquer sur le bouton Run.

On obtient ceci :

On reconnaît bien les caractères envoyés sur la console par le sketch :
Raw data : 2019-1-2 22:12:7[0D][OA]

2. Saleae

Comme le CY7C68013A est un clone de Saleae, il est compatible avec leur application :
https://www.saleae.com/downloads/

3. Conclusion

Cette petite carte à 3€ couplée au logiciel Sigrok semble tenir ses engagements et promet de belles analyses de signaux, sans se ruiner.

Cordialement
Henri

4. Mises à jour

17/02/2019 : installation pour LINUX à partir de packages
                     2. Saleae
18/08/2019 : Introduction : clone Saleae