Paperduino. Arduino-Perfboard

Descripción

Pues sí, otra variante de Arduino, y más concretamente de Paperduino.
Cuando ví por primera vez Paperduino, me quedé asombrado de lo que me pareció una idea tan simple (http://lab.guilhermemartins.net/2009/05/06/paperduino-prints/), pero intentando realizarlo sobre un soporte más fuerte que el cartón, lo intenté sobre una placa de prototipos perforada (perfboard), y me dí cuenta de que la disposición de los componentes del paperduino original no permitía el montaje en este tipo de placas, así que desplacé y redimensioné los componentes para que encajaran con los agujeros de una perfboard (rejilla de 2,54mm.

 Imagen obtenida de Wikipedia. Autor Klaus Leiss

El circuito es una simplificación de Arduino, es decir, no tiene convertidor USB-SerieTTL en la placa, ni conector de 6 pines para el ISP (si te parece chino lo que te estoy diciendo, no te preocupes, ya lo explicaré más adelante). Es un diseño sencillo muy similar al Arduino-Serial.

 He realizado algunas modificaciones respecto al diseño del paperduino original, por un lado, le he añadido un conector para poder alimentar directamente el circuito con 5v, ya que cada vez es más común que tengamos por casa alimentadores viejos para mp3, móviles... que suministren esta tensión. Con lo que si queremos podemos simplificar todavía más el circuito y eliminar el regulador 7805. También he desconectado la señal ARef de 5V por si alguna vez queremos utilizar otra tensión de referencia para los convertidores analógico/digitales.

Y por el lado "cobre":

Para programarlo necesitarás un cable FTDI (puedes realizar uno siguiendo las indicaciones de:
http://txapuzas.blogspot.com/2010/07/cable-de-programacion-para-arduino-ftdi.html).
Como el cable es de 3,3v y el paperduino está alimentado a 5v, el pin 2 del conector FTDI (Vcc) no está conectado, de esta forma la placa no se alimenta de dicho pin, sólo de la batería o rectificador y no se produce corto con el cable. (es decir puedes tener el paperduino siempre conectado)

Componentes 

1     7805 Regulador de voltaje 2 LEDs (colores diferentes) 2     Resistencias 1K (si quieres puedes usar 640K para que brillen más los leds) 1     Resistencia 10K 2     Condensadores 100 uF /25v 1     Cuarzo de 16 MHz 2     Condensadores de 22 pF (Tienen que ser cerámicos, de poliester dan problemas) 1     Condensador de  100nF 1     Pulsador de Reset 1     Atmel ATMega168 1     Zócalo de 28 pines Barras de pines macho y hembra

Para realizar un sistema Arduino, podemos utilizar varios micros (el ATMega8 obsoleto, el ATMega168 o el ATMega328)

micro       Flash SRAM eeprom Compatibilidad

atmega8       8k   1K   512   Arduino Serial(28pin-OBSOLETO)

atmega168    16k   1K   512   Arduino Diecimila (28pin)

atmega328    32k   2k  1024   Arduino Duemilanove (28pin)

atmega1280  128k   8k    4k   Arduino Mega (sólo en SMD 64pin)


Con lo cual nos tenemos que quedar con el ATMEGA168 o el ATMEGA328, que podemos comprar en cualquier tienda de componentes electronicos, pero para que funcione con el editor de programas Arduino, es necesario que el chip esté grabado con un pequeño programa denominado "bootloader", que se ocupa de facilitar la futura grabación de nuestros maravillosos programas (en el argot de Arduino sketches).  Ahora viene la pescadilla que se muerde la cola, ¿cómo podemos grabar el bootloader en el micro, si se necesita el bootloader para grabar programas en él?. Tenemos varias soluciones:

Comprar el chip con el bootloader pregrabado

En internet puedes encontrar micros ya preparados (con bootloader), que puedes utilizar directamente (yo he comprado 2 ATMEGA328P en Ebay por 11€ los dos y portes incluidos!).

Comprar el chip virgen y grabar el bootloader con otro arduino

Mira este enlace: http://www.arduino.cc/playground/Hacking/AvrdudeFTDIBitbang

Comprar el chip virgen y grabar el bootloader con un grabador

Mira este enlace: http://www.arduino.cc/en/Hacking/Bootloader

Comprar el chip virgen y grabar el bootloader con un cable paralelo modificado

Mira este enlace: http://arduino.cc/es/Hacking/ParallelProgrammer 

o aquí: http://www.xbot.es/blog/?p=262



Realización

El método utilizado para la realización de la placa es con una placa de perfboard y las ayudas de unas pegatinas:

1 Descarga el archivo comprimido en zip e imprime el documento "Paperduino-Perfboard_01" (lo tienes disponible en varios formatos más abajo, en apartado descargas).

2 Comprueba mediante la regla situada en el margen izquierdo del documento impreso que está a escala 1/1, es decir que la regla mide 250mm de longitud. Si no es así deberás modificar algún parámetro de tu impresora para que la impresión sea a escala natural.

3 Recorta las pegatinas denominadas "Lado cobre" y "Lado componentes". Si quieres puedes proteger las pegatina pegando sobre ellas plástico autoadhesivo (Aeronfix).


4 Sobre una superficie blanda, recorta con un cutter pequeñas ventanas en los agujeros de fijación de los componentes a la pegatina "Lado cobre". De esta forma la pegatina hace una doble función, plantilla y guía de soldadura de los componentes, y aislamiento de la placa en la zona que no es necesario soldar, evitando con ello posibles cortocircuitos.


5 Recorta un trozo de perfboard con las dimensiones de la pegatina.

6 Pega las dos etiquetas en la placa, una por cada lado con algún adhesivo. Puedes introducir algunos elementos en las pegatinas para que te sirvan como guía en el pegado.

7 Punzona con una aguja todos los agujeros de inserción de componentes representados en la pegatina.

8 Vete soldando los componentes guiándote con la pegatina de lado pistas. Suele ser recomendable soldarlos en este orden:

1. puentes, zócalos y conectores. 
2. Resistencias
3. Condensadores
4. Diodos y transistores

Resultado

Nota: Observarás que las fotos y videos no están actualizados (corresponden a la edición 0 de paperduino-perfboard), espero que con la edición 1 a tí te quede mejor.

Carga del Gestor de Programas (Bootloader)

Para cargar el bootloader, puedes utilizar un programador externo, un programador casero a través del puerto paralelo, o también puedes utilizar un Arduino como programador (datos recogidos de: http://arduino.cc/es/Tutorial/ArduinoISP.)

Tendrás que conectar el Paperduino de la siguiente forma:

 

Es decir:

Arduino        Paperduino

10             RESET

D11            D11

D12            D12
D13            D13

5v             5v

GND            GND

Y el proceso es siguiente:

1. Carga el programa ArduinoISP (File>Examples>ArduinoISP) a tu placa Arduino
2. Conecta los cables desde tu placa Arduino a la placa Paperduino tal y como está explicado arriba.
3. Selecciona en el menú Tools > Board la placa a la que corresponda el chip al que quieres programar el bootloader (El chip que utilizas en el Paperduino).
4. Usa el comando Tools>Burn Bootloader > Arduino as AVRISP.

Carga de Sketches

Una vez que el chip tiene el bootloader cargado (PaperBootloader) se ha convertido en un Arduino, y por lo tanto podemos cargar los sketches directamente desde el entorno Arduino.
Para realizar la carga de Sketches podemos utilizar el PaperFTDI,o el PaperRS232, pero también podemos utilizar el chip FTDI de un Arduino. Para ello quitaremos el chip ATMega de la placa Arduino (con cuidado), y conectaremos el Arduino con el Paperduino de la siguiente manera:

Es decir:

Arduino        Paperduino

0 (RX)         0 (RX)

1 (TX)         1 (TX)

Reset          Reset

5v             5v

GND            GND

Notas:

En el Arduino es necesario quitar el chip ATmega. 

Si quieres, puedes utilizar el conector FTDI, ya que salvo la alimentación tienes ahí todos los pines necesarios. 

En el paperduino tendremos el chip con el bootloader en el que queramos cargar el sketch. No es necesario alimentar al Paperduino, ya que toma la alimentación del Arduino.

Al utilizar el sistema de programación e la placa Arduino, tiene reset automático, es decir, no es necesario apretar el reset para programar el paperduino.
Desde el entorno Arduino eligiremos la placa que se corresponda con el chip instalado en el Paperduino (ATmega328P o ATmega168)

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Descargas

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El archivo de descargas se modificó el 17/04/2011

Notas
Para la realización de este proyecto se han utilizado los programas: Arduino, Inkscape, Openoffice, Gimp, Picasa, Fritzing
Si encuentras algún fallo, se te ocurre alguna mejora, o simplemente quieres hacer algún comentario, te lo agradeceré: Gracias.  :-)