简单、快速、便捷的原型开发
嗨,问个简单的问题:你知道如何轻松手工焊接一个 54-SMD 封装吗?(图 1)
图 1:手工焊接表面贴装零件(例如 u-blox 的 ZED-F9T GNSS 模块)用于原型开发几乎是不可能的。(图片来源:u-blox)
是的,我也不知道。
虽然焊接表面贴装产品并非完全不可能,但确实有不少障碍和困扰。幸运的是,我们不必深究高级焊接技术,因为还有另一种方法:我们可以轻松快捷地通过开发板进行原型开发。
包括评估板、演示板和评估分线板等产品在内的开发板,是已预装各种元器件的印刷电路板,方便用户测试主要元器件。这些电路板带有像单片机、传感器、按钮、通信模块或麦克风这样的具体产品,以便大家来探索器件的功能。这些电路板也可以是用来实现像通信之类目的的元器件的组合。开发板的设计范围很广,涵盖简单和复杂设计,在简单设计中,重点元器件安装在具有方便引脚排列的 PCB 上,而在复杂设计中,电路板上安装了所有必要的零件,如无源元件、连接器、按钮、 LED 指示灯、转换器等。
开发板的设计有一个巨大优势,就是预装了元器件且可立即投入使用。当然,也可以采用替代方案,如采购原始设备和认可的元器件、设计电路板并等待所有元器件到货,但这可能需要耗费数周甚至更长时间(表 1)。相比之下,使用 DigiKey 现货供应的开发板意味着您可以在一天之内即可快速开始原型开发。
表 1:从零开始设计评估/开发板与采购现成的评估/开发板的交付周期之比较。
让我们重新回顾一下之前提到的焊接 54-SMD 封装的问题。这源于我对 u-blox ZED-F9T GNSS 模块的研究——这款小巧精致的器件能够提供厘米级的精度。我可以花大量时间分析规格书上的 54 个引脚排列,在 MyLists 上编写 BOM,构建 DKRed PCB 并等待一切就绪......或者直接购买预装了该器件和正确配件的 Sparkfun ZED-F9T 分线板(图 2),然后立即开始用它进行原型设计。这样我就能快速启动概念验证,比从零开始使用该器件要快得多。
图 2:Sparkfun ZED-F9T GNSS 定时分线板可用于快速评估 u-blox 的 ZED-F9T GNSS 模块。(图片来源:Sparkfun)
Sparkfun 这款搭载 u-blox 模块的产品引出了另一个问题:开发板既可由设备制造商制造,也可由第三方公司制造。例如像 STMicroelectronics 这样生产 STM32 单片机的制造商拥有广泛的开发板产品组合,从简单、经济高效的选择(如 Nucleo 板),到更复杂和广泛的评估板。单击此处,详细了解 ST 不同类型的 STM32 原型开发硬件选择。
包括 Adafruit、Sparkfun、Seeed、MikroElektronika 和 DFRobot 在内的第三方公司,提供了大量易于使用的创新开发板,可以帮助工程师和设计人员快速上手,并提供示例项目以及帮助启动项目的安装指南和代码。
开发板是必备品
表 2 列出了一些开发板示例及其功能:
| Sparkfun 的空气质量传感器 | Sparkfun 的空气质量传感器分线板带有 Bosch BMV080,采用便捷的引脚排列和 Qwiic 连接器,可实现 I2C 即插即用连接。 |
| Sparkfun 的数据记录仪物联网开发板 | 该产品会自动检测并记录数据,无需任何硬件设置或代码开发。集成了多达 50 多个 Qwiic 器件,包括大量传感器、GNSS 接收器、RFID 读取器、按钮、测压元件放大器等。此外,利用板载 ESP32 的 WiFi 功能,您还可以通过预编程软件将记录的数据发送到一些常见的物联网服务(如 MQTT、AWS 物联网、MachineChat 等)。 |
| Adafruit 的 Feather nRF52840 | 将大量传感器融入无线 BLE 平台,具体包括 SHT 湿度传感器、接近、光线、颜色和手势传感器、麦克风传感器以及 STMicro 的 9-DoF 运动传感器。 |
| Mikroelektronika 的 Click 板 | Mikroelektronika 拥有 1,700 多种 Click 板,令人印象深刻,这些 Click 板载有各种元器件,可实现多种目的。Microchip 建立了快速入门软件库,能够让您更轻松地使用 Click 板启动项目。 |
表 2:一些示例开发板及其主要特性的简要说明。
平台基础知识
表 3 列出了设计人员可用于项目开发的三种常见开发板平台。
| Arduino Nano R4 | 整个 UNOR4 系列共享板载 RA4M1 Renesas 单片机,允许设计从原型无缝过渡到生产,且无需像从 UNO R4 过渡到 Nano R4 时需重写代码或库。 |
| DFRobot 的 LattePanda Mu | LattePanda Mu 基于 Intel Alder Lake-N 平台处理器构建,支持包括 Windows 和 Ubuntu 在内的桌面操作系统,为嵌入式开发人员提供完整的 PC 软件生态系统兼容性。 |
| Raspberry Pi 5 | Raspberry Pi 5 系列单板计算机的 CPU 性能比上一代 RPi 4 提升了 2 - 3 倍。 |
表 3:一些常见的开发板平台。
开发板的价格、用途、坚固性和用途各不相同。借助开发板,专业工程师可以快速完成概念验证(图 3),并完成从分线板设计到最终设计的全过程。学生、业余爱好者和创客也很乐见开发板的易用性和公道的价格,因此也会将开发板运用到其设计中。
图 3:使用评估/开发板可以节省大量设计时间,例如本文提到的 Seeed ETA9740 电池充电器评估板。(图片来源:作者使用 Seeed 图片修改而来)
结语
无论您是正在进行毕业设计的学生,还是正在验证概念的研发工程师,很少有工具能够与开发板的易用性和效率相媲美。借助这些开发板,能让快速原型开发变得很简单,帮助您迅速将想法变为现实,并顺利将草图提升至专业级解决方案。
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