開源自行車碼表X-TRACK硬件焊接調試指北


焊接調試指北

1. 背景

騎行愛好者,略懂電子學的東西,加了一個DIY的群,發現很多老哥沒有焊接的經驗,焊接完之后也沒有思路去debug,故寫下這篇指北,希望能給新人提供一些幫助,也希望大家能夠通過這個項目感受到電子制作的樂趣。
該指北已經merge到作者的主分支當中了!

2. 准備工作

2.1 物料&裝備

首先大家需要按照BOM表去采購相應的物料,對於一些便宜的元件(MOSFET 阻容 二極管等)可以多買一些,另外USB串口芯片(CH340)、電源管理芯片(MCP73831)、線性穩壓芯片(LP5907-3.3)相對難焊接,但是價格又不貴,如果你是新手可以多買一些這三個芯片作為練習,(畢竟JLC打板會有5片)。

工具的准備:

  • 烙鐵刀頭
  • 烙鐵尖頭(可選)
  • 細焊錫絲、助焊劑(松香)
  • 錫膏(可選)
  • 風槍(最好有)
  • 芯片鑷子
  • 萬用表(調試的最基本儀器了,配置尖頭表筆,如果連萬用表都沒有真的不好調試)
  • 可調直流電源(非必須)
  • 導線
    附上工具圖片
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2.2 焊接調試順序

在這里我首先假定大家是沒有可調電源的,所以我計划首先焊接USB及CH340以及供電相關的芯片,上面也提到了CH340對於新手來說比較難焊接,同時有比較便宜,建議大家先焊接幾個練練手。

之后是主控芯片,主控芯片焊接完成之后就可以用仿真器燒錄程序來判斷是否成功了。

緊接着可以焊接蜂鳴器、編碼器。

焊接SD卡

焊接外屏

3. 焊接與調試

3.1 CH340 & USB

在這里我首先演示的是用錫膏+風槍的焊接方法,刀頭烙鐵拖焊在后面展示。如果沒有錫膏和風槍,建議先翻到后面。

3.1.1 焊接

  1. 首先要給焊盤上錫膏,輕輕擠入少量,主要不要覆蓋全部焊盤,不然后面放置芯片時無法對齊!
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  2. 放置芯片,注意芯片引腳要和焊盤平行對齊
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  3. 風槍加熱,主要風槍風度調節在310度左右,均勻吹芯片的引腳,直到錫膏融化,變得有金屬光澤,液態錫會因為表面張力自動“爬上”焊盤與芯片引腳。
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  4. 如果你不小心放了過多的錫膏,會導致引腳短路,這時用刀頭烙鐵配合助焊劑,“刮”掉多余的錫,芯片周圍的物質就是助焊劑的殘留,最后可以用牙刷沾酒精刷掉。
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  5. 同理焊接USB接口
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  6. 清理助焊劑,用牙刷沾酒精(無水乙醇,如果是醫用75%酒精效果不是很好,可能要多刷一會)刷一下,很容易就刷掉了
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  7. 把R9 R10 焊接上

3.1.2 測試

根據原理圖,發現CH340是由3V3供電,而不是USB,目前我們沒有焊接穩壓芯片,所以這里我們需要用調試器上的3.3V為芯片供電。
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我們使用杜邦線連接調試接口的3.3引腳(這里用手輕輕壓住,因為是調試所以就不焊接了),並且用USB線連接電腦和板子,查看設備管理器是否出現了CH340 端口設備
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注意 我USB線與STLink調試器連接了同一計算機的USB下,因此STLink到板子上沒有接地線!如果你無法保證不同USB口是否共地,請額外連接一根GND線。

如果出現了USB未能識別該設備的提示,請檢查USB接口的焊接是否把引腳短路!,如果CH340沒有供電,是不會有任何提示的!請檢查CH340的供電,並且檢查USB D+ D-兩個引腳到CH340的連通性,以及是否存在短路。

3.2 電源管理芯片

電源管理芯片用來管理對鋰電池充電的,我們先焊接這個部分,然后就能測試電池充電是否正常了。原理圖如下。
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3.2.1 焊接

芯片的焊接方法

  1. 向一個焊盤焊入少量的錫,保證覆蓋整個焊盤
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  2. 加熱上一步的焊盤,使焊錫融化,同時將芯片放入該焊盤,用鑷子小心調整位置,使芯片與焊盤對齊
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  3. 將其他引腳都焊入焊錫
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  4. 焊接周圍的元件
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(新手不要吐嘈我焊接水平差)

3.2.2 測試

  1. 插入USB線,用萬用表測量C1的上端(遠離PCB邊緣一側),查看電壓是否為4.1V左右
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  2. 接入鋰電池,觀察充電指示燈是否亮起
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    說明:如果有可調電源的小伙伴,可以把可調電源設置為3.7V,接入PCB背面的BAT+ BAT-,插入USB即可。(我這么做是因為沒有多余的電池了)

  3. 為了后續焊接的安全,拆掉鋰電池

3.3 穩壓芯片 & 開關控制

LP5907-3.3V是穩壓芯片,作用是把電池的電壓穩定到3.3V,以供板上其他芯片使用。其他的mosfet+二極管的組合,是用來實現電源控制的。其中我們要驗證這部分電路是否工作正常,只需要給PWR_EN一個高電平信號,就可以導通Q1 與 Q2,實現BAT_IN到BAT的供電,再看U2一旦BAT導通到BAT_IN,芯片就會將電池的電壓轉換為3.3V。

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3.3.1 焊接

這部分焊接的部分就不贅述了,下圖中紅色方框部分是穩壓芯片,橢圓的二個紅圈內為開關控制部分。
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3.3.2 測試

  1. 接入電池

  2. 利用調試器的3.3V輸出引腳給D5正極(左側)一個高電平信號,下圖中,左下角的黑色杜邦線接到STLink的3.3V引腳,左上角GND要與STLink共地
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  3. 用萬用表測量板子左上角調試接口的3.3V,觀察輸出是否為3.3V,斷開D5正極的高電平信號,觀察萬用表測量結果是否歸零
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  4. 為了后續焊接的安全,拆掉鋰電池

3.4 MCU拖焊

當然如果你有錫膏和風槍,可以按照ch340的焊接方法焊接。但是對於類似LQFP這類引腳露出,緊密排列的用刀頭烙鐵拖焊也是不錯的選擇。

3.4.1 芯片拖焊方法

  1. 首先個一個焊盤上合適的錫
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  2. 用烙鐵加熱該焊盤,同時用鑷子放置芯片,直到芯片與焊盤對齊,拿掉烙鐵,為了防止一個焊盤固定不住,可以在另一個邊再隨意上點錫,如下圖就有兩個點固定。
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  3. 用刀頭烙鐵的刀刃與芯片引腳相切,並用焊錫絲均勻塗抹芯片引腳上錫。

  4. 通常上一步塗抹的時候你無法保證錫量的多少,會有個別引腳短路。這是需要用焊接海綿(焊接銅絲球)清除你的烙鐵頭,保證上面沒有焊錫,並沾大量的助焊劑,用刀頭刮芯片的引腳,使得短路的引腳上多余的錫被刀頭刮掉。
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  5. 重復3、4步,將剩下的3個邊焊好,這時由於助焊劑的原因,你的板子和芯片會很惡心,用牙刷沾無水酒精刷掉即可。
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  6. 焊接MCU周邊的元件,主要是電源濾波電容C9~C12;RTC震盪電路Y1、C14、C15;復位電路K1、R7、C13;以及VBAT D6、C8。由於比較簡單不再贅述。

3.4.2 MCU測試

這里測試比較簡單,用STLink(調試器)向MCU燒錄程序即可。STLink的四個腳用杜邦線直接連接到板子的調試口,並用手輕輕按壓就可充分接觸,再在計算機上操作MDK下載程序。
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如果顯示檢測芯片失敗,就要仔細檢查芯片的焊接。

3.5 編碼器 & 蜂鳴器

這里原理比較簡單,也很容易焊接,注意這里的焊接順序應該把編碼器和蜂鳴器周邊的元件先焊接好,最后再焊接蜂鳴器和編碼器。
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3.6 SD卡槽

這里要注意最好用尖頭烙鐵一點點焊,信號引腳不建議拖焊,因為引腳容易和金屬外殼短路。
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3.7 屏幕

首先要焊接背光控制電路
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焊接屏幕排線時,先把所有焊盤加上錫,然后用刀頭固定住,最后用尖頭烙鐵一個一個引腳加錫,使得排線的正反兩面均有焊錫,保證牢固。
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3.8 GPS

最后焊接上GPS模塊即可,模塊上的字和PCB上的絲印一一對應(T-T R-R)

4. 整體測試

最終焊接上電池,就可以上電測試了,測試的效果就不放圖了,跟主頁上面的視頻一樣就說明功能都測試通過啦。

  1. 長按按鈕開機,開機后蜂鳴器會響。如果沒有反應,首先通過萬用表測試3.3V調試端口的電壓,會不會在按下按鈕時為3.3V,否則,檢查編碼器的焊接和電源開關部分的焊接情況。

  2. 顯示屏不亮,如果用手電筒從顯示屏的背面照亮顯示屏,如果有內容,說明背光電路有問題,檢查背光電路,如果沒有內容,檢查屏幕焊接。

  3. 屏幕空白或花屏,檢查屏幕信號線及MCU的焊接情況。

  4. 蜂鳴器不響,檢查蜂鳴器電路和MCU焊接

  5. 檢測不到SD卡,檢查SD格式是否正確,檢查SD卡座焊接。


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