МК + USB: выпуск, сборка и запуск

Финал второго проекта. Порядок выпуска ты уже знаешь по уроку 11.1.3, поэтому здесь — что отличается для платы с микроконтроллером и как её «оживить».

Шаг 1. Выпуск

Комплект — тот же, что для платы питания: Gerber, сверловка, чертёж (модуль 10). Плюс две вещи:

• BOM с MPN для каждой позиции (урок 10.4). У CH340C, кварца и разъёма USB-C укажи точный код заказа: это детали, которые легко перепутать с «почти такими же».
• Pick&Place (урок 10.5) — если заказываешь сборку на заводе.

💡Совет

Сборка на заводе часто стоит недорого, если детали есть на складе сборщика. Разумный компромисс для первой платы: завод паяет мелкие SMD (TQFP-32, SOP-16, SOT23-6, USB-C, 0805), а гребёнки, ISP и кнопку ты допаиваешь сам. Самая сложная для ручной пайки деталь — разъём USB-C с шагом 0,5 мм.

Перед заказом проверь Gerber в просмотрщике (урок 10.8), особенно:

• окна маски между выводами TQFP-32 и USB-C: если производитель не может сделать перемычки маски такой ширины, он уберёт их, и риск перемычек припоя вырастет;
• прорези под лапки разъёма USB-C на слое сверловки (а не только на контуре);
• подписи гребёнок читаются и не залезают на площадки.

Шаг 2. Ручная сборка

Если собираешь сам, порядок такой:

1. USB-C первым, пока вокруг нет других деталей: паяльная паста и термовоздух или паяльник с тонким жалом и флюсом. Сразу проверь под лупой, нет ли перемычек между контактами, и прозвони VBUS–GND и D+–D− на замыкание.
2. TQFP-32: зафиксируй за два противоположных угловых вывода, проверь, что все выводы легли на площадки, затем пропаяй стороны «волной» с флюсом. Излишки припоя снимай оплёткой.
3. SOP-16, SOT23-6, кварц, потом пассивные компоненты 0805.
4. Гребёнки, ISP, кнопка — последними.
5. Отмой флюс и осмотри все паяные соединения под увеличением. Критерии хорошей пайки — IPC-A-610.

Шаг 3. Запуск по шагам

Не подключай новую плату сразу к компьютеру: короткое замыкание на VBUS может повредить USB-порт. Иди по шагам и не переходи к следующему, пока не прошёл предыдущий.

Рис. 11.13. Порядок первого включения. Каждый шаг проверяет одно предположение. Если шаг не прошёл — дальше не идём: следующий шаг может сжечь плату или замаскировать причину ошибки.

Шаг	Что делаем	Ожидаемый результат
1	Прозвонка +5V–GND без питания	нет короткого замыкания
2	+5 В от лабораторного блока на вывод 5V гребёнки, ограничение 100 мА	ток единицы–десятки мА, горит HL1
3	Напряжения: VCC микроконтроллера (4, 6), AVCC (18), VCC CH340C (16)	около 5 В на всех
4	Подключить USB к компьютеру (USB-хаб с защитой — ещё лучше)	система находит устройство «USB-SERIAL CH340» и создаёт COM-порт
5	Записать загрузчик через ISP	см. шаг 4
6	Загрузить «Blink» по USB	HL2 мигает раз в секунду

💡Драйвер CH340

В Linux поддержка встроена в ядро (модуль ch341), устройство появится как /dev/ttyUSB0. В Windows и macOS драйвер часто ставится автоматически, а если нет — его можно скачать на сайте производителя WCH. Если система совсем не видит устройство, проблема не в драйвере, а в железе: питание CH340C, D+/D−, кварц или V3.

Шаг 4. Загрузчик и фьюзы

С завода ATmega328P работает от внутреннего RC-генератора с делителем на 8 (по даташиту), то есть примерно на 1 МГц, и загрузчика у него нет. Чтобы плата работала как Arduino Uno, нужно один раз:

1. Перепрограммировать фьюзы на внешний кварц 16 МГц.
2. Записать загрузчик (Optiboot), который потом принимает прошивки по UART.

Проще всего сделать это из Arduino IDE. Подключи программатор ISP (например, USBasp или вторую Arduino с прошивкой «ArduinoISP») к разъёму XP3, выбери плату Arduino Uno, программатор и выполни команду записи загрузчика (в русском интерфейсе — Инструменты » Записать загрузчик). IDE сама выставит фьюзы для 16 МГц и запишет загрузчик.

⚠️Внимание

Не меняй фьюзы вручную, если не уверен в значениях. Неправильный фьюз выбора генератора (например, внешний генератор вместо кварца) «запирает» микроконтроллер: по ISP он отвечать перестанет, пока не подашь внешнюю тактовую частоту. Значения фьюзов для «Arduino Uno» берутся из файла boards.txt ядра Arduino AVR [ПРОВЕРИТЬ для своей версии ядра] — смотри их там, а не на форумах.

После записи загрузчика отключи программатор, подключи плату по USB, выбери её COM-порт и загрузи пример Blink. Загрузка должна пройти без нажатия кнопки сброса — значит, автосброс через DTR работает.

[СКРИНШОТ: Arduino IDE: успешная загрузка Blink на плату UnoMini через COM-порт CH340]public/screenshots/m11/l08-blink-upload.png

Шаг 5. Протокол и версия 1.1

Как и в проекте 11.1: протокол испытаний по всем пунктам ТЗ (урок 11.2.1), список найденных ошибок и улучшений, фиксация версии проекта. Типичные пункты в список v1.1 после первой сборки: подписи шелкографии, неудобное расположение кнопки, дополнительная контрольная точка.

🧯 Типичные ошибки

Компьютер не видит устройство вообще

Почему Нет питания CH340C, перемычка или непропай на контактах USB-C, перепутаны D+/D−, не подключён конденсатор V3.

Как исправить Проверь 5 В на выводе 16 CH340C, прозвони D+ и D− от разъёма до выводов 5 и 6, осмотри разъём под лупой.

ISP-программатор пишет «device signature = 0x000000»

Почему Микроконтроллер не отвечает: нет питания, непропай TQFP, ошибка в распиновке ISP или слишком высокая скорость программирования для заводской частоты 1 МГц.

Как исправить Проверь питание и распиновку ISP, снизь скорость программатора (у USBasp — перемычка медленного режима), осмотри пайку TQFP.

Blink загружается только с нажатием кнопки сброса

Почему Не работает автосброс: нет C4, DTR перепутан с RTS или стоит конденсатор RESET → GND.

Как исправить Проверь цепь DTR# → C4 (100 нФ) → RESET и убери конденсатор RESET → GND, если он есть.

Проверь себя

1. 1. На какой частоте работает новый ATmega328P «с завода»?

   16 МГц от кварцаОколо 1 МГц от внутреннего RC-генератора с делителем на 820 МГц
2. 2. Зачем разъём ISP, если есть USB?

   Для питанияЧтобы один раз записать загрузчик и фьюзы — без них USB-загрузка не работаетДля отладки USB
3. 3. С чего начинать запуск новой платы?

   Сразу подключить к компьютеру по USBПрозвонка питания, затем питание от лабораторного блока с ограничением токаЗаписать загрузчик

🎯Практическое задание~60 мин

1. Подготовь комплект файлов для заказа с монтажом: Gerber, сверловка, BOM с MPN, Pick&Place. Проверь по чек-листу.
2. Распиши план запуска (таблица шага 3) для своей платы: какие выводы и контрольные точки мерить, какие значения ждёшь.
3. Когда платы придут — пройди запуск по шагам и заполни протокол.