Piirilevy siirtorekisterille

23/11/2018

Siirtorekisterialusta Nexperian 74HC595D-piirille.


Huomio!

Tämä tuote vaatii erikseen ohjauselektroniikkaa toimiakseen. Esimerkiksi Arduino on hyvä vaihtoehto tämänkaltaiseen ohjaamiseen.

Tässä on vielä esimerkkikoodi Arduinolle: https://github.com/Teneppa/siirtorekisteri.git


Jos olet kiinnostunut tukemaan tätä sivustoa ja projektejani, voit ostaa kyseisiä piirejä minulta. Suunnittelin levyt itse ja valmistin ne käsityönä.

Tässä on sähköpostiosoite, josta tavoitat minut:
teukka.help@gmail.com

Nämä levyt on hyviä niille, jotka haluavat aloittaa elektroniikan parissa, tai haluavat kehittyä. Tällä piirillä on todella hyvä harjoitella esimerkiksi rutiinien kirjoittamista, sekä mahdollisesti oman kirjaston tekemistä kyseisille rutiineille. Tämä oli itselläkin ensimmäisiä projekteja mitä tein. Kirjoitin myös ensimmäisen Arduino-kirjastoni tälle piirille. Koodi toimi ainoastaan yhdessä piiriin kerralla, mutta ensimmäiseksi kirjastoksi se oli ihan kohtuullinen. Kirjoitin nyt kuitenkin piireille uuden kirjaston. Voit ohjata niin monta levyä kuin haluat, kunhan vain muistia riittää.

Hinta on 3,80€ yhdelle levylle. Postitus maksaa 1,80€ Suomen sisällä. Ostamalla levyn autat ylläpitämään sivujani ja mahdollistat uusien projektien tekemisen.

Hinta sisältää siis yhden valmiiksi kasatun piirilevyn ja yhden piikkiriman (5 pinniä). Piikkirimaa ei ole kolvattu kiinni, sillä se voisi vääntyä postituksessa. Jos kuitenkin haluat, että kiinnitän sen voin tehdä niin.

Esimerkkikirjaston löydät täältähttps://github.com/Teneppa/siirtorekisteri.git

Tuotteen luonteesta johtuen en voi antaa sille oikein minkäänlaisia takuita. Voin kyllä luvata piirin toiminnan ainakin aluksi, sillä olen testannut manuaalisesti jokaisen toiminnan. Jos levyssä ilmenee jotakin ongelmia, voit ottaa kuitenkin yhteyttä minuun sähköpostitse. Levyllä ei kuitenkaan ole kovinkaan monta komponenttia, joten yleensä toimimattomuus johtuu joko tinan pettämisestä tai väärästä käyttöjännitteestä.

Levyä ei kannata syödä, sillä se sisältää lyijyllistä tinaa. Kädet on myös hyvä pestä käytön jälkeen, niinkuin aina elektroniikan komponenttien koskettelun jälkeen.

Yhteydenotot tähän sähköpostiin: teukka.help@gmail.com


Piirilevyltä löytyy Nexperian 74HC595D-siirtorekisteripiiri. Tästä löydät kaiken tarvittavan kyseisestä piiristä: https://www.nexperia.com/products/logic/i-o-expansion-logic/shift-registers/74HC595D.html

Levyllä on myös kahdeksan valkoista lediä ja kahdeksan 200 ohmin vastusta. Molemmat ovat 0603-kokoisissa koteloissa.


Miksi PCB?

Olen haaveillut pitkään oman piirilevyn tekemisestä. Oma piirilevy tuo niin paljon mahdollisuuksia verrattuna koekytkentälevyyn tai täpläkuparoituun piirilevyyn. Omassa piirilevyssä on mahdollisuus käyttää SMD-komponentteja, jolloin et ole rajoittunut pelkästään kalliisiin läpiladottaviin piireihin. SMD-komponenteilla piirilevystä saa huomattavasti pienemmän, halvemman ja tehokkaamman.

Oman piirilevyn suunnittelu tuo kuitenkin mukanansa haasteita. Esimerkiksi prototyypin teettäminen voi tulla hyvinkin kalliiksi, jos haluat tehdä vain pienen määrän levyjä. Tämä tietenkin koskee lähinnä ulkomailta tilattuja piirilevyjä. Jos tarkoituksena on tehdä paljon piirilevyjä, on prototyyppien tekeminen välttämätöntä, eikä hinta tunnu juurikaan miltään. Pienen määrän tuottamisessa prototyyppien tekeminen voi maksaa lähes yhtä paljon kuin itse lopullinen määrä, sillä postikulut voivat olla korkeat jo muutamaa levyä valmistettaessa. Jos kuitenkin haluat tehdä muutaman piirilevyn, suosittelen tarkistamaan suunnitelmat huolellisesti. Prototyyppejä voi myös tehdä CNC-koneella, jos sellainen vain löytyy. Monella ei vain tahdo olla niitä lojumassa, joten tilaus täytyy tehdä osin veikkaamalla ja toivomalla parasta. Olisi kyllä ollut mielenkiintoista tehdä oma CNC. Rahaahan tuokin vaatisi, mutta omatekoinen CNC avaisi niin paljon mahdollisuuksia. Sitä voisi käyttää myös esim. 3D-tulostamiseen ja laaserleikkaamiseen. Sain jo jonkinlaisen suunnitelmankin aikaan, mutta saa nähdä saanko sitä koskaan toteutettua. Tuossa on kuvankaappaus Fusion 360 -suunnitteluohjelmasta:


Onko tuote kannattava?

Ennen suunnittelua olisi hyvä olla tietoinen kohderyhmästä ja kysynnästä. Markkinoita on hyvä seurata ja tutkia siten kysyntää ja tarjontaa. Jos olet esimerkiksi myymässä paitoja, katso paljonko muut pyytävät niistä. On hyvin todennäköistä ettet saa myytyä niitä kalliimmalla hinnalla jos ne ovat jotakin perinteisiä malleja. Jos paidat erottuvat joukosta, voi se nostaa markkina-arvoa.

Kannattaa myös harkita, onko oma tuote kykeneväinen kilpailemaan markkinoilla. Tämä tuote on todellakin oma päähänpisto, jolle ei ole edes kysyntää. En kyllä ole havainnut, että tällaisia piirilevyjä olisi edes tarjolla missään. Tässä on erinomainen esimerkki elektroniikan markkinoista. Kysyntää ja tarjontaa ei välttämättä ole, jolloin tuotteen markkinointi on hieman eksoottista. Tuote voisi menestyä, jos se olisi jotenkin uusi tai omaisi jotain uusia ominaisuuksia. Tästä on hyvänä esimerkkinä VR-lasit. Aluksi niille ei ollut kysyntää, mutta kun tarjontaa oli ja ihmiset alkoivat kiinnostua niistä, syntyi kokonaan uudet markkinat virtuaalitodellisuudelle.

Tuotteen valmistus vaatii myös rahaa. Et voi myydä tuotetta asiakkaalle, jota ei ole vielä olemassa, joten sinun on lähes välttämätöntä "sijoittaa" rahaa tuotteellesi. Kannattaa kuitenkin punnita mahdollisuusksiasi. Varsinkin elektroniikan alalla kauppa käy hyvin satunnaisesti, joten et välttämättä pääse edes omillesi pitkään aikaan. Et edes mahdollisesti koskaan. Älä siis ota riskejä, joihin sinulla ei ole varaa.

Vaikka tuote olisikin jo valmis, voi sen myyminenkin maksaa. Voit esimerkiksi joutua postittamaan tuotteen, jolloin joudut sijoittamaan rahaa pakkausmateriaaleihin ja kuplapusseihin. Pakkausmateriaaleja tilatessasi voit joutua joko hakemaan ne, tai tilaamaan ne postitse. Molemmista syntyy kustannuksia, joihin on syytä varautua. Yleensä postipusseja ja minigrip-pusseja joutuu tilaamaan kerralla suuren määrän, jolloin postituksestakin tulee jo pienimutoinen sijoitus. Jos vielä päätät markkinoida tuotettasi esim. mainoksilla tai ilmaiskappaleilla, nousee kustannukset entisestään.


Suunnittelu

Suunnittelin piirilevyn EasyEDA-ohjelmalla. Ohjelma on todella helppokäyttöinen ja sisältää tallennuksen pilveen. Se on selainpohjainen, joten jos piirilevysi on minkään arvoinen, en suosittele käyttämään kyseistä ohjelmaa. Jos teet piirilevyä harrastusmielessä, suosittelen kyllä lämpimästi.

Osat kannattaa valita hyvin tarkkaan ja huolellisesti. Varmista, että kykenet kolvaamaan komponentit piirilevylle. Esimerkiksi monet sanovat, että 0603-kokoiset komponentit ovat helppoja kolvattavia käsin. Oma kokemus sanoo kuitenkin, ettet todellakaan halua kolvata kovinkaan useaa tuommoista komponenttia. Hyvät pinsetit ja pieni terä kolvissa ovat ehdottomia varusteita onnistuneeseen kolvaukseen. Fluksia kannattaa myös käyttää. Osta komponetteja hieman enemmän kuin tarvitset. SMD-komponentteja ei nimittäin löydä ikinä, kun ne ampaisevat pinseteistä jonnekin. Kokemusta löytyy. Suurtehovalo on myös ihan kiva lisä. Suurennuslasi ei myös olisi pahitteeksi. Osat saa kolvattua ilmankin, mutta suurennuslasilla saisi paljon paremman tähtäyskulman.

Suunnittelun ohessa kannattaa tehdä myös dokumentointia. Vaikka sitä ajattelisi, ettet millään ehdi unohtamaan omatekoisen piirilevysi kytkentöjä, tuppaa ne kuitenkin unohtumaan. Dokumentointi helpottaa myös muita, jotka haluavat joko tehdä samanlaisen laitteen tai käyttää sitä.


Valmistus ja kokoonpano

Kun piirilevy on suunniteltu, on aika valmistaa se. Nykyään netistä löytyvät palvelut, kuten JLCPCB tuottavat piirilevyjä kiinassa melkein ilmaiseksi. (Olisi kyllä ollut hienoa tehdä piirilevyt itse, mutta rahat eivät ihan riitä CNC:n hankkimiseen hetken mielijohteesta.) Muista tarkistaa piirilevysi vielä ennen sen valmistuttamista. Olisi todella inhottava saada läjä virheellisiä piirilevyjä pitkän odottamisen jälkeen. Omat piirilevyt olivat onneksi toimivia ensimmäisellä yrityksellä. Ainoa vika oli tuo tuotenumero heti siirtorekisterin alla. Noh, ainakin tunnistaa että kyseessä on juuri tuo piirilevy eikä mikään muu. Toivottavasti.

0603-komponentteja kiinnittäessä kannattaa tinata aluksi VAIN toisen puolen pinnit piirilevyltä. Jos tinaa menee vahingossa molempiin pinneihin, käytä punottua kuparilankaa sen poistamiseen. Komponentin kiinnittäminen on todella hankalaa, jos olet laittanut tinaa molempiin puoliskoihin. Voin kyllä sanoa, ettei tärisevä käsi auta yhtään pienien komponenttien kiinnittämisessä. Voi olla että menee hetki ennen kuin tekee mieli kolvata uudelleen 0603-komponentteja. Kolvatessa kannattaa käyttää aina tuuletusta. Fluksin ja tinan muodostaman höyryn hengittäminen on hyvin epäterveellistä. Suosittelen hankkimaan aktiivihiilisuodattimen (ja mieluiten myös tuulettimen). Itse pulttasin aktiivihiilisuodattimen suoraan tuulettimeen kiinni. Tuntuu toimivan, mutta suosittelen kuitenkin hankkimaan ihan oikean juotoskaasuimurin jos vain on rahaa sellaiseen.

HC595-piirin kolvaaminen on onneksi helpompaa. Tinaa aluksi yksi kulmapinni piirilevyltä, aseta piiri kohdilleen ja tinaa piiri kiinni pinniin jossa on jo tinaa. Tämän jälkeen lisää tinaa toiseen kulmaan. Lisää kolviin tinaa, jossa on fluksia (tai lisää fluksi manuaalisesti levylle) ja vedä tinaa piirin pinnien yli. Tämä vaatii hieman harjoitusta ja mahdollisesti kolvin, jossa on tasainen pää. Muista kuitenkin korjata tinaukset jälkikäteen, jos niissä syntyy oikosulkuja.


Mahdollisen ohjelmiston suunnittelu ja tuottaminen

Jos tuote vaatii jonkinlaisen ohjainlaitteen, on ihan hyvä tarjota kirjastoja ja ainakin jonkinlainen esimerkkikoodi. Tällöin asiakkaan ei tarvitse tehdä suuria määriä taustatutkimuksia laitteen perusperiaatteen selvittämiseksi. Esimerkkinä Kiinasta tilatut piirit; dokumentointi joko puuttuu, on huonosti käännetty tai kokonaan kiinaksi. Itse koodasin tälle piirille kirjaston, jolla voi ohjata jokaista lediä yksitellen. Koodia voi käyttää myös erilliselle siirtorekisteripiirille, jolloin sitä voi käyttää vaikka ulostuloja lisäävänä piirinä.


Esimerkkikirjasto Arduinolle löytyy GitHubista: https://github.com/Teneppa/siirtorekisteri.git