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知乎问答丨如何在家里建立一个可以玩电子的实验室,都需要什么设备?零件?

2022-03-17 11:24:55


知乎作者:MSOctocat

首先工作室镇楼

看楼主说 单片机、arduino 想必是对硬件开发感兴趣,正好鄙人对此稍有研究,虽然看到的时候已经是2017年,希望这个回答将来能造福他人吧。


问: 都需要什么设备呢?型号最好选什么?

答:如果是硬件开发基本上各种主控板是不能少的啦,以上是我用到的一些板子。如果楼主是入门基本上arduino就足够了。 


arduino 开发的初衷就是让设计师、艺术家能更简单的编程。常用的板子就是arduino uno啦,因为arduino本质上是在avr的单片机上封装了一层,从而不用你接触底层代码,直接调用函数所以开发变的相对简单,但是代价就是效率不如直接操作底层来的快。


举个例子就是中断函数,比如你在电路中要判断按钮是否按下就有2种方式,一种是循环用过一个while函数一直读定义端口的电平状态(就像你要看今天有没有快递来送货,每隔一分钟就跑到门口看一下),或者用中断,简单的理解就是按钮一按下mcu就这收到信号执行相应的处理函数(还是等快递,但是这次你装了个没门铃,在等待的时候你就可以做爱做的事啦,手动滑稽)。两种方式的效率可想而知。


因为arduino是经过封装的,以arduino uno为例他有3路定时器0,1,2每一路可以相应的控制2路pwm输出,这时如果你要使用外部中断其封装函数是


attachInterrupt(中断通道, 中断函数, 触发方式); 那么3引脚就不能作为pwm输出了。如果你设计的电路很复杂那就要用更高级的mcu,或者直接以avr单片机的方式开发arduino。如果楼主已经有C语言的基础想要更进一步学习,我建议你使用stm32,飞思卡尔的单片机,资料教程都很全,像现在stm32f103的芯片主频可以达到72MHz,f4系列的芯片可以达到160MHz,相对与arduino uno 16Mhz的处理速度可谓是质的飞跃。

当然再进一步学下去你就会有需求自己做板子了,因为现有的开发板无论是再形状,还是核算成本上都不能满足你的要求。那么首要的一个设备就是电烙铁啦。

我现在用的是这款带热风枪和数显,某宝上一大堆,价格也很合理。然后万用表也是不能少的啦,如果你开发的硬件对输出信号频率有要求,你就需要一台示波器来监测。

电源也是个麻烦事因为单片机都是5v或者3.3v供电,有的驱动板(例如电机驱动板)需要12v供电,所以最好要买不同的开关电源或者一个调频电源。

再然后最好能有一套起子,斜口钳,镊子、然后就是老虎钳、热风枪、等等等等。。。。。所以最后你可能需要一个货架,like this(有点乱哈, 尴尬)


问: 还有啊,有时候做的出东西来,但是苦于没有外壳来装它。。。。这个大家都是怎么解决的?

答:这个问题最好的方法就是3D打印,所以你需要一台3D打印机!然后为了学习3d建模你可能还需要学习solidworkd、3dmax、CAD、cura 等等


问:同志们,有什么更好的办法吗?如果弄得差不多,大概需要花费多少钱?

答:花多少钱的话,我只能说量力吧!


最后祝各位想要、将要、已经入硬件开发的同学一定保持对硬件开发的爱好和热情,因为开发软件无非就熬几个夜bug就调通了。

要是搞硬件,你有的时候真不知道是不是硬件在搞你!

最后的最后分享一下用这些设备做的东西吧!


知乎作者:匿名用户

迷途知返,回头是岸。做电子的远不如做软件的来钱,投入大收益低。

我2012年至今玩电子,航模,花了约30万。所有设备装了19个60L的整理箱。至于3D打印机、CNC、电脑、固定翼飞机啥的装不进去另算。

唉,至于为啥匿名,因为我老婆也关注我了,她一直以为我那些设备花了不到10万呢。她要知道我为这些破烂错过了几年前买房,至今还在租房子,还不知要怎么修理我。

-- 2017-02-10 分割线 --

解释一下为何烧电子开发类设备是个无底洞,如何一步步滑向深渊。

arduino入门是比较简单的,入门后想要做更深入一点的东西就开始成了问题。比如想做更多各种类型的小玩意,就会发现买UNO不太划算,于是开始买MINI PRO,以及自己买FT232或者CP2102的编程器。这东西买了倒是不贵,但编程口就不再统一了。每次要烧写都需要很麻烦的重新接线看映射,一点都不智能。于是部分小朋友就走向了自己设计PCB,以及提供自己标准SPI编程口的尝试。我为此自己做过4个USBASP编程器,前3个还是在洞洞板上做的。

自己做起PCB就涉及到制造方法。自己DIY的方法就是热转印和感光板两种。热转印意味着自己要买转印机和激光打印机,这两项一千多就出去了。耗材还涉及到腐蚀剂和热转印纸,倒是不太花钱。感光板法需要用喷墨打印机和紫外线灯,两项加一起也要一千左右,耗材种类略多。但无论如何打印机的体积是很大的。

焊接方面也有一些坑。早期我用内热式烙铁。但后来因为需要焊一些散热能力很好的接插件而买了大功率的外热式烙铁。这两类烙铁都存在几十秒到几分钟的氧化问题,氧化以后必须用一些办法来擦掉氧化物,否则无法沾锡。于是后来买了可调温烙铁,直到现在用936焊台,配备N个烙铁头,用铁丝球擦烙铁。焊锡也有讲究,早期无非是普通焊锡,后来考虑到家里有孩子就开始启用无铅焊锡,以及配上排风的设备。

arduino本身编程很方便才发展至今,但论性能,还是有太多的地方扛不住。GPIO的频率,ADC采样速度,没有DMA,没有USB口之类的。使得稍微高端点的事情就不好做了。于是考虑到做更多事情,我就开始学了STM32。而STM32是没有DIP封装的,就算以前拿AVR可以买DIP+洞洞板对付,到了STM32也抛不掉做PCB了。而且一旦做了PCB就跑不了用上各类贴片元件。用上贴片元件后,自己能做的事情得到了很大程度的扩充,毕竟有太多的芯片只有贴片的。于是结果就是我现在有大约15公斤的直插器件,10公斤多的各类贴片元器件。近20公斤的各类接插件和开关。各类模块加一起也有10公斤以上了。

继续向上攀,要做更多事,就会再次遇到速度的问题。有些协议的时钟频率是很高的,而手头的芯片却未必能带有对应的外设来存储。比如我想要做4路BT656视频的采集时,比如想做16路音频I2S采集时,还涉及到同步的要求。此时FPGA就成了近乎唯一的选择。我一直没有点FPGA的技能树,毕竟实在无力越陷越深。

除了采集以外,输出也有若干讲究。各类电动机,尤其是X宝上很多拆机电机,可以激发你想做很多好玩的东西,于是新的陷阱就打开了。有刷电机、无刷电机、步进电机、减速电机、带丝杆的、带驱动的。几十公斤……

电机的驱动也有学问。L298N之类的我就不想多吐槽了,效率还没有自己用晶体三极管搭建的H桥好。于是心中的小宇宙再次燃起。MOS管H桥在向你召唤,为了更好的一致性,全N管H桥更好。自己再用1N5189做倍压整流。更厚铜箔的PCB来跑大电流应用。无刷电机的ESC死贵,再考虑自己DIY个无刷电调之类的。单这事耗尽你一年的业余时间是不难的。

单单用无OS的控制器能做的事情有限。于是各种带Linux的开发板在向你召唤。树莓派1B我买了8个,1B+买了3个,2B+买了5个,3B+买了1个。Cubieboard1代加上给公司买了40+个。Cubieboard2有3个,CubieTruck有1个。OrangePi全系列买了不到10个。为了能更好的利用上整个开发板的各类功能,比如之前提到的BT656视频采集,我那总支出里还包括6万用来找一个工程师帮我调试CubieBoard的CSI摄像头驱动。其他模块也找过一些外包。这期间也发现了树莓派1代的USB接口芯片问题导致了无法跑满USB2.0的480Mbps带宽。

实在一言难尽,越写越伤心,先到这里吧。


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