לאחרונה קיבלתי לבדיקה שני קיטים (מתוך חמישה) שנקנו במזרח הרחוק. כל קיט כולל מיקרו-בקר ATmega328P-PU עם Bootloader צרוב מראש של ארדואינו Uno, תושבת, מתנד גביש 16MHz עם שני קבלים קרמיים מתאימים, וכן מייצב מתח 7805 סטנדרטי עם שני קבלים אלקטרוליטיים לייצוב הכניסה והיציאה. הקונה לא הצליח לגרום לכל אלה לעבוד כ"ארדואינו על מטריצה". אז איפה הבעיה?

1. בדיקה ויזואלית

לפני הכל, פשוט מסתכלים על הרכיבים כדי לראות אם התוויות הגיוניות, ואם יש בהם פגמים פיזיים ניכרים לעין. המיקרו-בקר נושא כיתוב נכון. על המתנד כתוב 16.000 (במארזים כאלה, למיטב ידיעתי, המספרים הם תמיד במגהרץ), שזה גם בסדר גמור, ועל הקבלים שלו הכיתוב 223 שזה 22nF (הנה טבלה). א-הה! למיקרו-בקר הזה דרושים קבלים למתנד בערך של 22pF, עשרים ושניים פיקו-פאראד (שמסומנים בדרך כלל כ"22"), לא 22nF בנאנו-פאראד! בדף המוצר היה כתוב בבירור 22pF, אבל בפועל הגיעו קבלים עם קיבולת גדולה פי אלף. פלא שזה לא עובד?

האשם בבעיה נמצא, לפחות לכאורה, וכדי לוודא זאת אפשר לבנות את המעגל השלם ולבדוק אותו עם הקבלים האלה ועם קבלים בדוקים בערך הנכון. עם זאת, מכיוון שזהו פוסט חינוכי, נמשיך בבדיקה מסודרת. הכיתוב על מייצב המתח תקין, על הקבלים שלו אין פגמים נראים לעין, והערכים שלהם (0.33uF ו-0.1uF) הם הדרושים לפי ה-Datasheet לכניסה וליציאה, בהתאמה. מצוין.

על התושבת לא הסתכלתי כי בעבודה עם מטריצה לא משתמשים בה – יש לה רגליים קצרות מאד שמיועדות להלחמה בלבד.

2. המיקרו-בקר

מכאן והלאה אנחנו מתחילים לעבוד בשיטת "הפרד ומשול": בדיקה של האלמנטים כל אחד בנפרד, כאשר כל מה שמסביב לו בדוק ומבוקר. למה? כי אם נבדוק את כולם ביחד או בקבוצות (למשל על ידי הרכבת המעגל השלם), מספיק שאחד מהם ייכשל וכל המערכת תקרוס בלי לקדם אותנו בכלל לפתרון.

המיקרו-בקר הוא הרכיב הבודד היקר והמורכב ביותר בקיט, ולכן נתחיל בו. ניקח לוח ארדואינו Uno תקין עם ג'וק מאותו הסוג ונחליף בין הג'וקים (זו אחת הסיבות שאני אוהב את דגמי הארדואינו עם הג'וקים במארז DIP הגדול, ולא ה-SMD הקטן והשטוח). העלאת קוד Blink עובדת? עובדת. הג'וק תקין.

3. מייצב המתח והקבלים שלו

קל מאד לוודא שמייצב המתח תקין: מחברים את רגלי הכניסה והאדמה שלו למקור מתח מתאים (גבוה ב-2.5V לפחות, שזה ה-Dropout voltage המרבי לפי ה-Datasheet, ממתח היציאה שאמור להיות 5V) ומודדים עם מולטימטר מה יש ביציאה. הוספתי נורית LED ונגד כדי לראות שהמייצב עומד גם בעומס קטן. המתח שהתקבל הוא 5.05V. סבבה.

בשלב זה, המתח ביציאה עלול להיות לא כל כך יציב (תנודות מהירות מכדי שייראו במולטימטר) וכאן נכנסים הקבלים האלקטרוליטיים לתמונה. הוספתי אותם והשתמשתי במעגל כדי להזין את לוח הארדואינו משלב 2 ישירות לפינים GND ו-5V. עובד. מי שרוצה לחקור את הנושא יותר ברצינות ולעומק יכול להיעזר בסקופ ולבחון את יציבות המתח עם ובלי הקבלים.

4. המתנד

עכשיו, כשיש לי מעגל ייצוב מתח תקין על המטריצה ומיקרו-בקר תקין עם קוד Blink עליו, חיברתי אותם יחד לפי אחד ממתכוני הארדואינו Standalone המינימליסטיים שברשת. צירפתי למעגל את המתנד מהקיט, אבל לא עם הקבלים מהקיט אלא שניים משלי, בערך הנכון של 22pF. למען האמת, גם הקבלים שלי הגיעו מהמזרח הרחוק ולא בטוח שהם מדויקים לגמרי… אבל הם עמדו במבחן התוצאה ונורית ה-LED הבהבה בקצב נכון. מתנד הגביש תקין.

5. הקבלים

והנה, כצפוי, הגענו לסוף הטרגי שחזינו כבר במערכה הראשונה. אך לפני כן, מה לדעתכם קורה למערכת הזו כששולפים החוצה את הקבלים התקינים? כלום. הריצה של Blink, בכל אופן, ממשיכה בלי שום תקלה. הסיבה לכך היא ככל הנראה הקיבול ה"פרזיטי" הטבעי של חלקי המתכת שבתוך שורות המטריצה – קיבול שעושה צרות נוראיות כשמנסים לבנות על מטריצה מעגלים רגישים במיוחד, שעובדים בתדרים גבוהים.

אבל כשמחברים את הקבלים מהקיט, עם קיבולת גבוהה פי אלף מהרצוי, זה כבר יותר מדי. השעון נתקע. זהו.

6. מסקנות

כשהתחלתי לכתוב את הפוסט הזה, במקביל לבדיקה, הכוונה היתה להראות איך אפשר בעזרת בדיקה מתודולוגית לזהות רכיב תקול במהירות יחסית ובוודאות. בסופו של דבר קיבלנו באותו מחיר לקח נוסף: שאם מתחילים את הבדיקה במקום הנכון, התהליך מתקצר עוד יותר. השתמשו בעיניים! 🙂