[자작 Arduino Uno 제작] 자작 Arduino Uno 제작 개요

- 제작 환경

KiCAD Verson 9.0.3

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1. 서론

  저는 전자공학 전공자는 아니지만, 임베디드 관련 공부를 하면서 전자에 대한 기본 지식을 갖추었다고 생각합니다. 이러한 지식을 바탕으로 제가 할 수 있는 간단한 프로젝트로 Arduino UNO를 직접 KiCAD로 회로 설계하고 제작하기로 하였습니다. 그 이유는 Arduino Uno R3 버전의 회로도가 공개되어 있어 새로운 회로를 설계할 필요가 없고, MCU와 관련된 주변 회로를 공부하기 위함입니다.

 

공식 Arduino Uno 회로도)

https://www.arduino.cc/en/uploads/Main/Arduino_Uno_Rev3-schematic.pdf

 

2. 개발 과정

2.1. 제작 툴 선정

  제작 툴은 KiCAD로 선정하였습니다. 가장 큰 이유는 "무료" 이기 때문입니다. 다른 제작 툴로 이미 산업현장에서 많이 사용하는 cadence사의 "OrCAD", Altium사의 "Altium Design"이 있지만 개인이 사용하기에는 너무 가격이 부담이되어 어쩔수 없이 KiCAD를 사용할 수 밖에 없습니다. 그리고 Arduino Uno를 개발하는데 충분한 기능이 있으며 커뮤니티가 나름 활성화되어 있어 관련 정보를 찾기 쉽습니다.

2.2. 회로 설계

  PCB를 디자인하기 전에 먼저 각 기능별로 회로를 개념적으로 그리는 과정이 필요합니다. 이를 통해 기능을 구현하기 위한 회로에 대해 직관적으로 설계가 가능하며 회로에 이상이 없는지 확인이 가능합니다. 또한 회로 설계를 하면서 BOM이 작성하여 어떠한 부품을 사용할지 선정합니다.

  그리고 OrCAD의 경우는 PSpice를 통해 완성된 회로가 실제 작동하는지 시뮬레이션이 가능한 것으로 알고 있습니다.

2.3. PCB 디자인

   회로 설계가 끝났다는 것은 회로에 이상이 없음을 확인하였으며 PCB를 디자인할 준비가 완료되었다는 것 입니다. PCB를 설계할 때는 실제 물리적인 요인들을 고려하며 디자인해야 하며 디자인 결과에 따라 제작 비용 및 제품의 퀄리티가 결정됩니다. 아무리 회로 설계에 이상이 없더라도 전류를 고려하지 않고 Track를 좁게 한 경우 열이 발생해 화재나 화상이 발생할 수 있으니 조심해야합니다. 

3. 결론

  이 프로젝트의 목적은 공개적으로 회로가 공개된 Arduino Uno R3 버전을 제작하면서 KiCAD의 사용 방법을 숙지하기 위함입니다. 더 나아가 FreeCAD에 완성된 제품을 3D 모델로 변환하여 맞춤 케이스 제작도 가능할 것입니다. AVR MCU의 경우는 주변 회로 없이 전압만 인가하면 사용 가능할 정도로 단순한 MCU입니다. 이번 프로젝트를 기회로 STM32 및 ESP32 MCU에 대해서도 회로설계를 통해 맞춤 제작 가능한 기술을 터득가능할 것입니다.