Породившая холивар в комментариях. Многие сторонники Ардуины, по их словам, хотят просто чего-то собрать типа мигающих светодиодов с целью разнообразить свой досуг и поиграться. При этом они не хотят возиться с травлением плат и пайкой. Как одну из альтернатив товарищ упомянул конструктор «Знаток», но его возможности ограничены набором деталей, входящих в комплект, да и конструктор все же детский. Я же хочу предложить другую альтернативу - так называемый Breadboard, макетная плата для монтажа без использования пайки.
Осторожно, много фоток.
Что это такое и с чем его едят
Основное назначение такой платы - конструирование и отладка прототипов различных устройств. Состоит данное устройство из отверстий-гнезд с шагом 2,54мм (0,1 дюйма), именно с таким (либо кратным ему) шагом располагаются выводы на большинстве современных радиодеталей (SMD-не в счет). Макетные платы бывают различных размеров, но в большинстве случаев они состоят из вот таких одинаковых блоков:Схема электрических соединений гнезд изображена на правом рисунке: пять отверстий с каждой стороны, в каждом из рядов(в данном случае 30) электрически соединены между собой. Слева и справа находится по две линии питания: здесь все отверстия в столбце соединены между собой. Прорезь по средине предназначена для установки и удобного извлечения микросхем в DIP-корпусах. Для сборки схемы в отверстия вставляются радиодетали и перемычки, так как мне плата досталась без заводских перемычек - я их делал из металлических канцелярских скрепок, а маленькие(для соединения соседних гнезд) из скоб для степлера.
Может показаться, что чем больше плата - тем больше её функциональность, это не совсем так. Весьма малый шанс что кто-то (особенно из начинающих) будет собирать устройство, которое займет все сегменты платы, вот несколько устройств одновременно - это да. Например здесь я собрал электронное зажигание на микроконтроллере, мультивибратор на транзисторах и генератор частоты для LC-метра:
Ну и что можно с этим сделать?
Чтобы оправдать название статьи, я приведу несколько устройств. Описание того, что и куда нужно вставлять будет на изображениях.Неободимые детали
Для того, чтобы собрать одну из описанных ниже схем понадобится сама макетная плата типа Breadboard и набор перемычек. Кроме того желательно иметь подходящий источник питания, в простейшем случае - батарейка(-ки), для удобства её(их) подключения рекомендуется использовать специальный контейнер. Можно использовать и блок питания, но в этом случае нужно быть осторожным и постараться ничего не сжечь, так как БП стоит гораздо дороже батареек. Остальные детали будут приведены в описании самой схемы.
Подключение светодиода
Одна из простейших конструкций. На принципиальных схемах изображается так:
Из деталей понадобятся: маломощный светодиод, любой резистор на 300Ом-1кОм и источник питания на 4,5-5В. В моем случае резистор мощный советский(первый попавшийся под руку) на 430Ом (о чем свидетельствует надпись К43 на самом резисторе), а в качестве источника питания - 3 пальчиковых (типа АА) батарейки в контейнере: итого 1,5В*3 = 4,5В.
На плате это выглядит вот так:
Батарейки подключены к красной(+) и черной(-) клеммам от которых тянутся перемычки к линиям питания. Затем от минусовой линии к гнездам №18 подключен резистор, с другой стороны к этим же гнездам катодом(короткой ножкой) подключен светодиод. Анод светодиода подключен к плюсовой линии. Вдаваться в принцип действия схемы и объяснять закон Ома я не буду - если хочется просто поиграться, то это и не нужно, а если все же интересно, то можно и у .
Линейный стабилизатор напряжения
Может это и достаточно резкий переход - от светодиода к микросхемам, но в плане реализации я не вижу никаких сложностей.Итак, существует такая микросхемка LM7805 (или просто 7805), ей на вход подается любое напряжение от 7,5В до 25В, а на выходе получаем 5В. Есть и другие, например, микросхема 7812 - 12В. Вот такая у неё схема включения:
Конденсаторы используются для стабилизации напряжения и при желании их можно не ставить. Вот так это выглядит в жизни:
И крупным планом:
Нумерация выводов микросхемы идет слева направо, если смотреть на нее со стороны маркировки. На фото нумерация выводов микросхемы совпадает с нумерацией разъемов брэдборда. Красная клемма(+) подключена к 1-й ноге микросхемы - вход. Черная клемма(-) напрямую подключена к минусовой линии питания. Средняя ножка микросхемы(Общий, GND) также подключается к минусовой линии, а 3-я ножка (Выход) к плюсовой линии. Теперь, если подать на клеммы напряжение 12В, на линиях питания должно быть 5В. Если нету источника питания на 12В, можно взять 9В батарейку типа «Крона» и подключить её через специальный разъем, изображенный на фотографии выше. Я использовал блок питания на 12В:
Вне зависимости от значения входного напряжения, если оно лежит в указанных выше пределах - выходное напряжение будет 5В:
В завершение, добавим конденсаторы, чтобы все было по правилам:
Генератор импульсов на логических элементах
А теперь пример использования уже другой микросхемы, при чем не в самом стандартном её применении. Используется микросхема 74HC00 или 74HCТ00, в зависимости от фирмы-производителя перед названием и после него могут стоять различные буквы. Отечественный аналог - К155ЛА3. Внутри этой микросхемы 4 логических элемента «И-НЕ» (англ. «NAND»), у каждого из элементов по два входа, замкнув их между собой получим элемент «НЕ». Но в данном случае логические элементы будут использоваться в «аналоговом режиме». Схема генератора такая:
Элементы DA1.1 и DA1.2 генерируют сигнал, а DA1.3 и DA1.4 - формируют четкие прямоугольники. Частота генератора определяется номиналами конденсатора и резистора и вычисляется по формуле: f=1/(2RC). К выходу генератора подключаем любой динамик. Если взять резистор на 5,6кОм и конденсатор на 33нФ получим примерно 2,7кГц - эдакий пищащий звук. Вот так это выглядит:
На верхние по фотографии линии питания подключено 5В с собранного ранее стабилизатора напряжения. Для удобства сборки приведу словесное описание соединений. Левая половинка сегмента(нижняя на фото):
Конденсатор установлен в гнезда №1 и №6;
Резистор - №1 и №5;
№1 и №2;
№3 и №4;
№4 и №5;
№2 и №3;
№3 и №7;
№5 и №6;
№1 и «плюс» питания;
№4 и «плюс» динамика;
Кроме того:
микросхема устанавливается так, как на фото - первая ножка в первый разъем левой половинки. Первую ножку микросхемы можно определить по так называемому ключу - кружочку(как на фото) либо полукруглому вырезу в торце. Остальные ноги ИМС в DIP-корпусах нумеруются против часовой стрелки.
Если все собрано правильно - при подаче питания динамик должен запищать. Изменяя номиналы резистора и конденсатора можно проследить за изменениями частоты, но при сильно большом сопротивлении и/или слишком малой емкости схема работать не будет.
Теперь изменим номинал резистора на 180кОм, а конденсатор на 1мкФ - получим клацающе-тикающий звук. Заменим динамик на светодиод подключив анод (длинная ножка) к 4 разъему правой половики, а катод через резистор 300Ом-1кОм к минусу питания, получим мигающий светодиод, который выглядит вот так:
А теперь добавим еще один такой же генератор так, чтобы получилась такая схема:
Генератор на DA1 генерит низкочастотный сигнал ~3Гц, DA2.1 - DA2.3 - высокочастотный ~2,7кГц, DA2.4 - модулятор , который их смешивает. Вот такая должна получится конструкция:
Описание подключений:
Левая половинка сегмента(нижняя на фото):
Конденсатор С1 установлен в гнезда №1 и №6;
Конденсатор С2 - №11 и №16;
Резистор R1 - №1 и №5;
Резистор R2 - №11 и №15;
Перемычки установлены между следующими гнездами:
№1 и №2;
№3 и №4;
№4 и №5;
№11 и №12;
№13 и №14;
№14 и №15;
№7 и минусовой линией питания.
№17 и минусовой линией питания.
Правая половинка сегмента(верхняя на фото):
перемычки установлены между следующими гнездами:
№2 и №3;
№3 и №7;
№5 и №6;
№4 и №15;
№12 и №13;
№12(13) и №17;
№1 и «плюс» питания;
№11 и «плюс» питания;
№14 и «плюс» динамика;
Кроме того:
перемычки между разъемами №6 левой и правой половинок;
перемычки между разъемами №16 левой и правой половинок;
- между левой и правой «минусовыми» линиями;
- между минусом питания и "-" динамика;
микросхема DA1 устанавливается так же, как и в предыдущем случае - первая ножка в первый разъем левой половинки. Вторая микросхема - первой ножкой в разъем №11.
Если все сделать правильно, то при подаче питания динамик начнет издавать по три пика каждую секунду. Если в те же разъемы(параллельно) подключить светодиод, соблюдая полярность, получится такой девайс, напоминающий по звукам крутые электронные штуковины из не менее крутых боевиков:
Мультивибратор на транзисторах
Данная схемка - скорее дань традициям так как в былые времена почти каждый начинающий радиолюбитель собирал подобную.
Для того, чтобы собрать подобную понадобятся 2 транзистора BC547, 2 резистора на 1,2кОм, 2 резистора на 310Ом, 2 электролитических конденсатора на 22мкФ и два светодиода. Емкости и сопротивления необязательно соблюдать точно, но желательно чтобы в схеме было по два одинаковых номинала.
На плате устройство выглядит следующим образом:
Цоколевка транзистора следующая:
B(Б)-база, C(К)-коллектор, E(Э)-эмиттер.
У конденсаторов минусовый выход подписан на корпусе (в советских конденсаторах подписывался "+").
Описание подключений
Вся схема собрана на одной (левой) половинке сегмента.
Резистор R1 - №11 и "+";
резистор R2 - №19 и "+";
резистор R3 - №9 и №3;
резистор R4 - №21 и №25;
транзистор Т2 - эмиттер -№7, база - №8, коллектор - №9;
транзистор Т1 - эмиттер -№23, база - №22, коллектор - №21;
конденсатор С1 - минус - №11, плюс - №9;
конденсатор С2 - минус - №19, плюс - №21;
светодиод LED1 - катод-№3, анод-"+";
светодиод LED1 - катод-№25, анод-"+";
перемычки:
№8 - №19;
№11 - №22;
№7 - "-";
№23 - "-";
При подаче напряжения 4,5-12В на линии питания должно получится примерно такое:
В заключение
В первую очередь статья ориентирована на тех, кто хочет «поиграться», поэтому я не приводил описаний принципов работы схем, физических законов и пр. Если кто задастся вопросом «а почему же оно мигает?» - в интернете можно найти кучи объяснений с анимациями и прочими красивостями. Кто-то может сказать что брэдборд не подходит для составления сложных схем, но а как насчет этого:
а бывают и еще более страшные конструкции. По поводу возможного плохого контакта - при использовании деталей с нормальными ножками вероятность плохого контакта очень мала, у меня такое случалось всего пару раз. Вообще подобные платы уже всплывали здесь несколько раз, но как часть устройства построенного на Ардуино. Честно говоря, я не понимаю конструкции типа этой:
Зачем вообще нужно Ардуино, если можно взять программатор, прошить им контроллер в DIP-корпусе и установить его в плату, получив более дешевое, компактное и портативное устройство.
Да, на breadboard нельзя собрать некоторые аналоговые схемы чувствительные к сопротивлению и топологии проводников, но они попадаются не так уж часто, тем более среди новичков. А вот для цифровых схем здесь почти нет никаких ограничений.
В этом видео уроке рассказывается о том, что такое беспаечные макетные платы и для чего они используются. Это необходимый инструмент не только для новичков но и для опытных пользователей платформы Ардуино.
Купить макетные платы
Купить беспаечные макетные платы можно в магазине радиодеталей, на радиорынке или интернет магазине. Но самый выгодный вариант это конечно Алиекспрес. Там есть огромный выбор макетных плат,
а так же не высокие цены. Но нужно быть внимательным и покупать только у надежных продавцов. Ниже приведены ссылки на алиекспрес:
Макетная плата (BreadBord)
Беспаечные макетные платы очень удобны в обучении Arduino и прототипировании своих проектов. Благодаря этим платам можно собирать достаточно сложные схемы и при этом даже не брать в руки паяльник. Вы просто вставляете элементы схемы в отверстия макетной платы и все работает. Простые проекты можно сделать даже без использования проводов. Это сильно ускоряет процесс обучения или создания прототипа вашего устройства.
Вы можете собрать один проект, потом разобрать и собрать уже другой. Вам не нужны для этого паяльник и расходные материалы. Так же перед изготовлением полноценного устройства, лучше собрать его макет на беспаечной макетной плате. Это может выявить недочеты в схеме. Так же поможет написать прошивку, так как мы можете использовать светодиоды для отладки. Только после того как вы соберете прототип, напишите прошивку и убедитесь, что все работает так как вы и задумывали, можете собирать конечный вариант вашего устройства.
Как пользоваться макетной платой
Очень просто! Главное запомнить как соединены отверстия макетки. Там все просто и понятно. По краям идут горизонтальные линии питания, обычно они помечены синим и красным цветами для удобства. А посередине идет множество вертикально соединенных линий по 5 точек. На изображении ниже видно распиновку макетной платы.
Всем привет. Сегодня мы поговорим о беспаечной макетной плате или о breadboard , как называют её буржуи. Данная плата, если можно так выразится, входит в список обязательных инструментов, что должны быть у электронщика (будь то юный мозгочинчик, что только делает первые неуверенные шажки или прожженный и повидавший жизнь мозгочин).
Знания о том, какие бывают макетные платы, как и где применяют такие инструменты, помогут вам при разработке и наладке собственных проектов различных электронных самоделок .
Первые платы выглядели так:
На основу крепились металлические стойки, на которые в последствии закреплялись (просто наматывались) провода и контактные выводы элементов.
Хорошо, что технический прогресс не стоит на месте – ведь благодаря его влиянию мы можем пользоваться вот такими замечательными инструментами.
В противовес беспаечной макетной плате можно выставить вот такие (они значительно дешевле и изготавливаются исходя из необходимых параметров).
Однако при монтаже на беспаечной плате вам не понадобится паяльник/припой. Кроме этого вы избежите трудностей связанных с распайкой деталей по поверхности платы.
Правилом хорошего тона, да и здравого смысла, всегда было и остается прототипирование электронных схем. Важно знать, как поведёт себя устройство при тех или иных определенных параметрах, до сборки готового устройства.
Кроме этого с помощью беспаечной платы можно производить проверку работоспособности новый компонентов и радиодеталей.
Рассмотрим строение беспаечной платы
Посмотрим на рисунок платы. Она состоит из рядов металлических пластин (рельсов).
Рельса в свою очередь состоят из зажимов, в которые и происходит установка «ножек» радиодеталей. Все 5 отверстий в ряду соединены воедино.
Теперь обратим наш взор на две вертикальные/горизонтальные полосы (зависит в каком положении смотреть), что расположены отдельно (по краям) – это пластины питания. Все гнезда одной длинной пластины соединены друг с другом.
Центральный паз изолирует стороны платы. Ширина данной полосы закреплена стандартом. Она позволяет устанавливать DIP-микросхемы таким образом, чтобы каждый вывод был установлен в отдельную рельсу и позволял подключит до 4 внешних выводов.
На платах нанесены буквенные и цифровые последовательности. Данные обозначения помогают ориентироваться при монтаже компонентов, чтобы исключить ошибочное подключение (что может закончится неработоспособностью схемы или выходом из строя отдельных деталей).
Также выпускают платы, которые изготавливаются на отдельных подставках со специальными прижимными клеммами. Они используются для подключения источника питания к плате.
Если вы обратили внимание на некоторых платах есть специальные пазы и выступы (они расположены по бокам). С их помощью можно объединять платы и создавать рабочую поверхность любого размера.
Также на некоторых платах на задней части нанесена самоклеющаяся основа.
На рисунке представлен способ «запитки» платы от Arduino.
Если же вам в руки попала плата с клеммами для подачи питания, необходимо подключить их к линиям на макетной плате с помощью проводников (джамперов). Клеммы не связаны ни с одной линией. Чтобы подключить провод к клемме, снимите (открутите) пластиковый колпачок и расположите конец провода в отверстие. Установите колпачок обратно. Обычно используются две клеммы: для питания и для земли.
Теперь дело осталось за малым, подключаем внешний источник питания. Это можно сделать с помощью:
- джамперов;
- «крокодилов» или обычных проводов;
- модулей-стабилизаторов питания, что выпускаются под беспаечные платы.
Спасибо за внимание. Продолжение следует 🙂
Изготовить печатную плату в домашних условиях настолько просто, что об этом даже смешно говорить. Достаточно напечатать на лазерном принтере картинку с проводниками, а потом пригладить к заготовке будущей платы утюгом. Остается только размочить бумагу водой и протравить плату в травящем растворе.
Технология настолько хороша и, можно сказать, ленива, что даже при изготовлении лишь одного экземпляра делается печатная плата. Хотя печатные платы по сравнению с навесным монтажом никаких преимуществ не имеют, если не требуется изготовление нескольких экземпляров одного и того же устройства.
Но, перед тем, как собирать печатную плату схему чаще всего собирают на макете. В простейшем случае на куске текстолита, фанеры или плотного картона по краям укрепляются шины питания, сделанные из луженого провода диаметром не менее 1 мм, чтобы механическая прочность монтажа была достаточной. К шинам питания припаивается все, что должно с ними соединяться, а остальные соединения делаются за счет выводов деталей.
Собрать такую макетную схему это целое искусство. Некоторым специалистам удавалось собирать на подобной плате схемы из двадцати и более корпусов микросхем в корпусах типа DIP - 14. При этом к шинам питания припаиваются выводы, или как теперь говорят на иностранный манер, пины (от англ. pin) 7 и 14, а все остальные соединения делаются монтажным изолированным проводом подходящего диаметра. Кроме шин питания можно установить дополнительные контактные площадки в виде отрезков провода, вставленных в отверстия платы.
Но способы такого макетирования иногда приводили к плачевным результатам. В результате многочисленных перепаек выводы у деталей просто пережигались и отваливались. К дальнейшему использованию такие детали были просто непригодны. Подобных ситуаций позволяют избежать современные беспаечные макетные платы . Что же это такое, и с чем его едят? Давайте, попробуем в этом разобраться.
Беспаечные макетные платы - это незаменимая вещь для опытов с электронной техникой. По-английски она называется breadboard, что переводится как макетная плата для удобства экспериментирования, макет электронной схемы (словарь «Мультитран»). Одна из таких плат показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Базовая беспаечная макетная плата.
При разработке электронных схем часто приходится идти по пути проб и ошибок. Даже, если схема не вот своя разработка, а просто повторение чужой конструкции, подчас требуется подбор режимов транзисторов и микросхем. Собранная схема требует частой замены деталей, что, согласитесь, при многократной пайке может привести к последствиям если не трагическим, то, во всяком случае, трудно исправимым.
Самодельные breadboard-ы. Можно ли на них сэкономить?
Некоторые энтузиасты до сих пор предлагают делать беспаечные макетные платы кустарным способом. Подобные описания можно найти в сети Интернет. Материалами для таких самопальных плат служат текстолит, жесть от консервных банок и заклепки.
Причем делается все это вручную или, как часто говорят, на коленке: нарезается на полоски жесть, изгибается определенным образом. После чего, опять же вручную, размечается текстолитовая пластина, в ней сверлятся отверстия. Затем приклепываются самодельные контакты. (На фирменных макетных платах контакты делаются из пружинящих металлов, о чем будет сказано ниже.) Надежность и долговечность такой конструкции будет не самая высокая.
Опять же, как и в некоторых других случаях, не учитывается время собственной работы. А при этом, если пройтись, хотя бы по интернет - магазинам можно убедиться, что стоимость макетных плат не слишком и велика. Например, стоимость платы показанной на рисунке 1, около 10 долларов, или около 300 с небольшим рублей.
Конечно, бывают платы и больших размеров, и естественно их стоимость увеличивается. При покупках макетных плат на e-bay или алиэкспресс цена может оказаться еще меньше.
Какие бывают макетные платы, и как они устроены
Беспаечная макетная плата представляет собой пластмассовое основание, на верхней стороне которого расположены квадратные отверстия с шагом 2,54 мм или 0,1 дюйма. Именно такой шаг имеют выводы импортных микросхем. Эта величина в англоязычных странах имеет свое название: line линия, в данном случае мера длины.
Микросхемы отечественного производства имеют шаг выводов ровно 2,5 мм, ведь у нас система метрическая. Если корпус микросхемы не очень длинный, то такое несоответствие практически не заметно. Нетрудно подсчитать, что на десять выводов наберется разница в 0,4 мм, а если микросхема имеет 40 ног, (по двадцать с каждой стороны) то получается несоответствие уже в 0,8 мм, выводы приходится несколько раздвигать. Правда, отечественные микросхемы в таких больших корпусах в настоящее время совсем не применяются.
На рисунке 2 показан еще один вариант макетной платы. Она мало чем отличается от платы, показанной на рисунке 1, если не считать нумерации отверстий буквами и цифрами. Это достаточно удобно: если на принципиальной схеме возле паек проставить карандашиком их позиции на макетной плате, то в дальнейшем разобраться откуда что идет будет намного проще. (Иногда случается, что собранная наполовину схема лежит достаточно долго, и что до этого делалось, элементарно забывается.)
Рисунок 2. Беспаечная макетная плата
Между шинами питания расположены отверстия, также сгруппированные по 5 штук. Их соединение внутри платы показано на рисунке 3.
Рисунок 3. Устройство беспаечной макетной платы
А на рисунке 4 показана конструкция контактов.
Рисунок 4. Конструкция контактов беспаечной макетной платы
На боковых сторонах макетных плат имеются защелки, которые позволяют получать платы больших размеров. Такая плата показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Беспаечная макетная плата большого размра
На нижней поверхности платы имеется двухсторонний скотч, заклеенный вощеной бумагой. Если эту бумагу отклеить, то готовую плату можно прикрепить внутри какой-либо конструкции. Так делать вполне допустимо, если просто не хватает времени разработать и спаять настоящую печатную плату.
Надежность фирменных беспаечных плат достаточно высока, о чем можно судить по товарному ярлыку, показанному на рисунке 6.
Рисунок 6. Товарный ярлык на беспаечной макетной плате
Конечно, все написано по-английски, но примерно разобраться можно. Самая верхняя строка говорит о том, что перед нами беспаечная макетная плата с квадратными отверстиями в корпусе из пластика ABS, выпущенная китайской компанией EIC. На поверхности платы имеется цветная печать, означающая линии питания и нумерацию отверстий.
Плата рассчитана на работу при температуре до 84 о C. Контакты сделаны из фосфористой бронзы (именно она обладает хорошими пружинящими свойствами) и покрыты слоем никеля. Долговечность контактов 50 000 соединений, чего вполне достаточно на несколько лет работы. Диаметр вставляемых в отверстия выводов деталей и проводников находится в диапазоне 0,4…0,7 мм. (Вспомните самодельные контакты из жести от консервных банок).
Количество отверстий на плате 400, размеры платы 84*54 мм. Модель платы EIC-801. Для увеличения размеров плата позволяет присоединять дополнительные платы.
На рисунке 7 показана схема, собранная на макетной плате с использованием микросхем в DIP-корпусах.
Рисунок 7. Схема на макетной плате
Соединительные провода из старых телевизоров
Соединительные провода также продаются вместе с платами, иногда в виде наборов. Цена таких проводов почему-то достаточно большая, поэтому можно пользоваться просто отрезками монтажного провода подходящего диаметра или изготовить такие провода самостоятельно.
Проще всего для этих целей применить плоский шлейф от телевизоров серии 3УСЦТ. Помните, там из пластмассовых корпусов выходили штыревые контакты? Такие телевизоры давно уже выбрасывают на свалку, как морально и физически устаревшие. Такой шлейф показан на рисунке 8.
Рисунок 8. Шлейф от старой радиоаппаратуры
Показанный на фото разъем следует разобрать на отдельные проводки, на обратные концы также напаять такие же контакты, и . Все, наверно, этот процесс представляют, поэтому описывать его здесь не требуется.
Вот, вроде бы и все, что можно сказать по поводу использования беспаечных макетных плат. Но найдется очень внимательный читатель, который воскликнет: «Позвольте, а почему же ни слова не сказано о макетировании схем на SMD микросхемах?» и, пожалуй, будет прав. Ведь именно они с их многочисленными тонкими и не очень прочными выводами в первую очередь станут жертвами опытов с электричеством.
Для макетирования с этим типом компонентов следует применять платы-переходники, превращающие корпуса для SMD монтажа в корпуса DIP. Некоторые платы-переходники показаны на рисунках 9 - 10.
Рисунок 9.
Рисунок 10.
В следующей статье я поделюсь некоторыми секретами по использованию беспаечных макетных плат.
Breadboard (макетная (монтажная) беспаечная плата) – один из основных инструментов как для познающих основы схемотехники, так и для профессионалов.
В этой статье вы познакомитесь с тем, где и как использовать breadboard и какие они бывают. После ознакомления с приведенными основами, вы сможете собрать свою электросхему с использовнием макетной беспаечной платы.
Исторический экскурс
В начале 1960 создание прототипов микросхем выглядело примерно так:
На платформе устанавливались металлические стойки, на которые наматывались проводники. Процесс прототипирования был достаточно длительным и сложным. Но человечество не стоит на месте и был придуман более элегантный подход: Беспечные монтажные платы - breadboards!
Если знать, что bread переводится как хлеб, а board - доска, то одна из ассоциаций, которая может возникнуть при упоминании слова breadboard - это деревянная подставка, на которой нарезают хлеб (как на рисунке ниже). В принципе, вы недалеки от истины.
Так откуда появилось это название - breadboard? Много лет назад, когда электронные компоненты были большими и неуклюжими, многие "самодельщики" в своих "гаражах" собирали схемы с использованием подставок для нарезки хлеба (пример показан на рисунке ниже).
Постепенно электронные компоненты становились меньше и получилось свести прототипирование к использованию более ли менее стандартных проводников, коннекторов и микросхем. Подход несколько изменился, но название перекочевало.
Breadboard - это беспаечная монтажная плата. Это отличная платформа для разработки прототипов или временных электросхем, с использованием которой вам не понадобится паяльник и все связанные с этим проблемы и затраты времени на распайку.
Прототипирование (prototyping) - это процесс разработки и тестирования модели вашего будущего устройства. Если вы не знаете как будет себя вести ваше устройство при определенных заданных условиях, лучше сначала создать прототип и проверить его работоспособность.
Беспаечные монтажные платы используют как для создания простеньких электросхем, так и для сложных прототипов.
Еще одна сфера применения breadbord"ов - проверка новых деталей и компонентов - например, микросхем (ICs).
Как уже упоминалось выше, созданная вами электросхема вполне может меняться и в этом основное преимущество использования беспаечных монтажных плат. Например, в любой момент вы можете включить в схему дополнительный светодиод, который будет реагировать на те или иные условия в вашей цепи. На рисунке ниже показан пример электросхемы для проверки работоспособности чипа Atmega, который используется в платах Arduino Uno.
“Анатомия беспаечных монтажных плат”
Лучший способ объяснить как именно работает breadboard - выяснить как плата выглядит изнутри. Рассмотрим на примере миниатюрной платы.
На рисунке ниже показан breadboard, на котором снято основание на нижней части. Как вы видите, на плате установлены ряды металлических пластин.
Каждая металлическая пластина имеет вид, приведенный на рисунке ниже. То есть, это не просто пластина, а пластина с клипсами, которые прячутся в пластиковой части монтажной платы. Именно в эти клипсы вы подключаете ваши провода.
То есть, как только вы подключили проводник к одному из отверстий в отдельном ряде, этот контакт будет одновременно подключен и к остальным контактам в отдельном ряде.
Обратите внимание, что на одной рельсе пять клипс. Это общепринятый стандарт. Большинство беспаечных монтажных плат реализуются именно таким образом. То есть, вы можете подключить до пяти компонентов включительно к отдельной рельсе на breadboard"е и они будут связаны между собой. Но ведь на плате десять отверстий в ряде!? Почему мы ограничены пятью контактами? Вы, наверное, обратили внимание, что по центру монтажной платы есть отдельная рельса без пинов? Эта рельса изолирует пластины друг от друга. Зачем это делается, мы разберем немного позже. Сейчас важно запомнить, что рельсы изолированы друг от друга и мы ограничены пятью связанными контактами, а не десятью.
На рисунке ниже показан светодиод, установленный на беспаечную монтажную плату. Обратите внимание, что две ноги светодиода установлены на изолированных параллельных рельсах. В результате не будет замыкания контактов.
Давайте теперь рассмотрим breadboard больших размеров. На таких платах, как правило, предусматривают две вертикально расположенные рельсы. Так называемые рельсы для питания.
Эти рельсы аналогичны по исполнению с горизонтальными, но при этом соединены друг с другом по всей длине. При разработке проекта вам часто необходимо питание для многих компонентов. Именно эти рельсы используются для питания. Обычно их отмечают "+" и "-" и двумя разными цветами - красным и голубым. Как правило, рельсы соединяют между собой, чтобы получить одинаковое питание по обоим сторонам макетки (смотрите на рисунке ниже). Кстати, нет необходимости подключать плюс именно к рельсе с обозначением "+", это исключительно подсказка, которая поможет вам структурировать ваш проект.
Центральная рельса без контактов (для DIP-микросхем)
Центральная рельса без контактов изолирует две стороны беспаечной монтажной платы. Помимо изоляции, эта рельса выполняет вторую важную функцию. Большинство микросхем (ICs), изготавливаются в стандартных размерах. Для того, чтобы они занимали минимум места на монтажной плате, используется специальный форм-фактор под названием Dual in-line Package, или сокращенно - DIP.
У DIP-микросхем контакты расположены по двум сторонам и отлично садятся на две рельсы по центру breadboard"а. Именно в этом случае изоляция контактов - отличный вариант, который позволяет сделать разводку каждого контакта микросхемы на отдельную рельсу с пятью контактами.
На рисунке ниже показана установка двух DIP микросхем. Сверху - LM358, ниже - микроконтроллер ATMega328, который используется во многих платах Arduino .
Строки и столбцы (горизонтальные и вертикальные рельсы)
Наверняка вы обращали внимание, что на беспаечных монтажных платах нанесены числа и буквы возле строк (горизонтальных рельс) и столбцов (вертикальных рельс). Эти обозначения нанесены исключительно для удобства. Прототипы ваших устройств очень быстро обрастают дополнительными компонентами, а одна ошибка в подключении приводит к неработоспособности электрической схемы или даже к выходу из строя отдельных компонентов. Гораздо проще подключить контакт к рельсе, которая отмечена цифрой и буквой, чем отсчитывать контакты "на глаз".
Кроме того, во многих инструкциях номера рельс тоже указываются, что значительно облегчает сборку вашей схемы. Но не забывайте, что даже если вы используете инструкцию, номера контактов на макетке не обязаны совпадать!
Колки на макетках
Некоторые монтажные платы изготавливаются на отдельной подставке, на которой установлены специальные колки. Эти колки используются для подключения источника питания к вашему breadboard "у. Более детально подобные макетки рассмотрены ниже.
Другие фичи
Когда вы разрабатываете электрическую схему, не обязательно ограничиваться одним breadboard "ом. На многих монтажных платах предусмотрены специальные пазы и выступы по бокам. С помощью этих слотов, вы можете соединить несколько макеток и сформировать необходимое для вас рабочее пространство. На рисунке ниже показаны четыре мини breadboard "а, соединенных вместе.
На некоторых монтажных беспаечных платах предусмотрена самоклеющаяся основа на задней части. Очень полезная фича, если вы хотите надежно установить макетку на какой-то поверхности.
На некоторых больших макетках вертикальные рельсы, на которые подается питание, состоят из двух изолированных друг от друга частей. Очень удобно, если в вашем проекте надо два разных источника питания: например, 3.3 В и 5 В. Но надо быть предельно осторожным и перед использованием breadboard "а подключить один источник питания и проверить напряжение на двух концах вертикальной рельсы с помощью мультиметра.
Подаем питание на breadboard
Подавать питание на breadboard можно по разному.
Если вы работаете с Arduino, вы можете соединить пины 5 В (3.3 В) и Gnd с двумя разными рельсами макетки. На рисунке ниже показано подключение контакта Gnd с Arduino к рельсе мини макетной монтажной платы.
Как правило, Arduino запитывается от USB порта на компьютере или от внешнего источника питания, которые мы можем предать на рельсу макетки.
Монтажные беспаечные платы с колками
Выше уже упоминалось, что на некоторых монтажных платах устанавливают колки для подключения внешнего источника питания.
Для начала работы, необходимо подключить колки к рельсам на breadboard "е с помощью проводников. Колки не связаны ни с одной рельсой, что дает вам пространство для маневра: на какую именно рельсу подавать питание и землю.
Для подключения провода к колку, открутите пластиковый колпачок и поместите конец провода в отверстие (смотрите на фото ниже). После этого, закрутите колпачок обратно.
Как правило, вам будут необходимы два колка: для питания и для земли. Третий колок можно использовать, если вам понадобится альтернативный источник питания.
Колки соединены с рельсами, но это не конец. Теперь надо подключить внешний источник питания. Вариантов несколько.
Можно использовать специальные джеки, как это показано на фото ниже.
Можно использовать "крокодилов" и даже обычные проводники. Зависит исключительно от ваших предпочтений и деталей, которые есть у вас в наличии.
Один из достаточно универсальных вариантов - распаять контакты на джеке под ваш источник питания и подключить провода к колкам, как это показано ниже.
Можно использовать и специальные модули-стабилизаторы питания, которые выпускаются под беспаечные монтажные платы. Некоторые модули дают возможность запитывать макетку от USB порта, некоторые изготавливаются со стандартными джеками под блоки питания. На большинстве подобных модулей стабилизаторов питания предусмотрена регулировка напряжения. Например, можно выбрать напряжение, которое пойдет на рельсу: 3.3 В или 5 В. Один из вариантов подобных модулей регуляторов/стабилизаторов напряжения показан на рисунке ниже.
Простая электросхема с использованием беспаечной монтажной платы
Основы работы с беспаечной монтажной платой мы рассмотрели. Давайте рассмотрим пример простой электрической цепи, в которой будем использовать breadboard.
Ниже приведен список узлов, которые понадобятся для нашей цепи. Если у вас нет именно этих деталей, можете заменить их на аналогичные. Не забывайте: одну и ту же электрическую цепь можно собрать, используя разные компоненты.
- Breadboard
- Регулятор/стабилизатор напряжения
- Блок питания
- Светодиоды
- Резисторы на 330 Ом 1/6 Вт
- Коннекторы
- Тактовые кнопки (квадрат 12 мм)
Собираем электрическую цепь
Фотография собранной электрической цепи с использованием беспаечной монтажной платы приведена ниже. В проекте используются две кнопки, резисторы и светодиоды. Обратите внимание, что две аналогичные цепи собраны по разному.
Красная плата слева - стабилизатор напряжения, который обеспечивает питание 5 В на рельсах макетки.
Схема собирается следующим образом:
- К позитивной ноге (аноду) светодиода подключается питание 5 В от соответствующей рельсы breadboard "а.
- Отрицательная нога (катод) светодиода, подключена к резистору 330 Ом.
- Резистор подключен к тактовой кнопке.
- Когда кнопка нажата, цепь замыкается с землей и светодиод зажигается.
При прототипировании важно разбираться в электрических схемах. Давайте кратко рассмотрим электрическую схему нашей небольшой электрической цепи.
Электрическая схема - это схематическое изображение, в котором используются универсальные обозначения для отдельных электрических компонентов и отображается последовательность их подключения. Подобные элекрические схемы можно получить, используя программу Fritzing .
Электрическая схема нашего проекта показана на рисунке ниже. Питание 5 В изображено стрелкой в верхней части схемы. 5 В подключается к светодиоду (треугольник и горизонтальная линия со стрелками). После этого светодиод подключается к резистору (R1). После этого установлена кнопка (S1), которая замыкает цепь. И в конце цепи - земля (Gnd - горизонтальная линия снизу).
Наверняка возникает вопрос: а зачем нам электрические схемы, если можно просто создать принципиальную схему подключения с использованием того же Fritzing? Например, как на подобном рисунке:
Как уже упоминалось выше, собрать одну и ту же схему можно по-разному, а вот электрическая принципиальная схема останется одинаковой. То есть, практическая имплементация может отличаться, что дает вам пространство для фантазии и более общее понимание процессов, которые происходят в вашем проекте.