Плата для аниматроники: схемы, печатные платы

Быстрая сборка схем на беспаечных макетных платах

Давайте рассмотрим устройство и назначение беспаечных макетных плат. В чем их преимущество перед другими видами сборки, и как с ними работать, а также какие схемы можно быстро собрать на них новичку.

Предыстория

Первой проблемой с которой сталкивается радиолюбитель это даже не отсутствие теоретических знаний, а отсутствия средств и знаний о способах монтажа электронных устройств. Если вы не знаете как работает та или иная деталь, это не помешает вам подключить её по схеме электрической принципиальной, а вот чтобы наглядно и качественно собрать схема нужна печатная плата. Чаще всего их изготавливают по методу ЛУТ, но лазерный принтер есть не у всех. Наши отцы и деды рисовали платы вручную лаком для ногтей или краской, а потом их вытравливали.

Здесь новичка настигает вторая проблема — отсутствие реактивов для травления. Да, безусловно, хлорное железо продается в каждом магазине радиоэлектронных компонентов, но на первых порах и так нужно много всего приобрести и изучить, что уделить внимания технологии травления плат из фольгированного текстолита или гетинакса просто сложно. Да и не только новичкам, но и опытным радиолюбителям порой нет смысла травить плату и тратить средства на недоработанное изделие на этапах его наладки.

Чтобы избежать проблем с поиском хлорного железа, текстолита, принтера и не получить от жены (мамы) за несанкционированное использование утюга, можно практиковаться в монтаже электронных устройств на беспаечных макетных платах.

Что такое беспаечная макетная плата?

Как видно из названия это такая плата, на которой можно собрать макет устройства без использования паяльника. Макетка – так её называют в народе – в магазинах присутствует разных размеров и модели несколько отличаются по компоновке, но принцип действия и внутреннее их устройство одинаковы.

Макетная плата состоит из корпуса из ABS пластика, в котором расположены разъёмные соединения, которые напоминают сдвоенные металлические шины между которыми зажимается проводник. На лицевой части корпуса отверстия, пронумерованные и промаркированные, в них можно вставлять провода, ножки микросхема, транзисторов и других радиодеталей в корпусах с выводами. Взгляните на картинку ниже, на ней я всё это изобразил.

На рассмотренной печатной плате крайние два столбца отверстий с каждой из сторон объединили вертикально общими шинами, из которых обычно формируют шину плюсового контакта источника питания и минусовую (общую шину). Обычно обозначаются красной и синей полосой по краю платы плюс и минус соответственно.

Средняя часть платы разделена на две части, каждая из частей объедены по строчно по пять отверстий в ряд на данной конкретной плате. На рисунке изображено схематическое соединение отверстий (черными сплошными линиями).

Внутренняя структура платы изображена на рисунке ниже. Сдвоенные шины зажимают проводники, что и проиллюстрированно. Жирными линиями обозначены внутренние соединения.

Такие платы в англоязычной среде называются Breadboard именно по такому названию вы сможете найти её на aliexpress и подобных интернет магазинах.

Как с ней работать?

Просто в отверстия вставляете ножки электронных компонентов, соединяя между собой детали по горизонтальным линиям, а с крайних вертикальных подаёте питание. Если нужна перемычка часто используют специальные с тонкими штекерами на конца, в магазинах их можно встретить под название «перемычки dupont» или перемычки для ардуино, её кстати тоже можно вставить в такую макетку и собирать свои проекты.

Если вам не хватило размеров одной макетной платы вы можете совместить несколько, он словно пазлы вставляются друг в друга, обратите внимание на первой картинке в статье схема собрана на двух соединенных платах. На одной из них есть шип, а на другой выемка, скошенные от наружной части к корпусу платы, чтобы конструкция не развалилась.

Сборка простых схем на макетной плате

Начинающему радиолюбителю важно быстро собрать схему чтобы убедиться в работоспособности и понять как она работает. Давайте рассмотрим как выглядят разные схемы на макетной плате.

Схема симметричного мультивибратора советуется как первая многим новичкам, она позволяет научиться соединять детали последовательно и параллельно, а также определять цоколевку транзисторов. Её можно собрать навесным монтажом или развести печатную плату, но это требует пайки, а навесной монтаж несмотря на свою простоту, на самом деле очень сложен для начинающих и чреват замыканиями или плохим контактом.

Посмотрите как просто она выглядит на беспаечной макетной плате.

Кстати обратите внимание здесь не использовались перемычки Dupont. Вообще, их не всегда можно найти в радиомагазинах, а особенно в магазинах маленьких городов. Вместо них можно использовать жилы от интернет-кабеля (Витая пара) они в изоляции, а жила не покрыта лаком, что позволяет быстро оголить конец кабеля, сняв небольшой слой изоляции и вставить в разъём на плате.

Соединять вы можете детали как угодно, лишь бы обеспечить нужную цепь, вот та же схема, но собрана слегка иначе.

Кстати для описания соединений вы можете пользоваться маркировкой платы, столбцы обозначают буквами, а строки цифрами.

Для ваших конструкций встречаются такие блоки питания, на них есть штекера которые монтируются в беспаечную плату подключаясь к шинам «+» и «-». Это удобно, на нём есть выключатель и линейный малошумящий стабилизатор напряжения. В целом вам не составит труда развести такую плату самому и собрать её.

Вот так можно подключить светодиод, например для его проверки. На картинке изображена более “продвинутая” версия печатной платы с зажимными клеммами для подключения источника питания. Анод светодиода подключен к плюсу питания (красная шина) а катод на горизонтальную шину рабочей области, где и соединен с токоограничительным резистором.

Источник питания на линейном стабилизаторе типа L7805, или любой другой микросхеме серии L78xx, где хх – нужное вам напряжение.

Собранная схема пищалки на логике. Правильное название такой схемы – Генератор импульсов на логических элементах типа 2и-не. Сначала ознакомьтесь со схемой электрической принципиальной.

В качестве логической микросхемы подойдет отечественная К155ЛА3, либо иностранная типа 74HC00. Элементы R и C задают рабочую частоту. Вот её реализация на плате без пайки.

Справа заклееный белой бумажкой – буззер. Его можно заменить светодиодом, если уменьшить частоту.

Чем больше Сопротивление ИЛИ ёмкость – тем меньше частота.

А вот так выглядит типовой проект Ардуинщика на стадии тестирования и разработки (а иногда и в конечном виде, зависит от того насколько он ленив).

Собственно благодаря проекту Arduino в последнее время популярность “бредбордов” существенно возросла. Они позволяют быстро собирать схемы и проверять их работоспособность, а также использовать в качестве разъёма при перепрошивке микросхем в DIP корпусе, и в других корпусах, если есть переходник.

Ограничения беспаечной макетной платы

Несмотря на свою простоту и очевидные преимущества перед пайкой, беспаечные макетки имеют и ряд недостатков. Дело в том что не все цепи нормально работают в такой конструкции, давайте рассмотрим подробнее.

Перегрузка и паразитные составляющие

На беспаечных макетных платах не рекомендуется собирать мощные преобразователи, а особенно импульсные схемы. Первые не будут нормально работать по причине токовой пропускной способности контактных дорожек. Не стоит залазить за токи более 1-2 Ампер, хотя в интернете встречаются и сообщения о том что включают и 5 Ампер, делайте сами выводы и экспериментируйте.

Импульсные схемы могут и вовсе не заработать по причине большого числа паразитных емкостей и индуктивностей в схеме. Расположение шин такое, что они проходят вдоль друг друга и имеют достаточно большую площадь. Это вызывает лишние наводки и не улучшает стабильность работы импульсных и прецизионных схем.

Электробезопасность

Не стоит забывать и о том, что высокое напряжение опасно для жизни. Макетирование устройств работающих, например от 220 В ЗАПРЕЩЕНО категорически. Хоть и выводы закрыты пластиковой панелью, но куча проводников и перемычек могут привести к случайному замыканию или поражению электрическим током!

Заключение

Беспаечная макетная плата годится для простых схем, аналоговых схем которые не предъявляют высоких требованиям к электрическим соединениям и точности, автоматики и цифровых схем, которые не работают на высоких скоростях (ГигаГерцы и десятки МегаГерц – это уже слишком). При этом высокое напряжение и токи опасны и в таких целях лучше использовать навесной монтаж и печатные платы, при этом новичку не следует производить и навесного монтажа таких цепей. Стихия беспаечных макетных плат — простейшие схемы до десятка элементов и любительские проекты на Ардуино и других микроконтроллерах.

Изготовление печатных плат

“Карандашный” метод

Изготовление печатных плат методом травления для радиолюбителей не является чем-то новым, но начинающие любители электроники порой сталкиваются с проблемой изготовления качественной печатной платы для своих самодельных радиоустройств.

Стоит заметить, что обычно новички стремятся изготовить какую-либо несложную схему, с небольшим количеством радиоэлементов и низкой плотностью монтажа.

Основной сложностью при изготовлении печатной платы остаётся процесс формирования устойчивого к травлению слоя, который не позволяет раствору хлорного железа вступить в реакцию с будущими медными проводниками.

Сейчас в ходу так называемая лазерно-утюжная технология, которая позволяет изготавливать очень качественные печатные платы. Но для этого метода нужно соответствующее оборудование и материалы. Например, лазерный принтер, специальная бумага и прочие мелочи.

Но можно ли обойтись минимумом инструментов для производства простой с точки зрения размеров и плотности монтажа печатной платы? Да! Читайте далее.

“Карандашная” технология изготовления печатных плат.

Суть данной технологии заключается в использовании корректирующего карандаша. Данный карандаш служит для исправления помарок и корректировки ошибок при письме. Но этот же карандаш можно с лёгкостью использовать и для нанесения рисунка проводников на поверхность фольгированного стеклотекстолита или гетинакса.


Корректирующий карандаш

В широкой продаже есть также “замазка” – аналог корректирующего карандаша, в котором есть специальная кисточка и маленький тюбик с белой корректирующей жидкостью. Карандаш же замечателен тем, что он позволяет наносить рисунок в виде тонкой дорожки, шириной около 2 миллиметров, что в большинстве случаев вполне пригодно для нанесения рисунка печатной платы.

Процесс изготовления печатной платы “карандашным” методом.

Покажу наглядно весь процесс нанесения устойчивого к травлению слоя на заготовку при изготовлении печатной платы для усилителя на микросхеме TDA2822.

Для начала понадобиться рисунок (разводка) соединительных дорожек, который необходимо перенести на поверхность фольгированного текстолита, стеклотекстолита либо гетинакса. Рисунок можно нарисовать самому, а можно взять готовый из описания устройства, которое планируется собрать. Далее можно поступить таким образом. Если есть принтер – подойдёт любой – распечатываем рисунок на листе бумаги. Затем вырезаем шаблон.


Заготовка печатной платы и шаблон рисунка соединительных дорожек

Далее приклеиваем бумажный шаблон с рисунком на заготовку из фольгированного текстолита со стороны медной фольги. Перебарщивать с клеем не нужно, необходимо лишь 4-6 капель, чтобы зафиксировать шаблон рисунка на заготовке. Клей можно применять в принципе любой – от обычного ПВА до “Момента”. Всё равно, заготовку потом придётся шлифовать.

Далее необходимо просверлить отверстия под установку радиодеталей. Для этого понадобится миниатюрный сверлильный станок и свёрла диаметром 0,8 – 0,9 мм. Перед началом сверления отверстий рекомендуется сделать шилом небольшие углубления в местах сверления. Если этого не сделать, то сверло будет уводить. Стоит отметить, что широко распространённые в продаже свёрла плохо сверлят медную фольгу. Поэтому проделывая небольшие углубления в медной фольге, мы уменьшаем нагрузку на свёрла и облегчаем процесс сверления.

Читайте также:  Часы реального времени на ЖК-дисплее: схема


Печатная плата после сверления отверстий

После того, как отверстия просверлены – аккуратно отделяем шаблон от заготовки. Если бумажный шаблон не повреждён, то его лучше сохранить. Далее он нам ещё может понадобиться. Кроме всего прочего, его можно использовать повторно при изготовлении платы для такого же устройства.

Для шлифовки желательно использовать наждачную бумагу или ленту с мелкой зернистостью. От неё на медной фольге не останется глубоких царапин.

Шлифуем заготовку со стороны медной фольги до тех пор, пока поверхность не будет очищена от грязи, окисла и остатков клея. Также шлифовка необходима, чтобы убрать острые медные края у отверстий, образовавшиеся от сверления фольгированного стеклотекстолита.

Производить сверление отверстий рекомендуется до нанесения рисунка дорожек карандашом и последующего травления. Причина проста. При сверлении отверстий можно легко испортить уже готовые соединительные дорожки и “пятаки”. Например, при сверлении или шлифовке очень легко повредить медную окантовку вокруг отверстий.

Вот теперь настало время применения корректирующего карандаша. Наносим рисунок будущих проводников на фольгированную поверхность в соответствии с рисунком. Это довольно легко, так как отверстия служат своего рода координатами. Кстати, здесь может понадобиться наш бумажный шаблон, ведь на нём указана трассировка всех соединений.


Заготовка печатной платы после нанесения рисунка дорожек

Форму дорожек можно подкорректировать с помощью лезвия безопасной бритвы, скальпелем. Далее необходимо подготовить раствор хлорного железа. Для травления понадобиться небольшой пластиковый резервуар, но, ни в коем случае не металлический!


Корректировка дорожек

В резервуар для травления заливаем немного тёплой, чуть горячей воды. Температура увеличивает скорость протекания химических процессов, и медь вытравится быстрее. Добавляем в резервуар хлорного железа. При этом следует засыпать порошок хлорного железа медленно и держаться от резервуара на расстоянии. Растворение хлорного железа в воде сопровождается выделением пара и брызг.

В процессе травления время от времени рекомендуется покачивать резервуар либо помешивать раствор с целью очистить реагирующую медную поверхность от нерастворимого осадка, который появляется в результате химической реакции. Процесс травления может занять несколько часов, всё зависит от температуры раствора, концентрации реагирующих веществ, конвекции жидкости в резервуаре, чистоты поверхности заготовки.


Заготовка после травления

После того, как ненужные участки вытравились, печатную плату нужно промыть под струёй воды и очистить медные дорожки от защитного покрытия. Затем заготовку нужно ещё раз отшлифовать до блеска. Далее нужно облудить медные дорожки – покрыть их тонким слоем припоя. Чтобы процесс лужения проводников был быстрее и качественнее, рекомендуется покрыть их нейтральным паяльным флюсом, таким как ЛТИ-120. Также можно применить паяльный жир.


Очищенная печатная плата

Далее с помощью паяльника покрываем дорожки тонким слоем припоя. Если в процессе лужения отверстия под выводы деталей “закрыло” припоем, то берём деревянную зубочистку или остро заточенную спичку. Прогреваем место рядом с отверстием и “прокалываем” зубочисткой отверстие.


Готовая печатная плата

И ещё маленький совет. После того, как монтаж деталей в печатную плату будет произведён, протрите или отмойте места пайки тряпкой (или кусочком ваты), смоченной в растворителе (Уайт-спирите) или изопропиловом спирте, чтобы удалить остатки канифоли в местах пайки. Чтобы процесс пошёл быстрее, сначала очищаем от канифоли те места, где её особенно много обычным пинцетом. А оставшуюся канифоль отмываем растворителем.

Как уже говорилось, данная технология годиться для быстрого изготовления печатных плат с низкой плотностью монтажа радиоэлементов. Но, несмотря на это, с её помощью можно изготавливать огромное количество электронных устройств или небольших совместимых модулей.

Макетная плата для монтажа без пайки для Ардуино

Макетные платы используются для конструирования и отладки прототипов самых различных устройств на Ардуино. Другое название таких плат – монтажные платы breadboard. Платы бывают нескольких разновидностей и отличаются по размерам и некоторым другим конструктивным особенностям. Как правило, они помогают начинающим инженерам для создания простых схем или макетировании сложных устройств. Что такое макетная плата и как пользоваться этим приспособлением расскажет данная статья.

Макетная плата в электронных схемах

Редко какой реальный проект Arduino содержит менее 5-10 элементов схемы, соединенных между собой. Даже в простой хорошо всем известной схеме маячка применяются 2 элемента, светодиод и резистор, которые надо как-то соединять друг с другом. И тут как раз и встает вопрос о том, каким способом это сделать.

Макетная плата без пайки

На сегодняшний момент существуют следующие основные способы монтажа, которыми используются в электронике и робототехнике на этапе создания прототипов:

  • Пайка. Для этого применяют специальные платы с отверстиями, в которые вставляются детали и соединяются друг с другом пайкой (с использованием паяльника) и перемычками.
  • Cкрутка. По данной технологии контактные соединения устройств объединяются с макетной платой при помощи обмотки чистого провода к штыревому контакту.
  • Плата для монтажа без пайки. Английский вариант названия беспаечной макетной платы – breadboard.
  • Можно еще деражть контакты руками или зубами, склеивать клеем-пистолетом, скреплять изолентой или скотчем. В этой статье мы такие экзотические варианты не рассматриваем.

Макетная плата для монтажа с пайкой

Самым современным вариантом для создания прототипов является беспаечная макетная плата, которая обладает несомненными преимуществами:

  • Возможность проводить отладочные работы большое количество раз, изменяя модификацию схем и способы подключения устройств;
  • Возможность соединения нескольких плат в одну большую, что позволяет работать с более сложными и большими проектами;
  • Простота и быстрота создания прототипов;
  • Долговечность и надежность.

Макетная плата

Конечно, есть у этого варианта монтажа и недостатки:

  • В реальных проектах соединения у платы не будут столь же надежны, как при пайке. Любая вибрация будет потихоньку ослаблять контакты и это обязательно со временем приведет к неожиданным проблемам. Поэтому в реальных проектах используют другие виды монтажа элементов.
  • Внешний вид проектов с лапшой в виде проводов над бескрайними белыми пространствами платы нельзя назвать профессиональным и эстетичным. Хотят такой вид всегда завораживает зрителей и формирует у проекта имидж чего-то “жутко сложного, раз столько проводов”.
  • Плата с таким видом монтажа всегда будет занимать больше места за счет нависающих проводов. Значит, для нее нужен корпус больших объемов с фиксацией и защитой от вибрации.
  • Стоимость макетной платы. Пусть платы и не являются дорогими устройствами, но все равно вам нужно будет их приобрести дополнительно к микроконтроллеру и другим элементам. К счастью, сегодня на рынке есть большое количество недорогих вариантов и готовых наборов с монтажными платами в комплекте. Некоторые варианты можно найти в следующем разделе нашей статьи.

Не смотря на некоторые недостатки, альтернативных вариантов по простоте и доступности для монтажа первых схем у начинающих практически нет. Сегодня можно встретить огромное количество проектов, в которых все элементы размещены именно на макетной плате. Почти все примеры из учебников по основам робототехники и Ардуино используют этот вариант монтажа. Поэтому рекомендуем вам обязательно познакомиться с этим конструктивным элементом поближе.

Купить макетную плату

Мы традиционно сделали подборку самых популярных плат, которые можно купить в интернет-магазинах и привели ссылки на наиболее надежных поставщиков на Алиэкспрессе.

Схема макетной платы

Чтобы знать, как пользоваться макетной платой, следует понять принцип ее устройства. Он достаточно прост.

Схема макетной платы

Макетная плата имеет пластиковое основание с множеством отверстий (стандартное расстояние между ними составляет 2,54 мм). Внутри конструкции расположены ряды металлических пластин. На каждой пластине имеются клипсы, которые спрятаны в пластиковой части установки.

Включение проводов выполняется именно в эти клипсы. При подключении проводника к одному из отдельных отверстий, контакт одновременно подключается и ко всем остальным контактам отдельного ряда. Следовательно, подключая контакты других устройств к остальным клипсам, мы связываем их проводником – рельсом с клипсами.

Следует отметить, что хотя в каждом ряду расположены десять отверстий, они все-таки разделены на две изолированные части, по пять в каждой. Между ними расположен рельс без пинов. Такая конструкция необходима для изоляции пластин друг от друга, и позволяет просто подключать микросхемы, выполненные в DIP-корпусах.

Подключение микросхемы к макетной плате

Для упрощения ориентации на макетную плату также нанесены цифровые и буквенные обозначения, которыми можно руководствоваться, создавая, например, инструкцию для подключения.

Некоторые макетные платы включают также по две линии питания с каждой из сторон. Обычно «красная линия» используется для подачи «+» напряжения, «синяя» – для «-». За счет наличия двух шин питания на плату могут подаваться два различных уровня напряжения.

Если плата большая, то линии питания “разрываются” посередине. Это позволяет использовать большее количество вариантов подключения. Например, вы сможете собрать на одной плате устройства с питанием 3 и 5 Вольт.

Основные виды макетных плат для Arduino

Макетные платы различаются по количеству выводов, расположенных на панели, числом шин и конфигурацией. Бывают платы, в которых контактные соединения выполняются посредством пайки, однако работать с ними сложнее, чем с беспаечными устройствами и мы их рассмотрим в другой статье.

Большая макетная плата Цветные макетные платы Макетная плата с клеймами

В зависимости от характеристик наиболее распространены такие виды:

  • Для сборки больших микросхем в основном используются беспаечные платы на 830 или 400 отверстий. Для соединения нескольких компонентов и подвода проводов к необходимым точкам – на 8, 10, 16 отверстий;
  • С наличием пазов для сцепления плат, которые позволяют реализовывать достаточно большие проекты;
  • С наличием самоклейки на основании для надежного закрепления на устройстве;
  • С нанесенными на плату обозначениями для подключения устройств.

В зависимости о стоимости и производителя в комплектацию могут входить и дополнительные аксессуары – провода-джамперы, разнообразные разъемы. Но главным критерием качества всегда остается количество контактных разъемов и их технические характеристики.

Как пользоваться макетной платой

Пользоваться макетной платой достаточно просто. При создании схемы в отверстия на пластиковом корпусе вставляются необходимые элементы – конденсаторы, резисторы, различные индикаторы, светодиоды и т.д. Ширина разъемов позволяет подключать к контактам проводники с сечением от 0,4 до 0,7 мм.

Схема подключения светодиода к монтажной плате

Например, вам нужно соединить между собой два элемента – светодиод и резистор. Для этого вы берете ножку первого элементам (светодиода) и вставляете ее, например, в ряд номер 2. Вторую ножку вы вставляете в другой ряд. Например, 3. Если вставите ножку в тот же ряд, схема работать не будет, т.к. обе ножки через общую рельсу будут соединены железным проводником. Будет короткое замыкание. Ток пойдет через место соединения напрямую, минуя светодиод. Никакой пользы от этого не будет.

Подключение светодиода к макетной плате. Размещаем светодиод в удобном месте. Главное, для каждой ножки – свой ряд

Если вы воткнете контакт в соседний ряд, то между ними не будет замыкания, т.к. соседние ряды не связаны между собой проводниками (ведь связаны только 5 контактов в одном ряду). В какой именно ряд вы воткнете ножку – не важно. Главное, что не в тот же, что у первой ножки.

Итак, светодиод мы закрепили – он устойчиво стоит двумя ногами в рядах 2 и 3. Давайте теперь подключим к этой схеме резистор. Мы возьмем одну ножку резистора и вставим в тот же ряд, что одна из ножек светодиода. Например, в ряд номер 3 – в любое место. В одном ряду 5 контактов, не важно, в какой из контактов мы попадем, главное, что в этом же ряду! Затем вторую ножку резистора вставим в другой ряд, например, в седьмой .

Читайте также:  Самодельные автоматические ворота

Подключение светодиода и резистора к макетной плате. Соединяем одни ножки элементов

Получится, что ножки в 3 ряду встретятся друг с другом через внутренне соединение и будут связаны, как будто мы спаяли или скрутили их. И между ними с удовольствием пойдет ток, ведь он любит металлическое соединение.

У нас остались одна ножка у светодиода и одна ножка у резистора. Ножку светодиода мы должны соединить с платой ардуино. Если это длинная ножка, то соединяем ее с 13 пином. Если короткая, то с пином GND. В нашем случае, мы соединим короткую ножку во втором ряду с разъемом GND на плате Ардуино. Для этого мы берем провод “папа-папа” и втыкаем его в ряд, где находится наша свободная ножка. У нас это ряд 2 (вторая ножка светодиода уже связана в ряду 3 с резистором). Опять-таки не важно, куда именно мы воткнем провод, главное, что во втором ряду – в том, где уже ждет ножка светодиода. Вторую часть провода мы соединяем с платой Arduino.

Пример подключения светодиода и резистора к макетной плате. Идем к GND

Точно так же мы соединяем оставшуюся часть схемы – вторую часть резистора через проводник ведем к другому разъему Ардуино. В нашем случае с ряда 7 мы тянем проводник к 13 пину ардуино. Получится, что длинная ножка светодиода идет к плюсу – к 13 пину. А короткая у нас уже давно соединена с землей – GND.

Все, схема собрана. И после включения питания ток пойдет так (схематически): через источник внутри Ардуино дойдет до 13 пина, через красный проводник дойдет до макетной платы, пройдет через сопротивление, потом через светодиод, потом через черный провод вернется в ардуино. Схема в итоге получилась без разрывов, рабочая.

Соберите и проверьте эту схему. Если вдруг что-то не заработает, проверьте контакты – не всегда провода и макетные платы из китайских интернет-магазинов имеют безупречное качество.

Еще одним примером создания прототипа схемы с использованием макетной платы может стать такой вариант реализации:

Для ее сборки необходимо взять:

  • Макетную плату (breadboard);
  • провода для соединения;
  • 1 светодиод;
  • тактовую кнопку;
  • резистор с номинальным сопротивлением 330 Ом;
  • батарейку типа «Крона» на 9В.

Плюс батарейки подключается к плюсовой шине, а минус к отрицательной. Если схема собрана правильно, то при нажатии на кнопку будет обеспечиваться загорание светодиода.

Еще несколько примеров:

Пример схемы с макетной платой Пример схемы с макетной платой

Выводы

Макетные платы breadboard оптимальны для создания прототипов и цифровых схем не очень высокой сложности. В своей практике их часто используют как новички, познающие основы схемотехники, так и опытные профессионалы ввиду простоты монтажа и достаточно высокого качества соединения рабочих контактов. С помощью таких плат можно быстро и без лишней пайки создать прототип, протестировать его и затем уже собрать устройство с более надежным вариантом соединения.

Несмотря на большое количество плюсов, у макетных плат есть и минусы. Они не позволяют сделать надежное устройство, эксплуатируемое в сложных условиях. Они не предназначены для сборки аналоговых схем, с высокой чувствительностью к величине сопротивления, т.к. сопротивление в месте контакта завсит от многих факторов и может меняться. Платы нельзя подключать к линии с высоким напряжением. Наконец, такие платы тоже стоят денег – монтажные платы с пайкой обойдутся дешевле.

В любом случае, для первых проектов у ардуинщика каких-то альтернатив нет. Кроме того, подключение макетной платы способствует развитию абстрактного мышления – а это никогда не бывает лишним.

Макетные платы

При проектировании электронных устройств очень часто возникает потребность проверить работоспособность тех или иных узлов будущего проекта, а сборка прототипа позволит путём ряда экспериментов довести ваше изобретение до совершенства. Вполне очевидно, что на начальных этапах нет смысла с головой погружаться в процесс проектирования печатной платы для последующей сдачи её в производство. На этапе отладки, скорее всего, потребуются некоторые модификации и доработки, и если каждый раз переделывать печатную плату, то можно пробить немаленькую дыру в бюджете и быстро потерять интерес к своему изобретению.
Чтобы облегчить жизнь разработчика электроники, были придуманы так называемые макетные платы. В зависимости от потребностей они делятся на три основных категории: для монтажа радиодеталей в гнёзда (беспаечные), для монтажа радиокомпонентов посредством пайки и для монтажа накруткой. Каждая из этих категорий имеет несколько подвидов, о которых будет рассказано в этой статье. Макетные платы позволяют быстро собрать прототип электронного устройства и также быстро его модифицировать без прикладывания особых усилий.

Макетные платы для монтажа в гнёзда

Рисунок №1 – варианты макетных плат для монтажа в гнёзда

На сегодняшний день радиомагазины предоставляют пользователю широкий ассортимент макетных плат разных размеров и цветовых гамм, что крайне положительно сказывается на их популярности. Вы всегда сможете подобрать для себя оптимальный вариант, обусловленный индивидуальными потребностями. Ведь где-то хватит и самой маленькой платки, а где-то необходим более серьёзный подход с множеством схемных узлов.
На рисунке №2 показана внутренняя структура «беспаечной» макетной платы. Иллюстрация даст более детальное представление о способе крепления радиокомпонентов в самозажимных контактах.

Рисунок №2 – контакты беспаечной макетной платы.

При проектировании электронного макета следует учитывать схематехнику построения самой «беспаечной» платы, так как контакты внутри неё соединены особым образом, и неправильное понимание процессов может вызвать в будущем ряд неприятных моментов. Все «беспаечные» макетные платы, вне зависимости от их размеров, выполнены по одному стандарту. Отличие только может быть в присутствии или отсутствии отдельных контактов шины питания. Обычно, на маленьких макетках, подобные шины не предусмотрены. На рисунке №3 можно наглядно увидеть схему соединения самозажимных контактов под пластиковым покрытием платы.

Рисунок №3 – схема соединения контактов

Как видно из вышеприведенного рисунка, у данной платы имеется две группы питающих и две группы сигнальных линий. Сигнальные линии первой группы обозначены буквами A, B, C, D, E. Сигнальные линии второй группы обозначены буквами F, G, H, I, J. Каждая группа имеет по 31 сигнальной шине. Цифробуквенное обозначение удобно для быстрого ориентирования на макетных платах среднего и выше размеров. Например, ножка радиодетали, которая будет вставлена в отверстие по адресу 1А, будет доступна по адресам 1B, 1C, 1D и 1Е. А ножка, вставленная по адресу 1J, будет соединена с отверстиями 1I, 1H, 1G и 1F.
Красными и синими линиями показаны шины питания. Например, к первой группе можно подключить питание 5В, а ко второй 3,3В. Обе питающие группы, как и сигнальные, между собой никак не связаны.

Сборка схемы на беспаечных макетных платах

Рисунок №4 – виды перемычек для беспаечных макетных плат

При сборке макета схемы следует учитывать, что гибкие провода в некоторых случаях могут работать как антенны и создавать помехи. Это может стать причиной непонятных явлений, например таких, как внезапные артефакты на жидкокристаллическом дисплее или фантомный сброс микроконтроллера во время переключения реле. В общем, вариантов множество. Также, неясность в работу схемы может внести плохой контакт между радиодеталью и зажимным контактом макетной платы. Понимание этих моментов поможет избежать лишней траты времени на поиск непонятно чего непонятно где.
Чтобы окончательно закрепить понимание принципов работы с беспаечной макетной платой, на рисунке №5 приведена небольшая электрическая схема с последующей сборкой её на макете.

Рисунок №5 – макет схемы мостового управления двигателем

Макетные платы с монтажом радиодеталей посредством пайки

Универсальные макетные платы для пайки

Рисунок №6 – Макетные платы с монтажом посредством пайки

Как видно из вышеприведенного рисунка, все контактные площадки разделены между собой. Радиолюбитель сам решает, что и с чем будет соединено. Некоторые умельцы вообще предпочитают не заморачиваться изготовлением печатных плат, и пользуются только подобными макетками. При определённом навыке и аккуратности можно и здесь добиться неплохих результатов. В качестве примера, на рисунке №7 приведены два варианта организации токоведущих дорожек для макеток под пайку. Первый вариант быстрый, но выглядит так себе – на любителя. Второй вариант требует больше времени, но и результат налицо.

Рисунок №7 – Варианты исполнения токоведущих дорожек

Удобнее всего формировать токоведущие дорожки лужённым медным проводом, а в местах пересечения использовать изолированные перемычки.

Узкопрофильные макетные платы для пайки

Рисунок №8 – специализированная макетная плата под корпус TQFP32

Думаю, очевидно, что работать с такой платой будет намного приятнее, чем подпаиваться напрямую к микросхеме.

Комбинированные макетные платы для пайки

Рисунок №9 – пример комбинированной макетной платы для пайки

Макетные платы для монтажа накруткой

Рисунок №10 – пример монтажа накруткой

Несмотря на кажущуюся примитивность данного способа, он может не уступать в надёжности паечному монтажу. Зачастую подобную работу выполняет автоматизированная система по указанным данным, а человек в дальнейшем корректирует соединения вручную. На рисунке №11 показан пример макетной платы с выполненным монтажом путём накрутки.

Рисунок №11 – макетная плата и монтаж накруткой

Самодельные макетные платы

Рисунок №12 – примеры самодельных макетных плат

Подведя итог можно сказать, что в плане макетирования следует придерживаться золотой середины, так как порой проще и быстрее изготовить печатную плату, а порой требуется вносить множество изменений и в таком случае без макетной платы никуда. То же касается и способа макетирования. Перед разработкой проекта следует определиться с видом платы и методом соединений при отладке будущего устройства.

Макетная плата 9 x 15 см для самоделок

Всех приветствую. Речь сегодня пойдет о макетной плате. Радиолюбители поймут без лишних вопросов, поскольку через поделки на макетных платах прошли практически все в начале своего становления. Для остальных немного поподробнее. Макетная плата нужна для временного монтажа радиодеталей при отладке электронных схем и решения проблем, которые возникают на стадии изготовления устройства.

Во времена моей молодости и тотального дефицита, макетные платы изготавливали самостоятельно из куска фольгированного гетинакса или стеклотекстолита расчерчивая в клеточку медное покрытие резаком, что бы получилось много площадок, к которым можно было бы припаять контакты радиодеталей согласно схеме. Это было оправдано, поскольку изготовить плату самостоятельно было достаточно трудоемко. Случалось даже так, что самоделки оставались в первоначальном варианте на макетной плате, поскольку внутри корпуса никто не видит, как топорно все изготовлено, а схема работает и первоначальная цель достигнута. Экономия времени и ресурсов — налицо.
Самодельная макетная плата часто выглядела так:

Но время шло, прогресс не стоял на месте. С ростом навыков схемы становились сложнее, количество выводов и точек пайки увеличивалось пропорционально и самодельные макетные платы (макетки) уже не закрывали проблему в полном объеме. Вот тут и начали появляться промышленные макетные платы, вернее они существовали и раньше, но доступны были не всем. И если для ребят с радиокружка вначале сделать радиоприемник или цветомузыку было достижением, то позже схемы с цифровой логикой в реализации становились еще сложнее. Ведь приходилось сверлить много мелких отверстий и рисовать проводники лаком для ногтей, а в завершении травить в медном купоросе. И если были допущены ошибки при изготовлении, то внешний вид платы стремительно скатывался к ужасному.
Это тоже макетная плата, но уже промышленного изготовления:

В обилии проводов угадывается какой то клон спектрума.

Читайте также:  Многоканальное дистанционное управление по ИК каналу

На данный момент электронщикам доступны различные современные технологии изготовления плат, в том числе и заказы мелких серий на заводах за сравнительно невысокую цену. Но макетные платы в любом случае занимают свою нишу и рано или поздно ими приходится пользоваться.

Выглядит она так:


Цвет медной фольги приятный, почти натуральный. Дорожки макетной платы покрыты защитным составом напоминающим слабый раствор канифоли в спирте. По крайней мере при пайке количество дыма минимально и следов горелой канифоли не наблюдается.

Размеры заявлены 9х15 см, по факту так и есть, толщина 1 мм, что на мой взгляд маловато учитывая свойства материала. Слой фольги имеет толщину примерно 20 мкм.

Мой микрометр 31 год как не поверялся, поэтому показания условные. В производстве минимальная толщина фольги 18 мкм, что соответствует самому дешевому варианту.
На плате 30 рядов по 48 отверстий что в итоге дает 1440. Последние выдавлены в процессе формирования платы. Сверлить такое количество отверстий экономически нецелесообразно. Диаметр отверстий 1 мм. К сожалению детали с выводами 0.7 и 0.8 мм при пайке приходится фиксировать, а то норовят выпасть.

Контактные площадки в виде восьмиугольника размер 2 мм. Металлизации в отверстиях нет. Поскольку ресурс платы минимальный и цена с металлизацией будет неоправданно завышена.

Сразу вспоминаются платы от телевизоров. Из за низкой стойкости к механическим и тепловым нагрузкам платы на основе гетинакса имеют меньшую ремонтопригодность и в некоторых случаях даже являлись источниками пожара…

Выдался повод собрать блок питания для генератора сигналов +5В +12В-12В. Сначала хотел переделать зарядку от мобильника путем домотки обмоток, но не нашел ни одного с нормальным зазором под провода. Поэтому выбор пал на макетку.
Трансформатор неизвестной породы сыграл со мной злую шутку — поскольку шаг отверстий на плате 2.54мм — дюймовый, пришлось пересверливать отверстия по месту. Плата сверлится легко, И даже тупое сверло особо не замедляет процесс сверления, хотя выбивает с обратной стороны куски платы.
Несколько фото готового блока питания. Как раз тот случай, когда решил плату не изготавливать.


Стабилизатор 7912 сыграл со мной злую шутку — цоколевка выводов не соответствует 7812. Из за этого я спалил диодный мост кц407. Осознав свою ошибку произвел перепайку. При перепайке у меня отвалилась одна контактная площадка. Так что качество платы — пару раз смакетировать и перейти на новую.
Контактные площадки лудил практически без канифоли, той, что в припое хватило.

Сколько не пробовал, никак не получалось сделать капельку на контакте, всегда припой тянется за паяльником. Возможно температуры не хватает.
Пробую отрезать


Вроде и обороты высокие, но гетинакс крошится. Впрочем пыль не такая вредная как у стеклотекстолита.

Почему купил именно эту макетку а не более продвинутые — для редкого применения и что бы выкинуть было не жалко. Металлизацией не пользуюсь практически. Макетная плата без пайки тоже куплена, но пока лежит без применения. У нее по сравнению с обозреваемой недостаток — требуются выводы нужной длины и формованые. А поскольку у меня огромные запасы старых и в том числе б/у деталей (ругаю себя постоянно выкинуть все надо), то пайка единственный правильный вариант.

Выводы: бюджетная макетка. Если нет в запасе парочку можно иметь.

Как сделать свою собственную плату Arduino Uno

В уроке мы покажем вам, как сделать свою собственную плату Arduino Uno своими руками, используя микроконтроллер ATmega328p IC. В итоге вы сможете понимать как в дальнейшем делать аналоги любых плат, плюс создавать свои. Может быть вы даже откроете свою компанию по производству плат и микроконтроллеров.

Так как Ардуино является платформой с открытым исходным кодом, довольно легко узнать о внутренностях и деталях всего того, что делает Arduino тем, чем она является. Таким образом, в этом уроке мы рассмотрим схему Arduino Uno, немного изменим ее в соответствии с нашими потребностями, изготовим под нее печатную плату и припаяем необходимые компоненты для создания финального продукта.

Мы не будем использовать какие-либо SMD-компоненты для создания своей версии Arduino Uno, потому что не у всех есть паяльная станция, а иногда найти SMD-компоненты очень сложно. Кроме того, наш метод в большинстве случаев дешевле, чем компоненты SMD. Для тех кто, только начинает разбираться в электронике – технологию поверхностного монтажа печатных плат также называют ТМП (технология монтажа на поверхность), SMT (англ. surface mount technology) и SMD-технология (от англ. surface mounted device — прибор, монтируемый на поверхность), а компоненты для поверхностного монтажа также называют «чип-компонентами».

Шаг 1. Изменения в оригинальной версии

Прежде всего давайте поговорим об изменениях, которые собираемся внести в оригинальную схему Arduino Uno, которую вы можете увидеть выше или скачать ниже.

Изменения будут следующими:

  • Мы не будем использовать какие-либо компоненты SMD. Все элементы будут в формате сквозных отверстий.
  • Мы не нашли ни одного чипа FTDI в формате сквозного отверстия, поэтому преобразование USB в TTL не будет выполняться. Для программирования нового Arduino будет использоваться отдельная отладочная плата FTDI.
  • Оригинальный Arduino использует компаратор Mosfet, чтобы определить, подключаем ли мы плату с помощью источника питания USB или постоянного тока. Но в нашей версии мы будем вручную переключать это с помощью перемычки.
  • Традиционно используется микросхема LP2985 от Texas Instruments, чтобы получить источник питания 3,3 В на борту. Но из-за недоступности платы в формате TH мы будем использовать простой линейный регулятор. Таким образом, LM1117 должен быть очевидным выбором, но чтобы сохранить стоимость изготовления еще ниже, мы будем использовать LM317 с R1 и R2 как 240E и 390E соответственно.
  • Последнее, что нужно на плате, – это достаточное количество линий питания и два разъема для каждого порта IO ввода-вывода. Поэтому мы будем размещать ряд разъемов папа и мама вокруг платы, что поможет подключить большее количество устройств непосредственно к Arduino.

Учитывая все изменения, мы можем записать окончательный список компонентов.

Шаг 2. Необходимые компоненты

Компоненты, которые вам нужны для этого проекта. Везде, где количество не указано, считайте его единственным.

  • Микроконтроллер Atmel Atmega328p-pu
  • 28-контактная база IC
  • 16 МГц кварцевый генератор
  • конденсатор 22 пФ – 2 шт.
  • конденсатор 100 нФ – 4 шт.
  • Электролитический конденсатор 100 мкФ – 3 шт.
  • 3 мм красный светодиод – 2 шт.
  • 330E 1/4W резистор – 2 шт.
  • 240E 1/4W резистор – 1 шт.
  • 390E 1/4W резистор – 1 шт.
  • 10K 1/4W резистор – 1 шт.
  • Кнопка для сброса
  • Диод общего назначения 1N4007
  • Линейный регулятор напряжения 7805
  • Линейный регулятор переменного напряжения LM317
  • DC разъем мама
  • 2-контактный винтовой клеммный блок
  • много разъемов “папа” и “мама”

Кроме всего вышеперечисленного для своей собственной Arduino Uno вам также понадобится паяльное оборудование и некоторые аппаратные средства, чтобы облегчить жизнь.

Вам также понадобится программатор USBASP ICSP или конвертер USB в TTL, такой как FTDI для программирования Arduino с вашего компьютера.

Вот проектная спецификация от компании Easyeda:

Собираем все компоненты и переходим к следующему шагу.

Шаг 3. Рисуем окончательную схему

Чтобы нарисовать окончательную схему, использовали Easyeda, набор инструментов EDA на основе веб-технологий. На этом портале очень просто рисовать большие схемы. Также это онлайн сервис. Таким образом, благодаря удобству использования что-то лучшее найти сложно. Рекомендуем вам использовать в своих проектах. Схема, которая разработана может быть скачена по ссылке ниже, PDF документ:

Шаг 4. Создаем печатную плату

Как только схема завершена, пришло время сделать печатную плату. Мы использовали веб-сайт JLCPCB (ссылка), чтобы сделать печатную плату. Эти ребята являются одними из лучших в производстве печатных плат в последние дни.

После завершения проектирования схемы преобразуйте ее в печатную плату и спроектируйте печатную плату на веб-сайте easyEDA (ссылка). Будьте терпеливы. Ошибка на этом шаге испортит вашу печатную плату. Проверьте несколько раз перед генерацией файла gerber. Вы также можете проверить 3d модель вашей платы здесь. Нажмите на создание файла gerber и оттуда вы можете напрямую заказать эту плату через JLCPCB. Загрузите файлы gerber, выберите правильную спецификацию, ничего не меняйте в этом разделе. Оставьте как есть. Это достаточно хорошие настройки для старта. Разместите заказ. Вы получите его через 1-2 недели.

Шаг 5. Пайка компонентов

После того, как вы получили печатную плату, пришло время припаять компоненты на неё, чтобы сделать конечный продукт. В этом нет ничего сложного. Просто держите распечатку схемы перед собой и начинайте размещать компоненты по одному на печатной плате. Убедитесь, что после завершения этого шага нет короткого замыкания по питанию и заземлению.

Одна вещь, которую стоит пояснить, заключается в том, что значения конденсаторов не обязательно должны быть идеальными. Нечто близкое к тем величинам, что мы обсуждали выше, вполне будет работать. То же самое касается резисторов. Но сохраните значения R1 и R2 LM317.

Одна вещь, которую вы можете найти странной, что у arduino, который мы сделали, есть две кнопки сброса. На самом деле, когда разрабатывали макет, использовали четырехконтактную кнопку для справки. Но во время пайки стало понятно, что у нас её нет. Поэтому мы припаяли 2 двухполюсных переключателя сброса на место. Там нет ничего особенного.

Шаг 6. Запуск загрузчика на микроконтроллере

Если вы используете конвертер USB – TTL для программирования микроконтроллера, тогда загрузчик Arduino должен быть установлен в новый чип atmega328p. Об этом мы сделаем следующий большой урок. После этого процесс загрузки кода будет точно таким же, как и в обычной Arduino.

Если вы используете программатор ICSP, то есть программатор USBASP, тогда этот шаг не нужен. Но процесс загрузки кода немного отличается.

Шаг 7. Программируем Ардуино

Подключите коммутационную плату к Arduino и подключите её к компьютеру. Откройте диспетчер устройств и наблюдайте за com-портом конвертера usb – ttl. В Arduino IDE выберите com-порт и плату правильно. Теперь здесь начинается сложная часть.

Если ваша плата FTDI имеет вывод DTR и она подключена для сброса, просто сохраните программу и загрузите ее в Arduino как обычно. Ошибки не будет. Но если у вас нет пина DTR, как у нас, то, прежде чем нажать кнопку загрузки, удерживайте кнопку сброса на плате, а затем нажмите кнопку загрузки. Удерживайте кнопку до тех пор, пока программа не скомпилируется, когда IDE говорит «загрузка», затем отпустите переключатель сброса. Затем код будет загружен.

Шаг 8. Итоговый результат

Здесь вы можете увидеть, что мы загрузили 3-контактный код в новую arduino, и все работает, как и предполагалось. Используя только 3 контакта, мы контролируем 6 светодиодов с промежутком 200 мс между ними. Мы проверяли другие программы, все они работают без нареканий.

Ссылка на основную публикацию