Содержание статьи
Содержание

Главная / Arduino для начинающих / Как использовать breadboard?

Как использовать breadboard?

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:

Беспаечная макетная плата в 1960

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!

Откуда появилось название - breadboard?

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.

Откуда появилось название - breadboard?

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).

Откуда появилось название - breadboard? 2

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.

Зачем использовать breadboard?

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.

Зачем использовать Breadboard?

“Анатомия беспаечных монтажных плат”

Беспаечная монтажная плата

Лучший способ объяснить как именно работает breadboard - выяснить как плата выглядит изнутри. Рассмотрим на примере миниатюрной платы.

Рельсы для подключения оборудования

На рисунке ниже показан breadboard, на котором снято основание на нижней части. Как вы видите, на плате установлены ряды металлических пластин.

Рельсы для подключения оборудования

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.

Рельсы для подключения оборудования 2

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.

Светодиод на беспаечной монтажной плате

Рельсы для источника питания

Давайте теперь рассмотрим breadboard больших размеров. На таких платах, как правило, предусматривают две вертикально расположенные рельсы. Так называемые рельсы для питания.

Рельсы для источника 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.

Рельсы для источника питания 1

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.

DIP микросхема на монтажной плате

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.

Скрепленные монтажные платы

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.

Запитатываем от другого источника питания

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.

Запитатываем от другого источника питания

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.

Breadboard с колками

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.

Breadboard с колками 1

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.

Breadboard с колками 2

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.

Breadboard с колками 3

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.

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.

Простая электрическая схема на макетной беспаечной плате

Красная плата слева - стабилизатор напряжения, который обеспечивает питание 5 В на рельсах макетки.

Схема собирается следующим образом:

Электрическая схема проекта

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.

. К слову, рекомендуем уделить этой программе отдельное внимание. Особенно если вы хотите поделиться своими проектами с другими людьми.

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).

Электрическая схема проекта

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:

Принципиальная схема проекта

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.