Breadboard — электронный конструктор для всех

    Привет, Хабр!
    Не так давно здесь прогремела статья об Arduino, 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 dedsky 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:
    image
    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 гугля спросить.

    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;
    Перемычки установлены между следующими гнездами:
    №1 и №2;
    №3 и №4;
    №4 и №5;
    №7 и минусовой линией питания.
    Правая половинка сегмента(верхняя на фото):
    перемычки установлены между следующими гнездами:
    №2 и №3;
    №3 и №7;
    №5 и №6;
    №1 и «плюс» питания;
    №4 и «плюс» динамика;
    Кроме того:
    перемычки между разъемами №6 левой и правой половинок;
    — между левой и правой «минусовыми» линиями;
    — между минусом питания и "-" динамика;
    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:
    image
    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:
    image
    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:
    image
    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.

    PS:Шпаргалки для тех, кто делает первые шаги
    Поделиться публикацией
    Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

    Зачем оно вам?
    Реклама
    Комментарии 42
    • 0
      > 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.

      А зачем брать (где?) программатор, прошивать им контроллер (как?), зачем получать «более дешевое, компактное и портативное устройство», если вопрос цены, компактности и портативности не стоит, а стоит — получить удовольствие от конструирования или за полчаса сбацать proof-of-concept?
      Напоминает предложение программисту на каком-нибудь high-level language: «но можно же все это написать на ассемблере! Будет быстрее и компактнее!»
      • +1
        Я скажу зачем. Это мой основной аргумент против начинающих с ардуин.
        АВРки весьма просты и есть возможность получить навыки по проектированию системы с нуля. В том числе по разводке платы, ее отладке, прошивке без готовеньких «кликни чтобы все заработало». Язык ассемблера тем же полезен.
        Следующий шаг — армы, которые уже куда сложнее. Там и платы делать труднее и на асме под них не пишут. Там вот самое время переходить к отладочным платам.
        Поэтому те, кто начинают с нуля потом спокойно юзают те же ардуины осознано, те кто с них начинал так и остаются ардуинщиками, не понимющими, как без ардуинки сделать с нуля плату.
        Вот в этом основной недостаток. Не платформы — модели использования.
        • 0
          Вы свой нынешний компьютер сами собирали из микросхем и транзисторов? А почему нет? Ведь потом вы бы юзали его осознанно!
          • +1
            Надеюсь этот комментарий писал ваш секретарь? А почему нет? Зачем было осваивать клавиатуру если вопрос цены и тд не стоит, а стоит — высказывать свое мнение в интернетах
            • +6
              Прочтите еще раз то, что я написал выше. Давать сразу ардуину — это как отбирать и детей азбуку. Ваш комментарий лишен смысла, буквари тоже не используют, после того, как обучились. И по слогам не читают. Но букварь и чтение по слогам — важный этап в обучении.
              Достаточно того, что я знаю, как собрать компьютер из микросхем и транзисторов. И во что превращается мой код после компиляции. И как сказать линкеру разместить массив в строго определенном месте, чтобы экономить такты на обращении к нему, инкрементируя не 16-битый индекс а только 8-битный — полезно при работе с КИХ-фильтрами на маломощных АВРках.
              Вы уверены, что ардуинщик это осилит, если ему сразу дали систему, где за него все готово?

              Люди почему-то упорно не хотят понять, что не ардуина плохая — плата как плата — а плохо то, как ее юзают.
              • –2
                Ну уж тогда и вы прочтите что я написал выше, в самом начале.
                • 0
                  Прочитал. И повторю — теми же словами обычно отговариваются все ардуинщики, ни разу не прикасавшиеся к собственно платам и проектированию.
                  Если человек естественным путем перешел к ардуине, после того как освоил работу с авр с нуля — то к нему это не относится, потом можно работать в чем удобнее.
                  Но это не отменяет того факта, что начинать с нее я бы крайне не рекомендовал, чтобы на выходе не получить недоучек.
              • 0
                Случается и такое :).
              • +1
                А я еще добавлю, зачем. Хотите платить за бренд Ардуино и за его шилды? ИМХО, это выбор богатеньких Буратин. Ни программатор, ни контроллер, ни деталюшки достать уже не проблема, все есть в магазинах и на рынке. Тот же самый Ардуино можно легко сделать самому, намного дешевле, с минимальными усилиями. И заодно получить ценный опыт, который по-другому никак не получите. Прогуглите пожалуйста, для примера, ключевое слово veroduino.

                Если и вкладывать деньги, то в действительно нужные вещи, в инструментарий — программатор, отладчик, мультиметр, и т. п. И в те же отладочные платы, у которых соотношение profif/cost в разы превышает платы profif/cost Arduino.
              • +1
                Никто не мешает взять AVR и прошить туда Ардуино. Потратите не полчаса, но полтора (в первый раз, потом быстрее будет), зато потом вместо покупки одного дорогущего Ардуино, можно будет купить 10 микроконтроллеров с такой же функциональностью.
              • +1
                Очевидно, программатор можно купить в том же магазине, где и брэдборд с авркой. Всё вместе будет стоит примерно как самая простенькая ардуинка, собирать на борде надо будет 1 раз (думаю, получаса вполне хватит, всего то несколько деталек воткнуть + десяток проводков), зато потом всё оставшееся место на ней полностью в вашем распоряжении. Ну и заодно не будете пользоваться уродскими ардуиновскими либами.
                • 0
                  Только что обратил внимание. Контроллер в Ардуине находится в панельке. А это решает вопрос как и чем прошивать.
                • +2
                  Слюдяной конденсатор КСО (на второй фотке)! Сто лет их уже не видел :)
                  • –2
                    Классная макетка! Сам с удовольствием пользовался. Не в пример всяким ардуинам, у которых и воткнуть-то некуда свои деталюшки…
                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                      • +2
                        Ну и нафига тогда нужна ардуина?
                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                    • 0
                      Проблема этих макеток в том, что часто бывает плохой контакт. И вроде цепь собрана, но не работает нифига. Пока догонишь что к чему убьешь кучу времени и нервов. Особенно на большой схеме. Только пайка, только хардкор!
                      • +2
                        Ну я ожидал этот вопрос и ответил на него в статье. Другое дело, что после того как спаяю какой-то девайс на мк и потом подключаю его к программатору по ISP — c первого раза он определяется далеко не всегда. Где-то дорожка разорвалась, где-то пайка хреновая.
                        Так-что везде есть свои минусы.
                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                        • 0
                          Кстати, в качестве перемычек отлично подходят одножильные провода из самой обычной витухи. Хинт: у разных производителей немного разные цвета изоляции :). Если получится раздобыть 25-парник — то вообще отлично, у них бывают все провода разноцветные.
                          • +1
                            Да, но дело в том, что отверстия у разных «матрасов» разные, и для всяких китайских витая пара не подойдет, будет болтаться как карандаш в стакане, а еще, если уж использовать медные проводки от витухи, то очень рекомендую залудить концы, т.к. в противном случае они быстро окисляются.
                          • 0
                            Автор непоследователен. Раз уж ты используешь на макетке винтажные КД213 и МЛТ, то будь добр использовать МП37 или на худой конец «рыжики» вместо ВС547
                            • +3
                              Специально для всех собравшихся здесь любителей олдскула:
                              • 0
                                Светодиоды неправильные. Надо ал307 хотя бы.
                                • +1
                                  Да и резисторы не МЛТ
                                  • 0
                                    И конденсаторы не К-50
                                    • 0
                                      … и даже не армянские
                                    • 0
                                      Да и «транзисторы» не 6П36С )
                              • 0
                                Недавно задался вопросом: где в мск купить большую(как у автора, лучше больше) макетку?

                                Нашел только в чип и дипе, но мб еще где-то есть?
                                • 0
                                  Купить несколько мелких и слепить в одну большую. На макетках по краю есть специальные «стыковочные узлы».
                                  • +1
                                    Дополню только, что лучше заказать из Китая, с ебей. Там они копеечные. Ну и заодно можно всякой другой полезной мелочи оттуда набрать. А этих мелких я оттуда штук шесть взял (по работе иногда использую) — вышло намного дешевле, чем покупка заранее собранной макетки такого формата даже во всяких Вольтмастерах, не говоря уж о чип дипе
                                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                    • 0
                                      Взял месяц назад за 620 в Вольтмастере такой же форм фактор. Разъемы норм — пока не разболтались :)
                                      • 0
                                        Вот всегда недоумевал — почему они такие дорогие?
                                        • 0
                                          Ибо многоразовое.
                                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                            • 0
                                              Монтажки под пайку, это совсем не тоже-самое, что бредборд. А так, да, ностальгия. Мой первый «Зоновский» спек, со встроенной монтажкой в углу… :)
                                      • 0
                                        Главная хабра рассказывает о том, что такое бредборд. Супер. Всегда казалось, что самой первой картинки в статье достаточно, чтобы понять что это такое и зачем нужно.
                                        • 0
                                          Интересно есть ли какие-то программы/сервисы для разводки макетных плат по аналогии с разводкой (трассировкой) печатных?
                                          Проектировать устройства с >10 элементов методом проб и ошибок имхо достаточно непросто, а цена ошибки — испорченные компоненты :)

                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.