Если вы когда-либо рассматривали проекты микроконтроллеров или сложные идеи, связанные с одноплатными компьютерами, вы могли сталкиваться с макетными платами. Разработанные для прототипирования, большинство макетных плат позволяют вам соединять контакты GPIO на ваших микроконтроллерах/одноплатных компьютерах с компонентами схемы без их физической пайки на вашем устройстве.
Несмотря на свою полезность, макетные платы могут показаться довольно сложными, когда вы только начинаете. Поэтому мы создали руководство, содержащее все, что вам нужно знать о макетных платах, чтобы в полной мере использовать их в вашем следующем проекте DIY.
Что такое макетные платы?
Проще говоря, макетная плата — это компонент схемы, содержащий множество миниатюрных гнезд, куда можно вставить соединительные кабели для подключения светодиодов, микросхем, резисторов, датчиков и других деталей к SBC/микроконтроллеру (или даже к батарее 5 В). Часто используемые как синоним беспаечных плат, большинство макетных плат позволяют подключать и удалять компоненты по вашему желанию, что упрощает создание прототипов схем и тестирование различных конфигураций без пайки всего вместе.
Конечно, существуют макетные платы, подлежащие пайке, но большинство из тех, что вы найдете в Интернете, не требуют пайки для работы с вашими устройствами.
Внутри макетная плата имеет свой собственный набор компонентов: две шины питания сверху и снизу, а также ряд клеммных колодок, расположенных в середине платы. Не вдаваясь в слишком много технических подробностей, шины питания — это столбцы, отмеченные + и -. Как вы могли догадаться, эти символы относятся к положительной и отрицательной сторонам. Каждая шина питания, как правило, имеет внутреннее соединение, и именно здесь вы обычно подключаете источник питания. Однако верхняя и нижняя шины питания не соединены друг с другом, что означает, что вам нужно будет соединить их с помощью соединительных кабелей, если вы хотите использовать один и тот же источник питания на обеих.
Между тем, ряды отверстий в середине шин питания называются клеммными колодками, и именно здесь вы будете прикреплять другие компоненты к макетной плате. Вы могли заметить некоторые маркировки на клеммных колодках, и они могут помочь вам собрать схему. В отличие от шин питания, клеммные колодки соединены вертикально, то есть точки a, b, c, d и e присоединены в столбце 1. Однако a2, b2, c2, d2 и e2 не соединены с точками, занимающими первый столбец. Аналогично, верхняя и нижняя части клеммных колодок разделены разделительной линией. Этот сегмент также обеспечивает надлежащее расстояние, необходимое для соединения двухрядных ИС с макетной платой.
Когда следует использовать макетную плату?
В то время как макетные платы практически необходимы для схемотехнических проектов, ситуация немного отличается для тех, кто интересуется программированием SBC. Если вы читали мои статьи о том, как превратить Raspberry Pi в метеостанцию или использовать радиомодуль TEA5767 с SBC, вы могли заметить, что я вообще не использовал макетную плату, хотя оба проекта включают в себя соединительные кабели и датчики.
Дело в том, что если вы можете прикрепить компоненты к вашему SBC (или даже к вашему микроконтроллеру, если на то пошло) без пайки, скорее всего, вам вообще не понадобится макетная плата. Но если вы работаете с резисторами, светодиодами или другими компонентами, которые обычно не будут работать, если вы физически не припаяете все к контактам GPIO, то макетные платы могут избавить вас от боли отпайки всего, когда вы сделаете ошибку или решите построить новый проект.
Как подключить SBC к макетной плате?
Несмотря на схожий внешний вид, SBC имеют совершенно разное количество и расположение контактов GPIO. Таким образом, точные соединения, которые вам нужно будет сделать, будут различаться в зависимости от вашей конкретной платы, и хорошей идеей будет обратиться к техническому руководству вашего SBC. Мы продемонстрируем процедуру с использованием Raspberry Pi 5, модуля TEA5767 и соединительного кабеля «мама-папа» для этой демонстрации, хотя есть и другие способы сопряжения макетной платы с SBC.
Выключите SBC и оставьте его схему GPIO открытой на другом устройстве.
Подключите гнездовой конец соединительного кабеля к контакту +5 В на SBC.
Подключите штекерный конец провода к любому из гнезд + (положительных) на любой шине питания.
Аналогичным образом подключите еще одну перемычку к контакту GND.
Вставьте другой конец кабеля в гнездо «-» (отрицательное) на той же стороне шины питания, которую вы использовали для гнезда «+».
Теперь вы успешно подключили макетную плату к Raspberry Pi. Для датчиков вы можете выполнить ту же процедуру, чтобы подключить контакты +5 В и GND к той же шине питания, где вы закрепили контакты SBC. Что касается интерфейсных контактов, они могут различаться в зависимости от вашего датчика.
Допустим, вам нужно подключить контакты SDA вашего Raspberry Pi и датчика TEA5767. Просто подключите один конец соединительного кабеля к контакту SDA на Raspberry Pi, а другой конец — к любому случайному гнезду на клеммной колодке. Сделайте то же самое для контакта SDA на TEA5767, за исключением того, что подключите мужской конец соединительного провода к любому отверстию вдоль того же столбца, где вы ранее зафиксировали контакт SDA Raspberry Pi.
Как подключить микроконтроллер к макетной плате?
В зависимости от типа используемого вами микроконтроллера вам, возможно, придется использовать разные методы для сопряжения устройства с макетной платой. Полноразмерные платы, такие как Arduino Uno и Mega, имеют тот же процесс, что и одноплатные компьютеры Raspberry Pi, хотя для них требуются соединительные кабели «папа-папа» вместо «мама-папа». Эти платы также имеют аналоговые контакты в дополнение к цифровым, и я рекомендую не усложнять задачу, используя последние. После того, как вы подключили микроконтроллер к макетной плате, вы можете выполнить ту же процедуру, что и в разделе SBC, чтобы соединить с ним любые компоненты схемы.
Между тем, второй тип микроконтроллеров, таких как ESP32 и ESP8266, а также модели Raspberry Pi Pico и Arduino Nano с предварительно припаянными контактами, можно подключать непосредственно к макетной плате. Для этого,
Совместите выводы микроконтроллера с отверстиями на обеих секциях клеммной колодки таким образом, чтобы разделительная перемычка/паз/канавка находились посередине микроконтроллера.
Надавите на устройство, пока оно не будет надежно зафиксировано в макетной плате.
Что касается этих плат небольшого размера, вы можете подключить интерфейсные контакты на компонентах схемы вдоль того же столбца, что и соответствующие им контакты GPIO на микроконтроллере.
Прототипирование любимых проектов своими руками с помощью макетных плат
Это все, что вам нужно было знать, чтобы интегрировать макетные платы в рабочий процесс вашего проекта. Конечно, не каждая идея DIY нуждается в макетной плате, особенно те, которые сосредоточены на программировании. Так что, если вы не слишком любите идеи, связанные со схемотехникой, есть еще много проектов, которые вы можете реализовать с помощью своих SBC и микроконтроллеров.
