Отладочную плату делаем сами. Часть 1.

В самом начале знакомства с электроникой обнаруживается проблема нехватки опыта. Не смотря на кажущуюся простоту схемы и лёгкость изготовления, многие первые конструкции не работают вовсе или работают не так, как ожидается. Поэтому, если достаточный опыт отсутствует, используют метод макетирования.

Для макетирования электронных конструкций и схем используют макетные платы. Макетная плата состоит из пластины изоляционного материала с множеством контактных площадок, используемых для закрепления на них элементов схемы. По конструктивному исполнению макетные платы можно разделить на два типа: для запайки элементов и установкой элементов в "гнёзда" без использования пайки. Больше информации о макетных платах можно прочесть в Wiki: Макетная плата. На сегодняшний день макетные платы производят и продают множество магазинов радиоэлектроники.

Простейшую отладочную плату для микроконтроллера можно изготовить и самостоятельно. В качестве основы подойдёт макетная плата (размером около 100х100 мм) для DIP-компонентов с шагом отверстий 2.54 мм, имеющая с одной стороны контактные площадки в виде медных кружков с просверленными в них отверстиями. Можно также использовать макетную плату с контактными площадками в виде полос или отрезков, а также вообще без медных площадок для пайки.
Первым делом следует определиться, какие основные неизменяемые части будет содержать тестируемая схема. Одной из таких частей обычно бывает схема обеспечения питания. В большинстве случаев схему питания проще всего собрать на стабилизаторе напряжения на основе интегральной микросхемы серии 78хх (отечественный аналог - КР142хх). Так как почти все распространённые микроконтроллеры можно питать от напряжения 5 вольт, выберем микросхему стабилизатора LM7805 (можно использовать также КР142ЕН5А, КР142ЕН5В, KA7805 и другие) в корпусном исполнении TO-220.
Перед применением любого электронного элемента, будь то микросхема или транзистор, следует ознакомиться с его справочным листком (документация, даташит/datasheet). Документацию на электронные компоненты можно скачать в одном из специализированных архивов.
В даташите на LM7805 можно найти типовую схему её включения. Дополним её электролитическими конденсаторами для дополнительного сглаживания тока, добавим на всякий случай перед микросхемой стабилизатора выпрямительный диодный мост, и снабдим индикаторным светодиодом. (Список всех возможных замен в схеме расположен в конце этой страницы.) Ознакомившись с расположением ножек у выбранных элементов, можно нарисовать полную схему в каком либо редакторе схем или просто на листе бумаги:

Рис. 1. Схема стабилизатора питания.

Рис. 2. Сетевой трансформатор

В качестве первичного источника тока для этой схемы можно взять любой сетевой трансформатор. Трансформатор должен иметь вторичное напряжение в пределах 9-12 вольт при токе минимум 0,1 Ампер (100 mA). Для этой цели хорошо подходит готовый блок питания от бытовой аппаратуры (Рис.2), с точки зрения электробезопасности этот вариант трансформатора ещё и менее опасный. Такие блоки питания бывают как с постоянным напряжением на выходе, так и с переменным, для нашей схемы подойдёт любой. Если есть возможность - удобно использовать ответную часть штекера для кабеля трансформатора, но можно и просто припаять провода к отладочной плате в соответствующих местах.

Макетную плату перед пайкой следует зачистить от окислов меди. Для этого достаточно несколько раз потереть поверхность медных площадок жёстким ластиком до чистого блеска (Рис.3). После чего её можно два-три раза с промежуточной просушкой покрыть слоем жидкого паяльного флюса. Паяльный флюс (Рис.4) можно изготовить самому, для этого нужно растворить немного размельчённой канифоли в 96% спирте (можно использовать и другой растворитель).

Рис. 3. Зачищенная плата

Рис. 4. Канифольный флюс

После того как макетная плата и элементы подготовлены, нужно постараться расположить детали так, чтобы было удобнее производить соединения между отдельными точками с помощью проводов.

Рис. 5. Основные детали стабилизатора.

1 - диодный мост, 2 - конденсатор С3, 3 - конденсаторы С1 и С2, 4 - микросхема стабилизатора, 5 - конденсатор С4, 6 - резистор R1, 7 - светодиод D1 8 - макетная плата

При размещении деталей на плате необходимо помнить об их распиновке (расположении выводов). Нужно учесть полярность электролитических или танталовых конденсаторов, диодов, распиновку транзисторов, микросхем, штекеров. На некоторых компонентах полярность обозначена на корпусе. Расположение выводов транзисторов, диодов и микросхем всегда нужно сверять с даташитом.

Рис. 6. Размещение деталей на плате.

Не следует загибать выводы элементов с обратной стороны платы, так как в будущем это усложнит их выпайку.
Расположив детали на плате, обрезав излишне длинные выводы, можно приступить к пайке. Сначала просто закрепим пайкой элементы на макетной плате:

Рис. 7. Запаянные выводы деталей.

А затем произведём соединения:

Рис. 8. Нижняя сторона платы с соединениями.

На пересечениях проводников нужно следить, чтобы изоляция не расплавилась и не возникло замыкания. При распайке выводов необходимо помнить о "зеркальном" виде всех элементов! Даже профессиональные электронщики с многолетним стажем иногда делают тут ошибки.

Выводы стабилизированного напряжения (плюс 5 вольт и "общий") для удобства можно вывести и на верхнюю сторону платы. Кроме того, на верхнюю сторону платы можно вывести и точку нестабилизированного напряжения с плюса конденсатора С3. Сюда можно будет в будущем подключать нагрузку, не требующую стабильного напряжения: например, моторы, реле, лампы.
Точки выходного напряжения схемы питания можно обозначить на плате фломастером. Для удобства красным фломастером можно провести линию, отделяющую схему питания от остального места на плате.
Перед включением схемы блока питания нужно её ещё раз проверить. "Заплывшие" припоем контакты можно легко обнаружить "на просвет", если поднести плату к настольной лампе.
Если появилась уверенность, что всё правильно - можно подключить первичный источник питания (трансформатор). Индикаторный светодиод должен светиться.
В любом случае после включения нужно вольтметром проконтролировать величину напряжения на выходе стабилизатора (на конденсаторе С4), должно быть 5 вольт. Если это не так, то нужно приступить к обнаружению ошибок.

Обнаружение ошибок.

• При правильной работе стабилизатора без нагрузки ни одна деталь не должна нагреваться.
• Если величина напряжения на выходе стабилизатора (на конденсаторе С4) выше 5,2 вольта или ниже 4,8 - это указывает на обрыв среднего вывода стабилизатора IC1 или его неисправность.
• Если в процессе работы греется электролитический конденсатор С3 или С4, то есть вероятность, что у него перепутаны плюс и минус.
• Если происходит нагрев диодного моста - нужно проверить замыкание между его выводами.
• Сильный нагрев микросхемы LM7805 указывает на замыкание в выходной цепи (+5 вольт замкнут на "общий" минус).

Рис. 9.

• Если светодиод не светится, проверьте правильность его подключения: анодом - к R1, катодом - к минусу.
• Нагрев светодиода D1 указывает на слишком малое сопротивление резистора R1.
  
  Кстати, полярность светодиода легко распознать, рассмотрев его "на просвет" (Рис. 9.). Анодом, положительным электродом, почти всегда является меньший электрод в пластиковом корпусе. От цвета корпуса и цвета свечения светодиода это не зависит.

В следующей части статьи будет описано размещение и подключение микроконтроллера на этой отладочной плате. А также запуск первой программы.
Вторая часть статьи существует в двух вариантах: варианте простой схемы с использованием ATtiny2313 и варианте с использованием ATmega8. Различия этих вариантов совсем небольшие.

Смелых и Удачных Экспериментов!!!

Перейти далее: >>Отладочную плату делаем сами. Часть 2 (Вариант с ATtiny2313).
Перейти далее: >>Отладочную плату делаем сами. Часть 2 (Вариант с ATmega8).

Возможные замены в схеме стабилизатора напряжения:

• На месте С3 вместо 470 мкФ (µF) можно смело поставить 500 или 1000 микрофарад на напряжение 16 или 25 вольт.
• На месте С4 можно ставить ёмкость от 10 мкФ до 100 мкФ на напряжение 10 или 16 вольт.
• На месте С1 и С2 можно использовать 0,1 или 0,01 мкФ.
• Вместо конденсатора на напряжение 25 вольт, можно смело ставить конденсатор с рабочим напряжением 50 вольт.
• Вместо диодного моста B80 можно применить DB102 или просто четыре диода. При этом необходимо учесть другой вид корпуса элемента.
• Вместо LM7805 можно использовать также КР142ЕН5А, КР142ЕН5В, KA7805. Аналогов этих микросхем существует очень много.
• Светодиод можно поставить любого размера или цвета. Но штатную (нормальную) работу устройства принято отображать зелёным цветом.
• Сопротивление резистора R1 влияет на яркость свечения светодиода. Чем меньше сопротивление - тем ярче горит светодиод. Но не стОит этим злоупотреблять, чем ярче свет светодиода, тем больше тока он потребляет!

Дополнения:

• URL: Обсудить статью или задать вопрос на форуме myROBOT.
• URL: Применение микросхемных стабилизаторов серии 142, К142, КР142 (КРЕН).
• Справочный листок на микросхему LM7805: LM7805.pdf
• Справочный листок на диодный мост B80: B80.pdf

Размещение этой статьи на других сайтах как полностью, так и частично разрешено только после согласования с администрацией myROBOT.RU