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[Arduino專題好用] 自己製作Arduino擴充板,使用Multism Blue

 

設計/撰寫者

皓云/鈺莨

時間

三小時

難度

***

材料表

今日要跟大家分享的作品是Arduino馬達擴充板,我們在作馬達控制的專題,尤其要接兩顆馬達的時候(例如:自走車),如果直接接Arduino,可能會因為Arduino的電流太小而推不動馬達,或是馬達電流太大把Arduino燒壞的風險,所以必須要外接馬達驅動晶片L298N。

當我們在做專題時,都會先用杜邦線接,但是馬達驅動晶片的腳位很多,接好之後如果要帶去展示時,在運送過程中難免會有杜邦線脫落的現象,造成要查線路的問題,畫擴充板便可以解決這個問題。

那麼作成擴充板的形式還有何麼好處呢?

  • 馬達驅動晶片接線複雜,可以減少電路斷路的風險
  • 將常用的元件焊在一起,具有獨特功能性
  • 利用擴充板形式可以節省空間,好收納
  • 可以小型量產

在繪製之前必須要先下載Arduino的所需檔案

本文是用Multism Blue的電路軟體來繪製,下載軟體及安裝步驟請參閱:

[不錯用的電路設計軟體Multisim Blue]手把手安裝教學

我們的目標就是要畫出下列的接線示意圖:

圖2

Arduino接腳對應馬達驅動晶片

ArduinoL293D
D3P15
D5P10
D6P7
D9P2
5VP1、9、16
GNDP4、5、12、13

 

 

繪製Arduino擴充板電路圖

1.先開啟舊檔,先匯入 『arduino_uno.ms14』的檔案

圖3

 

2.開啟之後會是Arduino 的電路圖,和l293d馬達驅動晶片底座,為什麼說是馬達驅動晶片底座呢?

因為實際上是鑽16個孔再把馬達驅動晶片底座焊在擴充板上,另外再把l293d嵌入在底座上面,如果l293d燒壞,還可以鑷子更換l293d。

 

圖4

 

3.新增電路的電壓Vcc元件,也就是Arduino所提供的5V

「Source 」→「POWER_SOURCES」→「VCC」 → 點選「OK」

圖5

 

  1. 新增兩個Vcc 元件連接在l293d的1、9、16號腳位

圖6

 

5.再新增接地線共地,以保持電位為零。

「Source」 →「GROUND」 → 點選「OK」

 

圖7

 

6.一樣也是新增兩個接地線接到L293D的4、5、12、13號腳位

圖8

 

 

7.新增當頁接頭,這功能是Multism Blue特點之一

  • 可以取代了從l293d的腳位直接拉線到Arduino腳位的線路複雜度
  • 畫面較為簡潔,能快速了解線路

 

在選項欄位的「Place」→「Connect」→「On-page  connector」

圖9

 

圖10

 

8.選擇IO3,即是代表Arduino的腳位

圖11

 

圖12

 

 

  1. 重複7、8的步驟,另外在新增接頭IO5、 IO6、 IO9

圖13

 

 

10.將IO3、IO5、 IO6、 IO9分別接到l293d的15、10、7、2腳位

11.繪製輸出三個端子台來外接電池和2顆馬達,這種端子台上方有螺絲孔,可用一字起子轉鬆,將馬達或電池的單芯線插入孔內,再利用一字起子轉緊即可完成線路連接。

 

到「Mouser Database」→「Connectors」 →

「CONN_SCREW_TERM_Phoenix_Contact」→「1715721」

圖15

 

  1. 查詢元件相關資料
    有些電路符號都長得很類似,如果想知道實體元件長得如何,可以在上圖第5個步驟有元件的網路連結提供查閱相關資訊

圖16

 

  1. 一個接l293d的3號和5號腳位;一個接l293d的14號和11號腳位;另一個則是接l293d的8號腳位及接地。

圖17

 


將電路圖轉成PCB

 

14.在MultisimBlue電路圖繪製完成之後,再來就是將電路圖轉換成PCB繪圖軟體檔案

欄位上的「Transfer」→「Transfer to Ultiboard」→「Transfer to Ultiboard 14.0」

 

圖18

 

15.轉換完畢之後,MultisimBlue會開啟另一個PCB繪圖軟體,在電路圖中電子元件的接線,會在PCB軟體轉換成預拉線。

圖19
16. 刪除長方形黃色外板框

在左邊PCB欄位,點選兩下Board Outline,Board Outline即是外板框的意思,就是板子的外型,可以任意改變形狀。

[ 電路設計軟體Multisim Blue ] 花朵、小雞、金魚造型LED燈設計 外板框就是設計成圓形。

 

圖20

 

點選黃色外板框之後會變成虛線,之後按下鍵盤的「Delete」,即可刪除。

圖21

 

 

17.匯入Arduino 外板框

「File」→ 「Import」→「DXF」

圖22

 

然後選取『arduino_un.DXF』檔案

圖23

 

在「Ultiboad layer 」裡,有下拉式選單選擇「Board Outline」,再將把所有的單位改成mm(重要)。

圖24

 

18.匯入後需將Arduino外板框回歸到原點(就是白色的十字),要把所有的外框線設為群組,這樣所有的外框線就會一起移動。

 

首先將全選外框線

圖25

 

在外框線上按滑鼠右鍵選擇「Group selection」,再按「Properties」

圖26

 

 

 

會進到 「Group Properties」 裡 ,在分頁的「Position」的X、Y欄位分別都填上0,單位記得也要改成mm。

圖27

 

19.解除群組,一樣也是先框住所有的外框線,按右鍵選擇「Ungroup selection」,這樣的作法是為了要把元件放進外板框裡,如果沒有解除群組,元件就會把外板框擠掉而放不進去。

圖28

 

 

20.將Arduino的腳位和其他電子元件排列,先排列Arduino腳位,之後再放其他元件。

 

網路上有網友繪製出Arduino的尺寸圖,原點一樣也是在左下角,但是圖中所有尺寸皆是mil,必須換成mm(1mil = 0.0254mm ),也就是所有尺寸皆乘上0.0254。

 

圖29

 

(圖片來源: https://blog.arduino.cc/2011/01/05/nice-drawings-of-the-arduino-uno-and-mega-2560/)

 

 

將上述的尺寸轉換成座標,便可以定義出Arduino 腳位配置圖,這邊單位一律為mm。

圖30

 

現在座標已經定義出來了,這邊在畫上圖中J1、J2、J4、IOL時,我要怎麼知道位置是對的呢?以J4為例,在其中一個腳位(就是藍色圈圈)中按下滑鼠右鍵,點選「Properties」,會跑出「Through Hole Pin Properties」的視窗,分頁選「General」,欄位上有「Net」,就知道這個腳位是Arduino的8號腳位了,其他以此類推。

圖31

圖32

 

知道了大概的位置之後接下來要輸入座標,繼續以J4座標(30.22,50.8)為例,點選整個J4元件(注意圖33中虛線),在按一下滑鼠右鍵,點選「Properties」,會跑出「 Group Properties」的視窗,分頁選「Position」,在X欄位輸入30.22,Y欄位輸入50.8,單位選mm,其他腳位以此類推。

圖33

圖34

 

排列好Arduino腳位後,再依序把其他元件排至適當位置

圖35

 

21.點選 ,可以快速佈線。

圖36

22.調整線徑的寬度

[ 電路設計軟體Multisim Blue ] 花朵、小雞、金魚造型LED燈設計的內文有提到: 『設計電路板時,線徑的大小與電磁干擾成反比,線的長度與電磁干擾成正比為了降低不必要的電磁干擾,將線徑加寬。』,在此我們設定0.5mm。

 

我們如果只要選線路,單單對線路做改變的話,只需要打開,再把其他選項關閉,便可以只選線,而不會選到其他元件。

圖37

 

選取所有線路之後按右鍵,一樣點選「Properties」,會出現「Trace  Properties」 視窗 ,「General」分頁欄位有「Width」,填入0.5。

圖38

 

之後會出現會有紅色圈圈的出現,左下角的「DRC」也開始變紅色為警示效果,是因為線和線之間太靠近,還需要做一些調整。

圖39

 

將線路整理

 

圖40

 

23.調整好之後可以按下,做3D預覽查看元件排列位置,焊錫走線是否一致。

 

圖41