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:

Arduino接腳對應馬達驅動晶片

Arduino	L293D
D3	P15
D5	P10
D6	P7
D9	P2
5V	P1、9、16
GND	P4、5、12、13

 

 

繪製Arduino擴充板電路圖

Step1.先開啟舊檔，先匯入 『arduino_uno.ms14』的檔案

 

Step2.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。

 

 

Step3.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」

 

Step4.新增兩個Vcc 元件連接在l293d的1、9、16號腳位

 

Step5.再新增接地線共地，以保持電位為零。

「Source」 →「GROUND」 → 點選「OK」

 

Step6.一樣也是新增兩個接地線接到L293D的4、5、12、13號腳位

 

 

Step7.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」

 

 

Step8.選擇IO3，即是代表Arduino的腳位

 

 

 

Step9.重複7、8的步驟，另外在新增接頭IO5、 IO6、 IO9

 

 

Step10.將IO3、IO5、 IO6、 IO9分別接到l293d的15、10、7、2腳位

Step11.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」

 

Step12.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

 

Step13.一個接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。

 

將電路圖轉成PCB

 

Step14.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」

 

 

Step15.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。

Step16.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。

在[ 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。

 

 

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。

 

Step17.匯入Arduino 外板框

「File」→ 「Import」→「DXF」

 

然後選取『arduino_un.DXF』檔案

 

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

 

Step18.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

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

 

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。

 

Step19.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。

 

Step20.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。

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。

 

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。

 

排列好Arduino腳位後，再依序把其他元件排至適當位置

 

Step21.點選 ，可以快速佈線。

Step22.調整線徑的寬度

在[ 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。

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。

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。

 

將線路整理

 

 

Step23.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。