|
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
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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:
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖2
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
1.先開啟舊檔，先匯入 『arduino_uno.ms14』的檔案
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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」
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖5
- 新增兩個Vcc 元件連接在l293d的1、9、16號腳位
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖6
5.再新增接地線共地，以保持電位為零。
「Source」 →「GROUND」 → 點選「OK」
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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」
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖9
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖10
8.選擇IO3，即是代表Arduino的腳位
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖11
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖12
- 重複7、8的步驟，另外在新增接頭IO5、 IO6、 IO9
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖13
10.將IO3、IO5、 IO6、 IO9分別接到l293d的15、10、7、2腳位
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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」
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖15
- 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
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖16
- 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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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」
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖21
17.匯入Arduino 外板框
「File」→ 「Import」→「DXF」
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖22
然後選取『arduino_un.DXF』檔案
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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)。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖25
在外框線上按滑鼠右鍵選擇「Group selection」，再按「Properties」
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖31
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖33
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖34
排列好Arduino腳位後，再依序把其他元件排至適當位置
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖35
21.點選 ，可以快速佈線。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖36
22.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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖39
將線路整理
Image may be NSFW.
Clik here to view.
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。
Image may be NSFW.
Clik here to view.
圖41