第14回実体配線図からブレッドボードを組み立てる

今回は実体配線図からブレッドボードを組み立てます。

今回の説明

回路を完成させるために以下の順序で説明しています。このエントリの説明は(2)「PICマイコンのベース回路を組む」の部分のブレッドボードを組み立てるステップになります。

LEDを電池と抵抗のみで光らせる回路を組み立てる
PICマイコンの回路を組み立てる前に、まずはブレッドボードに慣れておくことにします。電池、抵抗、LEDのみを使って、ブレッドポード上に回路を組んでLEDを光らせてみます。ここでは電池、抵抗、LEDの回路記号と回路図の説明をして、回路図からブレッドボードに組む方法を説明します。まずはブレッドボードに慣れましょう!
PICマイコンのベース回路を組む
はじめの一歩の回路は、LEDを1秒に1回光らせるだけの回路です。この回路をブレッドボードに組み立てます。
プログラムを作る
LEDを1秒に1回光らせるプログラムを作成します。
PICマイコンに書き込んで動作させる
作成したプログラムをPICマイコンに書き込んで動作させてみます。
ベース回路にスイッチを追加
LEDの点滅をスイッチで開始させるために、ベース回路にスイッチを追加します。これまではLEDを光らせる、という出力制御をしましたが、今度はPICマイコンで外部から信号を入力する方法を確認します。
ベース回路にブザーを追加
スタートスイッチ付きの、1秒に1回光らせる回路を作りましたので、ブザーを追加してタイマーとして完成させます。

2通りの組み立て

前回説明したとおり、ブレッドボードの組み立ては、実体配線図からの場合と電子回路図からの場合の、2通りで説明します。ただ、いずれの場合も、元の図とブレッドボードの配線は対応関係がない部分があるので、特にそのあたりは詳しく説明します。

今回の記事でブレッドボードは完成してしまいますが、できれば次回、電子回路図からブレッドボードを組み立てる手順も一つ一つ確認してみてください。

それでは実体配線図を見ながら組み立てます。

実体配線図を見ながら組み立てる

実体配線図からブレッドボードに組み立ててみましょう。

これが実体配線図でしたよね。念のためPICマイコンとPICKitのピン番号を確認しておいてください。

実際の組み立ての順序には絶対的なルールがあるわけではありませんが、ここでは以下のような順序で組み立てることにします。

電源の配線
PICKit接続用ピンヘッダとPICマイコンの位置決め
PICマイコンへの電源とパスコンの接続
プログラム書き込み系の配線
LED回路系の配線

それでは電源の配線から始めます。

ブレッドボードには両側に電源ラインが用意されていますので、電池ボックスから

このように接続します。ただし、このように接続すると…

下の方の黄色で枠をつけた電源ラインは電源が供給されませんよね。もし、???って思ったら「PICマイコン電子工作入門〜基礎編〜第6回」で説明しましたブレッドボード内の接続状態を思い出してみてください。下側の電源ラインにも電源が供給されるように、電線を加工して、上と下の電源ラインをつなげます。

これで電源の配線は終わりです。電源の配線は簡単に済ませてしまいましたが、実はこの配線が、実体配線図とブレッドボード上の組み立てが対応しない要因となっています。ブレッドボードに回路を組み始める前に、この電源の配線について理解を深めるため、実体配線図をいじってみたいと思います。

実体配線図は、最初にに示したとおりですが、この実体配線図をよく見ると、PICマイコンの1番ピン(VDD)と8番ピン(VSS)には、他のピンと比較して線がたくさんつながっていますよね(下の図のエメラルドグリーンの丸印)。

これは、そもそも電池ボックスから出ているプラスとマイナスの線をPICマイコンの1番ピンと8番ピンにつなげたことにより、他に電源のプラスとマイナスに接続する必要のある配線がここに集中してしまっているためです。

PICKitコネクタのVDDピンとVSSピンからこの1番ピンと8番ピンにつなげる必要があったり、LEDの配線で、LEDのカソード(マイナス側)を電源のマイナスに接続するため、8番ピンにつなげる必要があったりというように、電源のプラスとマイナスにはいろいろな配線が必要となっているためです。

今回組み立てる回路は今のところLED回路の配線だけですが、基礎編の後半ではさらにスイッチを追加したり、ブザーを追加したりします。これらも電源のプラス側やマイナス側に接続する箇所がでてきます。このように、電源のプラス側やマイナス側に多くの接続が必要になりますが、この状況は今回の回路に限らず一般的な電子回路でも同様です。

ブレッドボードに回路を組む場合、PICマイコンの1番ピンと8番ピンにはそれほど多くの配線ができるわけではありません。具体的にどの程度の配線が可能なのでしょうか。例えば、PICマイコンを以下のようにセットしたとすると、

接続できる配線はエメラルドグリーンで囲った穴だけ、つまり1番ピン、8番ピンとも、4つの穴しか接続できないことになります。ということで、このように電子部品のプラスとマイナスに配線が集中しないように、ブレッドボードでは、どこからでも容易に電源のプラスとマイナスに接続できるように、上のようなプラスとマイナスのラインが用意されているわけです。

ここで、ブレッドボードのプラスラインとマイナスラインのように電源のプラスとマイナスをどこからでも接続できるようにした場合、実体配線図ではどうなるか、無理矢理考えてみます。実体配線図でブレッドボードと同じようなことを表現すると以下のようなイメージになります。ホント無理矢理ですが。

この図のエメラルドグリーンの四角内であれば、どこでも接続してOK、ということになります。この図ではPICマイコンへの電源供給がなくなってしまいました。PICマイコンに電源が供給されるように正しく直すと以下のようになります。

あとは、PICマイコンの1番ピン(VDD=電源プラス)と8番ピン(VSS=電源マイナス)につながっている線は、それぞれ、赤と黒の線のどこにでもつなげられますので、上の実体配線図はさらに以下のように変形することができます。

このようにすると、エメラルドグリーンで示したPICマイコンの1番ピンと8番ピンへの接続数は2本に減りました。ちょっとわからなくなってきてしまった場合、電子回路は電気的に正しく接続すればOK、ということを思い出してください。

これからブレッドボード組み立てますが、特にプラスとマイナス電源ラインへの接続に注意しながら進めます。また、この後に出てくるブレッドボード図では、電池ボックスを省略してかきます。

まずはピンヘッダとPICマイコンの位置決めです。

はじめにピンヘッダを配置します。ブレッドボードには番号が振られていますので、それを活用して、PICkitのコネクタ番号に合うように配置します。

次にPICマイコンの配置を決めてしまいましょう。ブレッドボードにちょっと余裕がありますので、

ピンヘッダからちょっと離して、このように配置してみました。PICの1番ピンが、ブレッドボードの11番になるようにしてみました。そうすると、1の位がPICマイコンのピン番号になります。とはいってもPICマイコンの5〜8番は対応していませんが…。

これで主要な配置が決まりましたので、いよいよ配線をしていきます。ここから配線は実体配線図の接続を再現していきますので、実体配線図にチェックを入れながら作業していきます。

PICマイコンに電源が供給されていませんので、PICマイコンに電源を配線します。実体配線図では、電池ボックスからPICマイコンの端子に直接つないでいましたが、ブレッドボードでは、電源ラインをつくりましたので、そこから供給します。

それと物理的な位置に制約のあるパスコンを配線します(パスコンはPICマイコンの電源ピン(VDD/VSSピン)のすぐそばに配置する必要があるんでしたよね)。

パスコンはこのようにPICマイコンのVDD(1番ピン)とVSS(8番ピン)に近づけるように配線してみました。コンデンサのリード線加工がやりづらいかもしれませんが、頑張りましょう。

ここまで配線できたら、実体配線図に配線済みのチェックをつけます。

続いてブログラム書き込み系の接続をします。実体配線図で緑の線です。PICKitの1番ピンから接続していきましょう。まずPICKitの1番ピンと、PICマイコンの4番ピンがつながればOKです。つなげ方はいろいろありますが、以下のようにしてみました。

配線の一部がコンデンサの接続部分の上を通りますが、電気的に接触することはありませんので、このようにしました。実体配線図に配線済みの印をつけます。

さて、次にPICマイコンの4番ピンと1番ピンの間に接続されている、10kオームの抵抗を接続しましょう。ここが難関です。実体配線図から考えると、以下のように、PICマイコンの1番と4番を10kオームの抵抗で接続してしまえばよいですよね。

これでも正解ですし、動作も問題ありません。ただ、

この図で示したPICマイコンの2, 3番ピンは信号ピンとして使用します。そのため、ピンク色の枠で囲った部分の穴は、何かの接続に使用するか、信号線が通る可能性があります。

すでに、緑色の線でひとつ穴が埋まってしまっていますので、できればこの10kオームの抵抗で穴をふさぎたくありません。実は10kオームの抵抗はどうしてもここに配置する必要がある、というわけではありません。ここに配置する必然性がなく、この場所を空けておきたいので他の配置を考えます。

実体配線図でこの10kオーム抵抗の配線をよくみてみると、実は、4番ピンの配線の接続と、電源のプラスを接続すればいいことがわかります。そこで、PICマイコンのすぐ近くの配線領域になるべく影響がでないような10kオーム抵抗の配置するようにします。以下の図の左下ピンク色の枠の部分です。

ブレッドボードの接続をたどって、4番ピンとプラスの電源が、10kオームの抵抗を通して接続できていることを確認してください。なお、ブレッドボードのj-1の穴と近くのプラス電源をつないでもOKです。

いかがでしょうか。ちょっと難しいですよね。実際にブレッドボード上に組み立てる場合、穴の数に限りがありますので、このような配慮が必要になってきます。ただ、これもあまり最初から難しく考えなくても大丈夫です。

先ほどのように抵抗をPICマイコンの1番ピンと4番ピンの間に直接つないでしまい、後々どうしようもなくなってきたら、配線が2階建てみたいに上を通っても構いません。それでも接続が難しくなってきたら、、、そのときまた考えればいいんです。まずはやってみて、失敗したらそれを糧にすれば大丈夫です。

実体配線図にチェックをつけます。

続いて、PICKitの2番ピン、3番ピンを配線します。これらのピンからの配線は、実体配線図上ではそれぞれ、PICマイコンの1番ピンと8番ピンに接続されていますが、これらの配線についても、電源ラインは上下どちらにもありますので必ずしもここに接続する必要はありません。

ピンヘッダのすぐそばにプラス配線、マイナス配線がきていますので、それぞれ接続します。プラス/マイナスの電源に接続する配線はそれぞれ赤、青にしています。以前も説明しましたが、一般的に電源系はプラスが赤、マイナスが黒か青が使用されていますので、それに合わせるようにしたほうがよいでしょう。

このような配線をしたいために、ピンヘッダをj列ではなくi列に配置しました。

実体配線図にチェックをつけます。

さらに、PICKitの4番ピン、5番ピンを接続します。これらはこの配置ですと以下のようにするとよさそうです。

実体配線図にチェックをつけます。

あとはLED回路の配線で完成です。この接続は、PICマイコンの2番ピンから、抵抗→LEDのアノード→LEDのカソード→電源マイナス側に接続すればOKです。だんだん電線を加工して接続するのも面倒になってきましたので、電線の配線が少なくなるように、以下のように配線してみました。LEDのカソードからマイナス電源に接続となるため、ここでは青い電線を使用しました。