第3章

初学者搭建电路神器
——面包板





一款常用的面包板如图3．1所示，面包板对学习单片机有什么帮助？为什么要用面包板？什么情况下使用面包板？带着这3个问题一起对本章内容进行学习。



图3．1MB102面包板


3．1初学者使用面包板的好处

入门单片机常用的元器件及模块如图3．2所示，而将这些元器件搭建成单片机入门学习中的每个实验电路，则需要一个能搭建这些电路的“载体”。当然有读者会立刻想到实验室中常用的万能板，也叫“洞洞板”，如图3．3所示，使用万能板搭建实验电路也是可以的，但是使用万能板需要具备一定的电路焊接能力，笔者刚开始学习单片机时偶尔也使用万能板，但是经常为了能用上一个电路而需要焊接大半天，如果电路有问题，则还需要改动，这样来来回回焊接，耗费了大量的时间。



图3．2单片机入门常用元器件




图3．3实验室中常用的万能板


当然，如果焊接能力比较强，则使用硬线“裸奔”方式搭建电路也是可以的，如图3．4所示。一般建议使用这种方式搭建成熟的模块化电路，供后期重复使用或具有观赏性效果。



图3．4使用硬导线焊接的Arduino Uno电路板


对于刚开始学习电路和单片机的读者来讲，使用面包板搭建电路非常方便，可以灵活地增加和移除元器件，使用面包板搭建的Arduino流水灯实验电路如图3．5所示。面包板是免焊接的，是制作临时电路和测试原型的最好载体。面包板是绝对不需要焊接的，如果使用面包板再去焊接，那就没有起到面包板实际的作用。对于电子电路入门者而言，学会使用面包板是一个很好的开始。面包板的优美之处在于，它能同时容纳最简单和最复杂的电路。正如读者会在后面看到的那样，如果电路不能被当前的面包板所容纳，则可以通过拼接其他模块的方式来适应所有大小和复杂度不同的电路。



图3．5使用面包板搭建的流水灯电路


3．2面包板使用简介

电子爱好者常用的两款面包板如图3．6所示，可以看到上面分布着密密麻麻的小孔，这些孔是有规则的，并且按照标准的2．54mm间距排列。这些面包板又可以通过组合的方式构成更大型的面包板，方便更多元器件和模块电路承载。




图3．6两种常用面包板


一般面包板两侧标有+、-的孔是互相连通的，主要用于供电，中间的孔则用于元器件插接和导线连接，其中A~E孔互相连通，F~J孔也互相连通，如图3．7和图3．8所示。为了方便实验电路的搭建，一般需要配合面包板电源一起使用，某款面包板电源如图3．9所示。



图3．7面包板两侧电源




图3．8面包板连通示意



图3．9面包板电源与使用方式


使用面包板搭建电路，当然离不开杜邦线这个“黄金搭档”，常用的杜邦线的间距是2．54mm，如图3．10所示，3种常用类型的杜邦线如图3．11所示。购买杜邦线时建议公对公、公对母及母对母型号都买一些，因为实际的模块或元器件有些需要使用公端连接，而有些则需要使用母端连接。



图3．10杜邦线在面包板上的使用




图3．11常用的3种杜邦线


小技巧： 建议购买品质合格的杜邦线，劣质杜邦线在实际使用中经常会出现电路虚断，排查起来费时费力。有条件的读者可以考虑使用软硅胶杜邦线，相对来讲线材柔软，可靠性高，价格当然也会稍微贵一些。


3．3面包板在实际项目中的妙用

在学习单片机的过程中，不可避免地要搭建实验电路，一方面很多初学者对于使用烙铁不熟练，另一方面使用万能板直接焊接元器件需要消耗大量时间，电路有错误又要来回更改，非常不方便。而面包板的使用就非常方便，上面相邻孔的间距是2．54mm，常用的排针间距也是2．54mm，通过杜邦线将模块或电路与单片机最小系统电路连接起来，如果连接不正确，则还可以改动。这种做法对于初期的电路验证和初学阶段电路搭建是非常方便的，使用面包板搭建的Arduino UNO最小系统板如图3．12所示。



图3．12使用面包板搭建的Arduino UNO最小系统板


3．3．1原型电路验证

使用直插元器件直接搭建电路，在无单片机的情况下对电路模型进行验证，例如NE555定时器电路、74xx系列逻辑验证电路、模拟电路验证等，使用按键开关配合三极管搭建控制LED开关电路如图3．13所示，以NE555定时器为核心搭建的功能验证电路如图3．14所示。



图3．13面包板分立元器件使用





图3．14面包板集成电路搭配分立元器件


测试原型是一种通过创建初始模型来测试想法的过程，而这个模型由其他形式开发或复制，这是面包板搭建电路最广泛的用途。如果读者不确定一个电路在给定参数的设置下是否可正常工作，则建立一个测试原型去检测它是最好的一种验证方式。


3．3．2单片机连接分立元器件或模块

例如，如果读者想使用单片机点亮一颗LED、使用按键控制LED或者对单个模块(温度传感器、光强度传感器等模块)电路进行验证，则可使用Arduino UNO驱动74HC595搭建面包板实验电路，如图3．15所示，使用Arduino UNO读取超声波模块的测距数据并显示到1602液晶模块上的实验电路如图3．16所示。



图3．15Arduino驱动74HC595




图3．16Arduino超声波测距


3．3．3多平台、多模块系统验证

多模块复杂系统早期原型验证里面既有单片机，又有多个不同模块，将这些模块组合起来实现相应功能。一般这种系统的组成方式主要包括单片机最小系统板、功能模块(电机驱动模块、温度传感器模块等)、按键和LED等，同一模块首先在Arduino平台上验证，然后用STM32驱动该模块，如图3．17所示。Arduino入门阶段推荐的元器件、电路模块和面包板全家福如图3．18所示。



图3．17不同单片机驱动新IC面包板电路搭建




图3．18Arduino基础版元器件全家福



思考与拓展

(1) 面包板在初学者学习单片机的过程中非常有帮助，特别是有助于动手能力的提高和对硬件本身性能的理解。

(2) 由于当前市面上集成电路普遍采用贴片方式封装(SMT)，为了方便在面包板上使用，建议选购贴片转接板，如图3．19所示。当然如果读者具备PCB设计能力，也可以设计一些用于面包板使用的标准模块。



图3．19SMT贴片转接板


(3) 实际面包板在使用过程中可以通过不断拼接组成大型的电路，曾有人使用分立元器件结合面包板制作8位单片机，如图3．20所示，后面章节中的例子也都可以使用面包板搭建电路的方式进行验证。



图3．20使用面包板自制的8位单片机