معرفی کامل برد بورد (Breadboard) + انجام یک پروژه عملی ساده

دنیای الکترونیک بسیار گسترده و عمیق است و احتمالا نمی‌دانید دقیقا از کجا شروع کنید. خواندن این مقاله بهترین نقطه شروع برای یادگیری مبانی مقدماتی الکترونیک به صورت عملی است، زیرا بِرِد بورد «Breadboard» بهترین ابزار برای انجام پروژه‌های مقدماتی الکترونیکی و آشنایی با مبانی اولیه برق است. 

برد بورد یک ابزار آماده برای انجام پروژه‌های الکترونیکی است که در ساخت نمونه‌های آزمایشی و پروتوتایپ استفاده می‌شود. این بوردهای پلاستیکی به دلیل عدم نیاز به لحیم‌کاری یا دانش فنی طراحی بورد، گزینه محبوبی برای شروع یادگیری و تست هستند.

با یادگیری اصول اولیه شبیه‌سازی مدار و کار با برد بورد می‌توانید پروژه‌های متعددی را در زمینه الکترونیک، رباتیک، اینترنت اشیا، هوش مصنوعی و مهندسی برق انجام دهید. البته، برای انجام پروژه‌های واقعی و کاربردی باید علاوه بر برد بورد با اجزای سخت‌افزاری دیگر از جمله بوردهای میکروکنترلی مانند آردوینو، قطعات الکترونیکی و برنامه‌نویسی سخت‌افزار نیز آشنا شوید. اصلا نگران نباشید! با عضویت در خبرنامه تینگزپاد، قدم به قدم مفاهیم فوق را با پروژه‌های عملی ساده به شما آموزش خواهیم داد.

اکنون وقت آن است که با برد بورد و نحوه کار با آن آشنا شویم.

 

برد بورد چیست؟

برد بورد یک ابزار پلاستیکی آماده مانند شکل زیر است که در اندازه‌های مختلف تولید می‌شود. به دلیل سهولت کار با برد بوردها، آن‌ها بهترین گزینه برای یادگیری الکترونیک یا آزمون و خطا در ابتدای تست یک پروژه هستند. 

از مهم‌ترین ویژگی‌های برد بورد، قابلیت مونتاژ ساده قطعات بر روی آن بدون لحیم‌کاری است. در صورت بروز هر گونه اشتباه در حین بستن مدار، می‌توانید به راحتی قطعات را جدا کرده و مدار را تصحیح کنید.

برد بوردها در انواع و اندازه‌های مختلفی تولید می‌شوند و می‌توانید با توجه به ماهیت پروژه، سایز و مدل مناسب را انتخاب کنید. همچنین، در صورت بزرگ و پیچیده بودن مدار مد نظرتان می‌توانید تعدادی برد بورد را به یکدیگر متصل کنید و نمونه‌های بزرگ‌تری را پیاده‌سازی کنید. 

 

اجزای برد بورد

اگر با نرم‌افزار اکسل کار کرده باشید، اعداد و حروف موجود بر روی برد بورد برای شما آشنا هستند. هر برد بورد از تعداد خانه (سوراخ) تشکیل شده است که محل قرار گرفتن پایه قطعات الکترونیکی مانند LED، مقاومت و خازن هستند. از حروف و اعداد روی برد بورد برای مسیریابی دقیق هر خانه استفاده می‌شود تا اتصالات به درستی انجام شوند. سطرهای برد بورد از حرف A تا J و ستون‌های آن، نسبت به اندازه برد بورد، از عدد 1 به بالا تشکیل شده است.

 

 

برای اشاره به یک خانه خاص در برد بورد، ابتدا نام سطر و سپس نام ستون آن را مشخص می‌کنیم. به طور مثال، خانه موجود در عکس زیر را به نام G10 می‌شناسیم.

 

در دو سمت کناری برد بورد، دو سطر خانه طویل دیده می‌شود که با علامت مثبت (خط قرمز) و منفی (خط آبی) نشانه‌گذاری شدند. به آن‌ها ریل مثبت و منفی یا شین یا باس (Bus) گفته می‌شود. از این ریل‌ها برای اتصال باطری یا منبع تغذیه به مدار استفاده می‌شود. البته، ماهیت فیزیکی باس مثبت و منفی یکسان است و این جداسازی صرفا برای مدیریت ساده و نظم در بستن مدار است. حتی در بعضی از نسخه‌های قدیمی برد بوردها، این خطوط رنگی وجود ندارند.

 

 

اتصالات در برد بورد

برای بستن مدار باید با اتصالات موجود میان خانه‌های برد بورد آشنا باشید. هر ستون از برد بورد به دو مجموعه 5 تایی تبدیل شده است. بین هر 5 خانه در یک ستون از برد بورد (مثلا ستون 2 در عکس زیر) اتصال الکتریکی برقرار است؛ یعنی تمام خانه‌های A2، B2، C2، D2 و E2 به صورت الکتریکی به یکدیگر متصل هستند.

 

اما خانه‌های موجود در ستون‌های مختلف به یکدیگر متصل نیستند. به طور مثال میان خانه A1 و خانه A6 اتصال الکتریکی برقرار نیست. بنابراین، میان تمامی خانه‌های یک ستون در یک نیم ردیف اتصال الکتریکی برقرار است.

میان خانه‌های یک ریل مثبت (یا منفی) نیز اتصال الکتریکی برقرار است که با یک خط پیوسته قرمز (یا آبی) نمایش داده شده است. اما خانه‌های شین مثبت و منفی به یکدیگر متصل نیستند. همچنین، میان ریل مثبت یا منفی دو سر مخالف برد بورد نیز اتصالی برقرار نیست. 

در برخی از برد بوردها، خط طویل قرمز یا آبی از وسط نصف شده است. این بدین معنا است که شین مثبت و منفی برد بورد در هر سمت به دو قسمت تبدیل شده است و به دلیل عدم اتصال میان دو بخش می‌توان از منابعی با سطوح ولتاژ مختلف برای تامین قدرت برد بورد استفاده کرد. برخی برد بوردها نیز دارای ریل قدرت، شین یا باس نیستند.

برای درک بهتر این اتصالات، بهتر است نگاهی به ساختار داخلی برد بوردها بیندازیم. در پشت هر برد بورد، یک لایه چسب وجود دارد. با کندن این چسب می‌توانید برد بورد خود را بر روی پروژه رباتیک یا اجسام دیگر بچسبانید. با جدا کردن لایه موجود در زیر چسب با شکل زیر رو به رو خواهید شد.

 

 

نحوه قرارگیری این نوارهای فلزی نوع اتصالات را نمایش می‌دهد. هر نوار فلزی (گیره) خارج از برد بورد مطابق شکل زیر است. با فشار دادن پایه قطعه درون هر خانه برد بورد، قطعه بین دو لبه گیره قرار گرفته و بدون نیاز به لحیم کاری ثابت می‌ماند.

 

 

گیره‌های فلزی در برخی از برد بوردها که از پلاستیک شفاف ساخته شده‌اند به راحتی قابل مشاهده است و نیازی به کندن لایه زیرین برد بورد نیست.

 

ایجاد اتصال جدید با جامپر

برای ایجاد اتصال الکتریکی میان خانه‌هایی از برد بورد که به یکدیگر متصل نیستند از سیم جامپر (Jumper) استفاده می‌کنیم. انتهای سیم‌های جامپر محکم است و می‌توان آن‌ها را به راحتی در خانه‌های برد بورد قرار داد. برای ساخت سیم جامپر کافی است دو سر سیم را لخت کرده و به آن‌ها سرسیم معمولی وصل کنید.

 

 

رنگ‌های مختلف سیم جامپرها برای تقسیم‌بندی راحت‌تر اتصالات بر روی برد بورد است و تفاوتی در ماهیت فیزیکی سیم جامپرها وجود ندارد. معمولا از رنگ قرمز سیم جامپر برای اتصال مثبت و از رنگ مشکی برای اتصال منفی استفاده می‌شود.

  

پروژه عملی ساده با برد بورد 

اکنون زمان آن است که معلومات خود درباره برد بورد را با یک پروژه ساده محک بزنید. مقدماتی‌ترین پروژه قابل انجام با برد بورد، روشن کردن یک LED است.

 

 

برای انجام این پروژه به قطعات زیر احتیاج خواهید داشت:

• یک LED (رنگ آن مهم نیست)
• یک عدد مقاومت؛ ترجیحا 220 اهم
• یک منبع تغذیه؛ مانند باطری 3 ولت (یا دو باطری 1.5 ولت)
• تعدادی سیم جامپر

برای اتصال منبع تغذیه (باطری) به برد بورد باید سیم مثبت باطری را به ریل مثبت و سیم منفی آن را به ریل منفی برد بورد متصل کنید. قطب مثبت و منفی باطری با علامت بر روی آن مشخص شده است. برای تشخیص سریع‌تر بدانید که قطب منفی در قسمت ضخیم‌تر باتری قرار دارد.

ابتدا به پایه‌های LED خود نگاه کنید. پایه مثبت ال ای دی بلندتر و پایه منفی آن کوتاه‌تر است. هنگام نصب LED بر روی بردبورد باید این پایه‌ها را در ستون‌های مختلف قرار دهید.

برای کنترل جریان عبوری از باطری به LED، بهتر است از مقاومت استفاده کنید. البته، در صورت استفاده از باطری 3 ولت خطر سوختن LED شما در اثر نبودن مقاومت بسیار پایین است.یک پایه مقاومت را درون ریل منفی و پایه دیگر آن را در خانه‌ای متصل به پایه منفی LED قرار دهید.

حالا با کمک یک سیم جامپر، پایه مثبت LED و ریل مثبت برد بورد را به یکدیگر متصل کنید.

 

 

همانطور که مشاهده می‌کنید، LED شما روشن شده است.

 

چه قطعاتی را می‌توان به برد بورد متصل کرد؟

اکثر قطعات الکترونیکی که پایه فلزی دارند را می‌توان بر روی برد بوردها نصب کرد. قطعاتی از جمله:

• مقاومت
• خازن
• دیود
• ال ای دی (LED)
• دکمه (Push Button)
• پتانسیومتر
• ترانزیستور
• انواع سنسورها (دما، رطوبت، فوتوسل و ...)

توجه داشته باشید که قطعات الکترونیکی که به صورت smd هستند را نمی‌توان به برد بورد متصل کرد. 

برای اتصال قطعات الکترونیکی دارای پین (Pin) به جای پایه فلزی بلند مانند آی‌سی‌ها (IC) باید از فضای خالی وسط برد بورد بهره‌برداری کنید. در طراحی این نوع قطعات که فضای بیشتری را روی بورد اشغال می‌کنند، از تکنیکی به نام DIP یا Dual in-line Package استفاده می‌شود. این چیپ‌ها دارای پایه‌هایی در دو سمت هستند و فاصله میان آن‌ها به گونه‌ای است که بتوان قطعه را دقیقا میان دو دسته 5 تایی برد بورد مطابق شکل زیر قرار داد. بدین ترتیب هر پایه از IC بدون درگیری با سمت مخالف، اتصالات منحصر به فرد خود را خواهد داشت.

از انواع قطعات دارای پین می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• آی سی گیت‌های منطقی مانند 74HC04، 74HC08، 74HC32 و...
• آی سی شیفت رجیستر
• آپ امپ
• میکروکنترلرهایAVR  مانند Atemage16، Atemage32

 

چرا برد بورد؟

برد بورد تاریخچه بسیار جالبی دارد. همانطور که در این مقاله متوجه شدید، برد بوردها عملیات تست و عیب‌یابی را بسیار تسهیل می‌کنند. به طور مثال، یک تعمیرکار مدارهای الکترونیکی می‌تواند اجزای مدار را به سرعت روی برد بورد پیاده‌سازی و مشکل را پیدا کند. همچنین برد بوردها مراحل تست و ساخت نمونه اولیه محصول شما را ساده کرده و هزینه خطا را کاهش می‌دهند.

اما مهندسین الکترونیک همیشه هم اینقدر خوشبخت نبودند! قبل از ظهور برد بوردها به این شکل، از تخته‌های چوبی نان معادل نام انگلیسی آن یعنی Bread Board برای پیاده‌سازی اولیه پروژه‌های الکترونیکی استفاده می‌شد و قطعات الکترونیکی نیز با استفاده از میخ بر روی این تخته‌های چوبی محکم می‌شدند.

 

 

حتی قبل از بکارگیری تخته‌های چوبی نان از روشی پیچیده‌تر به نام Wire-Wrap برای سیم پیچی درون یک صفحه Protoboard استفاده می‌شد.

پس امروزه با این ابزارهای پیشرفته‌تر دیگر هیچ بهانه‌ای برای شروع تست و طراحی مدار ندارید!

 

بعد از این مقاله، چکار کنم؟

پروژه‌های قابل انجام با برد بورد فقط به همین‌جا ختم نمی‌شوند. هدف ما در آکادمی تینگزپاد آموزش اتصال انواع قطعات پرکاربرد به برد بورد و تسلط بر بستن مدار است تا بتوانید تمامی این پروژه‌های ساده را از طریق شبکه اینترنت یا اینترانت نیز انجام داده و به یک توسعه‌دهنده اینترنت اشیای ماهر تبدیل شوید.

حالا که کار با برد بورد را فرا گرفتید، وقت آن است که پروژه‌های پیچیده‌تری را با کمک برد بورد و قطعات مختلف مانند بوردهای آردوینو انجام دهید.