ものづくりコンテスト出力ボードのKiCad5データ

ものづくりコンテスト演習用出力ボード のデータを公開します

工業高校ものづくりコンテストの課題演習に使える出力ボードのデータです。
KiCad5用データをgithubの下記リンクに置いています。

KiCad5-syutsuryokukiban20

回路図PDF

syuturyokukiban20_sch

データとライセンス

KiCad Ver5.0用にアップデートしました、githubを使って公開しています。
ライセンスはオープンソースハードウェア扱いとし、オリジナル元の記載を忘れないようにしていただければ、使用上の制限は設けません。

ものづくりコンテスト演習用出力ボードについて

ものづくり検定・コンテストの課題演習用に設計した出力ボードです。
ものづくり検定・コンテストの課題で使う出力基板に統一の規格はありませんが、過去の基板を少しづつ変更しながら使われているので、よく課題に使われる回路で基板を作ってみました。
部品には出来るだけ秋月電子で入手可能なものを使っています。

KiCad用サンプルデータの使い方

このサンプルデータをKiCadで開いて編集する方法については KiCad5サンプルデータの使い方 を参照してください

PIC18F45K22CPUボードのKiCad5データ

PIC18F45K22CPUボードのKiCad Ver5のデータを公開します

KiCadデータはgithubの下記リンクに置いています。

KiCad5-pic18f45k22-v2cpubrd

回路図PDF

pic18f45k22-v21_sch

データとライセンス

KiCad Ver5.0用にアップデートしました、githubを使って公開しています。
ライセンスはオープンソースハードウェア扱いとし、オリジナル元の記載を忘れないようにしていただければ、使用上の制限は設けません。

PIC18F45K22CPUボードについて

広島県工業高校ものづくり検定の課題用に設計したCPUボードです。
部品には出来るだけ秋月電子で入手可能なものを使っています。

このCPUボードの特徴

最近のワンチップCPUは非常に使い勝手が良くなり、基板に載せて端子を入出力の相手に接続するだけで使えるようになりました。
この基板もCPUボードの機能としては、CPU端子をコネクタで接続できるようにしただけですが、教育用CPUボードとして工夫した点がいくつかあります。

1.電源供給とUSBシリアル通信機能を備えたUSBコネクタがある

USB機器が普及した今では、ダイソーでも、USB用電源アダプタやUSBケーブルを手に入れることが出来ますし、PCのUSBコネクタから電源を供給することも出来ます。
そのため、USBコネクタを電源供給用コネクタとして使うことで電源供給機器を用意する手間を最小化出来ると考えてUSBコネクタから電源供給が出来るようにしています。

また、組み込みプログラミングではprintf文を使って、プログラム動作中の情報をPCに表示することが大きなデバッグ効果を発揮します。
Ardinoがプログラミング入門用に広く受け入れられているのも、使い始めるときの敷居の低さと、シリアルモニタ、シリアルプロットというプログラム動作中の情報表示機能を備えているからです。
PICの場合、プログラム書き込み用ツールPicKitによるデバッガ機能を備えていますがシリアルモニタは出来ません。

PICはUSB通信をおこなう機能も備えていますが、入門者にUSB機能を使うためのプログラムを書かせるのは負担が大きすぎますし、割り込み関数の周期が不正確になるなどCPUの動作に影響を及ぼしてしまいます。

秋月でも入手できるFTDIのUSBシリアルを使えば、CPU側では単純なシリアル通信を行うだけでPCからは通信機能を持ったUSB機器として認識できるので、USBコネクタに電源供給とUSBシリアル通信機能を持たせて、教育効果を上げることを狙っています。

2.LEDで入出力ポートの状態を確認出来るようにしている

自分が撃ち込んだプログラムが思った通りに動作しない時、初心者はPCの画面だけを見て、「どこに問題があるんだろう?」と考え込んでしまうことがあります。
しかし、実際にはプログラムのせいではなく、コネクタの接続を間違っていたり、接触が悪かったりと、ハードウェア的要因によるトラブルの可能性もあります。

組み込みプログラミングに慣れてくれば、プログラムの確認と同時にオシロスコープ等を使ったハードウェアの確認が自然に出来るようになるものですが、初心者が少しでもハードウェアに意識を向けられるように、コネクタにつながる信号をLEDの点滅で確認できるようにしてあります。

また、限られた時間で課題に取り組む場合には、測定器などを準備する手間なくポートの状態を確認して、課題を解く時間を短縮できるという効果もあります。

KiCad用データの使い方

このサンプルデータをKiCadで開いて編集する方法については KiCad5サンプルデータの使い方 を参照してください

KiCad Ver5.1.2について

KiCad Ver5.1.2 の新機能

KiCadのサンプルデータをGithubに公開するにあたって、KiCad Ver4.0.7から Ver5.1.2にバージョンアップしました。

簡単に使ってみた感触では、機能及び操作性に大きな違いは無いように思いますが、Ver5になって、有り難いと思える新機能が二つありました。

1.3次元表示に使うデータとして、stepが追加になった。

 Ver4.xでは3次元表示に使えるデータは .wrl の形式だけでしたが、部品メーカー等が提供している3次元データには .wrl 形式のデータが無い場合が多く、FreeCADなどを使ってデータ変換をする必要があり、これが結構面倒でした。

Ver5.xでは標準的にサポートされている step データを読み込めるようになったため、KiCadのライブラリに無い3Dモデルを追加するのが楽になりました。

2.塗りつぶしパターンに簡単にViaが追加できるようになった

パターンを引き終わった後にGNDで空いたところを塗りつぶし、上下のGND面をViaで接続することで ノイズを低減し、CPUの動作安定を図ることが出来ます。

KiCadにも空いた部分を自動的に塗りつぶす機能が機能が備わっています。
しかし、Ver4.xでは上下の塗りつぶしパターンを接続するVia(バイアスホール)を追加するために、有効なネットからパターンを引いていく必要があり、これが地味に面倒でした。
Ver5で塗りつぶしパターンの上であればどこにでも、Viaを置くだけで自動的にパターンと同じ信号のViaを追加できるようになり、大きく実用性が増しました。

KiCad Ver4.xのデータ引き継ぎ

KiCad Ver4.xのデータをKiCad Ver5.1.2で読み込むことについては特に問題はありませんでした。
ただし、ライブラリは異なっているところがあるので、Ver4.xの基板にVer5.xのライブラリにある部品を追加する場合は手間が必要でした。

KiCad Ver5.x 用サンプルデータの提供

KiCadで基板を作り始める時に、ベースとなる基板データを参考にしたり、改造したりして始めるのが近道です。

私が、ものづくり教育向けに作ったCPU基板と出力基板はKiCadの評価を兼ねてKiCadを使って作ってあるので、これを先生方や生徒の参考のため公開することにしました。

ライセンスはオープンソースハードウェア扱いとし、オリジナル元の記載を忘れないようにしていただければ、使用上の制限は設けません。

公開する場所はGithubを選びました。これまで使ったことがないので、ファイルの一部が欠損している等の不具合があるかもしれませんが気が付き次第修正していくつもりです。

1.ものづくり検定用CPUボード

KiCad5-pic18f45k22-v2cpubrd

広島県工業高校ものづくり検定の課題用に設計したCPUボードです。
KiCad Ver5.0用にアップデートしました

2.ものづくりコンテスト用出力ボード

KiCad5-syutsuryokukiban20

工業高校ものづくりコンテストの課題演習に使う出力ボードです。
KiCad Ver5.0用にアップデートしました

3.ステップモータードライブ&リレーボード

KiCad5-StepMotorDriveType1

CPUボードと重ねて使うバイポーラステップモータ用ドライブボードです
回路と部品を並べただけで、パターンは引いていません。
ロボットコンテスト用の参考基板データとして提供しています。