Shield De Prototypage Mega

Un montage mis au point sur une plaque d’essai a un défaut : il tient par des fils. Déplacez la plaque, et deux dupont se débranchent ; laissez-la en place, et elle ramasse la poussière. Le shield de prototypage Mega existe pour régler ce moment précis : il se pose sur la carte Arduino Mega et donne une grille de pastilles à souder, là où le circuit validé sera monté une fois pour toutes.

La carte est reconnaissable à sa sérigraphie « Arduino MEGA prototype Shield v3 ». Elle reprend le gabarit du Mega, avec l’encoche du port USB, et reporte sur des barrettes toutes les broches de la carte : 54 entrées-sorties numériques, les 16 entrées analogiques, les quatre paires série, I2C, SPI et les broches d’alimentation. Le brochage est imprimé et regroupé par fonction — PWM, COMMUNICATION, ANALOG IN, DIGITAL 22 à 53 — donc on ne cherche pas la broche 47 à tâtons. S’ajoutent un bouton de réinitialisation, deux témoins lumineux, un connecteur ICSP et un emplacement pour un circuit CMS.

Ce à quoi elle sert vraiment

• Arrêter de se battre avec les fils. Le câblage validé sur la plaque d’essai se soude sur la grille, et relie les broches voulues par des fils courts soudés au dos. Le montage devient une seule pièce.
• Rendre les broches utilisables tout de suite. Chaque broche du Mega ressort sur une barrette femelle au pas de 2,54 mm : un module capteur, une nappe ou un fil dupont s’y clipse sans rien démonter.
• Ajouter les composants périphériques du microcontrôleur. Un condensateur de découplage, une résistance de tirage, un petit circuit intégré en boîtier DIP ou CMS : tout se soude à quelques millimètres de la broche concernée, au lieu d’être suspendu au bout d’un fil.
• Garder la place du dessous. La carte se pose sur le Mega, qui continue de fonctionner normalement : le port USB, la prise d’alimentation et le bouton de la carte restent accessibles.
• Repartir d’une base propre. Le shield se retire, se range, se réutilise. Une pastille abîmée n’oblige pas à changer de microcontrôleur.

Caractéristiques techniques

Mini-projet : un chenillard 6 LED soudé sur la grille

C’est le montage qui met le shield à l’épreuve : six LED soudées en ligne sur la zone de prototypage, chacune avec sa résistance, et rien d’autre que six fils courts entre la grille et les broches. Une fois le programme téléversé, le montage tient dans la main, ne se débranche plus, et sert de test de référence quand un doute apparaît sur la carte Mega.

Ce qu’il faut

Le câblage

Le travail se fait en trois temps, et l’ordre compte : souder d’abord les composants sur la grille, ensuite les fils vers les broches, et seulement à la fin enficher le shield sur le Mega.

1. Préparer les LED. Pliez la patte la plus courte (la cathode) perpendiculairement, et écartez les deux pattes d’environ 3 mm pour qu’elles tombent sur deux trous voisins de la grille. Les six LED se placent en ligne, cathode vers la même rangée de masse.
2. Souder les résistances en série. Chaque résistance se met entre la broche de la LED et le fil qui monte vers le Mega. Elle n’est pas facultative : sans elle, la LED reçoit trop de courant et grille.
3. Poser la barre de masse. Une ligne de la grille sert de rail GND : soudez-y toutes les cathodes, puis un seul fil vers le trou marqué GND à côté des barrettes.
4. Tirer les six fils de commande. Un fil de la grille au trou pastillé qui accompagne chaque broche, dans l’ordre D2, D3, D4, D5, D6, D7. Gardez les fils courts et couchés sur la carte : c’est ce qui évite de tout arracher quand le shield est enfilé.
5. Vérifier avant d’alimenter. Regardez le shield à contre-jour : aucune bavure d’étain ne doit relier deux pastilles voisines. Un pont de soudure entre deux sorties vaut un court-circuit, et la pompe à dessouder le retire en quelques secondes.
6. Enficher le shield sur le Mega, pattes bien alignées, puis brancher le câble USB.

Le programme

À copier dans l’IDE Arduino, puis à téléverser : les six LED s’allument l’une après l’autre, en boucle.

/*
 * Chenillard 6 LED soude sur le shield de prototypage Mega
 * Montage : les six LED sont soudees sur la zone de prototypage,
 * chacune avec une resistance de 220 ohms, et reliees aux broches
 * D2 a D7 du Mega par des fils courts soudees sur le shield.
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
const byte NB_LED = 6;
// Broches du Mega utilisees par le chenillard, dans l'ordre d'allumage.
const byte PIN_LED[NB_LED] = {2, 3, 4, 5, 6, 7};
byte rang = 0;   // numero de la LED allumee
void setup() {
  // Chaque sortie est configuree une seule fois, au demarrage.
  for (byte i = 0; i != NB_LED; i = i + 1) {
    pinMode(PIN_LED[i], OUTPUT);
  }
}
void loop() {
  // On parcourt les six sorties : la LED de rang courant est allumee,
  // les cinq autres sont eteintes.
  for (byte i = 0; i != NB_LED; i = i + 1) {
    digitalWrite(PIN_LED[i], i == rang);
  }
  rang = rang + 1;
  if (rang == NB_LED) {
    rang = 0;          // apres la sixieme LED, on revient a la premiere
  }
  delay(120);          // 120 millisecondes entre deux positions
}

Comment ça marche

• La boucle compare le rang de chaque sortie à la position courante : la condition i == rang est évaluée pour chaque broche et renvoie vrai sur une seule d’entre elles. digitalWrite accepte ce résultat directement — vrai met la sortie à l’état haut, faux à l’état bas.
• Le compteur rang est remis à zéro quand il atteint six : c’est ce qui donne la boucle d’allumage, sans repasser par une instruction d’arrêt.
• Le delay(120) fixe la vitesse du défilement. Descendre à 40 ms donne un effet de poursuite, monter à 400 ms un décompte lisible.
• Les résistances de 220 ohms limitent le courant dans chaque LED. Sur un montage soudé, elles se glissent dans la même zone que les LED : le fil de commande part de la résistance, pas de la LED.
• La masse commune évite six fils de retour : toutes les cathodes se rejoignent sur une ligne de la grille, qui rejoint le GND du shield par un seul fil.

Variante : descendre la grille vers des borniers à vis

La grille convient aux composants soudés, moins aux fils qui doivent se déplacer, se remplacer ou venir d’une armoire électrique. Dans ce cas, on soude à la place un jeu de borniers à vis pour shield Mega : chaque fil se serre dans une vis au lieu d’être soudé, et le montage devient modifiable en quelques secondes. C’est l’étape logique quand le prototype quitte l’établi pour une armoire ou une maquette.

Il reste alors à loger la carte. Pour cela, il faut séparer les deux éléments : le boîtier pour Mega n’accepte pas un shield posé sur les broches, il est prévu pour la carte nue. La sortie habituelle : régler et tester avec le shield, puisqu’il se retire en un geste, et fermer la carte seule une fois le programme au point.

Questions fréquentes

La carte Mega est-elle fournie ?

Non. Le shield est vendu seul ; il lui faut une Mega 2560 en dessous pour fonctionner. Les cartes au même gabarit conviennent, y compris les copies.

Faut-il souder pour s’en servir ?

Non, si c’est pour répartir les broches : le shield s’enfiche et tout est disponible immédiatement. La soudure devient nécessaire dès qu’on veut y poser un composant — c’est là tout l’intérêt de la grille.

Un autre shield peut-il se poser par-dessus ?

Les barrettes du shield restent accessibles, donc un module ou un second shield peut s’y enfiler tant que la hauteur le permet. Attention à la hauteur totale de l’empilement, et au premier élément de la pile qui devient difficile à retirer.

Le shield endommage-t-il le Mega ?

Non. Il n’apporte aucune alimentation et ne fait que reprendre les signaux de la carte située en dessous. Ce qui peut poser problème, c’est un pont de soudure entre deux pastilles de la grille : d’où la vérification à contre-jour avant le premier branchement.

Quelle différence avec le MEGA Sensor Shield ?

Le MEGA Sensor Shield est un répartiteur de capteurs : chaque broche y est reprise dans une rangée à trois contacts signal / alimentation / masse, prête à recevoir un module du commerce. Le shield de prototypage, lui, ne câble rien à votre place : il fournit la surface où l’on soude son propre circuit. Les deux se complètent, ils ne se remplacent pas.

Et pour une carte Uno ?

Une carte Uno a un gabarit plus court et ne rentre pas sous ce shield. Il existe la même carte au format Uno, avec le même principe de grille et de barrettes.

À combiner avec

Un shield de prototypage travaille rarement seul. Un MEGA Sensor Shield couvre les entrées-sorties déjà organisées en rangées de capteurs, un jeu de borniers à vis remplace la soudure pour les fils qui bougent, et une plaque d’essai 830 points reste utile à côté : on y valide le montage avant de le souder sur la grille. Prévoyez aussi un peu de résistance 10 kohm pour les tirages au repos, ce qui évite de couper une piste plus tard quand un bouton ou un capteur se retrouve avec une entrée flottante.