Arduino用122X32モノクログラフィックLCDシールド(Rev.C)の製作(1)

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122X32モノクログラフィックLCDシールドで作ったゲーム

2013年08月08日追記：従来「グラフィックLCDシールド」と呼んでいたシールドを、「122X32モノクログラフィックLCDシールド」と改称させていただきました。これは、現在他の解像度のグラフィックLCDシールドを開発する計画をしているからです。本文中は従来どおり「グラフィックLCDシールド」との表記になっていますが、「122X32モノクログラフィックLCDシールド」とお読み替えください。またこのシールドは、下記の通り販売しております。

	商品名	122X32モノクログラフィックLCDシールド
	税抜き小売価格	3333円
	販売店	スイッチサイエンス
	サポートページ	122X32モノクログラフィックLCDシールドサポートページ

1.はじめに

I/Oピンが不足しがちで、どのようにピンをやりくりしようか頭を悩ませているArduinoユーザーに使ってもらおうと、I/Oピンを2本しか使わないグラフィックLCDシールドの開発を始めました。

製作記事をネットに載せるだけでは、なかなか多くのユーザーに使ってもらえないので、シールドを販売できないかと試作品を作っていたのですが、過去2回の試作では、配線ミスやら部品の搭載方向のミスなどがあり、販売できるだけの品質が得られませんでした。「3度目の正直」と思って作ったのが、今回紹介するRev.C基板です。

この記事は、Rev.B基板から変わったところにフォーカスして書いているため、過去の基板の記事(Rev.A、Rev.B)も合わせてご覧ください。

また、グラフィックLCDシールドのサンプルコードとして、簡単なゲームも作ったので、最後に紹介します。

2.改版の目標

今回基板を改版するにあたって、次の様なことを目標にしました。

いい加減に配線ミス・部品配置ミスをなくして、販売できる基板にしたい。
シールドの組み立て時にスペーサやネジを使うと、組み立てに時間がかかるので、それらをなくしたい。
コストダウンのために、表面実装部品をさらに増やしたい。
ソフト的には、Rev.A基板やRev.B基板と完全互換にしたい。

以上のような目標でRev.C基板を作ったため、Rev.B基板と回路構成がほぼ同じです。また、ファームウェアやライブラリについてはRev.A基板やRev.B基板と完全互換です。

3.回路図について

次に、Rev.C基板の回路図を示します。

図1、122X32モノクログラフィックLCDシールドの回路図

また、EAGLE 6.4.0のプロジェクトは、次のリンクをクリックするとダウンロードできます。

122x32 グラフィックLCDシールド(Rev.C) EAGLE 6.4.0 ZIP書庫ファイル S12232ZA_ATMEGA328P_C.zip (30kB)

上の回路図をRev.B基板の回路図と比較すると、変更点は次の通りです。

マイコンをDIP品のATmega328P-PUから表面実装品のATmega328P-AUに変更した。
リード型の水晶振動子を表面実装型のセラミック発振子(セラロック)に変更した。
セラミック振動子に負荷容量内蔵型の物を用いたので、2つの負荷容量コンデンサ(22pF)を取った。

今回の基板では、LCDモジュール基板とシールド基板本体の間にできるわずか約3mmの隙間に電子部品を全部搭載しようと考えました。そのためには、厚さが約3mm以上あるあるマイコンと水晶振動子を、薄い部品に置き換える必要があり、表面実装品に置き換えました。

次の写真はRev.C基板を側面から撮影した写真です。わずかな隙間に、セラミック発振子を含む電子部品が実装されている様子が分かります。

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写真1、LCDモジュールとシールド基板の間に実装した電子部品

セラミック発振子は水晶振動子よりも少し安いですし、負荷容量コンデンサを内蔵しているので部品削減にもなります。ただ、電極が部品の裏面にあるので、手半田するのが難しいというデメリットもあります。試作で基板を1枚作るにも、いちいちリフローで半田付けする必要があります。

4.アートワークについて

基板のアートワークについて説明する前に、LCDモジュールの裏面の写真をご覧いただきましょう。

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写真2、LCDモジュール裏面の突起(1)

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写真3、LCDモジュール裏面の突起(2)

LCDモジュールの裏面には、高さ3mm弱の黒い突起が6箇所あります。これらは、ネジなどを使わずに、LCDパネルとLCDモジュール基板を固定するために設けられた、黒いフレームの突起をねじったものです。LCDモジュールの裏側に、今回作成するグラフィックLCDシールド基板を配置すると、どんなにそれらを密着させても、6つの突起のおかげで、3mm程度の隙間ができてしまいます。今回はこの隙間に部品を詰め込もうと考えました。

従来の基板(Rev.AとRev.B)では、3mmよりも背の高い部品を使っていたために、LCDモジュールとシールド基板の間隔をスペーサで調整していましたが、3mm未満の部品を使うと、LCDモジュールの突起とシールド基板を密着させられるはずです。そうなると、スペーサが不要になるのではないかと予測していました。スペーサをネジで固定する作業は時間が意外とかかり、また、スペーサやネジの単価も意外と高いので、スペーサがなくなると、コストダウンに貢献します。

次に示す写真は、Rev.C基板(LCDモジュールとピンソケットヘッダ実装前)の表面と裏面の写真です。