WS2812B LEDはNeoPixelの名称でよく知られている電子工作ではおなじみのRGB LEDです。
LED内にマイコンが内蔵されていて連結することにより各LEDを個別で制御する事ができ、LEDバーやテープLEDなどで使われているのをよく見かけると思います。
便利なRGB LEDなので電子工作でもよく使われますが、ブレッドボードやテスト等で使用する場合にはピッチ変換基板(DIP化基板)があると便利です。
WS2812B LED用のピッチ変換基板やブレークアウトボードは多数市販されていますが、上下左右好きな方向に連結して点灯させることが出来るボードを自作してみました！
目次
好きな方向に連結できるWS2812B LEDブレークアウトボード(ピッチ変換基板)の製作！
WS2812B LEDについて
電子工作をやられている方ならもうご存知だと思いますが、WS2812BはLEDパッケージ内にチップ(マイコン)が組み込まれたRGB LEDです。(画像引用：秋月電子通商)
このようなテープLEDなどで使われているのをよく見かけるかと思います。
WS2812Bはデータラインを接続するだけで簡単に複数連結して使うことができ、それぞれのLEDを個別で点灯制御(明るさや色)する事が出来る便利なLEDです。
WS2812B LEDには電源(VCC/GND)とデータライン(DI/DO)の4つの端子があります。
接続は非常に簡単で、電源ライン(VCC/GND)にLED点灯のための電力を供給しデータラインとなるDI(Data Input)をArduinoなどのマイコンボードと接続し点灯を制御します。
連結したい場合は1段目のDO(Data Output)を2段目のDI(Data Input)に接続するだけです。
この要領で3段目・4段目・・・と複数のLEDを連結接続することができ、1段目のデータライン(DI)のみで全てのLEDの点灯を制御する事が出来ます。
接続が簡単で便利に使えるRGB LEDなんですが、ブレッドボードでテスト等したい場合にはピッチ変換基板が必要となってきます。
また複数連結したテストをしたい場合も同様です。
WS2812Bのピッチ変換基板やブレークアウトボードはAdafruitやSparkfunなど市販されているものを探せば多数見つかるのですが、ボード自体の構成は非常に簡単なので自作すれば多くの数作ることができコスパも良いと思います。
面付け(パネライズ)のテストを兼ねてWS2812B LED用のピッチ変換基板を自作してみました。
回路構成
WS2812B LEDを点灯させるための回路構成は先述のように非常に簡単です！
基本的に電源ラインにバイパスコンデンサを入れ、電源(VCC/GND)とDIの3本をArduinoなどのマイコンに接続すれば点灯を制御する事が出来ます。
ピッチ変換基板としての回路構成はこれだけです！
今回製作したピッチ変換基板では、上下左右好きな方向に連結出来るように端子部分を少し工夫しています。
市販されているボードをいくつか調べてみるとデータライン(DI/DO)にそれぞれ抵抗を入れているものもあるようです。
各モジュール間を長いワイヤーで接続する場合とかにリンギングが発生しデータピン(DI/DO)に大きな電圧がかかるのを防ぐといった意味合いだと思います。
今回製作したボードでは上記のようにパイパスコンデンサのみというシンプルな構成にしています。
ボードのイメージ
製作当初はSparkFunが販売しているこのような小さなピッチ変換基板を考えていました。
10mm×15mmくらいのミニサイズのボードをイメージしていたのですが、あまりサイズが小さなPCBになると基板製造料金が結構高額になってしまいます。
PCB製造メーカーにより細かい規定があるようですが、JLCPCBを例に見ると単一基板の1辺が15mm以下になると加工料金が大きくプラスされてしまいます。
それなら市販されている既存のものを購入するのとあまり変わらなくなってしまうので、付加機能を付けて製作することにしました。
基板サイズを約17mm角とし想定より少し大きくなってしまいますが、上下左右好きな方向に連結出来る構成としました。
基本はブレッドボードでの使用になるかと思います。
ブレッドボードで使う場合は上下のみにピンヘッダーを取り付け、VCC/GNDおよびDOを次の段のDIに接続して連結させて使います。
また4辺にピンヘッダーを取り付けジャンパーピンなどを使い接続し、上下左右好きな方向に連結させることも出来ます。(連結間は2.54mmピッチで作っています)
電源ライン(VCC/GND)とDO-DIの接続で好きな向きに連結し形を作ることが出来ます。
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JLCPCBに基板発注
基板製造はJLCPCBに発注しました。
単一基板データ(ガーバーファイル)をダウンロード出来るようにしておきます。
何かの参考になればと思います。
単一基板として発注してもいいのですが、WS2812Bは複数連結させてテスト等する用途が多いと思います。
JLCPCBでは単一基板データを使いVカットによる面付けが出来るオプションが用意されています。(Panel by JLCPCB)
面付け基板として発注すれば安価で多くの枚数製作出来るのでコスパはいいと思います。
今回、上記基板データを使い5×5の25面付け基板として発注しました。
標準枚数となる5枚の発注で実質125枚の基板が送料込み1000円ほどで製作することが出来ました。
上記基板データを使い面付け基板として発注する場合、[Delivery Format]の項目で『Panel by JLCPCB』を選択し面付けしたい枚数を指定します。
面付け後の基板サイズが100mm以内に収まると送料も非常にお安く製作することが出来ます。
今回100mm以内に収まるように5×5枚で面付けしました。(必要な枚数指定して下さい)
製造時に任意の位置に入ってしまう基板製造番号を逃がすためにエッジレールを付けても100mm以内に収めることが出来ます。
上記のように面付け依頼をして発注、実質125枚の基板を送料込み1100円ほどで製作する事が出来ました。
JLCPCBのVカット面付け依頼に関してはこちらの記事も参考にして下さい。
またJLCPCBの基本的な基板発注方法に関してはこちらの記事で詳しく解説しています。
合わせて見て頂ければと思います。
パーツ実装
送料区分はOCS NEPを選択し発注から9日で手元に届きました。
オプションとなる面付け基板として発注し150円ほどの送料ですが非常に早いですね！
パーツ実装は5050サイズのWS2812B LEDと0603サイズのコンデンサ(0.1μF)のみなので手はんだでも実装は出来ますが、ミニリフロー装置MHP30を使って実装しました。
非常に便利なリフロー装置です。
| 使用パーツ | |
| マイコン内蔵RGB LED(WS2812B) | 秋月電子 / AliExpress |
| コンデンサ(0.1μF/0603) | Amazon / AliExpress |
最後に！
WS2812Bは電子工作で何かと使うことが多いRGB LEDだと思います。
先日製作した1キーのみの自作キーボードでも使ったのですが、このようなピッチ変換基板が手元に無かったのでテスト動作やスケッチ作成の際に苦労したことから、使いやすくなるように工夫して製作してみました。
このようなピッチ変換基板は多数市販されていますが、WS2812Bは複数連結させてテスト等するといった用途で使うことが多いと思います。
市販されているもので用途により必要な数を揃えようとすると結構な金額になってしまうこともありますが、自作して面付け基板として発注すれば多くの枚数作ることができコスパもいいですね！
ピッチ変換基板はあるとテスト等で便利に使えるので、今年はICチップのDIP化基板など時間がある時に他もいろいろと製作してみようかと考えています。
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