BS21 Lab の製品 - Arduino 用漢字 LCD シールド - 組立て方法

6/nov/2012 新規
1/feb/2013 更新

＜添付部材の一覧＞

以下の部品がそろっている事を御確認ください。
万一、不足している場合は、ｉｎｆｏ＠ｂｓ２１－ｌａｂ．ｃｏｍ (スパム対策で全角文字にしてます) まで、御連絡下さい。

	名称	記号	型番	メーカー	個数	コメント
(1)	基板 (W53.3×L72)	---	BS21LAB-002	弊社製	1個	基板厚 t=1.2mm
(2)	LCD	LCD1	SG12832A1	Sunlike製	1個	幅66.0mm×高さ26.0mm, +5V 専用
(3)	制御用IC (DIPタイプ,28ピン)	IC1	ATmega328	Atmel製	1個	専用ファームウェア書き込み済み
(4)	ICソケット(DIPタイプ,28ピン)	IC1	---	不問	1個	どちらか片方のみ添付されています。以下の写真では、両方ありますが、実際は片方のみです。
(4)	ICソケット(DIPタイプ,14ピン)	IC1	---	不問	2個	どちらか片方のみ添付されています。以下の写真では、両方ありますが、実際は片方のみです。
(5)	トランジスタ	Q1	2SC1815	不問	1個
(6)	積層コンデンサ	C1	0.1μF 程度	不問	1個
(7)	電解コンデンサ	C2	10～100μF 程度, 耐圧 6.3V以上	不問	1個
(8)	半固定抵抗	VR101	100Ω	不問	1個	LCD バックライト調整用
(9)	半固定抵抗	VR103	10kΩ	不問	1個	LCD コントラスト調整用
(10)	抵抗 (1/4W)	R1	22Ω	不問	1個	赤赤黒金
(11)	抵抗 (1/4W)	R2, R4	10kΩ	不問	2個	茶黒橙金
(12)	抵抗 (1/4W)	R3	1kΩ	不問	1個	茶黒赤金
(13)	抵抗 (1/4W)	R5～6	4.7kΩ	不問	2個	黄紫赤金, 取扱説明書：BS21LAB-002(P1) v1.00～v1.01 では「4.7Ω」と間違って記載されてますが、正しくは左記の通り「4.7kΩ」です
(14)	タクト SW	S1～3	---	不問	3個	左/右/Reset 用。色は、黒茶赤黄緑青白、の中から適当に選んでます
(15)	4連DIP SW	DIPSW4	---	不問	1個
(16)	ピンヘッダー(5mm長) 40ピン	---	---	不問	1本	LCD やジャンパーピン用
(17)	ピンヘッダー(8mm長) 40ピン	---	---	不問	1本	Arduino 本体と接続する為
(18)	ジャンパーピン	---	---	不問	4個	色は、黒赤黄緑青白、の中から適当に選んでます
(19)	プラネジ (M3×10mm)	---	---	不問	2個	取扱説明書：BS21LAB-002(P1) v1.00 では「φ3」と間違って記載されてますが、正しくは左記の通り「M3×10mm」です
(20)	プラナット (M3)	---	---	不問	2個	取扱説明書：BS21LAB-002(P1) v1.00 では「φ3」と間違って記載されてますが、正しくは左記の通り「M3」です
(21)	プラスペーサ (2.4mm高)	---	---	不問	2個
(22)	取扱説明書	---	BS21LAB-002(P1)	弊社製	1枚

※ 基板は"有鉛"タイプですので、御注意下さい。
※ IC1 は、最大耐圧 +6V ですので、これを超えない様、御注意下さい。
※ ICソケットは 300mil幅 28ピンタイプが１ヶ、もしくは 14ピンタイプが２ヶ、のどちらか片方のみ添付されています。
※ VR101 と VR103 は、まったく同じ外形です。側面に 101、103 と書かれていますので、それで見分けてください。
※ ピンヘッダーは 5mm長と 8mm長の２種類が有りますので、御注意ください。
※ タクト SW とジャンパーピンは、黒茶赤黄緑青白、の中から(ダブらないように)適当に選んでいます。色の指定はできませんので御了承ください。

以下の部品は添付されておりませんが、有ると便利と思われる部材です。別途、御入手ください。

	名称	記号	型番	メーカー	個数	コメント
(15')	4連DIP SW	DIPSW4	---	不問	1個	添付の DIP SW が気に入らない時
(23)	Arduino 用ピンソケット	---	---	不問	1set	ピンヘッダー(8mm長)の代わり

本製品の上部に、更に別のシールドをマウントする事は少ないと思われますが、ジャンパー線などで接続させたい場合は、ピンヘッダー(8mm長)の代わりに Arduino 用ピンソケットを装着するとよろしいでしょう。

＜前準備＞

組立てに際して、以下の工具が必要となります。適宜、ご準備ください。

半田ごて
半田
ニッパー
ラジオペンチ
テスター ※通電確認に使用します。ショートしていると音が鳴るタイプがよろしいでしょう

また、以下の工具等があると、作業がやり易くなると思われます。

安全眼鏡 ※百円ショップで315円で売ってるヤツでOKです
仮止めテープ (マスキング・テープ) ※粘着力の弱いテープ。ホームセンター等で売っています
基板スタンド
半田吸い取り器
ピンセット
リードベンダー ※抵抗などの足を曲げる道具
IC ピンそろえ器
5V 電源 ※新品の電池３本～使い古しの電池４本でもOK (新品４本だと、簡単に +6V 超えてしまうので注意)

なお、半田付けの方法や、工具等の取り扱いの方法につきましては、各種雑誌やインターネット上に数々の紹介がありますので、ここでは割愛させて頂きます。

＜組立て＞

以下の手順にて組み立てると、きれいに組みあがると思います。無論、必ずこの通りに組み立てなければならない訳ではありませんので、適宜、アレンジしてください。
なお、万が一の為にも、作業中は安全眼鏡の着用をお勧めします。

また、IC は静電気に弱いので、体に溜まった静電気を放電させてから作業開始してください。

１．ピンヘッダー(5mm長)の切断：
ピンヘッダー(8mm長)と比べて、ピンの長さが短い方です。ニッパー等で 16ピン×1, 4ピン×2, 2ピン×1、に切断してください。

２．Arduino 接続用ピンヘッダー(8mm長)の切断：
ピンヘッダー(5mm長)と比べて、ピンの長さが長い方です。別途 Arduino 用ピンソケットを御用意された場合は、この作業は不要です。

Arduino UNO R3 以降と、R3 以前では、Arduino 本体のピン数が違いますので、御注意ください。
⇒ (イ) Arduino UNO R3 以前の場合は、8ピン×2, 6ピン×2 に切断してください。
⇒ (ロ) Arduino UNO R3 以降の場合は、10ピン×1, 8ピン×2, 6ピン×1 に切断してください。

３．基板の裏面のショートランドの半田盛り：
この作業を行わないと、漢字 LCD シールドは動作しませんので御注意下さい。

以下の写真のように、SJ2, SJ3, SJ4 に半田を盛ってショートさせてください。一方、SJ1 と SJ5 はショートさせないで下さい。 (５箇所全部、半田ショートさせると、確実に何かが壊れます。最悪の場合は Arduino 本体が壊れます。御注意下さい。)

４．抵抗 R1～R6 の取り付け：
６個４種類（22Ω, 1kΩ, 4.7kΩ×2, 10kΩ×2）有りますので、間違えないように取り付けてください。リードベンダーで足を曲げると楽に取り付けられます。

抵抗は向きがありませんので、どっち向きに取り付けても構いませんが、６個の抵抗が同じ向きにそろっていると、見栄えが良くなります。（以下の写真で、よく見ると１つだけ抵抗が逆向きに付いてます（後で気付いた）。）
また、抵抗 R4～R6 は最終的に LCD の下に隠れます。抵抗が浮いていると LCD と当たってしまい、LCD が斜めになってカッコ悪くなってしまいますので、抵抗は基板にピッタリ接するように取り付けてください。

５．LCD へのピンヘッダーの取り付け：
LCD1 に、ピンヘッダー(5mm長)の16ピンを取り付けます。まだ、基板には取り付けませんので御注意下さい。それと、まだ、LCD についている保護シールは剥がさないで下さい。

まず、基板の４隅の貫通穴に基板スタンド等をセットし、基板を水平に持ち上げます。基板スタンドが無い場合は、消しゴムとかを基板の下に置くだけでも構いません。（以下の写真では抵抗が付いていませんが、上記の通り、既に抵抗を付けているものとして写真を見てください。）

続いて、手順１で切断した16ピンのピンヘッダー(5mm長)を、写真の様に載せます。この時、ピンの長い方(5mmの方)を上（基板の表面側）に、短い方(3mmの方)を下（基板の裏面側）にして下さい。ピンの長い方を下にすると、Arduino UNO R3 の場合、この16ピンが Arduino 本体の IC と干渉してしまいます（もし、そうしてしまった場合は、手順１５の後で余計な分を切断して下さい）。

さらに、その16ピンのピンヘッダー(5mm長)に LCD を載せます。

LCD が平行に半田付けできるように、以下の写真の様に、基板と LCD の間の２箇所にプラスペーサを入れて、プラネジとプラナットで固定します。この時、プラネジを強く締めすぎないで下さい。所詮、プラスチック製ですので、下手すると割れてしまいます。

そして、LCD とピンヘッダーの16箇所のみ半田付けしてください。基板との半田付けは、まだ行わないで下さい。

半田付けが終わりましたら、一旦、プラネジを外して、LCD を取り外します。作業の終わりの方まで、LCD を安全な場所に保管してください。

６．ICソケットの取り付け：
ICソケットは 300mil 幅の 28ピンタイプが１ヶ、もしくは、14ピンタイプが２ヶ、のどちらかが添付されています。(どちらになるかは弊社調達時に安かった方になります。)
ICソケットには向きが有りますので、基板のシルク印刷と合うように取り付けてください。

28ピンタイプが１ヶの時は、以下の写真の様に取り付けます。

14ピンタイプが２ヶの時は、写真のように２つが並ぶように取り付けます。

以下の写真のように、仮止めテープで仮止めすると作業がやり易くなると思います。

７．積層コンデンサ C1 の取り付け：
ICソケットの中に入るように積層コンデンサを取り付けます。この時、積層コンデンサの頭が ICソケットからはみ出さない様にしてください。後で IC を取り付ける時に困ってしまいます。

積層コンデンサには、リード線の間隔が 2.54mm の物と、5.08mm の物の２種類が有ります。この内のどちらか片方のみ同梱されています。

リード線の間隔が 2.54mm の場合は、以下の様に取り付けてください。（説明の為に ICソケットが付いていない状態の写真です）

リード線の間隔が 5.08mm の場合は、以下の様に取り付けてください。（説明の為に ICソケットが付いていない状態の写真です）

８．半固定抵抗 VR101, VR103 の取り付け：
VR101 と VR103 は、まったく同じ外形をしています。側面に 101、103 と書かれていますので、それで見分けてください。
半固定抵抗は取り付け向きがありますが、基板に素直に挿さる様に取り付ければ OK です。両方とも、基板のシルク印刷と向きが合うように取り付けてください。

９．DIP SW の取り付け：
４連 DIP SW を取り付けます。上下逆さまに取り付けても問題有りませんが、カッコ悪いので、DIP SW の文字がシルク印刷の向きに合う様に取り付けると良いでしょう。また、付属の４連 DIP SW が気に入らない時は、お好きな４連 DIP SW を取り付けても構いません。

１０．タクト SW の取り付け：
タクト SW は、黒茶赤黄緑青白、の中から(ダブらないように)適当に３ヶ選んでいます。その３色の中から、それぞれ、左SW・右SW・Reset SW にお好きな色を選んでください。
以下の写真では、左SW を青、右SW を白、Reset SW を茶色にしていますが、この通りにする必要は全然ありません。
なお、タクト SW は、一方の辺が、もう一方の辺より若干長めになっています。基板には素直に取り付く方向で取り付けてください。足を無理やり曲げないと入りそうにない、という状態は、恐らく、タクトSW の取り付け向きを間違えていると思われます。

１１．トランジスタ Q1 の取り付け：
トランジスタ Q1 は、足が台紙に付いています。台紙からきれいに剥がすのが結構手間なので、写真の様に、なるだけ足が残る位置でニッパーで切断してください。
トランジスタには方向が有りますので、注意してください。基板のシルク印刷と合うように取り付けてください。
なお、トランジスタの足が、近くの抵抗 R1～3 の足と接触しないように注意してください。

１２．電解コンデンサ C2 の取り付け：
電解コンデンサにも極性が有ります。"－"と書かれている足がマイナス側です。一方、基板には"＋"と書かれていますので、極性を間違えずに取り付けてください。

１３．ピンヘッダー(5mm長)の取り付け：
写真の様に、手順１で切断したピンヘッダー(5mm長)の、4ピン×2, 2ピン×1、を取り付けてください。

１４．通電確認１：
LCD を取り付ける前に、通電確認をします。
まずはテスターで 5V ピンと GND ピンがショートしていない事を確認します。この時、テスターが一瞬音が鳴って、すぐ音が消えた場合は、コンデンサに充電されただけなので問題ありません(さらに、コンデンサが放電されるまで、同現象は再現されません)。逆に、テスターが鳴り続けた場合は、どこかショートしていますので、問題の場所を発見・修正してください。
また、テスターで 3.3V ピンと 5V ピンの間もショートしていない事を確認してください(このケースは、基板裏面の SJ1,SJ2 両方を半田ショートしている場合に発生します。どちらかの半田を除去してください)。

続いて +5V を印加して、何も異常が起きない事を確認しておきます（もし異常が発生しても、この時点で壊れる部品は安い物ばかりなので、被害が最小限に食い止められます）。 +5V 印加する方法ですが、この時点では、以下の写真の様にするのが一番簡単です。ただし、＋ピン/－ピン隣り合わせなので、ショートさせないように十分に注意して下さい。しばらく通電していて、異常な臭いや音がしない事、各部品を指で軽く触ってみて異常に熱くなっていない事を確認できれば、まず OK でしょう。

１５．LCD1 の取り付け：
手順５でピンヘッダー(5mm)を取り付けておいた LCD1 を、ようやく基板に取り付けます。
LCD が基板と平行に取り付けられるように、プラスペーサを入れて、プラネジとプラナットで固定してから、半田付けすると良いでしょう。

なお、プラネジとプラナットは、あくまでプラスペーサの固定用です。そのプラスペーサは、LCD の裏の出っ張り部分が基板をこすって、基板を削らない様にする為に有ります。これらの部品は、所詮、プラスチック製なので、強い力には耐えられる様にはなっていませんので、過度なストレスをかけない様にしてください。

また、手順５でピンヘッダー(5mm)を長短逆に付けてしまった場合、このピンが Arduino 本体の IC と干渉する可能性が有りますので、ニッパー等で適当な長さにピンを切断しておくとよろしいでしょう。

１６．通電確認２：
LCD を取り付けた後、再度、通電確認をします。VR103 を調整して LCD のコントラストを変化させると、写真の様に LCD の画素全部に色が付くはずです。（この段階では文字は未だ出ません）

１７．Arduino 接続用ピンヘッダー(8mm長)、もしくは、Arduino 用ピンソケット(別途入手してください)の取り付け：
手順２で切断したピンヘッダー(8mm長)を、基板の裏面から挿し、基板の表面で半田付けします。 Arduino UNO R3 以降と、R3 以前では、ピン数が違いますので、御注意ください。

Arduino 本体のピンソケットにピンヘッダー(8mm長)を挿しておき、そこに漢字 LCD シールドを載せ、シールドが水平になる様に調整してから、ハンダ付けすると、きれいに仕上がります。

プラナットが Arduino UNO R3 の USB コネクタと、ギリギリです。もしかすると UNO R3 以外の Arduino だと、干渉するかもしれません（確認していません）。その時は、カッコ悪くなりますが、基板の裏面からプラネジを取り付けて見てください（つまり、プラナットが LCD 側に来る）。もしかすると、それで干渉せずに済む様になるかもしれません。

１８．IC1 の取り付け：
IC1 を ICソケットに装着します。IC1 には向きが有りますので注意してください。IC1 に刻印された「ATMEGA328-PU」の文字が逆さまになる向きが、正しい取り付け方向です。また、28本のピンが曲がらない様に装着してください。“IC ピンそろえ器”でピンをそろえておくと、ICソケットに装着し易くなります。

なお、製品版では、IC1 に蛙のシールを貼っています（この IC に、漢字 LCD シールドのファームウェアを書き込んだ、という目印です。蛙の表情は何種類かあります。）。以下の写真の向きになる様に IC1 を取り付けてください。(表示されている文章はテスト用なので気にしないように)

１９．ジャンパーピンを４ヶ、ピンヘッダーに取り付けます。：
お使いの Arduino の種類により、ジャンパーピンの取り付け方が違ってきますので、写真を参考にジャンパーピンを取り付けてください。(DIPSW4 が違う物になってますが、気にしないように)
なお、ジャンパーピンは、黒赤黄緑青白、の中から(ダブらないように)適当に４色選んでいます。どこにどの色のジャンパーピンを使用しても構いません (写真と同じ配色にする必要はありません)。

Arduino UNO R3 以降と、R3 以前では、ジャンパーピンの取り付け方法が違いますので、御注意ください。

Arduino UNO R3 以降は、以下の写真のように縦向きに取り付けます。これで Arduino 本体に増設された SCL/SDA ピンにて TWI 通信を行います。Leonardo はこちらの方法でないと動作しないはずです。

一方、UNO R3 以前の Arduino では、以下の写真のように横向きに取り付けます。従来の A4/A5 ピンを使用して TWI 通信を行います。なお UNO R3 はこちらの方法でも動作します。

また、下段のジャンパーピンは、TWI の SCL/SDA 用 pullup 抵抗(R5～6)用です。通常はジャンパーピンを取り付けておきます（つまり pullup 抵抗有効状態）が、他に pullup 抵抗付きの TWI 装置を取り付ける時は、どちらかの pullup 抵抗を外さないといけないので、その場合はこのジャンパーピンを外してください。

pullup 抵抗有効状態

pullup 抵抗無効状態

以下が、Arduino UNO R3 以降の、基本的なジャンパーピンの取り付け方法です。

一方、Arduino UNO R3 以前の、基本的なジャンパーピンの取り付け方法は、こうなります。

＜目視確認＞

IC1 を逆向きに取り付けていないか、部品の付け忘れが無いか、半田ブリッジが無いか、ピンが曲がっていないか、などを目視で確認します。

＜通電確認＞

Arduino に取り付ける前に、単独で +5V を印加させてみてください。以下の写真の様に、Arduino 接続用ピンヘッダー(8mm長)の "5V" と "G" のピンに +5V を供給するのが、一番楽です。

LCD に以下の様なメッセージが表示されれば OK です。なお、写真と違って、表示される Ver.番号は、v1.00 以降になってるはずです。（なお、この写真の電池は４本合わせても 5.3V までにヘタってます。IC1 の耐圧が max. 6V ですので、新品の電池なら３本にしておいた方が良いでしょう）

何も表示されないぞ！という時は、あわてず、LCD コントラスト調整用の VR103 を調整してみてください。

VR103 を幾ら調整しても、それでも表示されないときは、すぐに +5V を外してください。そして、半田付けに間違いが無いか確認してください。良くある間違いは、基板裏の SJ2, SJ3, SJ4 を半田ショートさせていないケースです。あとは、IC1 の足が曲がっていて、きちんと装着されていないケースも考えられます。

また、IC や LCD の金属部分以外を指で軽く触ってみて、異常に熱くなっていないか確認してみてください。

＜Arduino に接続＞

最初に、Arduino 本体ですが、以下の写真のように USB コネクタ上部に絶縁テープ等を貼り付けてください。この部分が、ちょうど漢字 LCD シールドの未使用端子 JPPWR と接触し、ショートの原因となってしまいます。 (この問題は基板設計の段階で判っていたのですが、ここ以外に未使用端子 JPPWR を配置するスペースがありませんでした)

Arduino 本体と直接接続する場合は問題無いのですが、間に別のシールドを挟む場合、そのシールドが Arduino UNO R3 で追加されたピンソケットに対応していない場合があります。
その場合でも、Arduino UNO R3 ならば、A4/A5 ピンを使用する様にジャンパーピンの設定を変更すれば良いのですが、 Arduino Leonardo では A4/A5 ピンは SCL/SDA の機能を持っていませんので、この方法では上手くいきません。結局、ジャンパー線などで Arduino 本体の SCL/SDA ピンから引っぱってくるしか無いと思います。

＜動作確認＞

Arduino と接続したら、動作確認をしましょう。

まずは、４連DIPSW を全部 OFF にしてから、Arduino の電源を入れ、漢字 LCD ライブラリを使用しない無関係なスケッチを入れてみて、以下の様に「i2cアドレス 38」と表示される事を確認します。

続いて、その状態で４連DIPSW の SW4 を ON にしてみて下さい（この時、ドライバ等でショートさせないように注意してください）。バックライトが点くはずです。小型のプラスドライバで VR101 を調整する事で、バックライトの明るさを調整できますので、丁度良い明るさにセットして下さい（結構、明るくなります）。

そして、Arduino IDE から、「漢字 LCD ライブラリ」に添付のサンプル・スケッチ「klcd_mini_sketch」を Arduino に転送し、無事に「日本語で表示」と表示されるか、確認してみてください。

以上が問題無く実行できたなら、組み立て完了です。LCD についている保護シールを剥がしても OK です。

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