Ratgeber
Im Wesentlichen handelt es sich bei einem Breakout Board um eine Leiterplatte, also einen Träger für elektronische Bauteile, der als Erweiterung für Mikrocontroller Boards und Single Board Computer dient. Das grundlegende Konzept von Breakout Boards besteht darin, einzelne Komponenten für Entwicklungsumgebungen leicht nutz- und austauschbar zu machen. Breakout Boards werden häufig mit Arduino Boards verwendet, können allerdings – anders als beispielsweise Arduino Shields – in aller Regel mit jedem beliebigen Mikrocontroller Board genutzt werden und sind daher ausgesprochen vielseitig einsetzbar.
Sie ermöglichen eine höchst flexible Ergänzung der Platine um die gewünschten elektronischen Komponenten. Die jeweilige Komponente ist als integrierte Schaltung im Board ausgeführt. Die Bestückung des Mikrocontrollers oder Single Board Computers erfolgt ganz unkompliziert mittels Steckverbindung. Dazu dienen die Pins am Breakout Board, die unterschiedliche Aufgaben haben. So gibt es unter anderem Pins für die Stromzufuhr, zur Erdung sowie für eingehende und ausgehende Signale.
Die Bezeichnung Breakout Board lässt sich übrigens damit erklären, dass die Pins aus der eigenen Leiterplatte „ausbrechen“ (englisch: break out). Die Leiterplatte wiederum hat ihre eigenen Pins, die perfekt auf lötfreie Steckplatinen passen. Indem Sie das Breakout Boards auf die Leiterplatte stecken, machen Sie den integrierten Schaltkreis und somit die gewünschte elektrische Komponente nutzbar.
Breakout Board aufgesteckt auf einen verbundenen Mikrocontroller
Es gibt eine große Vielfalt an Breakout Boards mit fast allen erdenklichen Funktionalitäten. Von einfachen Sensoren bis hin zur kompletten LED-Matrix mit Display-Treiber ist nahezu alles an Zubehör erhältlich. Somit ist es möglich, nur mithilfe von Breakout Boards sehr komplexe Systeme aufzubauen und nach Belieben zu modifizieren. Kits mit diverser Hardware eignen sich perfekt dazu, mit Entwicklerboards zu experimentieren.
Breakout Boards eignen sich aufgrund ihrer großen Flexibilität und einfachen Handhabung ideal fürs Prototyping mit Arduino und allgemein Leiterplatten und Breadboards, also immer dann, wenn Boards häufig neu arrangiert und mit elektrischen Komponenten bestückt werden sollen. Der relativ geringe Anschaffungspreis und die große Bandbreite an Varianten mit einer nahezu unbegrenzten Vielfalt in Sachen Funktionalität befördern die große Verbreitung Breakout Boards – nicht nur bei Hobbybastlern, sondern auch und gerade im professionellen, wissenschaftlichen und Ausbildungsbereich. Je nachdem, mit welchen Komponenten die Boards bestückt sind, ergeben sich entsprechende Anwendungsgebiete.
Da Breakout Boards nur einzelne elektrische Komponenten bieten, stellt sich die Frage, warum man nicht einfach Einzelkomponenten zu einem geringen Preis kauft und direkt auf der Leiterplatte anbringt. Ein wesentlicher Vorteil, den Breakout Boards bieten, ist die bequeme Handhabung. Es ist kein Löten notwendig, da sie einfach aufgesteckt werden. Außerdem sind erforderliche Zubehörteile wie Vorwiderstände oder Mikrocontroller oft schon auf den Erweiterungsplatinen montiert, was die Installation zusätzlich vereinfacht.
Die integrierten Schaltungen sind häufig als SMD (surface-mounted device) ausgeführt, was sehr kompakte Abmessungen ermöglicht. Im Gegensatz dazu kommen einzelne Bauelemente zur Steckmontage, die direkt auf die Platine aufgebracht werden, in der Regel als größere DIP-Variante (dual in-line package) daher. Die Verwendung von Breakout Boards spart demnach schlichtweg Platz, was ein nicht unwesentlicher Faktor bei vielen Projekten ist.
Ein weiterer großer Vorteil ist zudem die Wiederverwendbarkeit. Dank der einfachen Steckverbindung mittels Pins können Sie die Boards nach Belieben anbringen, wieder entfernen und neu positionieren. Die Pins von Breakout Boards sind strapazierfähiger als die Pins von DIPs, da letztere nicht speziell dafür gemacht sind, häufig entfernt und neu aufgesteckt zu werden. Außerdem nimmt die Nachfrage und somit das Angebot nach DIP-Komponenten aufgrund ihrer vergleichsweise großen Form zunehmend ab, das heißt: Es sind unter Umständen schlicht nicht sämtliche erforderlichen Elemente als aufsteckbare Bauelemente im DIP-Format erhältlich.
Darüber hinaus punkten Breakout Boards mit dem Umstand, dass die Pins normalerweise direkt auf dem Board beschriftet sind. Das korrekte Aufstecken auf dem Arduino oder einem anderen Board ist somit ohne Rätselraten und langes Studieren des Datenblatts sicher möglich.
Unser Praxistipp: Auf die Kompatibilität achten
Achten Sie darauf, dass es viele vermeintlich identische Breakout Boards auf dem Markt gibt, die aber nicht immer kompatibel mit den gängigen Codes zur Programmierung sind. Gerade bei billigeren Breakout Boards kann es passieren, dass am Ende eine stundenlange Anpassung der Software notwendig ist.
Was ist der Unterschied zu Arduino Shields und Pi HATs?
Sowohl Breakout Boards als auch Arduino Shields und Pi HATs dienen als Erweiterungsplatinen der Ergänzung von Leiterplatten. Breakout Boards haben üblicherweise geringere Abmessungen als Arduino Shields, sind somit platzsparender und können dezentral verwendet werden. Der Nutzer entscheidet, welche Pins belegt werden. Außerdem sind die Boards – obwohl sie häufig mit Arduino verwendet werden – typischerweise nicht spezifisch auf Arduino-Platinen oder Boards eines anderen speziellen Typs zugeschnitten, sondern mit allen Mikrocontroller Boards kompatibel und somit etwas vielseitiger einsetzbar als Arduino Shields. Das ist auch ein Vorteil gegenüber Pi HATs (HAT steht für hardware attached on top), dem Pendant für den Raspberry Pi. Da sie in der Regel weniger Komponenten umfassen, erlauben Breakout Boards eine bedarfsgerechte Bestückung des Boards. Außerdem geht der geringere Umfang an Komponenten mit günstigen Anschaffungskosten einher.
Eine wesentliche Rolle bei der Kaufentscheidung spielt natürlich die Frage, welche elektronischen Komponenten Sie benötigen. Außerdem gilt es stets zu prüfen, ob das Produkt mit dem Steckboard, das Sie erweitern möchten, kompatibel ist.
Nicht zu vernachlässigen ist zudem das Thema Dokumentation: Ohne eine ausführliche und nachvollziehbare Dokumentation geht fast nichts im Bereich der Programmierung. Bevor Sie sich ein Breakout Board anschaffen, empfiehlt es sich daher, online zu recherchieren, inwiefern für das jeweilige Produkt Dokumentationen und Informationsmaterial vorhanden ist. Falls Sie nichts Handfestes finden, könnte das dazu führen, dass sich die Inbetriebnahme und Nutzung des Boards als schwierig herausstellt und mehr Zeit erfordert, als für das Projekt eigentlich vorgesehen ist.
Wie Arduino Shields sind viele Breakout Boards als Kits erhältlich. Mitunter sind auch einzelne Breakout Boards inklusive SMD-Komponente erhältlich. Dann kann es sein, dass Sie die Pins separat kaufen und verlöten müssen.
Wichtig bei der Verwendung ist außerdem, dass Sie wissen, welche Spannung für die Stromversorgungspins erforderlich ist. Der Arduino beispielsweise hat zwei Spannungsanschlüsse, je einen für 3,3 V und einen für 5 V. Viele Breakout Boards arbeiten mit einer Betriebsspannung von circa 3,3 V. Mitunter ist dazu eine Angabe direkt auf der Leiterplatte zu finden, oft ist aber einfach nur „VCC“ (für voltage at the common collector, die Versorgungsspannung) angegeben. Um sicherzugehen, kann sich ein Blick in die Arduino IDE (die zugehörige Open-Source-Software) lohnen, die Beispiele für gebräuchliche Breakout Boards beinhaltet mit entsprechenden Informationen zur Nutzung der Schaltungen.
Klassisches Breakout Board mit verschiedenen Anschlussmöglichkeiten