Mithilfe
des Bestückungsplans (Abb. 1), den man üblicherweise beim Entwurf
des Platinenlayouts gleich mit erstellt, sollte es jetzt kein Problem sein,
die Experimentierplatine aus dem Kapitel
2 mit Bausteinen zu versehen. (Layout als PDF: Klicke das kleine Layout)
Abb. 1: Bestückungsplan der Experimentierplatine
Trotzdem hier einige Hinweise vorab:
Aber - noch ist es noch nicht ganz so weit, damit man die Bauteile aufstecken kann, muss erst einmal gebohrt werden. Wenn man Kapitel 2 ganz durchgearbeitet hat, ist die Platine auch bereits zugeschnnitten und das Ätzresist ist mit Benzin oder Aceton abgewaschen. Die meisten Löcher werden 0,80 mm Durchmesser haben, dazu zählen Löcher für
Mit 1,0 mm Bohrungen werden Löcher für Lötstifte und die Taster gesetzt. Die Spannungsversorgung erfordert 1,35 mm -Bohrungen. Gebohrt wird natürlich von der Kupferseite her, damit man die in die Lötpunkte geätzten Löcher als Körnerpunkte für den Bohrer benutzen kann. Aus diesem Grund ist es auch wichtig, beim Entwurf der Lötpins so ein Loch mit vorzusehen. Ohne diese Körnerpunkte rutscht der Bohrer gerne ab. Die Maßhaltigkeit der Abstände zwischen den Bohrlöchern ist dann beim Teufel, die Folge, die IC-Sockel lassen sich dann nur mehr schwer platzieren.
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| Abb. 2: Bohrplan und Bestückungsseite | Abb. 3: Lötseite der gebohrten Platine |
Der 20-polige IC-Sockel für den Prozessor wird mit der Kerbe nach oben eingesetzt (vergleiche den Bestückungsplan). Die Platinie in Abb. 2 ist bereits gemäß Bestückungsplan an allen wesentlichen Anschlüssen beschriftet.
Als Vorbereitung für das Löten wird die Unterseite (= Lötseite = Seite mit den Kupferbahnen) noch mit Lötlack (= alkoholische Lösung von Kolophoniumharz) bepinselt oder besprüht. Das dient als zusätzliches Flussmittel beim Löten und auch als Korrosionsschutz der Leiterbahnen. Legt man die Platine, natürlich Kupferseite nach oben, auf einen sanft temperierten Heizkörper, kann man die Wartezeit bis zum Löten verkürzen. Dieses kann erst dann beginnen, wenn der Lack nicht mehr klebt.
beginnt man mit den IC-Sockeln für den Prozessor und die Steckverbindungen, Quarzsockel, ISP-Sockel, RS232-Port. Es folgen der 10k-Widerstand, die beiden 22pF-Kondensatoren am Quarz und die Entkoppelkondensatoren von 0,1 µF am Spannungsverteiler (unten) und am 5V-Prozessor-Pin (Pin 20) oben. Der Taster und die Pins für die externe Spannungsversorgung bilden den Abschluss. Die Bauteile werden von oben (= Bestückungsseite = Seite ohne Kupferbahnen) eingesteckt und auf der Unterseite verlötet. Über den Löthügel hinausstehende Drähte werden an der Spitze des Löthügels abgezwickt, nicht an der Leiterbahn!
Die
auf ca. 350 °C vorgeheizte Lötspitze wird an einem feuchten Tuch oder
Schwamm durch eine drehende Bewegung von Zunder (= oxidiertem Zinn) und überschüssigem
Lötzinn befreit, und mit einem Tupfer frischem Zinn versehen. Sofort danach
wird die Lötspitze unter einem Winkel von ca. 45° zur Platinenfläche
so aufgesetzt, dass der Anschluss des Bauteils und (nur) das (zugehörige)
Lötauge auf der Platine gleichzeitig für zwei bis drei Sekunden vorgeheitzt
werden. Dann führt man sachte das Lötzinn an die Lötstelle heran
und schmilzt davon so viel ab, dass die Pins wie im Foto der Abb. 3 oder Abb.
4 aussehen. Für unseren Zweck ist Kolophonium-Lötdraht der Dicke 0,5
mm optimal geeignet.
Abb. 4: Lötkolben ansetzen und Lötdraht zuführen
Es muss darauf geachtet werden, dass keine Verbindungen zu Nachbarpins durch überschüssiges Lot hergestellt werden, was gerne passiert, wenn man zu dicken Lötdraht verwendet oder den Lötdraht zu früh an die Lötstelle bringt. Das Flussmittel verdampft dann, bevor das Zinn fließt. Die Folge, es wird zu lange an der Lötstelle gebrutzelt, die benachbarte Lötstelle wird auch mit heiß und das Zinn fließt schließlich auch noch auf diese. Solche Kurzschlüssbrücken müssen mit Entlötsauglitze entfernt werden. Nach einer ausreichenden Zeit sind die Lötstellen so weit abgekühlt, dass man sie vorsichtig mit frischem Zinn neu verbinden kann.
Ebensowenig brauchbar wie Lötbrücken sind sogenannte kalte Lötstellen, die entstehen, wenn die zu verlötenden Teile zu wenig vorgeheizt sind oder wenn zu wenig Flussmittel vorhanden ist. Kalte Lötstellen sind schlecht leitende Verbindungen oder führen zu Wackelkontakten. Sie sind daran zu erkennen, dass das Lot den eingesteckten Draht des Bauteils nicht zeltförmig umgibt und das Lötauge einschließt wie in Abb. 3 sondern Klumpen bildet, die am Draht und/oder an der Kupferbahn nur ganz lose haften. Einen detailierten Kurs zum Weichlöten findet man bei KEMO.
Die fertig bestückte Platine zeigen die Abb. 5 und 6 von beiden Seiten.
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| Abb. 5: fertige Platine - Bauteilseite | Abb. 6: fertige Platine - Lötseite |
Der Controller wird erst dann in die Fassung gesteckt, wenn die Schaltung unter Spannung auf Fehlerfreiheit getestet ist. Zum Test wird die Versorgungsspannung von 5 V an die beiden dicken Pins (Abb. 5 rechts, untere Hälfte) gelegt und zwar zunächst einmal über ein Amperemeter im höchsten Messbereich (10A -20A) (Siehe Abb. 7). Wenn die Stromstärke 0A angezeigt wird, kann man noch empfindlichere Messbereiche (200 mA, 20 mA) ausprobieren. Auch hier sollte die Stromstärke 0 mA betragen. Wird bei dieser Platine ein nennenswerter Strom angezeigt, dann liegt irgendwo ein Kurzschluss zwischen zwei Lötpunkten vor, den es zu suchen und zu beseitigen gilt.
War der Kurzschlusstest negativ (Stromfluss 0 A), dann prüft man nun mit einem Spannungsmessgerät, dessen negativer Anschluss auf Ground-Potential(GND) liegt, ob am Pin 20 der Fassung, am rechten Pin des RS232-Ports und am Spannungsverteiler unten die 5V Spannung anliegt (rote Rechtecke in Abb. 8). Auch an Pin 1, dem Resetanschluss des Prozessors, muss über den 10 k-Widerstand die Spannung 5 V anliegen. Drückt man den Taster, muss die Spannung an diesem Anschluss auf 0 V sinken (grüne Rechtecke in Abb. 8).
Jetzt wird das Voltmeter mit dem positiven Anschluss an einen + 5V-Punkt gelegt. Mit der Minusleitung des Geräts prüft man nun im Gegenzug alle Massepunkte (GND-Potential) ab - Pin 10 der Fassung, GND-Leiste des Spannungsverteilers und den GND-Pin des RS232-Anschlusses (rote Markierungen in Abb. 9). Auch jetzt muss das Gerät immer die Betriebsspannung anzeigen. Alle noch nicht genannten Pins der IC-Fassung dürfen weder +5V noch GND-Potential führen (blaue Markierungen in Abb. 9).
Sind alle Tests gut überstanden, dann kann man davon ausgehen, dass die Platine fehlerfrei ist, zumindest, was die Spannungsversorgung angeht. Die Betriebsspannung wird abgeklemmt, und man kann nun den Controller in die Fassung stecken - Kerbe oder Punkt nach oben - wenn die Platine wie in Abb. 5 vor einem liegt.
Die Versorgungsspannung kann nun wieder angelegt werden, für den letzten Test. Wir messen noch einmal den Betriebsstrom. Bei neuen Prozessoren (nicht programmiert) ergibt sich ein Strom von ca. 5 mA. Bei bereits programmierten Controllern kann die Stromstärke bis ca. 10 mA steigen, muss aber deutlich zurückgehen, wenn man die Reset-Taste drückt. Mehr kann man im Moment noch nicht mit der Platine anfangen, denn zum Programmieren des Controllers brauchen wir als Nächstes den Programmer (Ponyprog-Software installieren) und ein passendes Interface.
Noch ein Wort zur Spannungsversorgung. Geeignet sind alle Steckernetzteile, die eine geregelte (und dann natürlich gesiebte) Spannung von maximal 5,5 V abgeben. Mehr verkraftet der Controller nicht. Steht nur eine ungeregelte Spannung vom Netzteil zur Verfügung, muss ein Spannungskonstanter dazwischengeschaltet werden.
Neue Entwicklungsplatine incl. LEDs und Tasten
Weil sich die Herstellung von zwei Platinen recht lang hingezogen hat, hab ich mich entschlossen, für den neuen Kurs eine Kombiplatine zu entwerfen. Sie vereint die Prozessorplatine mit einer um 2 LEDs und 3 Tasten erweiterten IO-Platine. Damit entfällt einmal bügeln und ätzen, außerdem werden die Steckkabel kürzer. Als kleinen Nachteil habe ich die wohl nicht endlose Verfügbarkeit der Sechser-Tastenkombination von Pollin in Kauf genommen. Die 5 LEDs haben einen gemeinsamen Anodenanschluss über jeweils einen Widerstand von 150 Ohm. Der ist für rote LEDs berechnet, sodass der Betriebsstrom knapp unter 20 mA liegt. Alle Tasten sind mit einem Pol auf Ground-Level. Die Taste ganz links ist fest als RST-Taste verschaltet, steht also Programmen nicht zur Verfügung. RS232-Port (von oben nach unten) und SPI (von links nach rechts) sind wie im Kurs an anderer Stelle dargestellt belegt (+, RXD, TXD, Gnd) und (RST, +, SCK, MISO, MOSI, GND). Spannungsversorgung und -Verteilung findet über die jeweils 9-polige Plus- und Minusschiene statt.
Klicke auf die Grafiken für einen Download als PDF-Datei. Zum Test der Platine geht man die bereits oben angegebene Prüfvorschrift durch.
Abb. 10: Layout und Bestückung der neuen Entwicklungsplatine
Abb. 11: Bausatz der MC-Platine
Abb. 12: fertiges Board, beachte die Lage der LEDs und des Controllers
Zeitgleich ist auch eine neue Stromversorgung entstanden, sodass man leichter mit einem Steckernetzteil arbeiten kann.