1. Evaluation Board. 1.1 Schaltung

Transkript

1 1. Evaluation Board In der ersten Lötaktion wird auf einem gedruckten Layout die Hauptschaltung (bestehend aus Prozessor, Anzeigen, Stromversorgung und ProgrammierEinrichtung) aufgebaut. 1.1 Schaltung Dies ist der erste Teil der Schaltung des Evaluation Boards: 1-1

2 Auf den ersten Blick sieht das etwas unübersichtlich aus, aber bei genauerem Hinsehen zerfällt die Schaltung in drei Teilschaltungen: Die Stromversorgung ist unten links zu sehen. Sie stellt mit Hilfe von zwei Spannungsreglern (7805 und 7808) und einigen Kondensatoren zwei Spannungen zur Verfügung: +5V für die Digitalelektronik, also den Prozessor, die Inverter an der Druckerschnittstelle, und die Peripherie +13V für den Multiplexer-IC und als Programmierspannung für den Prozessor Das Interface zu der Druckerschnittstelle befindet sich oben und wird aus den open-collector Invertern (74ALS05) und einigen Widerständen gebildet. Die Inverter sind dann mit einem Multiplexer (4053) verbunden. Führt Pin 5 des Parallelports einen High-Pegel so werden die Programmierspannung sowie die Data- und Clock-Signale der Programmierschnittstelle zum Prozessor durchgeschaltet. Bei einem Low-Pegel an Pin 5 des Parallelports ist der Prozessor komplett vom Interface getrennt. Der Prozessor selbst ist noch von etwas Peripherie umgeben: Zum einen ist da der Quarz, der mit einen prozessorinternen Verstärker einen Oszillator bildet und den Prozessortakt angibt. Die I/Os des Prozessors sind direkt an eine Pfostenleiste geführt, zusätzlich wird der Zustand jedes Pins über einen Verstärker (IC6 und IC7) an einer Leuchtdiode ausgegeben. Der zweite Teil der Schaltung beinhaltet die Peripherie (bestehend aus einem Anschluss für einen Ohrhörer, vier Tastern, einem LCD, einem AD Wandler und einem RS232 Treiber). Die Peripherie wird in einer späteren Lötaktion eingelötet, und der Schaltplan der Peripherie erst dann abgedruckt. Wichtiger Hinweis: Die Schaltung benötigt im normalen Betrieb eine Betriebsspannung von mind. 7V (am Steckernetzteil einstellbar). Zum Programmieren des Prozessors muss die Betriebsspannung auf 12V erhöht werden. 1-2

3 1.2 Platinen Layout Heute werden wir nur den rechten Teil der Platine (Bild) bestücken. Der linke Teil wird in einer zweiten Aktion gelötet. 1-3

4 1.3 Bestückung/Stückliste Bauteil Wert Bauteil Wert C1 C2..C4, C8 C6, C7 C9 C10 100µF 100nF 15pF 100p 10u R1..R5, R7 R6, R8 R9 R10 RN1, RN2 10k 4k7 2k2 1k 1k5 Widerstandsnetzwerk IC1 IC2 IC3 IC4 IC5 IC6,IC L08 PIC16F84A MC ALS05 ULN2803A D4 D5 1N4007 1N4148 Q1 Q2 QUARZ 4Mhz BC556B S1 Taster U$1 X5 CON2 DC-Stecker Sub-D Stecker 25pol Pfostenleiste 2x17pol LED1 3mm ROT LED2, LED11..LED15 3mm GRÜN LED3..LED10 3mm GELB 3* IC Fassung 18pol 1* IC Fassung 16pol 1* IC Fassung 14pol 1* Fassung für Quarz 6 Distanzbolzen M3 6 Distanzbolzen M3 Zuerst die acht Drahtbrücken einlöten. Drahtbrücken sind im Layout rot dargestellt und besitzen quadratische Lötaugen. Es bietet sich an dafür ein Stück Silberdraht abzuschneiden, grob zurechtzubiegen, durch die Bohrungen zu ziehen und auf der Rückseite zu verlöten. Tip: Damit die Bauteile beim Umdrehen der Platine nicht herausfallen, kann man die Beinchen/Anschlussdrähte auf der Lötseite leicht abknicken. Danach folgen die Widerstände: In der Schaltung kommen vier verschiedene Widerstandswerte vor: 1 kohm (1k) Braun Schwarz Schwarz Braun 2,2 kohm (2k2) Rot Rot Schwarz Braun 4,7 kohm (4k7) Gelb Violett Schwarz Braun 10 kohm (10k) Braun Schwarz Schwarz Rot Der letzte Ring auf den Widerständen ist immer Braun, er gibt die Toleranz an. Um Verwechslungen zu vermeiden sollten alle Widerstände mit einem Multimeter nachgemessen werden. Jetzt kommen die beiden Dioden: Der Ring auf der Diode muss mit dem Ring im Layout übereinstimmen. Im Bild: oben 1N4007, unten 1N

5 Bei den KeramikKondensatoren haben wir es mit drei verschiedenen Werten zu tun: Am besten zuerst den 100pF (Farbe: Gelb; Aufdruck: n10 ) einlöten, er liegt rechts unterhalb des des noch einzulötenden IC 74ALS05. Danach die beiden Kondensatoren (C6, C7) zur elektrischen Stabilisierung des Quarzes einlöten; ihre Werte betragen 15pF (Farbe: Gelb; Aufdruck: 15P ). Die vier restlichen Keramik-Kondensatoren haben 100nF (Farbe: Blau; Aufdruck: 104), können also nicht mehr verwechselt werden. Jetzt kommen am besten die LEDs: Sie werden alle mit dem längeren Beinchen in Richtung des noch einzulötenden Pfostenstecker (s.u.) eingelötet. Unterhalb der LEDs kommen die beiden Widerstandsnetzwerke, der Punkt im Aufdruck muss in Richtung des noch einzulötenden SUBD-Stecker (s.u.) zeigen. Als Sockel für den Quarz dienen 3 Elemente aus einer Streifenfassung, das mittlere Beinchen wird abgezwickt oder nach oben aus dem schwarzen Kunststoff herausgedrückt. Die IC Sockel Achtung: Sie besitzen auf der einen Seite eine Markierung in Form einer Kerbe und sollten richtig herum eingebaut werden. Anhand dieser Kerbe kann später der IC richtig herum eingesetzt werden. Die beiden Spannungsregler (Aufdruck 7805 und 78L08). Der 5V Regler 7805 (IC1) wird zunächst mit Beschriftung in Richtung SUBD-Stecker (s.u.) stehend eingebaut, und kann anschliessend hingelegt werden. Der 8V Regler (IC2) findet sich direkt neben dem Der Transistor BC556B (Q2) findet seinen Platz in der Ecke rechts unten. Die beiden Elektrolyt-Kondensatoren 10µF (C10) und 100µF (C1). Sie müssen richtig gepolt eingebaut werden: Der weisse Streifen auf den Elkos markiert die Kathode (-); die Kathode ist im Layout mit einem weissen Balken, die Anoden (+) hingegen mit einem kleinen + gekennzeichnet. 1-5

6 Der Taster (die vier Anschlüsse müssen vorher mit einer kleinen Zange -bitte nicht mit dem Saitenschneider- gerade gebogen werden) Der Pfostenstecker muss vor dem Einlöten auf 2*17 Pins abgebrochen werden. Der SUBD-Stecker zum Anschluss der parallelen Schnittstelle und Die DC-Buchse zum Anschluss des Netzteils Jetzt ist ein guter Zeitpunkt, die Schaltung auf fehlerhafte Lötstellen und Lötbrücken zu überprüfen. Zum Schluss noch die ICs und den Quarz in die Sockel drücken. Fertig :-) Und am Ende sollte es etwa so aussehen: 1-6

7 1.4 Schnellanleitung: Löten Das Beispiel zeigt den Einbau einer IC-Fassung in eine Platine. Es kommt darauf an, möglichst haltbare Lötstellen zu produzieren. Hier eine Beschreibung der Arbeitsschritte: 1. Die Fassung wird von der Oberseite der Platine in die Bohrungen gesteckt. Dabei ist darauf zu achten, dass die Kerbe an der Fassung mit der Kerbe auf dem Layout übereinstimmt. 2. Damit die Fassung beim Umdrehen der Platine nicht herausfällt ist es ratsam, zwei Eckbeinchen mit einer Flachzange o.ä. umzubiegen. 3. Dann werden die beiden nicht umgebogenen Eckbeinchen festgelötet: Lötzinn und Lötspitze werden gleichzeitig an die Lötstelle geführt. Die Lötspitze soll sowohl das IC-Beinchen als auch die Platinenfläche berühren. Die Position der Lötspitze wird nicht verändert, bis das Lötzinn die Berührungsstelle vollständig benetzt. Das dauert je nach Temperatur des Lötkolbens etwa eine halbe oder eine ganze Sekunde. In dieser Zeit hat sich die Lötstelle ausreichend erwärmt. 1-7

8 Die Lötspitze wird an der Lötstelle gehalten und das Lötzinn wird nachgeschoben bis die Lötstelle gänzlich benetzt ist. Die Lötstelle ist so heiß, dass das dünnflüssige Lötzinn sich durch Adhäsionskräfte gleichmäßig verteilt. Wenn die Lötstelle vollständig benetzt ist, wird zuerst das Lötzinn und dann die Lötspitze zurückgezogen. Das noch dünnflüssige und durch das Flussmittel geschützte Lötzinn erreicht seine endgültige Form und erstarrt. Wenn der Lötkolben die richtige Temperatur hat, dauert der ganze Vorgang etwa eine Sekunde. Ein Teil des im Lötzinn enthaltenen Flussmittels vedampft bei dem Lötvorgang. Es ist empfehlenswert diesen Dampf nicht einzuatmen. 4. Die zuerst umgebogenen Beinchen werden nun wieder aufgerichtet. Das sorgt für bessere Lötstellen und erlaubt ein einfacheres Austauschen der Fassung. 5. Nun werden alle verbleibenden Beinchen festgelötet. Löten ist kein Verkleben der Bauteile mit der Platine. Einzelne Atome des Lots diffundieren in die Metalloberfläche der zu lötenden Körper, hier entsteht eine Legierung aus Lot und Grundwerkstoff. Kalte Lötstelle [editierte Auszüge aus Wikipedia] Kalte Lötstellen sehen -im Gegensatz zu korrekten Lötstellen- matt aus und weisen eine leicht klumpige Oberfläche auf. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften einer Kalten Lötstelle sind mangelhaft. Kalte Lötstellen können mehrere Ursachen haben: Die Löttemperatur war zu gering - die Lötstelle war zu kalt - wohl der Namensgeber. Es erfolgte keine oder keine vollständige Benetzung. Die Löttemperatur war zu hoch. Das Flussmittel oder das Isoliermaterial der Grundplatte kann sich zersetzen. Beim Abkühlen einer Lötverbindung wurde nicht sichergestellt, das der gesamte Lötbereich erschütterungsfrei bleibt. Die Zeit in der der Lötstelle Wärme zugeführt wurde war zu kurz, die Atome aus dem Lot konnten nicht genügend in die Metalloberflächen der zu lötenden Körper diffundieren. 1-8