Termin: am Montag, , 9:00-11:30 Uhr sowie am Freitag, , 12:15-14:45 Uhr, jeweils im Raum 4-18

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1 Technische Informatik Prof. Dr. M. Bogdan Institut für Informatik Termin: am Montag, , 9:00-11:30 Uhr sowie am Freitag, , 12:15-14:45 Uhr, jeweils im Raum 4-18 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 2 2 Rasterplatinen 2 3 Layouterstellung 2 4 Richtig Löten 2 5 Vorbereitung Bauteile: Checkliste Was noch zu beachten ist 5 7 Tipps 6 8 Board und Schaltung 6 Assemblerpraktikum Seite 1 / 8 8. November 2008

2 1 Einführung Dieses Dokument ist eine kleine für das Assemblerpraktikum. Bei dem Assemblerpraktikum wird ein ATmega8-Mikrocontroller der AVR-Familie von Atmel programmiert. Dafür muss ein Programmierboard zusammengebaut werden. Die erste Aufgabe besteht darin das Programmierboard zu bauen. Es werden Bauteile, Lochrasterplatinen, Mikrocontroller und Schalplan zur Verfügung gestellt. 2 Rasterplatinen Rasterplatinen dienen als Halterung für die Bauteile. Es gibt verschiedene Rasterplatinen in unterschiedlichen Mustern und Größen. Die bekanntesten und einfachsten sind die Streifen-Rasterplatinen und die Punkt-Rasterplatinen. Bei den Streifen-Rasterplatinen dienen die Leitbahnen gleichzeitig zur Befestigung der Bauteile und zu ihrer Verbindung (siehe Abbildung 1a). Bei den Punktrastern gibt es keine festverdrahteten Leitungen, sondern nur einzelne Lötpunkte. Hierbei müssen dann natürlich alle Beinchen der Bauteile mit Draht untereinander verbunden, da die Lötpunkte voneinander isoliert sind (siehe Abbildung 1b). Für das Praktikum werden wir eine Streifen-Rasterplatine mit unterbrochenen Streifen verwenden, jedes Streifenstück hat 3 Lötpunkte (siehe Abbildung 1c). (a) Streifen-Rasterplatine (b) Punkt-Rasterplatine (c) 3er Streifen-Rasterplatine Abbildung 1: Beispiele für Rasterplatinen 3 Layouterstellung Die Layouterstellung entspricht der Festlegung, wo die einzelnen Bauteile platziert werden sollen und wie die Verdrahtung erfolgen soll, um die Platinenoberfläche effizienter zu nutzen. Dies kann entweder per Hand oder mit Hilfe von Software erstellt werden. Zu beachten sind die Platinenflächen, die Art von Platinen, Bauteilabmessungen und eventuell Gehäuseabmessungen. 4 Richtig Löten Löten ist die Verbindung von Metallen mit einem anderen, leichter schmelzbaren Metall. Wie lötet man richtig? Assemblerpraktikum Seite 2 / 8 8. November 2008

3 Es darf nie über die Ränder des Lötfeldes hinweggelötet werden! Die Leiterbahnen und das Drahtende des Bauelementes werden gleichzeitig aufgeheizt (siehe Abbildung 2a). Das Lötzinn wird dann an der Lötstelle (nicht am Kolben!) geschmolzen. Das Lötzinn gleichmäßig um die Lötstelle zerfließen lassen. Sobald das Lötzinn zu zerfließen beginnt, nimmt man es von der Lötstelle fort. Dann wartet man noch einen Augenblick, bis das zurückgebliebene Lötzinn gut verlaufen ist und nimmt dann den Lötkolben von der Lötstelle (siehe Abbildung 2b). Man achte darauf, dass das soeben gelötete Bauteil nach dem Abnehmen von dem Kolben ca. 5 Sek. nicht bewegt werden darf. Zurück bleibt eine silbrig glänzende, einwandfreie Lötstelle. Den überstehenden Draht abschneiden. Lötkolben Kupferschicht Lötzinn (a) Aufheizen Bauelement (b) Lötzinn auftragen Abbildung 2: Lötvorgang Falsch (c) Fertige Lötstelle Richtig Die Lötspitze ist sauber und nicht oxydiert zu halten, um eine einwandfreie Lötstelle zu erhalten. Mit einer schmutzigen Lötspitze ist es absolut unmöglich, sauber zu löten. Man nehme daher nach jedem Löten überflüssiges Lötzinn und Schmutz mit dem feuchten Schwamm oder dem Silikon-Abstreifer ab. Beim Einlöten von Halbleitern, LEDs und ICs ist darauf zu achten, dass eine Lötzeit nicht länger als 5 Sek. dauern darf, da sonst das Bauteil zerstört werden kann. Ebenso ist bei diesen Bauteilen auf richtige Polung zu achten. Nach dem Bestücken kontrollieren Sie grundsätzlich jede Schaltung noch einmal darauf hin, ob alle Bauteile richtig eingesetzt und gepolt sind. Prüfen Sie auch, ob nicht versehentlich Anschlüsse oder Leiterbahnen mit Zinn überbrückt wurden. Das kann nicht nur zu Fehlfunktionen, sondern auch zur Zerstörung von Bauteilen führen. Verwendet man Kupferlackdraht für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, dann müssen die Enden vorher mit einem Messer (Abkratzen) von dem Lack befreit werden. Alternativ kann man auch die Enden mit dem Lötkolben so heiß machen, dass der Lack verdampft, allerdings ist diese Vorgehensweise wesentlich schwieriger. Nach dem Anlöten des Drahtes an die Platine müssen die Verbindungen unbedingt mit dem Multimeter geprüft werden! Der Vorteil von Kupferlackdrähten ist, dass sie aufgrund ihrer Beschaffenheit andere Bauteile berühren können (siehe auch Abbildung 6b). Assemblerpraktikum Seite 3 / 8 8. November 2008

4 5 Vorbereitung Man muss überprüfen, ob alle nötigen Materialien vorhanden sind: Rasterplatine Schaltplan Bauteile (siehe Checkliste in 5.1) Kupferlackdraht Lötkolben nasser Schwamm (Reinigt Lötspitzen von Lötzinnrückstände) Lötzinn Multimeter Seitenschneider Pinzette 3.Hand mit Lupe (Platinenhalter mit Lupe für den besseren Durchblick.) Entlötlitze Entlötpumpe (zum Absaugen von flüssigem Lötzinn beim Lösen einer Lötverbindung.) Kolophonium (Reinigt und verzinnt gleichzeitig mit verschmutzte und oxidierte Lötspitzen.) 5.1 Bauteile: Checkliste Es werden folgende Bauteile benötigt: 1x ATmega8-Mikrocontroller 6x LED s 6x Widerstand 330 Ohm 1x Widerstand 10 KOhm 1x Diode 1N4004 2x Kondensator 100nF 2x Kondensator 10µF Assemblerpraktikum Seite 4 / 8 8. November 2008

5 1x Spannungsregler x Drucktaster 1x Printklemme 2-Pol 2x Wannenbuchse für ISP- und Busanschluss 6 Was noch zu beachten ist Kondensator: Bei den Elektrolyt-Kondensatoren (Elkos) ist auf richtige Polarität zu achten (+ / - )(siehe Abbildung 3). Abbildung 3: Kondensator Diode: Man muss unbedingt bei den Dioden darauf achten, dass sie richtig gepolt (Lage des Kathodenstriches) eingebaut werden(siehe Abbildung 4). Abbildung 4: Diode LED: Auch LEDs müssen polungsrichtig eingelötet werden(siehe Abbildung 5). Die Kathoden der Leuchtdioden sind jeweils durch ein kürzeres Anschlußbeinchen gekennzeichnet. Betrachtet man eine Leuchtdiode gegen das Licht, so kann man die Kathode auch an der größeren Elektrode im Inneren der LED erkennen. Am Bestückungsaufdruck wird die Lage der Kathode durch einen dicken Strich im Gehäuseumriss der Leuchtdiode dargestellt. Abbildung 5: Leuchtdiode Assemblerpraktikum Seite 5 / 8 8. November 2008

6 7 Tipps Um Platz zu sparen, kann man die Widerstände anstatt quer, hochkant einbauen (siehe Abbildung 4). Beachten Sie die Reihenfolge der Bauteile bei der Bestückung. Beginnen sie mit den kleinsten Bauteilen (Widerstände, Dioden) und bestücken Sie die größten zuletzt (Elkos, Trafos), damit Ihnen die großen Bauteile später nicht den Weg zu den Orten der kleineren versperren. Für SMD-IC s ist ein normaler Lötkolben zu groß, man kann die kleinen Beinchen einzeln nicht löten. Man platziert das Bauteil und lötet vorsichtig die Eckpunkte an. Dann lötet man alle Beinchen zusammen mit viel Lötzinn fest. Das überflüssige Lötzinn wird dann mit Entlötlitze entfernt. Die Litze wird auf die Pins gelegt und mit dem Lötkolben erwärmt bis das Zinn durch die Kapillarkräfte in die Litze gezogen wird. Achtung: Man muss sehr vorsichtig sein, es kann passieren, dass unter dem Bauteil noch Lötzinn vorhanden ist und damit die Leitungen verbunden werden, was zu Kurzschlüssen und Fehlfunktionen führen kann. 8 Board und Schaltung In der Abbildung (7) ist ein Entwurf für das Programmier-Board, dabei sind die Vorderseite (7a) und die Rückseite (7b) zu sehen. Der Entwurf basiert auf den Schaltplan in der Abbildung (6). In der Abbildung (8) ist ein anderer Entwurf unter Eagle. Es zeigt ein Layout mit kompakterer Platine. Belegungen: Connector PIN : µc PIN DATA BUS: 0 = 2 1 = 3 2 = 4 3 = 5 4 = 6 5 = 11 6 = 12 7 = 13 8 = 14 9 = 15 JTAG: 0: VCC 1 = 17 2: GND 3 : 4: GND 5 = 1 6: GND 7 = 19 8: GND 9 = 18 Assemblerpraktikum Seite 6 / 8 8. November 2008

7 Abbildung 6: Board-Schaltung (a) Board-Entwurf Vorderseite (b) Board-Entwurf Rückseite Abbildung 7: Board-Entwurf Assemblerpraktikum Seite 7 / 8 8. November 2008

8 Abbildung 8: Board erstellt mit Eagle Assemblerpraktikum Seite 8 / 8 8. November 2008