1. Einleitung
Von dem NachBau_V03-Kit gibt es verschiedene gleichwertige
Chargen. Die einen haben eine weiße oder gelbe Platine, die anderen
eine blaue Platine. Sie sind völlig identisch. Hier
haben wie im weiteren Verlauf eine gelbe genommen.
2. Das NachBau_V03-Kit
Das NachBau_V03-Kit kommt mit allen nötigen
Komponenten, um die Steuerplatine
aufzubauen.
2.1 NachBau_V03-Kit mit
präziserem Uhrenmodul DS3231
Der Bausatz ist jetzt wahlweise auch mit dem genaueren und bereits, auf der Unterseite der Platine, aufgelöteten Uhrenmodul DS3231 erhältlich.
Ein Uhrenquarz wird damit nicht mehr benötigt. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau und zusätzlich erhält man eine viel höhere Ganggenauigkeit.
Beim Aufbau der Nachbauplatine v03 inkl. DS3231 entfallen somit die Schritte 3-5
3. Uhrenquarz X2 einlöten
Video Lötkurs Uhrenquarz
Zunächst löten wir den kleinen Uhrenquarz ein (X2). Dieser muß
plan an der Ground-Plane
anliegen, da wir ihn im
nächsten Schritt daran anlöten müssen. Damit er plan liegen
bleibt, befestigen wir ihn mit etwas hitzebeständigem
Klebeband.
4. Uhrenquarzgehäuse anlöten
Nachdem der Quarz eingelötet ist, löten wir mit Hilfe
des Lötfetts (siehe vorheriges Bild) das Gehäuse des
Quarzes an die Ground-Plane. Der Quarz muß flach anliegen
und darf nicht in Lötzinn ertränkt
werden.
Dann reinigen wir den Quarz und den Mittelkontakt der
Batterie mit Isopropanol (z.B.
Teslanol® Isopropanol, Aktiv-Reiniger, 1000ml),
es darf kein Lötfett übrig sein.
5. Warnung
Dieser Schritt wird häufig unterschätzt, ist aber wichtig.
Wenn das Quarzgehäuse nicht an der GND-Plane angelötet
ist, läuft die Echtzeituhr häufig nicht an. Die Lötdauer
darf aber 1,5 Sekunden nicht überschreiten!
Das war der kritischte Punkt des Aufbaus, jetzt geht es
entspannt weiter.
6. Die 39 Ohm-Widerstände
Jetzt werden die 16 39 Ohm-Widerstände eingelötet
(R12-R27). Diese Widerstände begrenzen den Strom der
LEDs in der Matrix.
Da die Matrix im Multiplexing-Verfahren betrieben wird,
also die LEDs immer nur kurz leuchten, müssen die
Widerstände nicht so hoch sein.
Sollte man die später erläuterte Funktion nutzen, und
die Spannung an den Verstärker-Chips erhöhen, muß
man eventuell andere Widerstände einlöten. Also am
besten vorher überlegen, wie die Platine genutzt
werden soll.
Die Widerstande wurden von 6,8Ohm auf 39Ohm geändert weil das Darlington Array geändert wurde von UDN2981A (TD62783APG) zu TBD62783APG
7. Die Zener-Diode
Als nächstes kommt die Zener-Diode dran (D4). Sie hat eine
Polarität und muß in der richtigen Richtung eingelötet
werden. Sie hat einen Streifen am Gehäuse, das kleine
Bild auf der Platine hat auch so einen Streifen. Über sie
wird der DCF77-Empfänger mit 3,3 Volt versorgt.
8. Die Sperrdiode
Dann kommt die Sperrdiode (1N4007) dran (D5). Auch sie hat eine
Polarität und muß in der richtigen Richtung eingelötet
werden. Sie hat einen Streifen am Gehäuse, das kleine
Bild auf der Platine hat auch so einen Streifen. Sie
schützt die Schaltung, wenn man die Polarität der
Spannungsversorgung vertauscht hat.
9. Der 16 MHz-Quarz
Jetzt wird der 16 MHz-Quarz eingelötet (X1). Er erzeugt
den Takt für unseren Mikrocontroller. Das mittlere Loch
bleibt dabei frei.
Eventuell hat Ihr Kit keinen Quarz, sondern einen
16 MHz-Resonator. Dieser hat drei Beine und wird
dementsprechend in die drei Löcher gelötet.
Dann muß der nächste Schritt übersprungen
werden.
10. Die 22 pF-Kondensatoren
Zu dem Quarz (X1) werden dann zwei 22 pF-Kondensatoren
gelötet (C11, C12). Sie bilden mit dem Quarz den Schwingkreis
für die 16 MHz.
Dieser Schritt darf nicht ausgeführt werden, wenn man
einen Resonator verwendet. Ein Resonator enthält bereits
die zwei Kondensatoren.
11. Die IC-Sockel
Die IC-Sockel werden jetzt eingelötet.
IC-Sockel haben an einer schmalen Seite eine
Einkerbung, eine Art Nase
. Diese Nase muß
auf die Seite zeigen, die auf der Platine markiert ist
(die Sockel für die 74HC595-Chips zeigen nach rechts,
der Rest nach links).
Bei Verwendung der Nachbauplatine v03 inkl. dem DS3231 entfällt der 8-Pin Sockel für den DS1307.
12. Die Lade-Schaltung
Die Lade-Schaltung für den Speicher-Kondensator besteht aus
den 4 Dioden D6-D9 (1N4148), bei denen man auf die Richtung
achten muß. Der Ring auf den Dioden muß mit dem
Ring auf der Platine überein stimmen. Dazu kommen
die beiden Widerstände R34 mit 820 Ohm und R35 mit
4,7 kOhm.
13. Der Speicher-Kondensator
Jetzt kann der Speicher-Kondensator (C16) eingelötet werden.
Er hat eine Polarität, der Minus-Pol muß nach rechts
zeigen.
14. Spannungsregler fixieren
Den Spannungsregler (U9) befestigt man wieder mit Klebeband. Er soll plan
mit seiner Metallplatte auf dem Feld Open Hardware
zum Liegen kommen, so kann er die Wärme über die Platine
ableiten.
15. Spannungsregler einlöten
Der Spannungsregler regelt die Eingansspannung (7,5-12 Volt)
auf 5 Volt herunter. Da er überschüssige Spannung
in Wärme umwandelt biete sich ein 7,5 Volt-Netzteil
zur Versorgung an. Mehr Volt bedeutet mehr unnötig
als Wärme abgeleitete Leistung.
Der Regler kann erst ab 7 Volt richtig regeln. Wenn ein
5 Volt-Netzteil zur Verwendung kommt, muß er entfallen!
16. Die 100 nF-Entstörkondensatoren
Jetzt werden die 100 nF-Entstörkondensatoren eingelötet
(C1, C3, C4, C5, C6, C7, C9, C10, C13, C14, C15, C17). Sie
haben keine Polung, die Richtung ist also egal.
17. Der 220 Ohm-Widerstand
Als nächstes wird der 220 Ohm-Widerstand (R29) eingelötet.
Er bildet mit der Zener-Diode zusammen den Spannungsteiler
für die 3,3 Volt-Versorgung des DCF77-Empfängers.
18. Die 4,7 kOhm-Widerstände
Dann kommen die 4,7 kOhm-Widerstände an die Reihe
(R6, R7, R28, R30).
R6, R7 und R28 ziehen die logischen Spannungspegel der
Echtzeituhr auf Vcc, solange kein Signal anliegt.
R30 schaltet die Ausgänge der Shift-Register aus,
bis sie korrekt initialisiert worden sind.
19. Die 1 kOhm-Widerstände
Die 1 kOhm-Widerstände (R8, R9, R31)
begrenzen den Strom für die Status-LEDs.
Achtung, 1 kOhm und 10 kOhm-Widerstände
sehen sich sehr ähnlich.
20. Die 10 kOhm-Widerstände
Die 10 kOhm-Widerstände (R1-R5)
ziehen den logischen Spannungspegel
der Taster auf Ground. R5 wird dabei nur
benötigt, wenn die Enter-Taste
Verwendung finden soll.
R32 und R33 werden nur benötigt wenn die Nachbau Platine v03 inkl. dem DS3231 verwendet wird.
R10 (10 kOhm) ist der Widerstand für den Spannungsteiler
mit dem lichtabhängigen Widerstand.
21. Die Taster
Jetzt kommen die Taster an die Reihe (SW1-SW5). Auch
hier wird SW5 (Enter) nur benötigt, wenn die
Enter-Taste Verwendung finden soll.
Über jedem Taster finden sich zwei eng beieinander liegende
Löcher. Über diese Löcher kann auch geschaltet werden,
z.B. wenn zusätzlich Taster im Gehäuse untergebracht werden
sollen.
22. Die Status-LEDs
Der nächste Schritt sind die drei Status-LEDs (D1, D2, D3).
LEDs haben eine Polarität. Die Kathode gehört in das Loch am
unteren Rand mit der Markierung. Die Kathode erkennt man
am kürzeren Bein und der abgeflachten Gehäuseseite.
Die Farben sind
PWR = Power = Rot
GRN = Green = Grün
YEL = Yellow = Gelb
23. Die Hohlstecker-Buchse
Jetzt wird die Hohlstecker-Buchse (P20; DC_IN) eingelötet. Sie ist
center positive verschaltet, der Pin in der Mitte ist also
Plus (Vcc). Das ist für die Auswahl des Netzteils wichtig.
24. Die Elektrolyt-Kondensatoren
Dann kommen die beiden Elektrolyt-Kondensatoren an die
Reihe (C2, C8). Das sind die fetten
Kondensatoren.
Sie haben eine Polarität. Ein Bein ist jeweils am
Gehäuse mit -
gekennzeichnet. Der Minus-Pol
muß jeweils nach links zeigen.
Der jeweilige Minus-Pol ist auch auf der Platine
gekennzeichnet.
Auf der Platine sind bei den Plus-Polen zwei Löcher,
weil mache Kondensatoren einen etwas größeren
Beinabstand haben. Man nimmt einfach das Loch, das
am besten passt.
Diese Kondensatoren glätten die manchmal etwas
unsaubere
Eingansspannung und stabilisieren
den Spannungsregler.
25. Pinheader und Jumper
Zu guter Letzt kommen die Pinheader und Jumper.
Mit K1 (PWR_SEL) kann man zwischen Stromversorgung über USB
(bei Verwendung eines FTDI-Kabels) und Stromversrgung
über das Netzteil umschalten (USB<->Wall).
Mit K2 (LED) kann man entscheiden, ob die Verstärker-Chips
(UDN2981A) mit 5 Volt oder der externen Spannungsversorgung
betrieben werden sollen (5V<->Vext).
Mit dem Auslaufen der UDN 2981A Treiber und dem dadurch bedingten Wechsel zu den TBD62783APG ist der Betrieb der LED Matrix
mit 7,5V (also dem Jumper Setting "Vext" ) nicht mehr empfohlen. Es kann zu einem mitglimmen benachbarter LEDs kommen
und die Lebensdauer der LEDs wird herabgesetzt.
Daher also den Jumper "5V<>Vext" immer auf 5V stellen.
Um die maximale Helligkeit zu erreichen wurde der Wert von R1 - R16 auf jeweils 39Ohm angepasst.
Über P7 (FTDI) kann ein FTDI-Kabel anschließen und den
Mikrocontroller neu bespielen.
Über P13 (ISP) kann man einen ISP-Header anschließen
und den Mikrocontroller neu bespielen.
An P1 (DCF77) kann ein DCF77-Empfänger angeschlossen werden.
P2 und P3 müssen, bei Verwendung der Nachbauplatine v03 inkl. dem DS3231, jeweils Drahtbrücken gesetzt bekommen um den DS3231 (SDA und SCL) mit dem Prozessor zu verbinden.
26. Abschlußarbeiten
Wenn man fertig ist, muß die Platinenrückseite
mit Isopropanol (z.B.
Teslanol® Isopropanol, Aktiv-Reiniger, 1000ml)
von Flußmittelresten befreit
werden. Diese führen ansonsten mit der Zeit
zu Korrosion.
So sollte die Platinenrückseite aussehen.
27. Chips stecken
Jetzt werden die Chips bestückt. Die Chips haben eine Nase.
Diese muß mit der Nase der Sockel übereinstimmen.
Damit ist das NachBau_v03-Kit fertig!
28. Übrige Teile
Es sind jetzt noch ein paar Bauteile übrig. Den LDR
(lichtabhängigen Widerstand) haben wir nicht
eingelötet, weil er typischerweise irgendwo im
Gehäuse verbaut und verkabelt wird.
Auch ein paar Anschlüsse haben wir noch nicht besprochen.
Mit P41 (STACK_L) und P42 (STACK_R) kann man mehrere
NachBau_V02-Boards miteinander verketten und so größere
Displays aufbauen. Die Anschlüsse um die Echtzeituhr
herum kann man verwenden, um statt der DS1307 einen
ChronoDot zu verbauen.
Falls die LED-Matrix als Uhr betrieben werden soll, befinden sich hier eine Firmware und Anleitung:
Downloads.
Wie geht es weiter?
Anwendungsbeispiele für das NachBau_V03-Board gibt es in der Galerie im
Diskussionsforum (Link oben auf dieser Seite).
Ein gefrästes Gehäuse zum rahmenlosen Aufbau findet sich im Onlineshop
Gehäuse für Nachbau_v03
Und hier gibt es noch eine Beschreibung des Gehäuses und eine Anleitung wie die LED Matrix am einfachsten aufgebaut wird.
Quellen und Hinweise über den Bezug der Frontplatte finden sich ebenfalls im Diskussionsforum.
zum Diskussionsforum
Stückliste
Referenz | Anzahl | Bezeichnung | Wert | Artikel |
X2 | 1 | Uhren-Quarz | 32.768 kHz | 02695 |
D1 | 1 | LED 5mm | grün | 01567 |
D2 | 1 | LED 5mm | gelb | 01563 |
D3 | 1 | LED 5mm | rot | 01561 |
D4 | 1 | Zener-Diode | 3,0V/0,5W | 00348 |
D5 | 1 | Diode | 1N 4007 | 03674 |
D6-D9 | 4 | Diode | 1N4148 | 00235 |
C1, C3-C7, C9-C10, C13-C15, C17 | 12 | Kondensator | 100nF/63V | 02481 |
C2, C8 | 2 | Elektrolytkondensator | 100µF/35V | 02051 |
C16 | 1 | Gold-Cap | 47.000 uF/5,5V | 01983 |
R1-R5, R10 | 6 | Widerstand 1/4W | 10 kOhm | 03402 |
R6, R7, R28, R30, R35 | 5 | Widerstand 1/4W | 4.7 kOhm | 03397 |
R8, R9, R31 | 3 | Widerstand 1/4W | 1.0 kOhm | 03388 |
R12-R27 | 16 | Widerstand 0.6W | 39 Ohm | 03265 |
R34 | 1 | Widerstand 1/4W | 820 Ohm | 03387 |
R29 | 1 | Widerstand 1/4W | 220 Ohm | 03379 |
R11 | 1 | Fotowiderstand | A995011 | 00387 |
U7, U8 | 2 | Darlington-Arrays | TBD62783APG | 02739 |
U1, U2, U4, U5 | 4 | Shift-Register | 74 HC 595 | 02142 |
U3 | 1 | Microcontroller | Atmega 328 | 02602 |
U6 | 1 | Echtzeituhr | DS 1307 | 02520 |
U9 | 1 | Spannungsregler 5V | TS2940CZ-5.0 | 02612 |
SW1-SW5 | 5 | Kurzhub-Taster | Taster TPS 0385 | 03352 |
P20 | 1 | Einbaubuchse 2,1 mm | DC-EBH2.1 | 03437 |
| 3 | Kurzschlussbrücken | Jumper rot | 02942 |
zu U6 | 1 | Präzisionsfassung | DIL-8 | 01962 |
zu U1, U2, U4, U5 | 4 | Präzisionsfassung | DIL-16 | 01964 |
zu U7, U8 | 2 | Präzisionsfassung | DIL-18 | 01965 |
zu U3 | 1 | Präzisionsfassung | DIL-28-S | 01971 |
P1, P5, P6, K2, LDR, SW1-SW5, P13 | 2 | Stiftleiste gerade, trennbar | 1x40 polig | 03335 |
P7 | 1 | Stiftleiste gewinkelt | 1x6 polig | 03330 |
| 1 | Platine | NachBau_V03 | 50003 |