Bau eines Mikrocontrollers

1. Bau eines Mikrocontrollers Referat von Magdalene Holewka

2. Inhaltsverzeichnis • Welche Bauteile brauchen wir für den Mikrocontroller ? (Auflistung) • An welcher Stelle werden die Bauteile in die Platine gelötet ? (Schaltbild) • Erklärung der einzelnen Bauteile (mit Bild)

3. Bestückung -1x Mikrocontroller ATMEL (AT89S8253) -1x Platinen-Steckverbinder -1x IC-Fassung 20pol für MAX233 -1x IC-Fassung 40pol für Mikrocontroller -1x Stiftleiste 40pol -4x Pfostensteckverbinder 10pol -4x Wannenstecker 10pol -4x Distanzbolzen M3/ 6Kant -1x Kohlewiderstand 1kOhm -1x Kohlewiderstand 2,7kOhm -1x Widerstands-Array 8x22kOhm -1x RS233-Baustein MAX 233 -1x Universaldiode 1A -5x Universaldiode 100mA -1x Zenerdiode 4,7V / 0,5W -1x Elektrolykondensator 100µF / 35V -2x Elektrolykondensator 1µF / 100V -1x Elektrolykondensator 4,7µF / 63V -2x Keramikkondensator 33pF -3x Keramikkondensator 100nF -1x Spannungsregler 5V/1A -1x Standardquarz 24MHz oder 12MHz Die restlichen Bauteile sind als Reserve oder können für Projekte genutzt werden!

4. Hinweise und Beachtungen Man sollte die Reihenfolge beim Einlöten beachten! Denn wenn man dies nicht beachtet, wird es schwer sein einige Bauteile einzulöten. Tipp: Eine Leuchtdiode ist immer sehr nützlich, wenn man testen will ob überhaupt Spannung auf der Platine drauf ist ! Wäre also nicht schlecht wenn man sie zusätzlich einlötet.

5. Bauplan

6. Erklärung des Bauplans - die Brücken sind rot markiert! • der Widerstands-Array sollte am besten als erstes eingelötet werden (pinkfarbene Markierung)

7. Widerstands-Array 8x22kOhm Widerstands-Netzwerk Widerstands-Netzwerke eignen sich ideal für Pull-up/Pull-down Widerstände. Wie in diesem Bild zu sehen ist, besteht ein Widerstands-Netzwerk aus 8 Widerständen, die an einem Anschluss zusammengeführt sind. Wir benötigen ein Widerstandsnetzwerk 8x22KOhm. Dieses wird in RN1 22k x 8 in die Platine gelötet (siehe Bauplan). Hinweise: Einbaurichtung beachten (Punktmarkierung auf Bauteil) ! Man sollte zuerst das Widerstands-Netzwerk einlöten, bevor man die 20poligen Steckerleisten und die 40polige IC-Fassung für den Mikrocontroller einlötet.

8. Kohleschichtwiderstand 1KOhm Wir benötigen einen 1 kOhm Widerstand und einen 2,7 kOhm Widerstand. Der 1 kOhm Widerstand wird in R9 und der 2,7 kOhm Widerstand in R12 in die Platine gelötet. (siehe Bauplan)

9. Universaldiode 1A und 100mA Dioden sorgen dafür, dass der Strom nur in eine Richtung fließen kann (In die andere Richtung wird geblockt). Hinweis: Beim Einlöten die Richtung beachten ! Universaldiode 1A (1N4001) Wir benötigen eine Universaldiode. Diese wird in D1 in die Platine gelötet. (siehe Bauplan) Universaldiode 100mA (1N4148) Wir benötigen 3 Universaldioden. Diese werden in D3,D4 und R5 (=D7) in die Platine gelötet. (siehe Bauplan)

10. Zenerdiode 4,7V / 0,5W Wir benötigen eine Zener-Diode. Wofür ist eine Zener-Diode da? Die Anwendung von Zener-Dioden liegen bei der Spannungsbegrenzung, beim Überlastschutz, und der häufigste Anwendungsbereich bei der Spannungsstabilisierung. Hier dient sie dazu, ein RS232-Signal (3...15V) auf einen (TTL-)Pegel von max. 5V zu begrenzen. Diese wird in D6 in die Platine gelötet (siehe Bauplan). Beim Einlöten die Richtung beachten ! Hinweis: Die Zenerdiode kann anders aussehen als unten abgebildet. Am besten getrennt aufbewahren, um sie nicht mit den Universaldioden zu verwechseln!!

11. Elektrolytkondensatoren Kondensatoren speichern elektrische Energie, um sie später bei Bedarf wieder abgeben zu können. Sie dienen hier zur Spannungsstabilisierung und Spannungsglättung. Hinweis: Beim Einlöten die Richtung (Polarität) beachten ! Wir benötigen einen Elektrolytkondensator 100µF / 35V. Dieser wird in C9 in die Platine gelötet. Wir benötigen einen Elektrolytkondensator 4,7µF / 6,3V. Dieser wird in C8 in die Platine gelötet. Wir benötigen zwei Elektrolykondensatoren 1µF / 100V. Diese werden in C1 und C7 in die Platine gelötet. (siehe Bauplan)

12. Keramikkondensatoren 33pF und 100pF An Keramikkondensatoren kann eine hohe Spannung angelegt werden. Verwendung finden sie in modernen Digital-Schaltungen als Zwischenspeicher, wenn ein IC kurzzeitig viel Energie benötigt. Sie werden auch zum Abschneiden von Spannungsspitzen in der Betriebsspannung genutzt. Keramik-kondensatoren (kurz Kerkos) werden auch bei Quarzoszillatoren für ein sauberes Schwingen des Quarzes verwendet. Für den Quarz benötigen wir zwei Keramikkondensatoren 33pF. Diese werden in C2 und C3 in die Platine gelötet (siehe Bauplan). Wir benötigen drei Keramikkondensatoren 100 pF. Diese werden in C4, C6 und C10 in die Platine gelötet (siehe Bauplan).

13. Spannungsregler 5V / 1A In elektronischen Schaltungen werden verschiedene stabile Spannungen benötigt. Dazu werden Spannungsregler oder Stabilisatorschaltungen verwendet. Es gibt die Parallelstabilisierung und die Serienstabilisierung mit Längstransistor. Bei der Parallelstabilisierung liegt der Lastwiderstand (Verbraucher) parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors. Diese Schaltung wird kaum benutzt, da sie nur einen kleinen Ausgangsstrom für den Verbraucher zur Verfügung stellt. Bei der Serienstabilisierung liegt die Kollektor-Emitter-Strecke in Serie mit dem Verbraucher. Diese Schaltung ermöglicht einen hohen Laststrom bei guter Stabilisierung der Ausgangsspannung und wird dadurch häufig in der Elektronik eingesetzt. Fortsetzung 

14. Spannungssregler Man unterscheidet: Festspannungsregler (Ausgangsspannung ist fix) und einstellbare Spannungsregler (Ausgangsspannung ist nach eigenen Wünschen einstellbar, werden zum Beispiel in Labornetzteilen eingesetzt). Hier handelt es sich um einen Festspannungsregler 5V / 1A. Er dient dazu, aus der unstabilisierten Gleichspannung (8-16V, die vom Netzteil oder der Batterie kommt) eine stabile Spannung von 5V für das Mikrocontrollersystem und die angeschlossenen Baugruppen sicherzustellen. Hinweis: Richtung beachten beim Einlöten. Der Spannungsregler wird in IC3 in die Platine gelötet. (siehe Bauplan)

15. Standardquarz 24MHz Was genau macht ein Quarz? Ein Quarz gibt durch seine Schwingung den Systemtakt vor. Quarze gibt es in verschiedenen Schwingfrequenzen. Wir benutzen 12MHz bzw. 24MHz Quarze. Es können auch andere verwendet werden. Der Quarz kann auch gesockelt werden, dann ist ein schneller Austausch möglich. Wie misst man Schwingungen ? Zum Messen benötigt man ein Oszilloskop. Die Skalierungen müssen richtig eingestellt werden (EINHEITEN). Dann wird die Länge einer gesamten Schwingung gemessen. Hinweis: Einbaurichtung egal. Fortsetzung folgt 

16. Zum Quarz die Berechnung Zur Berechnung rechnet man die Dauer einer Schwingung (=Periodendauer) unter Verwendung der eingestellten Parameter in Sekunden (bzw. ms, µs, ns,...) um. Wenn man dann den Kehrwert der Periodendauer berechnet, erhält man die Frequenz in Hertz! BERECHNUNG: T=1/f  f=1/T Erklärung der Buchstaben: T = Periodendauer f = Frequenz des Quarzes Bsp.: T = 0,6 µs (Umrechnung von Mikrosekunde in Sekunde) = = 0,6 ·10-6 s F=1 / (0,6 · 10-6s) = 1,67 · 1061/s = 1,67 MHz Der Quarz wird in Y1 in der Platine gelötet.

17. IC-Fassung 20pol (für MAX 233) Dieses Bauteil ist eine Fassung für den MAX 233 CPP. Sie wird als IC2 in die Platine eingelötet. Einbaurichtung (Kerbe) beachten !

18. IC-Fassung 40pol (für MikroC) Dieses Bauteil ist eine Fassung für den Mikrocontroller AT89S8253. Sie wird als IC1 in die Platine eingelötet. Einbaurichtung (Kerbe) beachten !

19. RS232-Baustein MAX 233 Wir benötigen einen RS232-Baustein MAX 233. Dieser wird in IC2 in den IC Sockel geführt. Einsteckrichtung (Kerbe) beachten !

20. Mikrocontroller ATMEL AT89S8253 Technische Daten: Programmspeicher (Flash-ROM): 12 KB Nichtflüchtiger Datenspeicher (EEPROM): 2 KB Flüchtiger Datenspeicher (RAM): 256 Bytes Ein-/Ausgabeleitungen: 32 (=4x8Bit Parallelports) Timer/Counter: 3 (16 Bit) Schnittstellen: UART, SPI Dieser wird in IC1 in den IC Sockel geführt. Einsteckrichtung (Kerbe) beachten !

21. Stiftleiste 40pol Die Stiftleiste dient dazu, alle Anschlüsse des Mikrocontrollers für Test oder Erweiterungszwecke abgreifen zu können. Sie wird in der Mitte in zwei Hälften getrennt (knicken) und diese werden als J5 und J4 in die Platine gelötet.

22. Wannenstecker 10pol Wir benötigen vier 10polige Wannenstecker. Diese werden in J2 (seriell Debug, J6 (seriell extern), J15 und J16 (Ports 0 und 2) in die Platine gelötet. (siehe Bauplan)

23. Distanzbolzen M3 / 6Kant Diese Bolzen werden einfach nur in die vier Ecklöcher festgeschraubt. Sie ermöglichen der Platine eine waagerechte Position (besser zum Kontrollieren und Arbeiten) und verhindern, dass die Lötstellen auf dem Untergrund aufliegen.

24. Platinen-Steckwerbinder-Set Zum Anschluss des externen Netzteils benötigen wir eine 2polige Steckverbindung (Bild: 8polig). Der Teil mit dem Kabel wird an das Netzteil angelötet (schwarz = Minus, rot = Plus). Der andere Teil wird in J7 in die Platine gelötet.

25. Kabel zum PC - Flachbandkabel 10adrig - Pfostensteckverbinder 10pol - 9pol Submin-Buchse - zugehörige Kappe

26. Flachbandkabel 10 adrig Dieses Flachbandkabel wird für die Verbindung vom Computer zur Platine benötigt.

27. Pfostensteckverbinder 10pol Der Pfostensteckerverbinder ist ein Stecker für das Flachbandkabel. Das Flachbandkabel wird eingerollt und der ganze Stecker kann somit dann in ein Wannenstecker gesteckt werden.

28. Zusammenbau eines Pfostensteckverbinders mit einem Flachbandkabel • Als erstes wird das Ende des Flachbandkabels auf die Pickser gelegt. Dabei Richtung beachten ! (siehe erstes Bild) • Dann wird das erste kleine Bauteil auf die Pickser gesteckt, damit das Flachbandkabel nicht weg rutschen kann. (siehe zweites Bild) • Die beiden Teile werden nun in einem Schraubstock vorsichtig zusammengepresst, dabei entstehen die Kontakte zwischen den Leitungsadern und den Steckkontakten. • Als letztes wird das Flachbandkabel um das kleine Bauteil gewickelt bzw. gelegt und wieder mit einem Bauteil fest gemacht bis es einrastet. (siehe drittes/viertes Bild) So entsteht die Zugentlastung. Hinweis: Die Pfostensteckverbinder können leicht kaputt gehen! Also Vorsicht beim Zusammenbauen !

29. Zusammenbau eines Pfostensteckverbinders mit einem Flachbandkabel 3. 1. 2. 4.

30. 9pol Submin-Buchse Die 9polige Submin-Buchse wird mit dem 10adrigen Flachbandkabel zusammen gelötet. Jede einzelne Ader wird wird an den zugehörigen Pin gelötet. Damit kann der Microkontroller mit dem Computer verbunden werden.

31. zugeh. Kappe Diese Kappe wird einfach zusammen mit der 9pol Submin-Buchse zusammen geschraubt.

32. Einlöten: -1x IC-Fassung 40polig IC1 -1x IC-Fassung 20polig IC2 -1x Spannungsregler 5V/ 1A J3 -1x Widerstands-Array 8x22kOhm RN1 -1x Kohlewiderstand 1kOhm R9 -1x Kohlewiderstand 2,7kOhm R12 -1x Universaldiode 1A D1 -3x Universaldiode 100mA D3,D4,D7 -1x Zenerdiode 4,7V/ 0,5W D6 -1x Elektrolykondensator 100µF/35V C9 -2x Elektrolykondensator 1µF/ 100V C1,C7,C12 -1x Elektrolykondensator 4,7µF/63V C8 -2x Keramikondensator 33pF C2,C3 -3x Keramikkondensator 100nF C4,C6,C10 -1x Standardquarz Y1 -1x Stiftleiste 40pol J4,J5 -1x Steckverbinder 2pol J7 -4x Wannenstecker 10pol J2,J6,J15,J16 Zusammenführung von: ATMEL 89S8253  IC-Fassung 40polig RS232-Baustein MAX 233  IC-Fassung 20polig Übersicht für das Einlöten und Zusammenführen von den ICs