Bau eines MikrocontrollersBau eines Mikrocontrollers

Referat von Magdalene HolewkaReferat von Magdalene Holewka

InhaltsverzeichnisInhaltsverzeichnis

1.1. Welche Bauteile brauchen wir für den Welche Bauteile brauchen wir für den Mikrocontroller ? (Auflistung)Mikrocontroller ? (Auflistung)

2.2. An welcher Stelle werden die Bauteile in An welcher Stelle werden die Bauteile in die Platine gelötet ? (Schaltbild)die Platine gelötet ? (Schaltbild)

3.3. Erklärung der einzelnen Bauteile (mit Erklärung der einzelnen Bauteile (mit Bild)Bild)

BestückungBestückung-1x Kohlewiderstand 1kOhm-1x Kohlewiderstand 1kOhm-1x Kohlewiderstand 2,7kOhm-1x Kohlewiderstand 2,7kOhm-1x Widerstands-Array 8x22kOhm-1x Widerstands-Array 8x22kOhm-1x RS233-Baustein MAX 233-1x RS233-Baustein MAX 233-1x Universaldiode 1A-1x Universaldiode 1A-5x Universaldiode 100mA-5x Universaldiode 100mA-1x Zenerdiode 4,7V / 0,5W-1x Zenerdiode 4,7V / 0,5W-1x Elektrolykondensator 100µF / 35V-1x Elektrolykondensator 100µF / 35V-2x Elektrolykondensator 1µF / 100V-2x Elektrolykondensator 1µF / 100V-1x Elektrolykondensator 4,7µF / 63V-1x Elektrolykondensator 4,7µF / 63V-2x Keramikkondensator 33pF-2x Keramikkondensator 33pF-3x Keramikkondensator 100nF-3x Keramikkondensator 100nF-1x Spannungsregler 5V/1A-1x Spannungsregler 5V/1A-1x Standardquarz 24MHz oder 12MHz-1x Standardquarz 24MHz oder 12MHz

-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

Die restlichen Bauteile sind als Reserve oder können für Projekte genutzt werden!

Hinweise und BeachtungenHinweise und Beachtungen

Man sollte die Reihenfolge beim EinlötenMan sollte die Reihenfolge beim Einlöten

beachten!beachten!

Denn wenn man dies nicht beachtet, wird es Denn wenn man dies nicht beachtet, wird es schwer sein einige Bauteile einzulöten.schwer sein einige Bauteile einzulöten.

Tipp: Eine Leuchtdiode ist immer sehr nützlich, Tipp: Eine Leuchtdiode ist immer sehr nützlich, wenn man testen will ob überhaupt Spannung wenn man testen will ob überhaupt Spannung auf der Platine drauf ist ! Wäre also nicht auf der Platine drauf ist ! Wäre also nicht schlecht wenn man sie zusätzlich einlötet.schlecht wenn man sie zusätzlich einlötet.

BauplanBauplan

Erklärung des BauplansErklärung des Bauplans

- die Brücken sind rot markiert!- die Brücken sind rot markiert!- der Widerstands-Array sollte am besten der Widerstands-Array sollte am besten

als erstes eingelötet werden (pinkfarbene als erstes eingelötet werden (pinkfarbene Markierung)Markierung)

Widerstands-Array 8x22kOhmWiderstands-Array 8x22kOhm

Widerstands-Netzwerk

Widerstands-Netzwerke eignen sich ideal für Pull-up/Pull-down Widerstände.Wie in diesem Bild zu sehen ist, besteht einWiderstands-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.

Kohleschichtwiderstand 1KOhmKohleschichtwiderstand 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)

Universaldiode 1A und 100mAUniversaldiode 1A und 100mADioden 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)

Zenerdiode 4,7V / 0,5WZenerdiode 4,7V / 0,5WWir 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!!

ElektrolytkondensatorenElektrolytkondensatorenKondensatoren 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 Elektrolytkondensator100µF / 35V. Dieser wird in C9 in die Platine gelötet.Wir benötigen einen Elektrolytkondensator4,7µF / 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)

Keramikkondensatoren 33pF und 100pFKeramikkondensatoren 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).

Spannungsregler 5V / 1ASpannungsregler 5V / 1AIn 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

SpannungssreglerSpannungssreglerMan unterscheidet:Festspannungsregler (Ausgangsspannung ist fix) undeinstellbare 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)

Standardquarz 24MHzStandardquarz 24MHzWas 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

Zum Quarz die BerechnungZum Quarz die BerechnungZur 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 · 10-6 s) = 1,67 · 106 1/s = 1,67 MHz

Der Quarz wird in Y1 in der Platine gelötet.

IC-Fassung 20pol (für MAX 233)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 !

IC-Fassung 40pol (für MikroC)IC-Fassung 40pol (für MikroC)

Dieses Bauteil ist eine Fassung für den MikrocontrollerAT89S8253.

Sie wird als IC1 in die Platine eingelötet. Einbaurichtung (Kerbe) beachten !

RS232-Baustein MAX 233RS232-Baustein MAX 233

Wir benötigen einen RS232-Baustein MAX 233. Dieser wird in IC2 in den IC Sockel geführt.

Einsteckrichtung (Kerbe) beachten !

Mikrocontroller ATMELMikrocontroller ATMELAT89S8253

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 !

Stiftleiste 40polStiftleiste 40pol

Die Stiftleiste dient dazu, alle Anschlüsse desMikrocontrollers 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.

Wannenstecker 10polWannenstecker 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)

Distanzbolzen M3 / 6KantDistanzbolzen M3 / 6Kant

Diese Bolzen werden einfach nurin die vier Ecklöcher festgeschraubt. Sie ermöglichen der Platine eine waagerechte Position (besser zum Kontrollieren und Arbeiten) undverhindern, dass die Lötstellenauf dem Untergrund aufliegen.

Platinen-Steckwerbinder-SetPlatinen-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.

Kabel zum PCKabel zum PC

- Flachbandkabel 10adrig- Flachbandkabel 10adrig

- Pfostensteckverbinder 10pol

- 9pol Submin-Buchse

- zugehörige Kappe

Flachbandkabel 10 adrigFlachbandkabel 10 adrig

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

Pfostensteckverbinder 10polPfostensteckverbinder 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.

Zusammenbau eines Pfostensteckverbinders Zusammenbau eines Pfostensteckverbinders mit einem Flachbandkabelmit einem Flachbandkabel

1.1. Als erstes wird das Ende des Flachbandkabels auf die Als erstes wird das Ende des Flachbandkabels auf die Pickser gelegt. Dabei Richtung beachten ! (siehe erstes Pickser gelegt. Dabei Richtung beachten ! (siehe erstes Bild)Bild)

2.2. Dann wird das erste kleine Bauteil auf die Pickser gesteckt, Dann wird das erste kleine Bauteil auf die Pickser gesteckt, damit das Flachbandkabel nicht weg rutschen kann. (siehe damit das Flachbandkabel nicht weg rutschen kann. (siehe zweites Bild)zweites Bild)

3.3. Die beiden Teile werden nun in einem Schraubstock Die beiden Teile werden nun in einem Schraubstock vorsichtig zusammengepresst, dabei entstehen die Kontakte vorsichtig zusammengepresst, dabei entstehen die Kontakte zwischen den Leitungsadern und den Steckkontakten.zwischen den Leitungsadern und den Steckkontakten.

4.4. Als letztes wird das Flachbandkabel um das kleine Bauteil Als letztes wird das Flachbandkabel um das kleine Bauteil gewickelt bzw. gelegt und wieder mit einem Bauteil fest gewickelt bzw. gelegt und wieder mit einem Bauteil fest gemacht bis es einrastet. (siehe drittes/viertes Bild) So gemacht bis es einrastet. (siehe drittes/viertes Bild) So entsteht die Zugentlastung.entsteht die Zugentlastung.

Hinweis: Die Pfostensteckverbinder können leicht kaputt gehen! Hinweis: Die Pfostensteckverbinder können leicht kaputt gehen! Also Vorsicht beim Zusammenbauen !Also Vorsicht beim Zusammenbauen !

Zusammenbau eines Zusammenbau eines Pfostensteckverbinders mit einem Pfostensteckverbinders mit einem

FlachbandkabelFlachbandkabel

9pol Submin-Buchse9pol Submin-BuchseDie 9polige Submin-Buchsewird mit dem 10adrigen Flachbandkabel zusammen gelötet. Jede einzelne Ader wirdwird an den zugehörigen Pin gelötet.Damit kann der Microkontroller mit dem Computer verbunden werden.

zugeh. Kappezugeh. Kappe

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

Übersicht für das Einlöten und Übersicht für das Einlöten und Zusammenführen von den ICsZusammenführen von den ICs

Einlöten:Einlöten: -1x IC-Fassung 40polig-1x IC-Fassung 40polig IC1IC1-1x IC-Fassung 20polig-1x IC-Fassung 20polig IC2IC2-1x Spannungsregler 5V/ 1A -1x Spannungsregler 5V/ 1A J3J3-1x Widerstands-Array 8x22kOhm -1x Widerstands-Array 8x22kOhm RN1RN1-1x Kohlewiderstand 1kOhm -1x Kohlewiderstand 1kOhm R9 R9 -1x Kohlewiderstand 2,7kOhm -1x Kohlewiderstand 2,7kOhm R12R12-1x Universaldiode 1A -1x Universaldiode 1A D1D1-3x Universaldiode 100mA -3x Universaldiode 100mA D3,D4,D7 D3,D4,D7 -1x Zenerdiode 4,7V/ 0,5W D6 -1x Zenerdiode 4,7V/ 0,5W D6 -1x Elektrolykondensator 100µF/35V C9-1x Elektrolykondensator 100µF/35V C9-2x Elektrolykondensator 1µF/ 100V C1,C7,C12-2x Elektrolykondensator 1µF/ 100V C1,C7,C12-1x Elektrolykondensator 4,7µF/63V -1x Elektrolykondensator 4,7µF/63V C8 C8 -2x Keramikondensator 33pF C2,C3-2x Keramikondensator 33pF C2,C3-3x Keramikkondensator 100nF C4,C6,C10-3x Keramikkondensator 100nF C4,C6,C10-1x Standardquarz -1x Standardquarz Y1 Y1 -1x Stiftleiste 40pol J4,J5 -1x Stiftleiste 40pol J4,J5 -1x Steckverbinder 2pol J7 -1x Steckverbinder 2pol J7 -4x Wannenstecker 10pol -4x Wannenstecker 10pol J2,J6,J15,J16 J2,J6,J15,J16

Zusammenführung von:Zusammenführung von:ATMEL 89S8253 ATMEL 89S8253 IC-Fassung 40polig IC-Fassung 40poligRS232-Baustein MAX 233 RS232-Baustein MAX 233 IC-Fassung 20polig IC-Fassung 20polig