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SD2IEC: Aufbauanleitung

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung

Herzlich Willkommen beim SD2IEC DIY Bausatz und vielen Dank für den Kauf und das Vertrauen.

Bevor wir zum eigentlichen Projekt kommen, möchte ich mich selbst noch kurz vorstellen. Mein Name ist Tobias Link und ich bin mittlerweile 33 Jahre alt. Mein Alter passt genau, denn so konnte ich die wunderbare Zeit des Commodore C64 miterleben. Zwar nicht als Programmierer oder Bastler, aber als Spieler. Die Zeit des Basteln und Programmieren ist dafür jetzt. Im April 2018 habe ich auf einem Flohmarktbesuch einen C64 gefunden und damit ist die Begeisterung neu “entflammt”. Mittlerweile gibt es unzählige Möglichkeiten, den in die Jahre gekommenen C64, auch mit modernen Medien zu füttern. Nicht nur jeder MP3-Player kann mittlerweile die Datasette ersetzen, auch die Disketten (an welchen mittlerweile auch der Zahn der Zeit nagt) können nun durch SD-Karten ersetzt werden, auf denen “Images” der Spiele und Programme gesichert sind.

Da ich mich jetzt vorgestellt habe, würde ich “dir” in meiner Dokumentation gerne das “Du” anbieten, um das Handbuch nicht ganz so “steif und trocken” zu gestalten.

Vor dem Löten sollst du keine Angst haben. Es handelt sich hier zwar um ein Projekt, indem du SMD-Komponenten (sprich ganz kleine Teile im Millimeter-Bereich) löten musst, aber mit etwas Zeit und Übung wird das schon klappen. Es wäre natürlich von Vorteil, wenn du schon einmal gelötet hast und etwas Erfahrung mitbringst. Falls das wirklich dein erstes Löt-Projekt ist, dann würde ich dir empfehlen dir ein paar Videos zum Thema anzusehen und dir evtl. den ein oder anderen günstigen Bausatz zu kaufen und damit Erfahrungen zu sammeln.

Genug der vielen Worte, jetzt soll es um das Projekt selbst gehen! In dieser dazugehörigen Dokumentation möchte ich nicht nur den Aufbau der Platine selbst erläutern, sondern auch ein paar grundlegende Dinge, die du beim Löten beachten solltest. Später folgen Informationen zur Verwendung der Platine und eine Linkliste mit weiterführenden Informationen, die ich hier aufgrund der Komplexität nicht alle erläutern kann.
Jetzt wünsche ich dir viel Spaß beim Bau und Verwendung deiner eigenen SD2IEC Platine! 🙂

2. DIY Bausatz Lieferumfang

Zunächst einmal solltest du prüfen, ob alles, was im Lieferumfang sein sollte auch tatsächlich bei dir angekommen ist. In der folgenden Tabelle kannst du alle Teile finden, die du im Paket erhalten hast. Falls du diese Dokumentation ausgedruckt hast, kannst du die einzelnen Teile in der ersten Spalte abhaken. Zusätzlich gibt es eine zweite Spalte die du abhaken kannst, wenn du das entsprechende Bauteil bereits verbaut hast.

    Referenz Bauteilbeschreibung
IC1 atMega644P/1284P
IC3 LP2950_3.0
LED1, LED2 LED rot und grün (1206)
Q1 8 MHz Crystal
C1 100nf (1206)
C2, C3, C6 10uF (Tantal)
C4, C5 56pF (1206)
D1 1N4148 Diode (DSOD-123)
R2, R3, R4 10kΩ (1206)
R7, R9, R11 18Ω (1206)
R8, R10, R12 22kΩ (1206)
R20 2.2Ω (1206)
R30, R31 330Ω (1206)
T2, T3, T4 IRLML2402 (SOT-23)
X2 SD-Karten Halterung
R15, R16, R17 10kΩ (0805)
12-Pin Edge-Connector
6-Pin DIN-Connector
6-Pin Kabel
3-Pin Kabel
2x Taster
Platine

3. Benötigte Grundausstattung

Der Bausatz selbst reicht natürlich noch nicht, du brauchst noch ein paar grundsätzliche Werkzeuge und Teile, damit es losgehen kann. Wenn du schon einmal gelötet hast, solltest du den Großteil davon auch schon haben. Hier eine Liste mit Kommentaren zu den einzelnen Teilen:

  • Lötkolben (wenn möglich temperaturgesteuert)
  • Lötzinn (bleihaltig ist etwas einfacher, dafür eben ungesünder – danach Hände gut waschen!)
  • Pinzette
  • Seitenschneider
  • Schutzbrille
  • Abisolierzange oder alternativ ein scharfes Messer

Optional:

  • Entlötpumpe oder Litze (falls etwas schief geht beim Löten)
  • Atemschutz
  • Flussmittel
  • Haltevorrichtung für die Platine

4. Hinweise zum Löten

Es ist noch kein Meister vom Himmel gefallen! Es lassen sich fast alle Fehler wieder korrigieren, nur Geduld und Ruhe! Denk an deine Sicherheit und trage beim Löten auf jeden Fall eine Schutzbrille! Flussmittelspritzer und abgeknipste Beinchen von Bauteilen landen schneller in deinem Auge, als dir lieb ist! Ein kleiner Ventilator, der die Lötdämpfe von dir weg pustet und ein gut belüfteter Raum wäre auch nicht verkehrt.

Lötzinn gibt es in den verschiedensten Ausführungen. Die wohl bekannteste Legierung ist 60/40. Dabei besteht das Lötzinn aus 60% Zinn und 40% Blei. Blei ist ein nicht ganz ungefährliches Schwermetall! Falls du mit einem bleihaltigem Lot lötest, dann wasche dir bitte danach gründlich die Hände! Leider ist bleifreies Lot für Einsteiger wesentlich schwieriger zu löten, da es unter anderem eine wesentlich höhere Schmelztemperatur hat (von Bismuth-Lötzinn abgesehen). Da SMD-Bauteile durchaus temperaturempfindlich sind, würde ich daher eher zu bleihaltigem Lot tendieren – zumindest für Anfänger.

Die oben als optional genannten Werkzeuge könnten dir das Löten etwas vereinfachen. Zusätzliches Flussmittel sorgt dafür, dass sich das geschmolzene Lötzinn wesentlich besser verteilt und die SMD-Bauteile sogar an die richtigen Stellen rückt. Bei der Haltevorrichtung geht es sprichwörtlich um die „dritte Hand“, die dann die Platine hält und du damit beide Hände zur Verfügung hast.

Falls dies dein erstes Lötprojekt ist, so würde ich dir empfehlen das Löten erst einmal an einem anderen Projekt zu testen. Löte z.B. ein paar Kabel zusammen oder kaufe dir günstige Mini-Bausätze mit denen du üben kannst.

Im Blog von Adafruit.com findest du ein Bild, welches den Unterscheid zwischen einer guten und schlechten Lötstelle zeigt.

5. “Disclaimer”

Auch bei diesem nur kleinen Bausatz kann immer etwas schief gehen. Sowohl elektronisch als auch gesundheitlich. Ich möchte an dieser Stelle zur Vorsicht aufrufen und darauf hinweisen, dass ich für keine Schäden verantwortlich gemacht werden kann. Falls Bauteile falsch verlötet werden, Kurzschlüsse entstehen und ggf. der C64 oder weitere Bauteile einen Schaden davon tragen, bin ich hierfür nicht verantwortlich! Der Bausatz wurde von mir selbst bereits aufgebaut und erfolgreich fehlerfrei getestet. Auch für gesundheitliche Verletzungen bin ich nicht verantwortlich! Stromschläge oder Verbrennungen am Lötkolben gehen auf dein eigenes Handeln zurück. Sorry für diese abschreckenden Zeilen, du musst nur selbst wissen, was du hier bastelst. Ich gehe aber davon aus, dass du weißt, was du machst. 🙂

6. Aufbauanleitung

So sollte die Platine in fertigem Zustand am Ende dieser Aufbauanleitung aussehen. Darunter befinden sich noch zwei Bilder auf denen sich die Bauteilreferenzen und deren Bestimmungsort auf der Platine besser erkennen lassen.

Das erste der zwei schematischen Darstellungen zeigt die Platine auf der oberen Seite (SD-Karten Halterung oben). Das zweite Bild ist die untere Seite entsprechend gespiegelt zur leichteren Lesbarkeit.

In den folgenden Abschnitten wird die SD2IEC Platine aufgebaut. Der Aufbau für die entsprechenden Bauteile oder Bauteilgruppen folgt jeweils in einzelnen Kapiteln. Bitte lies einen Abschnitt immer erst komplett durch, bevor du mit der Arbeit beginnst!

Lötkolben auf Temperatur bringen, Werkzeuge und Teile bereitlegen, es geht los!

7. Mikrocontroller

Je nachdem, welche Version meines Bausatzes du gekauft hast, ist der Mikrocontroller schon auf der Platine verlötet oder eben noch nicht. Falls nicht: Nur Mut! Es ist nicht einfach, aber wir fangen gleich mit dem Schwersten an, dann wird alles andere relativ einfach sein!

Neben dem SD-Karten Halter ist der Mikrocontroller das zweitgrößte Bauteil. Es ist ein schwarzer Chip und er soll an die Stelle des IC1 gelötet werden. Wichtig ist hierbei auf die Orientierung des Chips selbst zu achten. Auf dem Chip ist ein kleiner runder Kreis in einer Ecke zu sehen, dieser Kreis muss mit dem Kreis auf der Platine übereinstimmen!

Am einfachsten lässt sich der Chip auflöten, indem du einen ganz kleinen Tropfen Lötzinn am Lötkolben hast und du mit der anderen Hand (evtl. mit Hilfe der Pinzette) den Chip ausrichtest. Jetzt suchst du dir ein beliebiges Beinchen an einer Ecke des Chips aus und lötest dieses eine Beinchen fest. Wenn es Lötbrücken gibt, so ist das momentan noch nicht schlimm, das beheben wir später! Das gleiche machst du jetzt mit einem Beinchen diagonal „gegenüber“.

Jetzt ist der Chip erst einmal fixiert. Falls dir auffällt, dass der Chip schief ist, kannst du das jetzt noch einfach korrigieren, indem du eine der zwei Lötstellen erneut erhitzt bis das Lot flüssig wird und dann vorsichtig den Chip verschiebst. Achte darauf nicht zu schnell und zu weit zu schieben, ansonsten könnte das noch andere befestigte Beinchen abbrechen. Zur Not kannst du auch beide Beinchen wieder entlöten, indem du eine Entlötpumpe oder Entlötlitze nimmst.

Ist der Chip richtig fixiert, kannst du die restlichen Beinchen verlöten. Sollten sich Lötbrücken ergeben, so kannst du diese am einfachsten mit etwas zusätzlichem Flussmittel auflösen. Dazu mit dem Lötkolben über die überbrückten Stellen streichen und etwas vom Lötzinn abtragen. Sollte auch das nicht klappen, greife wieder zur Entlötpumpe- bzw. Litze. Stelle nur danach sicher, dass die Beinchen alle richtig verlötet sind.

Wenn alles verlötet ist, solltest du die einzelnen Beinchen am Besten nochmals genauer betrachten (mit einer Lupe sofern vorhanden). An dieser Stelle musst du dir absolut sicher sein, dass es keine Lötbrücken mehr gibt und alles korrekt verlötet ist.

Falls du den Mikrocontroller selbst eingelötet hast, dann kannst du an dieser Stelle schon einmal versuchen, den Chip vom PC aus “anzusprechen”. Das geht über die ICSP-Schnittstelle. Hierzu brauchst du allerdings einen ISP-kompatiblen Programmer und ein passendes Kabel. Weitere Infos zur Programmierung der Firmware und Nutzung der ICSP-Schnittstelle erfährst du im entsprechenden Kapitel 8 der Bedienungsanleitung. Selbstverständlich kannst du diesen Schritt auch erst später machen – es ist nur einfacher den Chip jetzt nochmal zu entlöten/korrigieren, falls die Kommunikation mit dem PC nicht klappen sollte, als wenn später alles auf der Platine verlötet ist.

8. Vorderseite (SMD)

Nachdem das Schwerste geschafft ist, bestücken wir zunächst die Vorderseite weiter mit den folgenden Komponenten.

Widerstände R2, R3 und R4

Hierbei handelt es sich um drei 10kΩ Widerstände in Bauform 1206. Einlöten lassen sich diese am einfachsten, wenn zunächst etwas Lötzinn auf eines der zwei Pads aufgebracht wird. Jetzt das aufgebrachte Lötzinn schmelzen und den Widerstand mit der anderen Hand und einer Pinzette in das geschmolzene Lot schieben und abkühlen lassen. Danach die andere Seite verlöten und zuletzt nochmal die ursprüngliche Seite ggf. korrigieren. Polarität spielt bei diesem Bauteil keine Rolle. Aus ästhetischen Gründen kannst du evtl. darauf achten, dass die Bauteil-Beschriftungen alle in die gleiche Richtung zeigen.

Diode D1

Die Diode 1N4148 besitzt eine Anode und eine Kathode. Sie besitzt damit eine Polarität und muss in der richtigen Richtung installiert werden. Auf der Diode ist an einer Seite eine Linie aufgedruckt. Diese Seite muss rechts von der „Q1“ Beschriftung auf der Platine aufgelötet werden (siehe Bild links).

Leucht-Dioden LED1 und LED2

Im Bausatz enthalten sind zwei LEDs. Eine rote entspricht der LED1 und eine grüne, welche auf die LED2-Pads gelötet werden muss. Auch LEDs haben eine Polarität. Folgend sind zwei Symbolbilder der Vorder- und Rückseite der LEDs. Die Seite mit dem grünen Punkt (Vorderseite) oder zu der die Linie zeigt (Unterseite) ist jeweils GND.

GND GND

Ground (GND) ist auf der Platine jeweils das linke Pad. Somit muss der grüne Punkt (Vorderseite) auf der linken Seite der LED sein, wenn sie auf die Platine gelötet wird.

Kondensatoren C2, C3 und C6

Es gibt verschiedene Kondensatoren. Diese drei 10uF Kondensatoren sind sogenannte Tantalum-Kondensatoren und haben damit eine Polarität. Der Plus-Pol ist durch die orange Linie markiert. Diese Linie muss nach rechts zeigen – bei allen drei Kondensatoren. Unbedingt darauf achten, dass diese richtig herum eingelötet sind, da es sonst zu einem “Knall” kommen kann, wenn die Platine später mit Strom versorgt wird. In diesem Fall wären die Kondensatoren kaputt!

9. Rückseite (SMD)

Weiter geht es mit der Rückseite der Platine. Durch die geringen Abstände zwischen den Bauteilen wird das hier wieder etwas anspruchsvoller.

Widerstand R20

Wieder ein Widerstand der 1206er Baugruppe. Dieses Mal handelt es sich um 2.2Ω, welcher auf die Pads mit der Bezeichnung R20 gelötet wird.

Kondensatoren C4 und C5

Bei diesen 1206er Kondensatoren handelt es sich um 56pF Keramik-Kondensatoren. Diese besitzen keine Polarität und können somit in beliebiger Orientierung verlötet werden. Der Lötvorgang kann analog zu dem von Widerständen erfolgen.

Kondensator C1

Noch ein 1206er Keramik-Kondensator – dieses Mal mit 100nF. Dieser dient als Abblockkondensator für den Mikrocontroller, um dessen Stromversorgung sicherzustellen und zu glätten. Auch er besitzt keine Polarität.

Widerstände R30 und R31

Auf den Pads zu R30 und R31 müssen 1206er Widerstände mit 330Ω eingelötet werden. Polarität spielt keine Rolle, aber es sieht schöner aus, wenn die Beschriftungen in die gleiche Richtung zeigen.

Widerstände R8, R10 und R12

Hier geht es etwas enger zu. R8, R10 und R12 wollen mit jeweils 22kΩ 1206er Widerständen bestückt werden. Hier gehst du am Besten von links nach rechts oder umgekehrt vor.

Mosfets T2, T3 und T4

Mir ist beim Bestücken meiner eigenen Platine hier ein kleiner Fehler unterlaufen (am Bild links zu erkennen). T1 muss nicht bestückt werden – der Mosfet ist für eine eventuelle zukünftige Nutzung vorgesehen, wird aber in aktueller sd2iec-Firmware nicht genutzt. T2, T3 und T4 hingegen wollen mit jeweils einem IRLML2402 Mosfet in SOT-23 Bauform bestückt werden. Hier ist es am Besten zunächst das obere (mittlere) Beinchen zu verlöten und dann die zwei unteren Beinchen. Durch die spezielle Anordnung der Beinchen lassen sich die Mosfets in nur einer bestimmten Orientierung auflöten.

Widerstände R15, R16 und R17

Jetzt müssen die zu den Mosfets gehörigen Widerstände R15, R16 und R17 mit jeweils 10kΩ in 0805er Bauform (etwas kleiner) verlötet werden. Hier wurde die kleine Bauform gewählt, damit es aus Platzgründen nicht noch enger wird.

Widerstände R7. R9 und R11

Das sind die letzten drei Widerstände, die in SMD verlötet werden müssen. Es handelt sich jeweils um 18Ω in 1206er Bauform, die auf R7, R9 und R11 verlötet werden.

10. Weitere Bauteile

Jetzt ist wirklich alles Schwere geschafft und du kannst dich mit dem Löten von durchkontaktierenden (THT) Teilen “entspannen”.

Quarz Q1

Er ist zuständig für den richtigen Takt des Mikrocontrollers. Dadurch, dass er polaritäts-unabhängig ist, kann er beliebig auf Q1 verlötet werden.

Spannungswandler IC3

Der Spannungswandler LP2950-3.0 erzeugt die von der SD-Karte benötigte Spannung. Die SD-Karte arbeitet nicht mit 5V, sondern mit 3.3V. Der Spannungswandler im TO-92 Gehäuse muss so auf der Platine installiert werden, wie es der Platinenaufdruck zeigt. Die “flache” Seite des Bauteils muss nach links (in Richtung Mikrocontroller) zeigen. Die “runde” Seite zeigt zum SD-Kartenleser.

SD-Kartenleser

Je nach dem zu welchem Zeitpunkt du den Bausatz von mir gekauft hast, kommt hier entweder ein “Full-size” SD-Karten Halter (wie im Bild links zu sehen), oder ein kürzerer “Half-size” SD-Karten Halter zum Einsatz. Technisch gibt es hier keinen Unterschied mit der Ausnahme der optisch anderen Größe. Die Beinchen haben den selben Abstand und beide Halterungen lassen sich gleich verlöten. Nur beim “Half-size” werden die Beinchen (Richtung Öffnung) auf den mittleren Pads auf der Platine verlötet und beim “Full-size” wie links im Bild gezeigt auf den äußeren Pads ganz rechts am Platinenrand. Der SD-Karten Halter sollte sich vor dem Löten in den zwei Löchern in der Platine “verankern” und kann dann verlötet werden. Beginnen würde ich mit den eigentlichen Beinchen und dann die seitlichen Befestigungen.

11. Kabelverbindungen

Das SD2IEC Modul muss selbstverständlich auch mit dem C64 verbunden werden, damit es funktionieren kann. Hierfür sind zwei Verbindungen nötig: Erstens zum seriellen Anschluss des C64 (an dem normalerweise das Diskettenlaufwerk angeschlossen wird) und zum zweiten ein Kabel zum Datasetten-Port (für die Stromversorgung). Alternativ hierzu kann das SD2IEC-Modul auch in das C64-Gehäuse eingebaut und intern verlötet werden. Ich beschreibe hier allerdings den „klassischen“ Weg, bei dem das Modul extern an den C64 angeschlossen wird.

Ein weiteres kurzes Kabel mit Tastern sollte an die Platine angeschlossen werden, um den Diskettenwechsel per Tastendruck zu ermöglichen (z.B. für Spiele mit mehreren Disketten).

11.1 Kabel von Anschluss X1 zu seriellem und Datasetten-Port

Benötigt wird ein 6-poliges Kabel, dieses wird auf den Anschluss X1 gelötet. Sollte ein Kabel im Lieferumfang des Bausatzes enthalten sein, so kannst du dich an die folgenden Farben halten, wie das Kabel anzulöten ist. Auf dem Bild links siehst du den Anschluss X1. Wir gehen davon aus, dass der Pin links oben Nummer 1 ist, rechts darunter die 2, links darunter 3 usw.

  • Pin 1: Weiß +5V
  • Pin 2: Braun IEC_DATA
  • Pin 3: Rosa IEC_CLK
  • Pin 4: Grau IEC_ATN
  • Pin 5: Grün GND
  • Pin 6: Gelb <Reserve / nicht benötigt>

Am anderen Ende des Kabels solltest du die zwei Litzen für +5V und GND etwas früher schon aus der Kabelummantelung herausführen wie auf dem Bild rechts zu sehen. Das Kabel von Pin 6 kann an dieser Stelle angeschnitten oder isoliert werden – es wird aktuell nicht benötigt. Danach kann die Kabelummantelung mit Isolierband wieder zusammengeklebt werden.

Die zwei Kabel für +5V (Weiß) und GND (Grün) müssen jetzt an den Datasetten-Port angeschlossen werden. Wie im Bild gezeigt ganz außen links GND (also das grüne Kabel) und direkt daneben das weiße Kabel für +5V. Ob du dafür die obere Reihe oder die untere benutzt, spielt keine Rolle. An dieser Stelle die Kabel am Besten mit Schrumpfschläuchen oder Isolierband entsprechend vor Kurzschlüssen schützen. Zuletzt bitte noch den Anschluss entsprechend mit „OBEN“ beschriften wie im   Bild gezeigt!

Die restlichen drei Kabel müssen in den DIN-Stecker eingelötet werden, der dann an den seriellen Anschluss des C64 anstelle des Diskettenlaufwerks angeschlossen wird. Hierfür wird der Stecker zunächst geöffnet und der eigentliche Stecker herausgenommen. Die Kabel werden von hinten an die Pins angelötet (kurze Seite).

  • IEC_DATA (Braun) Links oben
  • IEC_CLK (Rosa) Links unten
  • IEC_ATN (Grau) Mitte unten

Der mittlere obere Pin sowie der rechts unten und oben bleiben unbelegt. Achte hier unbedingt darauf, dass du die Kabel an die richtigen Pins abgeschlossen hast!

11.2 Kabel für Taster (Diskettenwechsel)

Hierfür benötigen wir die zwei Taster und die 3-polige kurze Flachbandleitung. An der Platine wird die 3-polige Leitung wie im Bild zu sehen ganz links an die ersten 3 Pins des X3 Pin-Header angeschlossen. Die drei Pins von links nach rechts:

  • Links nächste Diskette
  • Mitte GND
  • Rechts vorherige Diskette

Die Taster besitzen jeweils vier Beinchen. Die Beinchen sind unterschiedlich weit auseinander. Auf zwei Seiten sind die Beinchen näher zusammen, als auf den anderen zwei Seiten. Wichtig ist jetzt, dass du die Taster mit den kurzen Abständen nach oben/unten vor dich legst. Das heißt die Beinchen mit den kurzen Abständen zueinander sind jetzt oben und unten. Rechts und links sind die Beinchen mit dem größeren Abstand. Das sollte dann so aussehen wie auf dem Bild rechts. Stelle  unbedingt sicher, dass die Taster korrekt liegen, sonst könnten die Tasten später eventuell nicht funktionieren und du musst korrigieren. In der Mitte sind jetzt oben und unten jeweils zwei Beinchen ganz dicht beieinander. Diese musst du jetzt zusammenlöten. Nun kannst du das Flachbandkabel mit den Tastern verbinden. Das Kabel welches du auf der Platine in der Mitte (zweiter Pin auf Anschluss X3) verlötet hast, muss jetzt an die Taster in der Mitte angelötet werden – dort wo du gerade die zwei Taster miteinander verbunden hast. Ob oben oder unten in der Mitte spielt keine Rolle! Die zwei anderen Kabel für nächste bzw. vorherige Diskette kannst du an die Beinchen links und rechts der Taster löten (oben oder unten ist wieder egal). Wenn du das Kabel korrekt angelötet hast, sollten sich keine Leitungen des Flachbandkabels kreuzen.

Alternativ dazu kannst du auf der Platine auch eine Stiftleiste einlöten und dann die Kabel mit Hilfe von Buchsenleisten oder Dupont-Stecker entsprechend verbinden. Das bleibt aber natürlich dir überlassen – kann auch noch geändert werden, falls das nachträglich interessant werden sollte. Für den grundsätzlichen Betrieb ist die Hardware des SD2IEC jetzt vollständig und komplett aufgebaut!

Herzlichen Glückwunsch, der Hardware-Teil ist hiermit abgeschlossen! Hier geht es weiter zur Bedienungsanleitung des SD2IEC.