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SD2IEC micro: Aufbauanleitung

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung

Herzlich Willkommen beim SD2IEC micro 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 34 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 micro 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
U2 atMega644P/1284P
U1 Spannungsregulator 3.3V (SOT-23)
D2, D3 LED rot und grün (1206)
C1, C3 1uF (0805)
C2 100nF (0805)
D1 Schottky-Diode (SOD-123)
R1, R2 330Ω (0805)
RN1, RN3 10kΩ Widerstandsnetzwerk (0603)
RN2 18Ω Widerstandsnetzwerk (0603)
RN4 22kΩ Widerstandsnetzwerk (0603)
Q1, Q2, Q3 N-Channel Mosfet (SOT-23)
J3 SD-Karten Halterung
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 ein Bild auf dem sich die Bauteilreferenzen und deren Bestimmungsort auf der Platine besser erkennen lassen.

Die schematische Darstellung im unteren Bild zeigt die obere Seite der Platine (wie im Foto darüber).

ACHTUNG: In Version 1 der SD2IEC Micro Platine ist die Beschriftung der Platine (Silkscreen) am Pin-Header J4 leider falsch. Die Beschriftung von “CLK” und “ATN” sind auf der Platine vertauscht. Korrekt ist das Pinout und die Beschriftung in dieser Dokumentation.

In den folgenden Abschnitten wird die SD2IEC micro 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 U2 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. Weitere Bauteile

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

Widerstandsnetzwerke RN1 und RN3

Die verwendeten Widerstandsnetzweke sind in Bauform 0603 und beinhalten jeweils vier Widerstände. RN1 und RN3 werden dabei mit 10kΩ bestückt. Zu erkennen an der Beschriftung “103”. Die Orientierung spielt dabei keine Rolle, solange sie korrekt auf den Pads der Platine verlötet werden. Am einfachsten dürfte es sein, zunächst einmal eine Seite grob zu fixieren (gerne auch mit Lötbrücken) und sich dann um die gegenüberliegende Seite zu kümmern. Sobald diese sauber verlötet ist, kann man sich um die zuvor “fixierte” Seite kümmern.

Widerstandsnetzwerk RN2

Auch hierbei handelt es sich um ein Netzwerk der 0603 Bauform. Es sind quasi wieder vier einzelne 0603 Widerstände zusammengefügt in einem Bauteil. Bei RN2 handelt es auch um 18Ω Widerstände, welches durch den oben aufgedruckten Code “180” sichtbar ist.

Widerstandsnetzwerk RN4

Das letzte Widerstandsnetzwerk RN4 ist wie die schon zuvor verbauten Netzwerke in der 0603 Bauform. Hierbei handelt es sich in diesem Fall um 22kΩ Widerstände. Der Code “223” ist oben aufgedruckt.

Keramik-Kondensatoren C1 und C3

Zwei Keramik-Konsensatoren mit jeweils 1uF Kapazität in Bauform 0805 müssen auf den Pads zu C1 und C3 aufgelötet werden. Im Gegensatz zu z.B. Elektrolyt-Konsensatoren besitzen die hier benötigten Kondensatoren keine Polarität und sie können in beliebiger Orientierung verlötet werden. Die Kondensatoren dienen der Stabilisierung des dazwischen liegenden Spannungsregulators für die 3.3V Betriebsspannung. Bauteile der 0805 Bauform lassen sich am einfachsten löten, indem zunächst einmal eines der zwei Pads verzinnt wird, dann im heißen flüssigen Zustand das Bauteil auf das Pad schieben und abkühlen lassen. Jetzt die andere Seite verlöten und zuletzt nochmal die erste Seite nachlöten.

Keramik-Kondensator C2

Ein weiterer Keramik-Kondensator – dieses mal mit 100nF – muss auf Platz C2 eingelötet werden. Er besitzt Bauform 0805. Er liegt nahe dem Mikrocontroller und dient diesem als Abblockkondensator oder auch “Decoupling Capacitor”. Auch dieser besitzt keine spezielle Polarität und kann nach Belieben eingelötet werden. Hierbei darauf achten ihn nicht zu nahe am microSD-Kartenslot zu verlöten, da sich dieser sonst später nur noch schwer installieren lässt.

Leucht-Dioden D2 und D3

Im Bausatz enthalten sind zwei rote LEDs. LEDs haben eine Polarität und müssen richtig herum auf die Platine gelötet werden. 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 innenliegende Pad (welches zur anderen LED zeigt) – also sind die zwei Grounds direkt nebeneinander. Somit muss der grüne Punkt (Vorderseite) einmal auf der linken  und einmal auf der rechten Seite der LED sein, wenn sie auf die Platine gelötet wird (wie im Bild links zu sehen).

Widerstände R1 und R2

LEDs brauchen meist einen Vorwiderstand, der den Strom auf ca. 10mA beschränkt. Die zwei Widerstände R1 und R2 in Bauform 0805 übernehmen genau diese Aufgabe für die zuvor eingelöteten LEDS D2 und D3. Sie haben jeweils einen Widerstand von 330Ω und bei 3.3V Betriebsspannung beschränken diese den Strom auf ziemlich genau 10mA (I=U/R, I=3.3V/330Ω).

N-Channel Mosfets Q1, Q2 und Q3

Mosfets kann man sich als einen elektronischen Schalter vorstellen – ähnlich einem Transistor, nur dass der Mosfet mit Spannung statt Strom geschaltet wird. Auf den Pads zu Q1, Q2 und Q3 muss jeweils ein sogenannter N-Channel Mosfet eingelötet werden. Diese kommen in SOT-23 Bauform und haben jeweils drei Pins. Als erstes sollte der mittlere Pin auf die Platine gelötet werden und dann die andere Seite. Zuletzt nochmals den einzelnen mittleren Pin nachlöten. Durch die spezielle Anordnung der Pins können die Mosfets nicht verkehrt auf die Platine gelötet werden – es gibt eine Seite mit einem Pin und eine Seite mit zwei Pins. Alle drei Mosfets sind vom gleichen Typ.

Schottky-Diode D1

Die Schottky-Diode ist schneller als eine herkömmliche Diode und 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. Die Diode muss so auf die Platine gelötet werden, dass die Linie nach links zeigt (siehe Bild links).

3.3V Spannungsregulator U1

Der C64 liefert am Datassetten-Port (welcher zur Stromversorgung des SD2IEC micro genutzt wird) 5V. Diese Spannung ist allerdings zu groß für den Betrieb einer (micro)SD-Karte und muss somit auf 3.3V reguliert werden. Hierzu dient der Spannungsregulator U1 in Bauform SOT-23. Auch er besitzt 3 Pins und kann gleich gelötet werden, wie die Mosfets zuvor. Aufgrund des gleichen Aussehens aber bitte nicht verwechseln!

microSD-Kartenslot

Das SD2IEC micro Modul nutzt als Datenspeicher microSD-Karten und somit muss ein microSD-Kartenslot auf der Platine verbaut werden. Dieser wird an Position J3 eingebaut. Auf der Platine befinden sich zwei Löcher und der microSD-Kartenslot hat auf der Unterseite zwei kleine Stifte. Anhand dieser Löcher und Stifte kann der Kartenslot genau ausgerichtet und dann Pin für Pin festgelötet werden. Zuletzt können die zwei seitlichen Ground/Shield-Pins verlötet werden. Dieser gibt dem Kartenslot etwas mehr Stabilität.

Herzlichen Glückwunsch, der Hardware-Teil ist hiermit abgeschlossen! Bitte sehe dir jetzt die jeweilige Installationsanleitung an um fortzufahren. Hier gibt es jeweils eine für den internen als auch externen Einsatz des SD2IEC micro.