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USB Keyboard Adapter: Aufbauanleitung

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung

Herzlich Willkommen beim USB Keyboard Adapter 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. Und selbst wenn eine kaputte C64-Hauptplatine nicht mehr zu retten ist, so lässt sich auch noch die Tastatur als an einem modernen Computer weiterverwenden und zaubert so ein wenig Nostalgie in die schnelle moderne Zeit!

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 USB Keyboard Adapter 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.

ReferenzBauteilbeschreibung
D1, D2Schottky-Diode (SOD-123)
U1, U2, U3, U4,
U5, U6, U7, U8,
U9, U10
Quad Bilateral Switch IC (SOIC-14)
C1, C2, C5, C7,
C8, C9, C10, C11,
C12, C13, C14, C15,
C16
100nF (0603)
C3, C422pF (0603)
C610uF (0603)
D3, D4Zener-Diode 3.6V (MiniMELF)
R310kΩ (0603)
R4, R582Ω (0603)
R62.2kΩ (0603)
R74.7kΩ (0603)
R8470Ω (0603)
U11ATmega8-16AU (TQFP-32)
Y112.000MHz Crystal (HC49-U)
R1, R2100kΩ (0603)
Q1P-Channel Mosfet (SOT-23)
J4MiniUSB Connector
J13×2 Pinheader (ICSP)
J23×1 Pinheader (LED Setup)
J33×1 Pinheader (LED Connector)
P120×1 Pinheader (Mainboard)
P220×1 Pinheader (Keyboard)

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.

Fertig aufgebaute “C64 Keyboard USB Adapter” Platine

Bitte beachte, dass die Darstellung der Rückseite entsprechend gespiegelt ist! Zudem kann es vorkommen, dass Bauteilreferenzen auf der Platine um 180 Grad gedreht aufgedruckt sind.

In den folgenden Abschnitten wird die USB Keyboard Adapter 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!

Der Mikrocontroller ist der quadratische, schwarze Chip und er soll an die Stelle des U11 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 der langen Linie auf der Platine übereinstimmen (siehe folgendes Bild).

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 am Pin-Header J1 – diesen musst du natürlich zuvor noch bestücken (siehe unten). 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 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.

Schottky-Dioden D1 und D2

Schottky-Dioden besitzen eine Anode und eine Kathode – sind damit polarisiert und müssen zwingend in der richtigen Richtung eingebaut werden. Beide Dioden haben eine Linie auf der Oberseite aufgedruckt. Diese Linie muss in Richtung des Textes (D1 bzw. D2) zeigen – siehe Bild links.


Switch-ICs U1 – U10

Die 10 CD4066BM ICs besitzen auf der oberen Seite eine Linie zur Orientierung. Beim Platinen-Aufdruck ist an einer Stelle eine etwas längere Linie aufgedruckt. Diese zwei Linien müssen bei der Ausrichtung der ICs beieinander liegen.


Kondensatoren C1, C2, C5 und C7 – C16

Die 100nF Keramik-Kondensatoren sind nicht polarisiert, somit spielt es keine Rolle in welcher Orientierung diese eingelötet werden.


Kondensatoren C3 und C4

Hierbei handelt es sich erneut um Keramik-Kondensatoren. Auch diese sind somit verpolungssicher und können in beliebiger Orientierung gelötet werden. C3 und C4 sind 22pF Kondensatoren.


Kondensator C6

Ein weiterer Keramik-Kondensator. In diesem Fall ein 10uF Kondensator im 0603-Gehäuse.


Zener-Dioden 3.6V D3 und D4

Hier handelt es sich um Dioden im sogenannten MiniMELF-Gehäuse. Diese sind polarisiert und müssen entsprechend richtig herum gelötet werden. Auf der Diode ist eine Linie (im Bild türkis) sichtbar. Diese muss in Richtung Mini USB-Anschluss zeigen!


Widerstand R3

Widerstände sind nicht polarisiert und können wie Kermaik-Kondensatoren in beliebiger Orientierung verbaut werden. Beim R3-Widerstand handelt es sich um 10kΩ.


Widerstand R4 und R5

Bei den Widerständen R4 und R5 handelt es sich um 82Ω Widerstände.


Widerdstand R6

2.2kΩ im 0603-Gehäuse


Widerstand R7

4.7kΩ im 0603-Gehäuse


Widerstand R8

470Ω im 0603-Gehäuse


Widerstand R1 und R2

R1 und R2 sind 100kΩ Widerstände im 0603-Gehäuse. Diese müssen neben dem Mosfet gelötet werden.


Taktgeber / Crystal Y1

Der Taktgeber ist in diesem Fall ein Crystal und schwingt mit 12.000MHz. Dieser kann in beliebiger Orientierung eingebaut werden.


P-Channel Mosfet Q1

Das Moset kann nur in korrekter Orientierung eingebaut werden, da sich hier auf der einen Seite ein und auf der anderen Seite zwei Pins befinden. Es handelt sich hierbei um ein P-Channel Mosfet, welches die Stromversorgung des Microcontrollers schaltet.


USB-Connector J4

Der Mini-USB Anschluss kann nur in korrekter Orientierung eingebaut werden. Die Pins liegen auf der Platine und die Buchse zeigt von der Platine weg – sodass ein Kabel eingesteckt werden kann. Hier bietet es sich an, zunächst die Pins zu löten und später (sofern es keine Kontaktbrücken gibt) dann zur Fixierung die seitlichen Kontaktflächen.


Stiftleiste J1

Diese Stiftleiste besitzt 2×3 Pins und stellt die ISP-Programmier Schnittstelle für den Microcontroller darf. Weitere Informationen hierzu stehen in der Bedienungsanleitung.


Stiftleiste J2

Über diese 1×3 Stiftleiste kann mittels Jumper der Modus für die C64-LED definiert werden. Es besteht die Auswahl zwischen a) permanent an oder b) bei Tastendruck kurzes blinken. Weitere Informationen hierzu gibt es auch in der Bedienungsanleitung.


Stiftleiste J3

Auch diese Stiftleiste besteht aus 1×3 Pins – dieses mal allerdings vertikal angeordnet. Hier wird die LED des Computers verbunden. Nähere Informationen zu allen Pin-Headern gibt es in der Bedienungsanleitung.


Stiftleiste P1 und P2

Diese langen Stiftleisten bestehen aus jeweils 20 Pins und werden in P1 und P2 eingesetzt. Abschließend muss der zweite Pin von oben (auf Höhe des Mini USB Anschlusses) abgebrochen werden! Der zweite Stift muss mit einer kleinen Zange oder Seitenschneider abgeknipst werden. Hierbei unbedingt darauf achten, dass es der richtige Pin ist!

Herzlichen Glückwunsch! Damit ist der Aufbau des C64 Keyboard USB Adapters abgeschlossen und du kannst dir die Bedienungsanleitung genauer ansehen!