Aufbau und Test des Top Hat Rail IO

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Der Top Hat Rail IO ist ein IO Knoten des iSysBus-Projektes und somit meist der zweite Knoten, welcher aufgebaut wird. Er passt in ein Hutschienenghäuse (6 TE) wie es in übliche Elektroverteiler passt. Da er diverse SMD-Bauteile enthält, Widerstände und Logigbausteine erfordert er etws Löterfahrung beim Aufbau, ist aber durchaus machbar. Als Einstieg sollte man die Tipps zum Löten der Platinen durchlesen, sowie wissenswertes zum Löten von SMD Bauteilen. Die jeweils 8 Eingänge und Ausgänge sind galvanisch von der eigentlichen Steuerelektronik getrennt. Diese Anleitung bezieht sich auf die Version 3-2.1 des THR.

Stückliste mit Reichelt Bestellnummern als .ods Datei:Thr bestell.ods

Aufbau der Platine

  • Als erstes sollte das PCB auf eventuelle Schäden (z.B. durch Kratzer durchtrennte Leiterbahnen) geprüft werden.
Dioden
  • Als erste Bauteile werden die 2 Dioden eingelötet.
    Hinweis: die Dioden müssen gepolt eingebaut werden, sie haben auf einer Seite einen Ring, der auch im Bestückungsaufdruck angegeben ist
Widerstände
  • Es folgen die zwei Widerstände und die Spule.
    Hinweis: Die Spule sieht aus wie ein Widerstand nur etwas dicker und hat Durchgang, der Wert ist im Widerstandsfarbcode aufgebracht
Kondensatoren, Quarze, Taster
  • Es folgen die kompakteren Kondensatoren an den ICs und Quarzen. Bei diesen muss nicht auf die Polarität geachtet werden. Die vier Kondensatoren an den Quarzen sind mit 33pF vorgesehen, bei alle weiteren handelt es sich um 100nF-Typen.
  • Im nächsten Schritt die Quarze selbst einlöten. Der Quarz des Prozessors (Q1) ist dabei mit 16MHz getaktet, der des CAN-Controllers (Q2) mit 4MHz.
  • Es folgen die Taster am oberen Rand.

Tipp: Einige Modelle der Taster besitzen einen Bogen in den Anschlussbeinchen. Biegt man die Beinchen gerade lässt sich der Taster wesentlich einfacher anbringen. Die Taster sind nicht rechteckig und passen nur in einer Richtung.

Sockel
  • Sollten Sockel (sehr empfohlen) für die ICs vorhanden sein, diese nun einlöten. Sind keine Sockel vorhanden die IC's zu diesem Zeitpunkt noch nicht einbauen! Sockel haben meist an einem Kopf eine Einkerbung, welche auch auf Platinendruck, Layout und dem IC selbst zu finden ist. Diese Kerbe gibt die Polarität an und muss übereinstimmen.

Tipp: Einfache Sockel lassen sich auch aus Buchsenleisten selbst herstellen. Tipp: Gesockelte ICs lassen sich bei Defekten leichter austauschen. Auch einigen der Tesprogramme sollen z.B. Optokoppler eingebaut sein

Sicherungshalter Elkos
  • Es folgen der Sicherungshalter und die beiden Elkos. Bei den Elkos auf die Polarität achten! Normalerweise ist bei den Elkos der Minuspol gekennzeichnet, auf den Platinen ist der Pluspol markiert.
Wannenstecker, Klemmen
  • Nun kommt der Wannenstecker und die Anschlussklemmen.
    Hinweis: nebeneinanderliegenden Klemmen vorher zusammenstecken.
  • Die Sicherung, kann in den Halter gesteckt werden, Beine vorher kürzen.
Messpunkte mit Stift
  • Optional kann man in die Messpunkte Stifte von den Jumperleisten einlöten, sind dann leichter abzugreifen.
  • Damit wäre die Oberseite fertig. Erste Pflicht sollte nun eine optische Kontrolle der Pins sein. Eine Lupe lässt Kurzschlüsse, schlechte Lötstellen etc. leichter erkennen. Danach wird mit einem Multimeter an der Anschlussklemme X1 geprüft, ob ein Kurzschluss vorliegt. Selber Test wird auch zwischen den Testpunkten “VCC” und “GND” durchgeführt.
SMDs
  • Nun folgt der schwierigere Teil, das Bestücken und Löten der SMD's, aber mit etwas Übungs gehts dann ganz gut. Die beiden roten Punkte bezeichnen jeweils Pin 1 der SMD Käfer.

Tipp: Die Widerstände gleich nach dem Einlöten messen, möglich nicht direkt am Widerstand sondern am Ende der abgehenden Leiterbahnen, dann merkt man sofort ob beide seiten Kontakt haben und keine Brücke entstanden ist. Einfacher geht es wenn man die SMD's vorher anklebt. Den CAN Cotroler und den ATmega mit einem kleinen Tupfer Ponal auf der Platine ankleben. So hat man relativ viel Zeit die Chips exakt auszurichten und erst nach ausreichender Trockenzeit löten. Für SMD Widerstände eignet sich Sekundenkleber, Achtung nur ein ganz kleiner Tropfen, am besten mit der Nadelspitze zwischen die Lötpunkte und dann den Widerstand mit der Pinzette anbringen. Sofort justieren, geht noch 1-3 Sekunden lang. Erst nach kurzer Trocknung löten.

  • Nun muss die Platine getestet werden. Erste Pflicht sollte eine nochmalige optische Kontrolle der aller Löstellen sein, insbersondere der neu eingelöteten SMDs ICs und Widerstände. Eine Lupe lässt Kurzschlüsse, schlechte Lötstellen etc. leichter erkennen. Danach wird mit einem Multimeter an der Anschlussklemme X1 geprüft, ob ein Kurzschluss vorliegt. Selber Test wird auch zwischen den Testpunkten “VCC” und “GND” durchgeführt. Treten keine Kurzschlüsse auf, kann an X1 eine Spannung angelegt werden (GND links), optimal ist hierbei ein regelbares Netzteil mit 7V und einer Spannungsbegrenzung bei etwa 100mA. Nach dem Anlegen der Spannung darf die Strombegrenzung des Netzteils nicht auslösen, zwischen den Testpunkten “VCC” und “GND” sollten sich nun etwa 5V feststellen lassen.
mit ICs
  • Waren alle Tests OK können die restlichen ICs eingesteckt bzw. eingelötet werden. Der Aufbau ist damit abgeschlossen.

Testen des Boards

Im Repository des iSysBus-Projektes befinden sich verschiedene Testprogramme um die Hardware des THR zu prüfen. Hierzu wird ebenfalls ein passendes Netzteil (vorzugsweise mit Spannungsbegrenzung) benötigt. Zusätzlich ist ein Programmiergerät für den ATMega16 erforderlich. Die Platine besitzt hierzu einen 6-poligen Wannenstecker, auf dem alle nötigen Signale ausgeführt sind. Natürlich ist es auch möglich den µC direkt in einem Programmieradapter zu beschreiben.

Ich setze voraus, dass die Bedienung von Subversion, des Programmieradapters und dessen Software bekannt ist. Die Beispiele beziehen sich auf einen SP12 mit der Software avrdude unter Linux.

  • Als erstes wird eine Kopie des SVN-Repositorys auf die lokale Festplatte kopiert. 
mkdir isysbus ; cd isysbus ; svn co http://svn.isysbus.org

Hinweis: Existiert bereits eine Kopie des SVN-Repository kann diese gegebenenfalls mit 'svn up' aktualisiert werden

  • Die Debug-Images finden sich unter firmware/debug. Die Images sind nach dem Hardware-Code geordnet. Derzeit gibt es keine Images für die aktuelle Version 3.2.1, die Images für 3.1.0 sollten jedoch problemlos funktionieren. im Unterverzeichnis Debug jedes Ordners findet sich ein vorkompiliertes HEX-Image. Zu jeder Firmware existiert eine Readme und ein Screenshot der nötigen Fusebits.
  • Wir beginnen mit der Firmware 3.1.0-1. Diese Testet die Pins des Microcontrollers auf Masseverbindungen. Als erstes müssen die Fusebits des ATMega korrekt eingestellt, werden sihe entsprechendes fusebits.png. Achtung die Fusebits sind anders als beim Devnode.
  • Im nächsten Schritt wird die Hex-Datei auf den µC übertragen. Nach 10 Sekunden liest man den Inhalt des EEPROM aus. Zeigt man die Datei in einem HEX-Editor (Linux: z.B. GHex2) an sollten die ersten 32 Byte jeweils 0x00 lauten. Steht irgendwo ein anderer Wert besteht ein Kontakt zur Masse.

Sollte das nur 16te Byte 0x01 haben ist das kein Problem, kann vom angeschlossenen Programmer kommen. Ansonsten entspricht das erste Byte PA0, das zweite PA1 usw. bis zum 32te Byte PD7. Somit ist eine Fehlerzuordung möglich

  • Die zweite Firmware testet die Ein- und Ausgänge. Hierzu muss einiges an Hardware LEDs und Taster angeschlossen werden, siehe Readme. Dieser Test und weitere sind optional.

Zum Festschrauben der THR-Platine im Hutschienengehäuse (z.B. von Reichelt HUT 6-C) passen Linsenkopf-Blechschrauben 2,9x6,5 DIN 7981C (gibt's z.B. bei Conrad in der Modellbauabteilung Toolcraft Art.Nr. 886651)

Weiterführende Links

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