LED Cube/PCB Lötanleitung: Unterschied zwischen den Versionen

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(pcb soldering manual)
 
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{{LED Cube Series/de}}
{{LED Cube Series/de}}
Auf dieser Seite ist die Lötanleitung für das PCB des [[LED Cube|LED Cubes]] zu finden.  
Dies ist der erste aktive Teil der LED Cube-Serie. Hier wirst du lernen, wie du das PCB (Printed Circuit Board) richtig mit den Komponenten bestückst und diese verlötest.
<gallery perrow=2 widths=300 heights=200>
File:Lcpcb-base.jpg|nacktes PCB
</gallery>
==USB-Widerstände==
Als erstes verlöten wir die Widerstände R10, R11 und R13. Hier sind sie im Kontext im Schaltplan dargestellt:


Ein vollständiger Schaltplan kann hier runtergeladen werden: [[File:cube.pdf]].
<gallery widths=400 heights=200 >
File:cube-usb.png|USB-Abschnitt im Schaltplan
</gallery>


==USB-Widerstände==
Wie bei allen Widerständen, die wir in diesem Projekt verwenden, ist die Ausrichtung nicht relevant. Die Widerstandswerte können in dem Schaltplan oder der folgenden Tabelle, die zusätzlich noch die 5-Ring Farbcodes enthält, nachgeschlagen werden:
[[File:cube-usb.png|thumb|300px]]
Als erstes verlöten wir R10, R11 und R13. Wie bei allen Widerständen, die wir in diesem Projekt verwenden, ist die Ausrichtung nicht relevant. Die Widerstandswerte und Farbcodes können in dem Schaltplan oder der folgenden Tabelle nachgeschlagen werden:
{|class="wikitable"
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Zuerst solltest du die beiden Beinchen der Widerstände im 90-Grad-Winkel in die gleiche Richtung abbiegen, und zwar so, dass du die Widerstände in die beiden dafuer vorgesehenen Löcher stecken kannst. Wenn du Wert auf Genauigkeit legst: Der Abstand der beiden Beinchen sollte nachher etwa 11 mm betragen, es ist jedoch nicht so wichtig, hier genau zu sein. Wenn es passt, passt es.
Hol die Widerstände aus dem Bausatz und verwende die eben zusammengetragenen Informationen, um ihnen den korrekten Ort auf dem PCB zuzuordnen. Wenn du dir unsicher bist, schau dir die Bilder nach diesem Absatz an. Nun solltest du die beiden Beinchen der Widerstände im 90-Grad-Winkel in die gleiche Richtung abbiegen, und zwar so, dass du die Widerstände in die beiden dafuer vorgesehenen Löcher stecken kannst. Wenn du Wert auf Genauigkeit legst: Der Abstand der beiden Beinchen sollte nachher etwa 11 mm betragen, es ist jedoch nicht so wichtig, hier zu übertreiben - Wenn es passt, passt es.


Nun stecke alle drei Widerstaende durch das PCB und dreh es um.
Nun stecke alle drei Widerstaende durch das PCB und dreh es um.
 
<gallery perrow=2 widths=300 heights=200>
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File:Lcpcb-base.jpg|nacktes PCB
File:lcpcb-00-00.jpg|die drei Widerstände
File:lcpcb-00-00.jpg|die drei Widerstände
File:lcpcb-00-01.jpg|Der Lochabstand für die Widerstände beträgt etwa 11 mm.
File:lcpcb-00-01.jpg|Der Lochabstand für die Widerstände beträgt etwa 11 mm.
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</gallery>


Um sie festzulöten, nimm den heißen Lötkolben und reinige ihn mit einer leicht feuchten Zange, oder einem Werkzeug dass gerade zur Verfügung steht. Mach ein ganz kleines bisschen Lötzinn auf die Spitze des Kolbens - nur so viel, dass sie von einem dünnen Film umgeben ist (siehe [http://www.youtube.com/watch?v=7lmCSkGZz3Q (youtube)] für eine Referenz). Wir brauchen das Lötzinn nur für den Lötkolben, damit wir die Platine und die Widerstäne erhitzen können - später werden wir mehr Lötzinn brauchen.
Um sie festzulöten, nimm den heißen Lötkolben und reinige ihn mit einer leicht feuchten Zange, oder einem Werkzeug dass gerade zur Verfügung steht. Mach ein ganz kleines bisschen Lötzinn auf die Spitze des Kolbens - nur so viel, dass sie von einem dünnen Film umgeben ist (siehe [http://www.youtube.com/watch?v=7lmCSkGZz3Q (youtube)]). Wir brauchen das Lötzinn nur für den Lötkolben, damit wir die Platine und die Widerstäne erhitzen können - später werden wir mehr Lötzinn brauchen.
{{attention|Zusätzlich schützt der Zinn die Kolbenspitze vor Korrosion. Du solltest niemals eine von Zinn befreite Spitze haben. Nach einer Reinigung, gehört gleich wieder Lötzinn drauf.}}


<gallery perrow=3>
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File:lcpcb-00-06.jpg|schmutzige Spitze
File:lcpcb-00-06.jpg|schmutzige Spitze
File:lcpcb-00-07.jpg|Spitze nach dem Reinigen mit einer feuchten Zange
File:lcpcb-00-07.jpg|Spitze nach dem Reinigen mit einer feuchten Zange
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Nimm den Lötkolben in deine Lieblingshand und etwas Lötzinn in die andere Hand. Halte nun die Spitze des Lötkolbens an eines der Löcher in denen ein Bein eines Widerstandes steckt. Halte den Lötkolben ungefähr 1 bis 3 Sekunden dort, damit die Platine und der Widerstand schön heiß werden. Dann halte etwas Lötzinn an die Stelle wo die Lötspitze die Platine und das Bein des Widerstands berührt, bis das Loch komplett verschlossen ist. Es kann sein, dass etwas von dem Lötzinn auf die andere Seite des Loches der Platine fließen wird. Ist dies der Fall, Füge noch mehr Lötzinn hinzu, bis Du eine hübsche Lötverbindung hast. Die Verbindung sollte glänzen und wie in folgendem Bild aussehen:
Nimm den Lötkolben in deine dominante Hand und etwas Lötzinn in die andere. Halte nun die Spitze des Lötkolbens an eines der Löcher in denen ein Bein eines Widerstandes steckt. Halte den Lötkolben ungefähr 1 bis 3 Sekunden dort, damit die Platine und der Widerstand schön heiß werden. Dann halte etwas Lötzinn an die Stelle wo die Lötspitze die Platine und das Bein des Widerstands berührt, bis das Loch komplett verschlossen ist. Es kann sein, dass etwas von dem Lötzinn auf die andere Seite des Loches der Platine fließen wird. Ist dies der Fall, Füge noch mehr Lötzinn hinzu, bis Du eine hübsche Lötverbindung hast. Die Verbindung sollte glänzen und etwa wie in folgendem Bild aussehen:


<gallery perrow=3>
<gallery widths=300 heights=200 perrow=2>
File:lcpcb-00-10.jpg|Kandidat zu löten
File:lcpcb-00-10.jpg|Kandidat zu löten
File:lcpcb-00-11.jpg|Richtig positionierte Lötkolbenspitze
File:lcpcb-00-11.jpg|Richtig positionierte Lötkolbenspitze
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Widerhole dies für die anderen fünf Lötstellen. Wenn du mit deiner Arbeit zufrieden bist, nimm einen Seitenschneider und schneide die überstehenden Drahtenden ab, aber so, dass du dabei nicht einen Teil der Lötstelle mit abschneidest.
Widerhole dies für die anderen fünf Lötstellen. Wenn du mit deiner Arbeit zufrieden bist, nimm einen Seitenschneider und schneide die überstehenden Drahtenden ab, aber so, dass du dabei nicht einen Teil der Lötstelle mit abschneidest.
<gallery perrow=3>
<gallery perrow=2 widths=300 heights=200>
File:lcpcb-00-04.jpg|nach dem Löten
File:lcpcb-00-04.jpg|nach dem Löten
File:lcpcb-00-05.jpg|nach dem Kürzen der Beinchen
File:lcpcb-00-05.jpg|nach dem Kürzen der Beinchen
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==USB-Zenerdioden==
==USB-Zenerdioden==
[[File:Zener.jpeg|thumb]]
Nun benötigen wir zwei 3.6 V Zenerdioden für die Datenleitungen, Z1 und Z2. Hier muss auf die Orientierung geachtet werden. Die (schwarze) Linie auf den Dioden gehört auf die Seite der einzelnen Linie auf dem Diodensymbol (gegenüber des Dreiecks) das auf das PCB gedruckt ist. Hier nochmal zum vergleich:
Nun benötigen wir zwei 3.6 V Zenerdioden für die Datenleitungen, Z1 und Z2. Hier muss auf die Orientierung geachtet werden. Die (schwarze) Linie auf den Dioden gehört auf die Seite der einzelnen Linie auf dem Diodensymbol (gegenüber des Dreiecks) das auf das PCB gedruckt ist. Dies ist auf dem Bild auf der linken Seite zu sehen.
<gallery perrow=2 widths=300 heights=200>
File:Zener.jpeg|Ausrichtung der Zenerdiode
</gallery>


First bend the Zener diodes, so they fit into their holes. This time the holes are only 7.5 mm apart. Then put them into their place and flip the PCB.
Biege zuerst die Zenerdioden, so dass sie in ihre Löcher passen. Dieses Mal sind die Löcher nur 7.5 mm von einander entfernt. Steck sie an ihre Plätze und dreh die Platine um.
<gallery perrow=3>
<gallery perrow=2 widths=300 heights=200>
File:lcpcb-01-00.jpg|die Zener-Dioden
File:lcpcb-01-00.jpg|die Zener-Dioden
File:lcpcb-01-01.jpg|Der Beinabstand beträgt dieses mal nur 7.5 mm.
File:lcpcb-01-01.jpg|Der Beinabstand beträgt dieses mal nur 7.5 mm.
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</gallery>
</gallery>


Soldering the Zener diodes is nearly like solering the resistors, but it is a little bit more difficult. If you have a closer look at the holes, you will see two differences:
Die Zenerdioden zu löten funktioniert sehr ählich wie bei den Widerständen, ist aber ein ganz kleines Bisschen schwerer. Wenn Du die Löcher genauer betrachtest, werden dir zwei Unterschiede auffallen:
# Two of them are quadratic. They can be soldered like the resistors in the previous step.
# Zwei von ihnen sind quadratisch. Sie können genauso verlötetet werden, wie die Widerstände aus dem vorherigen Schritt.
# Two of them are round and look a little bit like a blossom: They are directly connected to the big copper plane on the side you are currently looking on. This is the issue: To heat up this large layer of copper will take more time than previously, so give these joints some extra time.
# Zwei von ihnen sind rund und sehen ein bisschen wie eine Blüte aus: Sie sind direkt mit der dicken Kupferschicht auf der Seite auf die Du gerade schaust verbunden. Es wird sehr viel mehr Zeit als bei den anderen Lötstellen kosten, um die große Kupferschicht zu erhitzen, also nimm dir hier ruhig etwas mehr Zeit.
<gallery perrow=3>
 
File:lcpcb-01-05.jpg|microscropy view on the problematic hole
<gallery perrow=3 widths=184 heights=130>
File:lcpcb-01-05.jpg|mikroskopische Sicht auf das problematische Loch
File:lcpcb-01-03.jpg|... nach dem Löten
File:lcpcb-01-03.jpg|... nach dem Löten
File:lcpcb-01-04.jpg|... nach dem Abschneiden
File:lcpcb-01-04.jpg|... nach dem Abschneiden
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==Resetwiderstand==
==Resetwiderstand==
[[File:cube-isp.png|thumb|200px]]
<gallery widths=200 heights=200 >
File:cube-isp.png|Resetwiderstand und ISP-Stecker im Schaltplan (Der ISP-Stecker wird in dieser Anleitung nicht gelötet.)
</gallery>
Der Resetpin bekommt einen 10 kOhm-Widerstand R12 an die 5 V-Leitung. Für die richtigen Farbcodes kannst du wieder in der Tabelle nachschlagen. Die Orientierung ist nicht relevant.
Der Resetpin bekommt einen 10 kOhm-Widerstand R12 an die 5 V-Leitung. Für die richtigen Farbcodes kannst du wieder in der Tabelle nachschlagen. Die Orientierung ist nicht relevant.
{|class="wikitable"
{|class="wikitable"
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|R12||10 kOhm||[[File:r-10000.jpeg|frameless|border]]<br />braun-schwarz-schwarz-rot-braun
|R12||10 kOhm||[[File:r-10000.jpeg|frameless|border]]<br />braun-schwarz-schwarz-rot-braun
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<gallery perrow=3>
 
Ansonsten sollte dir das weitere Vorgehen hier klar sein. Wenn nicht, lies nocheinmal oben nach.
<gallery perrow=2 widths=300 heights=200>
File:lcpcb-02-00.jpg|Resetwiderstand...
File:lcpcb-02-00.jpg|Resetwiderstand...
File:lcpcb-02-01.jpg|...nach dem Löten
File:lcpcb-02-01.jpg|...nach dem Löten
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==Säulenvorwiderstände==
==Säulenvorwiderstände==
[[File:cube-columns.png|thumb|500px]]
<gallery widths=500 heights=250>
Wenn Du einen Bausatz gekauft hast, oder einen Workshop besuchst, hast Du wahrscheinlich schon die richtigen Widerstände. Es sollten neun Widerstände mit dem gleichen Wert vorhanden sein. Löte sie auf die Plätze von R1 bis R9.
File:cube-columns.png|Säulenvorwiderstände und Säulensteckverbinder im Schaltplan
</gallery>
Wenn Du einen Bausatz gekauft hast, oder einen Workshop besuchst, hast Du
wahrscheinlich schon die richtigen Widerstände.  
Es sollten neun Widerstände mit dem gleichen Wert vorhanden sein.
Löte sie auf die Plätze von R1 bis R9.


Wenn Du deine eigenen LEDs verwenden möchtest, oder aus irgendeinem Grund nicht die passenden Widerstände hast, musst Du aufpassen: Die idealen Vorwiderstände müssen für jede LED-Farbe neu angepasst werden. Du bist immer auf der sicheren Seite, wenn Du einen höheren Wert wählst, aber eventuell ist der Cube dann nicht so hell wie Du ihn gerne haben möchtest. Wenn Du dich näher informieren möchtest, kannst Du diese Seite lesen: [[LED Cube/Column Resistors in Detail]]. Alternativ sind in der nachfolgenden Tabelle empfohlene Werte der Vorwiderstände gebräuchlicher Farben und Spannungen aufgelistet. Ist deine Wunschfarbe nicht mit aufgeführt, kannst Du auch einen Blick auf die Tabelle der [[LED Cube/PCB Soldering Manual|englischen Version]] dieser Anleitung werfen (und diese ggf. synchronisieren).
Wenn Du deine eigenen LEDs verwenden möchtest, oder aus irgendeinem Grund  
nicht die passenden Widerstände hast, musst Du aufpassen:  
Die idealen Vorwiderstände müssen für jede LED-Farbe neu angepasst werden.
Du bist immer auf der sicheren Seite, wenn Du einen höheren Wert wählst,
aber eventuell ist der Cube dann nicht so hell wie Du ihn gerne haben  
möchtest. Wenn Du dich näher informieren möchtest, kannst Du diese Seite  
lesen: [[LED Cube/Column Resistors in Detail]]. Alternativ sind in der  
nachfolgenden Tabelle empfohlene Werte der Vorwiderstände gebräuchlicher  
Farben und Spannungen aufgelistet.


{|class="wikitable"
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<gallery perrow=3>
<gallery perrow=2 widths=300 heights=200>
File:lcpcb-03-00.jpg|Beispielwiderstände:
File:lcpcb-03-00.jpg|Beispielwiderstände:
File:lcpcb-03-01.jpg|gebogen,
File:lcpcb-03-01.jpg|gebogen,
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==Säulen- und Ebenenanschluss==
==Säulen- und Ebenenanschluss==
[[File:cube-planes.png|thumb|250px]]
<gallery widths=250 heights=250>
Now add the column and plane connectors to CONN1 to CONN10. This step is optional and it is probably the most annoying part of this PCB, but you should think twice before you skip it: It allows you to disconnect and reconnect your cube without expensive equipment. And do repairs on it which may not be possible while it is connected. But it's your choice - skipping this step does not have any other significant effect.
File:cube-planes.png|Ebenenanschlüsse und Transistorarray im Schaltplan
</gallery>
Nun füge die Säulen- und Ebenenanschlüsse an die Stellen CONN1 und CONN10. Dieser Schritt ist optional und wahrscheinlich der nervigste Schritt des Bausatzes, aber denke zwei mal darüber nach bevor Du ihn überspringst: Die Anschlüsse erlauben dir deinen Cube an- und abzuschließen, ganz ohne teures Equipment. Das ist für Reperaturen sinnvoll, die eventuell nicht möglich sind, wenn der Cube angeschlossen ist. Aber es ist deine Wahl - Diesen Schritt zu überspringen hat keine anderen Auswirkungen.


So, to add the connectors, we first have to separate them from the break-away header row. You can do this with a scalpel or side cutters. You will need nine single-pin connectors and one 3-pin connector. You can also completely remove the plastic around them if you want. Now put one by one into the pcb, and solder them. You do not have to cut away any excess wire afterwards. You may however try to reheat some solder joints and wiggle on them, if the connectors are not straight.
Bevor wir die Anschlüsse verlöten können, müssen wir sie erst voneinander trennen. Dies kannst Du mit einem Skalpell oder einem Seitenschneider machen. Du brauchst neun einzelne Pinanschlüsse und einen Dreipinanschluss. Wenn Du willst, kannst Du auch das Plastik von ihnen entfernen. Nun stecke einen nach dem anderen auf die Platine und verlöte sie. Die Ausgangsdrähte müssen hinterher nicht abgeschnitten werden. Eventuell möchtest Du einige der Lötstellen noch einmal erhitzen und an ihnen wackeln, wenn die Anschlüsse nicht gerade genug sind.


<gallery perrow=3>
<gallery perrow=3 widths=184 heights=130>
File:lcpcb-04-00.jpg|the first plane connector in the top right corner
File:lcpcb-04-00.jpg|der erste Ebenenanschluss in der rechten oberen Ecke
File:lcpcb-04-01.jpg|the same connector now in the top right corner
File:lcpcb-04-01.jpg|der gleiche Anschluss in der linken oberen Ecke
File:lcpcb-04-02.jpg|after soldering of all connectors
File:lcpcb-04-02.jpg|nach dem Verlöten von allen Anschlüssen
</gallery>
</gallery>


==Kondensatoren==
==Kondensatoren==
Wir benötigen vier Kondensatoren, zwei 100 nF (C1, C2) und zwei 22 pF (C3, C4). Betrachte den Schaltplan auf der linken Seite, oder die untere Tabelle, um die Werte und Positionen zu erfahren. Auch hier sind alle vier Bauteile symmetrisch und damit ist die Ausrichtung irrelevant.
Wir benötigen vier Kondensatoren, zwei 100 nF (C1, C2) und zwei 22 pF (C3, C4). Betrachte den Schaltplan auf der linken Seite, oder die untere Tabelle, um die Werte und Positionen zu erfahren. Auch hier sind alle vier Bauteile symmetrisch, damit ist die Ausrichtung irrelevant.


To keep them near to the PCB before flipping it, bend the to the outside (about 10 to 20 degrees) after inserting them.
Um die Kondensatoren nahe an der Platine zu halten biege die Beine etwas nach außen (ungefähr 10 bis 20 Grad), bevor du die Platine umdrehst.
[[File:cube-uc.png|thumb|350px]]
[[File:cube-uc.png|thumb|350px]]
{|class="wikitable"
{|class="wikitable"
Zeile 144: Zeile 170:
|C4||22 pF||[[File:lcpcb-05-00.jpg|100px]] (220 or 22  ≙ 22 * 10^0 pF = 22 pF)
|C4||22 pF||[[File:lcpcb-05-00.jpg|100px]] (220 or 22  ≙ 22 * 10^0 pF = 22 pF)
|}
|}
<gallery perrow=3>
<gallery perrow=2 widths=300 heights=200>
File:lcpcb-05-03.jpg|PCB mit Kondensatoren
File:lcpcb-05-03.jpg|PCB mit Kondensatoren
</gallery>
</gallery>


==Quarz==
==Quarz==
Nun löte den 16 MHz Quarz U3 an. Auf die Orientierung muss nicht geachtet werden.
Nun löte den 16 MHz Quarz U3 an. Die Ausrichtung ist wieder nicht wichtig.


<gallery perrow=3>
<gallery perrow=3 widths=184 heights=130>
File:Crystal.jpeg|16 MHz Quarz
File:Crystal.jpeg|16 MHz Quarz
File:lcpcb-06-00.jpg|16 MHz Quarz
File:lcpcb-06-00.jpg|16 MHz Quarz
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==Transistorarray==
==Transistorarray==
[[File:cube-planes.png|thumb|200px]]
[[File:cube-planes.png|thumb|200px]]
Now add the transistor array U2.
Nun fügen wir das Transitorarray U2 hinzu.
<gallery perrow=3>
<gallery perrow=2 widths=300 heights=200>
File:lcpcb-07-00.jpg|
File:lcpcb-07-00.jpg|ULN2003A
</gallery>
</gallery>


But first we have to make sure it fits. If you have a look at the following picture you can clearly see that the way the IC got deliviered to you, has pins that are tilted:
Als erstes müssen wir sicherstellen, dass es auch passt. Wenn Du einen Blick auf das folgende Bild wirfst, kannst Du sehen dass der IC im Auslieferungszustand etwas zu weit nach außen stehende Pins hat.
<gallery perrow=3>
<gallery perrow=2 widths=300 heights=200>
File:lcpcb-07-01.jpg|
File:lcpcb-07-01.jpg|ULN2003 im Vergleich zum Lochabstand auf dem PCB
</gallery>
</gallery>


To get them straight, take the IC with both hands and put it on a flat surface. Then slowly bend it forward until the legs are straight.
Um sie gerade zu bekommen, nimm den IC mit beiden Händen und lege ihn auf einen gerade Untergrund. Dann biege ihn langsam nach vorne bis die Beine gerade sind.
<gallery perrow=3>
<gallery perrow=2 widths=300 heights=200>
File:lcpcb-07-02.jpg|
File:lcpcb-07-02.jpg|Geradebiegen der Beinchen des ULN2003A
</gallery>
</gallery>


Now you see that it fits.
Nun guck ob es passt.
<gallery perrow=3>
<gallery perrow=3>
File:lcpcb-07-03.jpg|
File:lcpcb-07-03.jpg|
</gallery>
</gallery>


Before soldering, make sure that the notches are correctly aligned. You will find one on the IC itself and one on the PCB.
Überprüfe vor dem Verlöten, dass die Einkerbung richtig ausgerichtet ist. Du wirst eine Einkerbung auf dem IC finden und eine auf der Platine.
<gallery perrow=3>
<gallery perrow=3>
File:lcpcb-07-04.jpg|
File:lcpcb-07-04.jpg|
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[[File:cube-uc.png|thumb|350px]]
[[File:cube-uc.png|thumb|350px]]
Verlöte nun den Sockel für den Microcontroller U1. Wie beim Transistorarray hat auch er eine kleine Markierung, die auf der gleichen Seite der Markierung auf dem PCB sein sollte.
Verlöte nun den Sockel für den Microcontroller U1. Wie beim Transistorarray hat auch er eine kleine Markierung, die auf der gleichen Seite der Markierung auf dem PCB sein sollte.
{{smallAttention|If the socket does not slide into the PCB and you have to apply more force than you would apply to a sharp knife while cutting onions, not all pins are pointing straight down. This is normal and you can simply take the pins and bent them until they are straight.}}
{{smallAttention|Wenn der Sockel nicht in die Platine passt und Du mehr Gewalt anwenden musst, als Du es bei einem scharfen Messer beim Zwiebelnschneiden tun würdest, dann zeigen nicht alle Pins gerade runter. Dies ist normal und Du kannst einfach die Pins nehmen, die nicht passen, und sie geradebiegen.}}
<gallery perrow=3>
<gallery perrow=3>
File:lcpcb-08-00.jpg|der Sockel
File:lcpcb-08-00.jpg|der Sockel
Zeile 212: Zeile 238:
</gallery>
</gallery>


{{continue|This was the first part of this tutorial. You should continue with [[LED Cube/Cube Soldering Manual|Section 2: Cube Soldering Manual]].}}
{{continue|Das war der erste Teil des Tutorials. Hier geht es weiter: [[LED Cube/Cube Lötanleitung|Teil 2: Cube Lötanleitung]].}}

Aktuelle Version vom 4. Mai 2012, 07:39 Uhr

LED Cube-Serie

Kapitel 1: Bauen

Teil 0: Voraussetzungen & Vorbereitung

Teil 1: PCB Lötanleitung

Teil 2: Cube Lötanleitung

Teil 3: Zusammensetzen und testen

Kapitel 2: Spielen

Benutzeranleitung

Eine Animation erstellen

Kapitel 3: Lernen

Die Elektronik verstehen

Eigene Programme

Dies ist der erste aktive Teil der LED Cube-Serie. Hier wirst du lernen, wie du das PCB (Printed Circuit Board) richtig mit den Komponenten bestückst und diese verlötest.

  • nacktes PCB

    nacktes PCB

USB-Widerstände[Bearbeiten]

Als erstes verlöten wir die Widerstände R10, R11 und R13. Hier sind sie im Kontext im Schaltplan dargestellt:

  • USB-Abschnitt im Schaltplan

    USB-Abschnitt im Schaltplan

Wie bei allen Widerständen, die wir in diesem Projekt verwenden, ist die Ausrichtung nicht relevant. Die Widerstandswerte können in dem Schaltplan oder der folgenden Tabelle, die zusätzlich noch die 5-Ring Farbcodes enthält, nachgeschlagen werden:

Name Wert Farbcode
R10 68 Ohm
blau-grün-schwarz-gold-braun
R11 68 Ohm
blau-grün-schwarz-gold-braun
R13 1500 Ohm
braun-grün-schwarz-braun-braun

Hol die Widerstände aus dem Bausatz und verwende die eben zusammengetragenen Informationen, um ihnen den korrekten Ort auf dem PCB zuzuordnen. Wenn du dir unsicher bist, schau dir die Bilder nach diesem Absatz an. Nun solltest du die beiden Beinchen der Widerstände im 90-Grad-Winkel in die gleiche Richtung abbiegen, und zwar so, dass du die Widerstände in die beiden dafuer vorgesehenen Löcher stecken kannst. Wenn du Wert auf Genauigkeit legst: Der Abstand der beiden Beinchen sollte nachher etwa 11 mm betragen, es ist jedoch nicht so wichtig, hier zu übertreiben - Wenn es passt, passt es.

Nun stecke alle drei Widerstaende durch das PCB und dreh es um.

  • die drei Widerstände

    die drei Widerstände

  • Der Lochabstand für die Widerstände beträgt etwa 11 mm.

    Der Lochabstand für die Widerstände beträgt etwa 11 mm.

  • PCB mit platzierten Widerständen

    PCB mit platzierten Widerständen

  • die Rückseite vor dem Löten

    die Rückseite vor dem Löten

Um sie festzulöten, nimm den heißen Lötkolben und reinige ihn mit einer leicht feuchten Zange, oder einem Werkzeug dass gerade zur Verfügung steht. Mach ein ganz kleines bisschen Lötzinn auf die Spitze des Kolbens - nur so viel, dass sie von einem dünnen Film umgeben ist (siehe (youtube)). Wir brauchen das Lötzinn nur für den Lötkolben, damit wir die Platine und die Widerstäne erhitzen können - später werden wir mehr Lötzinn brauchen.

Zusätzlich schützt der Zinn die Kolbenspitze vor Korrosion. Du solltest niemals eine von Zinn befreite Spitze haben. Nach einer Reinigung, gehört gleich wieder Lötzinn drauf.

  • schmutzige Spitze

    schmutzige Spitze

  • Spitze nach dem Reinigen mit einer feuchten Zange

    Spitze nach dem Reinigen mit einer feuchten Zange

  • Spitze nach dem Hinzufügen von etwas Lötzinn

    Spitze nach dem Hinzufügen von etwas Lötzinn

Nimm den Lötkolben in deine dominante Hand und etwas Lötzinn in die andere. Halte nun die Spitze des Lötkolbens an eines der Löcher in denen ein Bein eines Widerstandes steckt. Halte den Lötkolben ungefähr 1 bis 3 Sekunden dort, damit die Platine und der Widerstand schön heiß werden. Dann halte etwas Lötzinn an die Stelle wo die Lötspitze die Platine und das Bein des Widerstands berührt, bis das Loch komplett verschlossen ist. Es kann sein, dass etwas von dem Lötzinn auf die andere Seite des Loches der Platine fließen wird. Ist dies der Fall, Füge noch mehr Lötzinn hinzu, bis Du eine hübsche Lötverbindung hast. Die Verbindung sollte glänzen und etwa wie in folgendem Bild aussehen:

  • Kandidat zu löten

    Kandidat zu löten

  • Richtig positionierte Lötkolbenspitze

    Richtig positionierte Lötkolbenspitze

  • Position an die das Lötzinn gehalten werden soll

    Position an die das Lötzinn gehalten werden soll

  • Wärend des Lötzinnhinzufügens

    Wärend des Lötzinnhinzufügens

  • Lötstelle nach dem Auskühlen

    Lötstelle nach dem Auskühlen

Widerhole dies für die anderen fünf Lötstellen. Wenn du mit deiner Arbeit zufrieden bist, nimm einen Seitenschneider und schneide die überstehenden Drahtenden ab, aber so, dass du dabei nicht einen Teil der Lötstelle mit abschneidest.

  • nach dem Löten

    nach dem Löten

  • nach dem Kürzen der Beinchen

    nach dem Kürzen der Beinchen

USB-Zenerdioden[Bearbeiten]

Nun benötigen wir zwei 3.6 V Zenerdioden für die Datenleitungen, Z1 und Z2. Hier muss auf die Orientierung geachtet werden. Die (schwarze) Linie auf den Dioden gehört auf die Seite der einzelnen Linie auf dem Diodensymbol (gegenüber des Dreiecks) das auf das PCB gedruckt ist. Hier nochmal zum vergleich:

  • Ausrichtung der Zenerdiode

    Ausrichtung der Zenerdiode

Biege zuerst die Zenerdioden, so dass sie in ihre Löcher passen. Dieses Mal sind die Löcher nur 7.5 mm von einander entfernt. Steck sie an ihre Plätze und dreh die Platine um.

  • die Zener-Dioden

    die Zener-Dioden

  • Der Beinabstand beträgt dieses mal nur 7.5 mm.

    Der Beinabstand beträgt dieses mal nur 7.5 mm.

  • PCB mit Zener-Dioden

    PCB mit Zener-Dioden

  • PCB mit Zener-Dioden von hinten

    PCB mit Zener-Dioden von hinten

Die Zenerdioden zu löten funktioniert sehr ählich wie bei den Widerständen, ist aber ein ganz kleines Bisschen schwerer. Wenn Du die Löcher genauer betrachtest, werden dir zwei Unterschiede auffallen:

  1. Zwei von ihnen sind quadratisch. Sie können genauso verlötetet werden, wie die Widerstände aus dem vorherigen Schritt.
  2. Zwei von ihnen sind rund und sehen ein bisschen wie eine Blüte aus: Sie sind direkt mit der dicken Kupferschicht auf der Seite auf die Du gerade schaust verbunden. Es wird sehr viel mehr Zeit als bei den anderen Lötstellen kosten, um die große Kupferschicht zu erhitzen, also nimm dir hier ruhig etwas mehr Zeit.
  • mikroskopische Sicht auf das problematische Loch

    mikroskopische Sicht auf das problematische Loch

  • ... nach dem Löten

    ... nach dem Löten

  • ... nach dem Abschneiden

    ... nach dem Abschneiden

Resetwiderstand[Bearbeiten]

  • Resetwiderstand und ISP-Stecker im Schaltplan (Der ISP-Stecker wird in dieser Anleitung nicht gelötet.)

    Resetwiderstand und ISP-Stecker im Schaltplan (Der ISP-Stecker wird in dieser Anleitung nicht gelötet.)

Der Resetpin bekommt einen 10 kOhm-Widerstand R12 an die 5 V-Leitung. Für die richtigen Farbcodes kannst du wieder in der Tabelle nachschlagen. Die Orientierung ist nicht relevant.

Name Wert Farbcode
R12 10 kOhm
braun-schwarz-schwarz-rot-braun

Ansonsten sollte dir das weitere Vorgehen hier klar sein. Wenn nicht, lies nocheinmal oben nach.

  • Resetwiderstand...

    Resetwiderstand...

  • ...nach dem Löten

    ...nach dem Löten

Säulenvorwiderstände[Bearbeiten]

  • Säulenvorwiderstände und Säulensteckverbinder im Schaltplan

    Säulenvorwiderstände und Säulensteckverbinder im Schaltplan

Wenn Du einen Bausatz gekauft hast, oder einen Workshop besuchst, hast Du wahrscheinlich schon die richtigen Widerstände. Es sollten neun Widerstände mit dem gleichen Wert vorhanden sein. Löte sie auf die Plätze von R1 bis R9.

Wenn Du deine eigenen LEDs verwenden möchtest, oder aus irgendeinem Grund nicht die passenden Widerstände hast, musst Du aufpassen: Die idealen Vorwiderstände müssen für jede LED-Farbe neu angepasst werden. Du bist immer auf der sicheren Seite, wenn Du einen höheren Wert wählst, aber eventuell ist der Cube dann nicht so hell wie Du ihn gerne haben möchtest. Wenn Du dich näher informieren möchtest, kannst Du diese Seite lesen: LED Cube/Column Resistors in Detail. Alternativ sind in der nachfolgenden Tabelle empfohlene Werte der Vorwiderstände gebräuchlicher Farben und Spannungen aufgelistet.

Farbe Vorwärtsspannung Widerstandswert
(bester @15 mA)		 Farbcode
Rot 1.9 V 120 Ohm
braun-rot-schwarz-schwarz-braun
Blau 3.0 V 56 Ohm
grün-blau-schwarz-gold-braun
Weiß 3.0 V 56 Ohm
grün-blau-schwarz-gold-braun
  • Beispielwiderstände:

    Beispielwiderstände:

  • gebogen,

    gebogen,

  • gesteckt,

    gesteckt,

  • von hinten,

    von hinten,

  • und nach löten und abschneiden.

    und nach löten und abschneiden.

Säulen- und Ebenenanschluss[Bearbeiten]

  • Ebenenanschlüsse und Transistorarray im Schaltplan

    Ebenenanschlüsse und Transistorarray im Schaltplan

Nun füge die Säulen- und Ebenenanschlüsse an die Stellen CONN1 und CONN10. Dieser Schritt ist optional und wahrscheinlich der nervigste Schritt des Bausatzes, aber denke zwei mal darüber nach bevor Du ihn überspringst: Die Anschlüsse erlauben dir deinen Cube an- und abzuschließen, ganz ohne teures Equipment. Das ist für Reperaturen sinnvoll, die eventuell nicht möglich sind, wenn der Cube angeschlossen ist. Aber es ist deine Wahl - Diesen Schritt zu überspringen hat keine anderen Auswirkungen.

Bevor wir die Anschlüsse verlöten können, müssen wir sie erst voneinander trennen. Dies kannst Du mit einem Skalpell oder einem Seitenschneider machen. Du brauchst neun einzelne Pinanschlüsse und einen Dreipinanschluss. Wenn Du willst, kannst Du auch das Plastik von ihnen entfernen. Nun stecke einen nach dem anderen auf die Platine und verlöte sie. Die Ausgangsdrähte müssen hinterher nicht abgeschnitten werden. Eventuell möchtest Du einige der Lötstellen noch einmal erhitzen und an ihnen wackeln, wenn die Anschlüsse nicht gerade genug sind.

  • der erste Ebenenanschluss in der rechten oberen Ecke

    der erste Ebenenanschluss in der rechten oberen Ecke

  • der gleiche Anschluss in der linken oberen Ecke

    der gleiche Anschluss in der linken oberen Ecke

  • nach dem Verlöten von allen Anschlüssen

    nach dem Verlöten von allen Anschlüssen

Kondensatoren[Bearbeiten]

Wir benötigen vier Kondensatoren, zwei 100 nF (C1, C2) und zwei 22 pF (C3, C4). Betrachte den Schaltplan auf der linken Seite, oder die untere Tabelle, um die Werte und Positionen zu erfahren. Auch hier sind alle vier Bauteile symmetrisch, damit ist die Ausrichtung irrelevant.

Um die Kondensatoren nahe an der Platine zu halten biege die Beine etwas nach außen (ungefähr 10 bis 20 Grad), bevor du die Platine umdrehst.

Name Wert Markierung
C1 100 nF (104 ≙ 10 * 10^4 pF = 100 nF)
C2 100 nF (104 ≙ 10 * 10^4 pF = 100 nF)
C3 22 pF (220 or 22 ≙ 22 * 10^0 pF = 22 pF)
C4 22 pF (220 or 22 ≙ 22 * 10^0 pF = 22 pF)
  • PCB mit Kondensatoren

    PCB mit Kondensatoren

Quarz[Bearbeiten]

Nun löte den 16 MHz Quarz U3 an. Die Ausrichtung ist wieder nicht wichtig.

  • 16 MHz Quarz

    16 MHz Quarz

  • 16 MHz Quarz

    16 MHz Quarz

  • PCB mit Quarz

    PCB mit Quarz

Transistorarray[Bearbeiten]

Nun fügen wir das Transitorarray U2 hinzu.

  • ULN2003A

    ULN2003A

Als erstes müssen wir sicherstellen, dass es auch passt. Wenn Du einen Blick auf das folgende Bild wirfst, kannst Du sehen dass der IC im Auslieferungszustand etwas zu weit nach außen stehende Pins hat.

  • ULN2003 im Vergleich zum Lochabstand auf dem PCB

    ULN2003 im Vergleich zum Lochabstand auf dem PCB

Um sie gerade zu bekommen, nimm den IC mit beiden Händen und lege ihn auf einen gerade Untergrund. Dann biege ihn langsam nach vorne bis die Beine gerade sind.

  • Geradebiegen der Beinchen des ULN2003A

    Geradebiegen der Beinchen des ULN2003A

Nun guck ob es passt.

Überprüfe vor dem Verlöten, dass die Einkerbung richtig ausgerichtet ist. Du wirst eine Einkerbung auf dem IC finden und eine auf der Platine.

Microcontrollersockel[Bearbeiten]

Verlöte nun den Sockel für den Microcontroller U1. Wie beim Transistorarray hat auch er eine kleine Markierung, die auf der gleichen Seite der Markierung auf dem PCB sein sollte.

Wenn der Sockel nicht in die Platine passt und Du mehr Gewalt anwenden musst, als Du es bei einem scharfen Messer beim Zwiebelnschneiden tun würdest, dann zeigen nicht alle Pins gerade runter. Dies ist normal und Du kannst einfach die Pins nehmen, die nicht passen, und sie geradebiegen.

  • der Sockel

    der Sockel

  • Markierung am PCB

    Markierung am PCB

  • Markierung am Sockel

    Markierung am Sockel

  • PCB mit Sockel

    PCB mit Sockel

USB-Socket[Bearbeiten]

Nun löte den USB-Socket an. Dies sollte jetzt einfach sein. Du musst die zwei großen Verbindungen an der Seite auch festlöten und sie nicht nur reinstecken, um die Stabilität zu erhöhen.

  • USB-Sockel...

    USB-Sockel...

  • ...eingelötet (Sicht von oben

    ...eingelötet (Sicht von oben

  • und von unten)

    und von unten)

Bootloader-Jumper[Bearbeiten]

Nun benötigen wir den Jumper CONN12 für den Bootloader.

  • Die Pinreihe mit Jumper...

    Die Pinreihe mit Jumper...

  • ...eingelötet.

    ...eingelötet.

  • In dieser Position wird nach einem Neustart des Mikrocontrollers der Bootloader angesprungen.

    In dieser Position wird nach einem Neustart des Mikrocontrollers der Bootloader angesprungen.


Das war der erste Teil des Tutorials. Hier geht es weiter: Teil 2: Cube Lötanleitung.

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