1. Der Bausatz
Der Bausatz enthält alle Teile, um einen Arduino-Clone mit
gepufferter Echtzeituhr aufzubauen. Je nach Anwendungsfall
werden nicht alle Teile benötigt! Es lohnt sich, zuerst
die ganze Anleitung durchzulesen, bevor man den Lötkolben
einschaltet.
2. Konfiguration
Die Platine kann konfiguriert
werden. Wenn man den Echtzeituhren-Teil nicht benötigt,
kann man den liken Teil der Platine an der gestrichelten Linie absägen. Dann wird D2 frei (auf
dem andernfalls die SQW-Leitung der Echtzeituhr liegt), außerdem A4 und A5, über diese Pins
findet die Kommunikation mit der Echtzeituhr über I2C statt.
Wenn man stabile 5 Volt hat, kann man auch den Spannungsversorgungsteil rechts an der
gestrichelten Linie absägen und die Spannung über die Pins 5 V
und GND
rechts
neben dem Mikrocontroller einspeisen. Oder man überbrückt den Spannungsregler, wie
weiter unten beschrieben.
3. Zuerst die Flache Bauteile
Fangen wir mit den flachen Bauteilen an. R3, R4, R5 und R7 mit 4,7 kOhm; R6 mit 820 Ohm und R1 mit 10 kOhm.
R3, R4, R5 sind Pull-Up-Widerstände für die DS1307. R6 und R7 sind Teil der
Ladeschaltung für den Speicherkondensator.
R1 ist der Pull-Down-Widerstand der Reset-Leitung.
4. Die 100 nF-Kondensatoren
Dann die kleinen 100 nF-Kondensatoren, C11, C5, C3, C4, C8, C9 und C10.
C5 ist für den Reset über den FDTI-Stecker zuständig, die restlichen
sind Entstörkondensatoren.
5. Die Schaltdioden D14-D17
Dann die 4 Schaltdioden D14 bis D17 (1N4147). Hier spielt die Richtung eine Rolle. Der schwarze
Ring auf dem Glasgehäuse der Diode muß auf dem weißen dicken Strich der Bestückungsdrucks
zum Liegen kommen.
Die Schaltdioden sind Teil der
Ladeschaltung des Speicherkondensators.
6. Den Uhrenquarz vorbereiten
Dieser Schritt ist wichtig und darf nicht übersprungen werden!
Video Lötkurs Uhrenquarz
Jetzt haben wir genug geübt, um den etwas heiklen Uhrenquarz anzulöten.
Zunächst stecken wir ihn in die zwei Löchen und biegen ihn dann so um,
daß er flach auf der silbrig glänzenden Ground Plane
zum Liegen kommt.
Dann löten wir seine Beine an.
Jetzt kommt der heikle Teil: Sein Gehäuse muß mit der Ground Plane
verlötet werden. Damit das gut geht, und der Quarz wegen zu langem Löten
nicht den Hitzetod stirbt, schmieren wir das Gehäuse mit etwas
Lötfett ein
(gibts auch im Baumarkt).
7. Das Uhrenquarzgehäuse anlöten
Dann geht man beherzt zur Sache: Mit der Lötspitze geht man quer
in den Spalt, um schnell das Gehäuse und
die Ground Plane
zu erhitzen und gibt ordentlich Lötzinn dazu.
Dieser Vorgang sollte nich länger als 1,5 Sekunden dauern!
8. Die Power-LED
Nun geht es entspannt mit der 3 mm-LED weiter. Das lange Bein (die Anode)
gehört nach oben, das kurze nach unten in Richtung Widerstand. Die LED zeigt an, ob das BBRTCAD mit
Strom versorgt wird.
9. Der 16 MHz-Quarz
Nun den 16 MHz-Quarz, der zum Glück nicht auf Ground gelötet werden muß.
10. Der Reset-Taster
Der Reset-Taster benötigt etwas Druck, damit er in der Platine einrastet. Seine Beine
kann man nach dem Eindrücken flach umbiegen. Er wird nicht zwangsweise benötigt, man
kann ihn auch weglassen.
11. Die Chip-Sockel
Nun kommen die Chip-Sockel an die Reihe. Sie haben eine Nase.
Diese Nase zeigt in Richtung der Öffnung auf dem Bestückungsdruck
(beide nach links). Die Nase hilft später beim Einsetzten der Chips
die richtige Richtung zu finden, da die Sockel ja den Bestückungsdruck
verdecken.
Achtung! Der Sockel für die Echtzeituhr (8 Pole) und der
Speicherkondensator liegen dicht bei einander. Eventuell
den Speicherkondensator probestecken, während man
die Chip-Sockel einlötet, damit er später noch passt.
12. Die 22 pF-Kondensatoren
Als nächstes löten wir die 22 pF-Kondensatoren
beim 16 MHz-Quarz ein. Die drei Bauteile bilden den Schwingkreis
für die Taktung des ATMEGA328.
13. Die Elektrolyt-Kondensatoren
Dann kommen die Elektrolyt-Kondensatoren (C6, C7) an die Reihe. Sie haben eine
Richtung, die man beachten muß. Auf dem Gehäuse ist der Minus-Pol
gekennzeichnet - dieser muß in das Loch mit dem Doppelstrich.
Diese Kondensatoren stabilisieren den Spannungsregler und müssen 47 μF oder mehr haben.
14. Der Speicherkondensator
Auch der Speicherkondensator (GC) hat eine Polung, auf
die man achten muß. Der Minus-Pol gehört in das Loch,
das mit GC-
markiert ist. GC steht für
Gold Cap, das englische Wort für Speicherkondensator.
Achtung! Wenn der Speicherkondensator festgelötet
ist, kommt man so gut wie nicht mehr an den Uhrenquarz.
Eventuell vorher die Funktion der Uhr prüfen, siehe
24. Funktionstest.
15. Der 3,3 Volt-Spannungsregler
Der 3,3 Volt-Spannungsregler ist als nächstes dran. Er sieht wie ein Transistor
aus. Die flache Gehäuseseite muß mit dem Bestückungsdruck übereinstimmen! Über ihm
ist ein Pin mit 3,3V
bezeichnet, dort kann man die geregelte Spannung abgreifen
(z.B. für einen DCF77-Empfänger).
16. Der Widerstand R16
Besser spät als nie kommt der letzte Widerstand, R2 mit 1 kOhm, allerdings
hochkant stehend. Er begrenzt den Strom für die Power-LED.
17. Die Hohlstecker-Buchse
Dann kommt die Hohlstecker-Buchse an die Reihe, falls man
das BBRTCAD mit einem Steckernetzteil versorgen möchte.
18. Der Spannungsregler
Hat man ein Netzteil mit einer Ausgangsspannung
zwischen 6,5-12 Volt, kann man den Spannungsregler
einlöten (Metallseite nach unten).
19. Arbeiten ohne Spannungsregler
Alternativ, wenn man direkt mit passenden 5 Volt
arbeitet, kann der Spannungsregler überbrückt werden.
Dazu verbindet man die beiden Löcher links und rechts (Spannungseingang und Spannungsausgang)
mit einem abgezwickten Bauteilbein. Achtung!
Das mittlere Loch ist mit GND verbunden und darf keinen Kontakt bekommen, sonst
entsteht ein Kurzschluß!
20. Der FTDI-Header
Der FTDI-Header kann dazu verwendet werden,
die Firmware auf dem ATMEGA328 zu aktualisieren.
Der kleine Pfeil unter dem Speicherkondensator
zeigt dabei den Pin für GND an.
Die Pinnleiste kann einfach durch abbrechen auf die
richtige Anzahl gekürzt werden (Break-Away-Header).
21. Reinigen der Platine
Nach dem wir fertig sind, vor dem Einsetzten der Chips,
reinigen wir die Platine mit
Isopropanol (z.B.
Teslanol® Isopropanol, Aktiv-Reiniger, 1000ml) oder Platinenreiniger von Flußmittelresten. Da Isopropanol
stark entfettet lohnt es sich, eine Handcreme bereit zu
halten...
22. Chips stecken
So sollte die Rückseite der Platine aussehen.
Dann können
die Chips gesteckt werden. Die Nase auf den Chipgehäusen
muß mit der Nase der Sockel übereinstimmen (nach links
zeigen).
23. From Prototype to Production!
Die weiße Platine wurde
mit Fritzing entworfen und als Prototyp im Friting Fab
gefertigt, die schwarze aus den Fritzing-Daten bei
einem Platinenfertiger hergestellt.
24. Funktionstest
Jetzt kann über den FTDI-Header Software mit der Ardino-IDE eingespielt werden.
Für den Funktionstest gibt es einen kleine Test-Sketch: BBRTCAD_Test_Prog.zip.
Für das Aufspielen muß als Board Duemilanove /w ATMEGA328
eingestellt sein.
Im Serial Monitor
muss bei korrekter Funktion ein Mal pro Sekunde eine fortschreitende Zeit ausgegeben werden.
Wie geht es weiter?
Mit dem BBRTCAD als Basis kann viele interessante
Uhrenprojekte aufbauen.
Binäruhr
Die Neo-Binary-Clock ist ein nettes Nachmittags-Projekt für einen verregneten Sonntag,
speziell, wenn man aus einem anderen Projekt noch NeoPixel-Streifen-Stücke übrig hat.
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Liquid-Clock
Die Liquid-Clock ist eine Uhr, welche die Uhrzeit mit Hilfe eines NeoPixel-Strips anzeigt. Ein blauer Punkt zeigt die Stunde,
ein grüner die Minute und ein roter die Sekunde. Die Punkte bewegen sich dabei fließend, daher der Name Liquid-Clock
.
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ClockPlott-DUE
Die ClockPlott-DUE ist eine Wortuhr. Sie zeigt die Uhrzeit in natürlicher Sprache mit der Hilfe von NeoPixel-Streifen an.
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Stückliste
Referenz | Anzahl | Bezeichnung | Wert | Artikel |
XTAL1 | 1 | Quarz | 16 MHz | 01933 |
XTAL2 | 1 | Uhren-Quarz | 32.768kHz; 12,5pF | 02695 |
LED1 | 1 | LED 3mm | rot | 01573 |
D14 – D17 | 4 | Diode | 1N 4148 | 00235 |
C3 – C5, C8 – C11 | 7 | Kondensator | 100nF/63V | 02185 |
C6, C7 | 2 | Elektrolytkondensator | 47µF/35V | 02053 |
C1, C2 | 2 | Keramik-Kondensator | 22pF/50V | 02388 |
GC | 1 | Speicher-Kondensator | 47.000uF | 01983 |
R1 | 1 | Widerstand 1/4W | 10 kOhm | 03402 |
R3 – R7 | 4 | Widerstand 1/4W | 4.7 kOhm | 03397 |
R2 | 1 | Widerstand 1/4W | 1.0 kOhm | 03388 |
R6 | 1 | Widerstand 0,6W/Metall | 820 Ohm | 03285 |
DS1307 | 1 | Echtzeituhr | DS 1307 | 02520 |
ATMEGA328 | 1 | Mikro-Controller programmiert | Atmega 328 | 02602 |
U1 | 1 | Spannungsregler 5V | 78 S 05 | 00443 |
U2 | 1 | Spannungsregler 3,3V | TS2950CT-3.3 | 02139 |
RESET | 1 | Kurzhub-Taster | TP54N160 | 03450 |
| 1 | Einbaubuchse 2,1 mm | DC-EBH2.1 | 03437 |
| 1 | Präzisionsfassung | DIL-8 | 01962 |
| 1 | Präzisionsfassung | DIL-28-S | 01971 |
FTDI | 1 | Stiftleiste | 1x 6-polig gerade | 03335 |
| 1 | Platine | BBRTCAD_PCB | 50020 |
NeoPixel Supporting Set | 2 | Platine NeoPixel-Helper | | 50022 |
NeoPixel Supporting Set | 2 | Elektrolyt-Kondensator | Elko 1000µF/25V | 02032 |
NeoPixel Supporting Set | 1 | Widerstand 1/2W | 390 Ohm | 03540 |
LDR | 1 | Fotowiderstand | A995011 | 00387 |
| 1 | Widerstand 1/4W | 10 kOhm | 03402 |
RTC, DCF | 2 | Widerstand 1/4W | 1.0 kOhm | 03388 |
RTC | 1 | LED 3mm | grün | 01569 |
DCF77 | 1 | LED 3mm | gelb | 01571 |
M+, M-, Mode | 3 | Kurzhub-Taster | Taster TP 0950 | 03449 |
| 1 | Platine Tasten-Anschluß | Taster_PCB | 50021 |