Soudage de la carte mère

La carte mère est beaucoup plus grosse que le pont en H et demandera plus de temps de soudage. Par contre, elle n'est pas plus difficile à monter. En fait, comme il y a moins de variabilité dans la hauteur des pièces, le montage pourra même s'en trouver facilité. À noter cependant que l'orientation des pièces est importante dans beaucoup de cas et une erreur d'inattention lors du positionnement sera difficile à corriger. Il faut demeurer vigilant lors du montage. Le fait de travailler en équipe pour se corriger mutuellement est souhaitable.

L'ordre de montage est le suivant:

On débute encore par les résistances de ¼ de watt. Il y en a 21 au total. Leurs positions seront ici données dans le sens horaire pour faciliter le repérage sur le circuit imprimé. Un premier groupe de 3, toutes de 10K (Digi-Key: S10KQTR-ND - code de couleur: brun-noir-orange), doivent être soudées dans la section identifiée «Mémoire» qui se situe dans le haut de la carte du côté droit. Il y a de la place sur le circuit imprimé pour souder 4 résistances à cet endroit, mais on évitera de souder celle complètement au haut, car elle est utile dans un mode de fonctionnement de la carte qui causera des problèmes plus tard dans la session. Si vous la soudez, ce n'est pas tellement grave puisqu'on peut facilement la couper plus tard. Environ 2 ou 3 centimètres plus bas, il y a un espace prévu pour une résistance de 1.5K (1K5 sur la carte) (Digi-Key: S1.5KQTR-ND - code de couleur: brun-vert-rouge) dans la section «Alimentation». Un centimètre encore plus bas et légèrement à gauche, on retrouve un endroit pour un autre groupe de 4. Les deux du milieu ont une valeur de 68 ohms (Digi-Key: S68QTR-ND - code de couleur: bleu-gris-noir), celle du haut de 1 méga-ohms (1M) (Digi-Key: S1MQTR-ND - code de couleur: brun-noir-vert) alors que celle du bas est de 1.5K. Tout au bas, à un ou deux centimètres du centre, on remarque une place pour cinq résistances, quatre de 10K et l'autre de 1.5K. Un centimètre plus à gauche, près de l'inscription «USB-ASP», se trouve un endroit pour une résistance de 10K. Un centimètre vers le haut et légèrement vers la droite, il y a une place pour une résistance de 10K. À deux centimètres des bords inférieur et gauche de la carte, on retrouve une place pour une résistance de 1.5K dans la section identifiée «État». Juste à gauche se trouve la section «Reset» dans laquelle une résistance de 10K devra être montée. Tout juste au-dessus et quelque peu à droite, on peut apercevoir qu'une autre résistance de 10K sera nécessaire dans cette section appelée «AREF» (pour référence analogique). Toujours en remontant d'un centimètre pour atteindre la section «Del Libre», on remarque une position prévue pour une résistance de 1.5K. Enfin, toujours en se rapprochant du coin supérieur gauche, la section «Interrupt» comporte des trous pour recevoir deux résistances, une de 1 méga-ohms et l'autre de 10K.

Les signaux D+ et D- circulant dans un câble USB doivent avoir une tension entre 2.8 et 3.6 volts. Abaisser légèrement la tension d'un signal peut être résolu par l'utilisation de diodes Zener (Digi-Key: 1N5227BDICT-ND). Il faut bien remarquer que les diodes sont polarisées. La bande blanche ou noire (selon le modèle) sur une des extrémités permet d'en indiquer le sens (cathode). Cette polarité est aussi indiquée sur la carte mère par une bande blanche sur le symbole à l'endroit où une diode doit être soudée. Il faudra donc aligner cette bande avec la bande blanche ou noire de la diode afin de placer la composante dans le bon sens. Aux fins d'illustration, la photographie montre d'ailleurs une diode de chaque modèle, celle du haut avec la bande noire et celle du bas avec la bande blanche. Les deux que vous avez sont probablement identiques et cela ne change rien à la fonctionnalité. Elles seront à placer dans le coin inférieur droit de la carte. Une première se trouve entre les deux résistances de 68 ohms. La deuxième sera juste un peu plus bas, environ 1 cm, et légèrement à droite.

Il y a une diode de type redresseuse noire avec bande grise (Digi-Key: 1N4003-E3/54GICT-ND) à souder. Attention, une diode est polarisée! Il faut aligner la ligne grise de la diode avec la ligne blanche sur le dessin du circuit imprimé. Cette diode se trouve tout juste en haut de l'emplacement pour le ATmega8 et juste à droite de l'inscription DbgEN presque au centre de la plaque. Cette diode fait que le ATmega8 ne sera pas alimenté si un câble USB ne relie pas la carte au PC. En effet, le ATmega8 n'est d'aucune utilité dans ce cas et l'on veut éviter qu'il consomme inutilement de l'énergie.

Comme cette carte comporte deux microcontrôleurs AVR, on retrouve 2 cristaux pour générer les oscillations d'horloge. Le plus gros AVR, un ATmega324PA, tournera à 8 MHz. Son cristal (Digi-Key: 300-8483-ND) est situé juste sous celui-ci (repérer un ovale au tiers de la hauteur et au centre sur le circuit). Le second cristal, de 12 MHz (Digi-Key: 300-8492-ND), sera pour le plus petit AVR, celui de programmation, un ATmega8. Il est situé ici aussi sous le microcontrôleur. Par rapport au premier, il est légèrement plus bas (d'environ 2 cm et plus vers la droite (d'environ 1 cm). Bien les enfoncer dans la carte avant de faire les soudures.

L'alimentation de la carte est rectifiée ce qui signifie que la polarité d'alimentation a peu d'importance puisqu’un redresseur de tension, le DB103 (Digi-Key: DB103-BPMS-ND), se chargera de la remettre dans le bon sens si elle se présente inversée. Il s'agit, en fait, d'un pont redresseur classique formé de 4 diodes, mais regroupées dans une seule puce. Elle doit être placée à environ 1.5 cm du bord droit de la plaque, à mi-hauteur. Bien respecter la polarité en suivant ce qui est inscrit sur la pièce et sur le circuit imprimé.

L'alimentation du circuit a la caractéristique d'être également régulée ce qui signifie que même si l'alimentation de la carte varie entre 6 et 10 volts, la tension de fonctionnement interne sera rabaissée et stabilisée à 5 volts. Ce comportement fortement souhaitable est rendu possible par le recours à un régulateur de tension. Dans notre cas, il s'agit du LP38691 de la compagnie National Semiconductor (acheté depuis par Texas Instruments) (Digi-Key: LP38691DT-5.0/NOPB-ND). Cette pièce est la seule du circuit qui est de type «montage en surface» (surface mount). Autrement dit, les broches de la puce ne passent pas au travers du circuit imprimé pour être soudées en dessous. Au contraire, il vous faudra stabiliser la pièce et ses broches avec une pince bloquante pour qu'elle ne bouge pas durant la soudure qui sera effectuée du même côté que la pièce (voir la photographie). Il est important d'éviter de bouger les broches du régulateur par rapport au circuit avec le fer durant la soudure. Effectuer les soudures des deux plus petites broches au bas avant de faire celle plus grande au haut pour stabiliser la pièce dès le départ. Si la pièce n'est pas parfaitement alignée après ces premières soudures, il sera encore possible de réajuster la pièce avec la station de déssoudage sans trop de difficultés.

Il y a deux boutons-poussoirs à placer du côté gauche du circuit. Celui avec le bouton jaune (Digi-Key: SW401-ND) ira environ au premier tiers de la hauteur dans la section identifiée «RESET». L'autre bouton-poussoir a un bouton noir (comme sur la photographie) ou un bouton blanc (même numéro de pièce de toute façon: Digi-Key: EG1827-ND). Il ira environ aux deux tiers de la hauteur dans la section «Interrupt». Ces interrupteurs n'ont pas de polarité ni d'orientation. Ils fonctionneront, peu importe la façon dont vous les enfichez. Il faut replier les broches de métal sous le circuit avant de procéder à la soudure.

Il y a quatre condensateurs de 18pF (Digi-Key: 490-3632-ND) à placer sur le circuit. Les deux premiers sont situés l'un au-dessus de l'autre juste à droite du cristal de 8 MHz du plus gros des microcontrôleurs. Les deux autres prennent place de chaque côté du cristal de 12 MHz du microcontrôleur de programmation et légèrement vers le bas. Ces condensateurs de type céramique sont bleus et portent une inscription assez cryptique du manufacturier. Il faut la fiche du manufacturier pour donner un sens à cette inscription, mais il s'agit d'un détail qui a peu d'intérêt ici. Il faut simplement savoir que ces condensateurs ne sont pas polarisés ce qui signifie que l'insertion sur le circuit peut se faire dans n'importe quel sens. Bien repérer les inscriptions «18p» sur le circuit pour éviter les erreurs de positionnement. Attention de ne pas casser le condensateur en écartant trop rapidement les broches l'une de l'autre. La pièce est fragile.

Une inductance noire (Digi-Key: DN42077-ND) est située juste au-dessus du ATmega324PA, à droite de l'inscription «Polytechnique» sur le circuit imprimé. Il faudra replier les broches à la manière des résistances pour les enfoncer dans le circuit imprimé. Une inductance n'a pas de polarité.

Il y a 3 supports («socket») de puces sur ce circuit. Ils sont très utiles puisqu'on peut y enfoncer des puces simplement avec les doigts. On ne peut donc pas brûler la puce en soudant puisque seul le support est soudé. De plus, si l'une d'elles est défectueuse, son remplacement est facilité. Le premier support est pour le microcontrôleur AVR ATmega324PA au centre du circuit et comporte 40 broches (Digi-Key: ED90059-ND). Le second est pour l'AVR de programmation qui est un peu plus bas. Il comporte 28 broches (Digi-Key: ED90054-ND). Le dernier comporte 8 broches (Digi-Key: ED90048-ND) et sert à recevoir une mémoire. Comme ce support est légèrement plus haut que les deux premiers, il convient de le souder en dernier. Il est situé vers le coin supérieur droit à environ 2 cm des bords droit et supérieur. Ces supports sont aussi polarisés (en fait, ils ne le sont peut-être pas vraiment, mais les puces qu'ils recevront le seront!). Ils doivent donc être placés en alignant les petits demi-cercles sur un des côtés courts des supports avec les marques correspondantes sur le circuit imprimé. On évitera de placer les puces sur les supports pour l'instant pour éviter de nuire aux activités de soudure.

L'utilisation de condensateurs de 0.1 µF (100 nF) (Digi-Key: BC1621-ND) est très courante sur des circuits. Le présent circuit en comporte 11 et ils vont dans les positions identifiées 100n. Ceux que vous avez sont gris ou bleu poudre sur les photographies (le manufacturier en a changé la couleur, mais non la fonctionnalité). Ils sont rectangulaires et font partie de la classe technologique dite «à film plastique». Quatre doivent aller tout au haut du circuit à intervalles réguliers d'environ 2 centimètres, un pour chaque port de sortie du microcontrôleur principal. Un autre se situe à gauche du support pour la mémoire. Attention, éviter d'en placer un tout près du bord droit dans la section «Alimentation». Cet espace est prévu pour un condensateur de 1 µF qui sera monté plus tard. Trois autres sont près du microcontrôleur de programmation soit à sa gauche, juste en dessous et au-dessus. Le microcontrôleur principal est lui aussi entouré de 3 condensateurs, un juste en dessous au centre, les deux autres côte à côte au-dessus près de l'inscription indiquant le numéro de révision de la carte.

Un potentiomètre peut-être utilisé pour régler la référence du comparateur analogique interne du ATmega324PA. Votre potentiomètre est une pièce de couleur bleu turquoise comme sur la photographie (Digi-Key: 3296Y-1-103LF). Il pourrait aussi être d'un bleu royal (Digi-Key: 3296Y-1-103LF). Il comporte 3 broches en dessous et une micro-vis sur le dessus pour permettre l'ajustement d'une résistance interne variable de 10K. Cette pièce sera soudée à environ 1 cm du bord gauche et à mi-hauteur du circuit (dans la section «AREF», juste à gauche du côté droit du microcontrôleur principal).

Il y a trois diodes électroluminescentes (DEL) sur ce circuit. Des cercles indiquent l'emplacement. Notez qu'une diode est polarisée. Il vous faudra donc aligner le côté plat des diodes avec le côté aplati du cercle sur le circuit imprimé comme le montre la première photographie plus bas. La première diode, verte (Digi-Key: 67-1101-ND), doit aller à environ 2 centimètres du bord droit, au tiers de la hauteur, juste au-dessus d'une résistance de 1.5K soudée précédemment. Les deux autres ont une apparence mi-transparente mi-givrée (Digi-Key: 160-1038-ND). Une d'elles est collée sur le bord gauche à mi-hauteur dans la section «Del libre». L'autre est dans l'espace «État», un centimètre sous le coin inférieur gauche du microcontrôleur principal.

L'interrupteur de mise sous tension de la carte en est un de type à glissière (slide switch) (Digi-Key: EG1903-ND). Il doit être monté près du bord droit de la carte, à peu près à mi-hauteur, juste sous l'inscription OFF/ON. Son orientation n'a pas d'importance.

Un point de test tel (Digi-Key: 5011K-ND) que ceux utilisés pour le circuit du pont en H se trouvent également sur la carte mère. Il est noir et il doit être placé juste sous le trou prévu pour une vis dans le coin supérieur droit de la carte.

Des connecteurs IDC tels qu'employés pour le pont en H sont également utilisés ici pour la carte mère. On utilisera la bande à simple rangée (Digi-Key: S1012E-36-ND) pour couper 5 morceaux de 2 broches et un de 3 broches. On les soudera sur le circuit à des emplacements dispersés sur la carte mère. Il faut souder les parties courtes des broches avec le circuit imprimé. Il faut laisser les parties longues libres pour que des connecteurs femelles puissent éventuellement venir s'y enficher. Le premier emplacement identifié MemEN est près du coin supérieur droit du microcontrôleur principal. L'emplacement DbgEN est près du coin supérieur gauche du microcontrôleur de programmation. Le coin inférieur gauche de la carte a deux positions, VtgEN et PrgSEL, pour recevoir deux autres IDC. PrgSEL est celle qui recevra le morceau de trois broches. La section identifiée «Del Libre» contient des marques + et - qui doivent recevoir un IDC ce qui se situe près du coin supérieur gauche de ATmega16. Un centimètre plus haut, l'inscription IntEN donne la position du dernier morceau de 2 broches. Des connecteurs IDC à double rangé (Digi-Key: S2012E-36-ND) seront utilisés également. Quatre d'entre eux seront soudés tout au haut de la plaque alors que le dernier ira dans le coin inférieur gauche. Il vous faudra couper 5 morceaux de 10 broches (5 pour chaque rangé) correspondant aux ports A, B, C et D du ATmega324PA et un pour le «In-System Programming» (ISP-10) au bas. L'ISP et utilisé pour programmer les microcontrôleurs quand on ne peut avoir accès au port USB.

Les gros connecteurs peuvent sembler faciles à souder, mais ils sont parfois source de problèmes. On commencera par le connecteur USB (Digi-Key: ED90064-ND) tout au bas à droite. On poursuivra avec le connecteur 2.1 mm (Digi-Key: CP-102AH-ND) pour l'alimentation qui se trouve juste au-dessus. Les trous sur le PCB peuvent sembler trop gros par rapport aux broches de ce connecteur 2.1 mm qui est fabriqué par la compagnie CUI. Par contre, si le même connecteur était de la compagnie SwitchCraft, les trous seraient juste de la bonne dimension. Dans le but de ne pas dépendre d'un fournisseur en particulier, des trous pouvant accepter l'un ou l'autre ont été prévus. Donc, on prendra soin de souder les broches du 2.1 mm avec les parties hautes des trois trous de manière à éloigner ces deux connecteurs le plus possible l'un de l'autre. De cette manière, le branchement simultané des câbles d'alimentation et USB sera possible sans contact gênant entre les deux.

Les dernières soudures seront pour les gros condensateurs. L'électrolytique de 330 µF (Digi-Key: P10197-ND) va juste sous le coin inférieur droit du microprocesseur principal. Attention, respecter la polarité. Le signe plus est visible sur le circuit imprimé et la broche négative est bien identifiée sur le condensateur. Celui de 1 µF (Digi-Key: BC1622-ND) est soit gris ou soit bleu poudre (comme sur la photographie) tout comme ceux de 0.1 µF soudés précédemment, mais est beaucoup plus gros. Il est également de type film plastique et va dans le coin supérieur droit de la carte, juste sous le point de test noir soudé plus tôt. Ici, il n'y a aucune polarité à respecter. Le dernier est un électrolytique polarisé de 220 µF (Digi-Key: P10296-ND) est à placer dans le cercle prévu pour l'accueillir juste sous celui de 1 µF.

Prendre 5 cavaliers (jumpers) (Digi-Key: A26242-ND) pour les placer sur quelques connecteurs IDC de manière à court-circuiter quelques paires de broches. À remarquer que ces cavaliers sont dotés d'une languette qui facilite leur retrait. La véritable configuration changera au moment de la programmation de la carte, mais pour l'instant, on placera un cavalier sur les positions suivantes: IntEN, MémEn, DbgEN et VtgEN. On en placera aussi un sur les deux broches de droite du connecteur PrgSEL.

Placer les microcontrôleurs ATmega324PA (Digi-Key: ATmega324PA-PU-ND), ATmega8 (Digi-Key: ATmega8-16PU-ND) et la mémoire 24LC512-I/P (Digi-Key: 24LC512-I/P-ND) dans les supports que vous avez soudés précédemment pour accueillir ces pièces. Vous aurez probablement à refermer quelque peu les broches pour que l'alignement soit correct par rapport aux trous des supports. Bien respecter l'orientation des puces en repérant les demi-cercles sur les côtés courts des puces pour les placer du même côté que les marques correspondantes sur le circuit imprimé et les supports.

Demander au chargé de laboratoire ou au répétiteur de faire une inspection visuelle de vos circuits avant d'aller plus loin. Il faut éviter de brûler des puces inutilement. Le chargé ou le répétiteur pourra vous demander de corriger des soudures. Si tout va bien, il pourra vous installer le micrologiciel et configurer votre carte.

Tout est maintenant en place pour relier la carte mère au PC par un câble USB. La DEL verte près du connecteur USB, tout comme celle donnant l'état du système près du ATmega8, devrait s'allumer ou s'éteindre indépendamment de la position de l'interrupteur principal du circuit (qui est près du connecteur d'alimentation 2.1 mm). Il s'agit de tests très simples, mais qui en disent déjà passablement sur la qualité de votre travail.

Le résultat final: