OpenDCC Handregler - Bauanleitung

Einleitung, Modellwahl

    Die Platine deckt verschiedene Einsatzfälle ab. Vor der Bauelementebeschaffung und dem Aufbau sollte man sich genau überlegen, welchen Einsatzzweck der Handregler haben soll, bitte hierzu die Hinweise bei der Stromversorgung beachten. Dann streicht man im Bestückungsdruck und Stromlauf alles aus, was man nicht haben will. Die Stückliste enthält Informationen über Alternativen und nicht bestückte Bauteile. (Tipp: man kann die ungewünschten Optionen auch im eagle Schaltplan löschen und dann die Bestückung neu ausdrucken. (für eine leitungsgebundene Version bitte per mail melden)) Zur leichteren Orientierung sind die jeweilen Widerstände, Spulen und Kondensatoren zu einem Chip numerisch geordnet (Beispiel: IC3, R30, R31, usw.)

    Der Regler wurde mit kleinen SMD Bauteilen mit teils winzigen Pin-Abständen (Pitch 0,5mm bei den LTC-Chips für die Funkvariante) entworfen. Entsprechende Löterfahrung und Ausrüstung sind daher notwendig.

Vorarbeiten

    In der Platine ist ein SMD Encoder Typ Alps EC11 mit 30/15 Schritten und 1.5Ncm Rastmoment vorgesehen. Sollte dieser nicht vorhanden sein, so muß die Alternative vorbereitet werden:
    a) Alps EC11 in Durchstecktechnik: die Löcher sind ab Platinenversion 1.4 bereits vorgesehen.
    b) Elma E33 (SMD): Es wurden die Pads und Bohrungen vorgesehen. Zum Einbau ist das Durchtrennen von 4 Leiterbahnen und das Schließen von 4 Lötbrücken erforderlich. (Bei älteren Platinen ist der Umbau hier beschrieben)
    c) Andere Drehgeber: Zum Einbau anderer Drehgeber sind die Anschlüsse seitlich auf die mit A, B (Phasensignale), S (Taster) gekennzeichneten größeren Vias gelegt.

    Vor dem Einlöten des Drehgebers kann es je nach Ausführung des Drehgebers bzw. Knopfes erforderlich sein, die Achse zu kürzen. Hierzu wird der Drehgeber an der Achse (nicht am Gehäuse) in den Schraubstock gespannt und die Achse entsprechend abgelängt. Das Achslager vor dem Sägen mit Isolierband abkleben, damit keine Späne eindringen.

    Wenn das Teko TBT B9 als Gehäuse verwendet wird, dann sind am unteren Rand der Platine die beiden Ecken bis zur Markierung im Kupfer abzufeilen (rote Pfeile).
    Abschließend die Platine optisch auf Ätzfehler absuchen. Überflüssiges Lötzinn von der Rollverzinnung sollte vor dem Anlöten aufgenommen werden, speziell bei den DFN- und QFN-Gehäusen ist dies notwendig.

    Vorbereiten der Tasten: Fünf normale Tasten (Softkeys und die Nothalttaste) werden zu beleuchteten Tasten 'getunt'.
    LED Montage LED in der Taste leuchtend (@15mA)
    Man biegt hierzu bei einer 3mm Dual Color LED (mit 2 Anschlüssen, der längere ist Anode für rot) die Beinchen scherenförmig zur Seite auseinander und fädelt diese durch die (auch bei unbeleuchteten Tasten vorhandenen) Drahtführungen seitlich am Tastergehäuse durch. Unbedingt die Polarisierung der LED vermerken (roter Folienstift), sonst stimmt hinterher die Farbzuordnung rot-grün nicht. Der Lange Draht (= Anode ROT = Pin 6 = LEDX, also immer diejenige Seite, welche zum Widerstand führt) zeigt bei den Softkeys zum oberen Platinenrand, bei der Stop-Taste zum unteren Platinenrand. Die Anschlußdrähte werden später dann so in der Platine verlötet, dass der Knopf des Tasters noch frei beweglich ist. Beleuchtete Taster werden mit einer Klarsichtkappe ausgerüstet.
    Bei den Tasten des Navi-Sterns unbedingt auf die Tastenorientierung achten, das Gelenk muß jeweils innen sein, die abgeflachte Seite außen.

Bestückung, Teil 1: Spannungsregler

    Die für die aktuell gewählte Stromversorgung benötigten Bauteile werden zuerst bestückt. Es wird mit den 'schwierigen' SMD Bauteilen begonnen. Siehe hierzu die Hinweise zum Löten von QFN-Gehäusen. Das Center-Pad muß gut verlötet sein, der Chip führt die Wärme über diesen Anschluß ab.
    Unbedingt vor dem Bestücken weiterer Bauteile die Löststellen gründlich kontrollieren (am besten mit dem Mikroskop!).
    Nun die zu den Spannungsreglern gehörenden Kondensatoren, Spulen und Widerstände bestücken. Die Ferritbeads (z.B. Reichelt BLM18PG 300) dienen zur Entstörung.
    Hinweis (f. V1.0): statt R130 wird eine Schottkydiode mit mind. 500mA (z.B. PMEG2010, 20V, 1A) eingelötet.

Test, Teil 1:

    Platine nochmals optisch kontrollieren (wichtig!), dann mit Strom aus einem Labornetzteil versorgen und alle Spannungen kontrollieren. Bei der Ausbaustufe mit Li-Ion auch die Übernahme zwischen den verschiedenen Versorgungen prüfen.

Bestückung, Teil 2: Prozessor, Interface

    Erst nachdem die Stromversorgung überprüft ist, wird der Rest der Bauteile bestückt. Hierzu ist wenig zu sagen, man beginnt mit den kleinen Bauteilen, Tasten und Drehgeber am Schluß. Die Anschlußpins der Nothalttaste müssen so gekürzt werden, dass diese nicht nach unten herausragen - dort sitzt der USB Chip.
    Wenn BAS70-05 nicht beschaffbar ist, dann ist BAT54-C oder BAR 43C (das C ist jedesmal wichtig) ein möglicher Ersatztyp.

    Bauteile immer zuerst mit einem Pin anheften und ausrichten, dann verlöten. Die Platine nach dem Bestücken mit Alkohol reinigen (wichtig!) und gründlich optisch kontrollieren. Die meisten Fehlerberichte, welche mich bisher erreichten, hatten ihre Ursache im mangelhaften Lötstellen, Kurzschlüssen und fehlenden Bauteilen!
    BestückungsseiteLötseite

Lötbrücken

    Nach Abschluß der Bestückung sind die Lötbrücken gemäß gewünschter Konfiguration und Ausstattung zu schließen.

Displayanschluß

  • EA DIP204B-4NLW (blau mit weißer Hintergrundbeleuchtung)
    Das Modul muß zuerst auf synchrone serielle Daten umgestellt werden. Dazu muss die Wechsellötbrücke 4/8 auf der Modulrückseite geöffnet und auf SPI geschlossen werden.
    Der Kontrast wird bei diesem Display gegen VDD geregelt (SJ3 geschlossen, SJ4 offen), das Poti hat 2,5kOhm. Die LED erfordert 3,4V, es muß also der LT3465 bestückt werden.
    In der Datei config.h muß die Zeile
    #define DISPLAY CHAR_LCD_KS0073
    aktiviert werden.
  • EA DOGM128x64 oder Batron BTD12864
    Die entsprechende Lötbrücke (R113) muß geschlossen werden; das Kontrastpoti ist nicht erforderlich. Je nach Backlight und Schaltung (Serienschaltung oder Parallelschaltung) ist eine höhere Spannung erforderlich, es muß dann der LT3465A bestückt werden.

Test, Teil 2:

    Die Baugruppe wird nun erneut mit einem Labornetzteil in Betrieb genommen und die Ruhestromaufnahme (ca. 10mA) gemessen.

Fuses

    Der AT90can128 hat die Signatur 0x1E 0x97 0x81.

Bootloader

    Das Bootloaderprogramm muß mit Ponyprog oder AVRISP in den Prozessor geladen werden. Hierzu steckt man das Programmiergerät von der Lötseite auf die Platine. Achtung, beim AT90can128 liegen die ISP-Pins nicht auf MISO/MOSI, sondern auf der seriellen Schnittstelle 0. Deswegen muß während des Einspielen des Bootloaders die Lötbrücke R110 (grün eingekringelt) offen sein. Des weiteren muß während des Einspielens die Lötbrücke SJ1 geschlossen werden, das An- und Abschalten per Tastendruck funktioniert logischerweise nicht während des Einspielens des Bootloaders. (Oder man drückt einfach den STOP-Taster mittels einer kleinen Federzwinge permanent.)
    Ich bestücke die ISP Steckstifte normalerweise nicht, sondern stecke einen 6-poligen Stiftstecker mit Wrap-Stiften in die Platine, verkante etwas und sorge mit einer Federzwinge für etwas Anpressdruck. Nach dem Laden des Bootloader wird dieser mit gedrückter 'Shift'-Taste beim Einschalten aktiviert. Angesprochen wird der Bootloader mit dem Programm AVROSP über die serielle Schnittstelle, Einstellung 19200 Baud, 8N1
    Beim Starten des Bootloaders wird die Softkey-Taste A auf rot angesteuert. Der aktivierte Zustand (also nach Drücken der Shifttaste) des Bootloaders wird durch das grüne Leuchten der Softkey-Taste A angezeigt. Rot ist also normalerweise nur als kurzer Puls sichtbar. Wenn der Bootloader Daten empfängt, wandert der grüne Leuchtpunkt bei jedem empfangenen Byte um eine Stelle nach rechts.
    Wenn der Regler versehentlich mit Bootloader eingeschaltet wurde, so kann mit der Softkey-Taste D wieder ausgeschaltet werden.

USB Initialisieren

    Der USB Chip setzt USB Signale auf RS232 um. Hierzu muß er vorher mit der richtigen Vendor-ID und Device-ID initialsiert werden. Nach der Initialisierung muß der Regler als USB-IF OpenDCC Throttle V1.0 im Device Manager von Windows erscheinen.
    Hinweis: der Reset des USB-Chips wird vom Atmel kontrolliert, deshalb muß zuerst der Bootloader eingespielt werden, damit die Resetleitung des USB-Chips freigegeben wird.

Testsoftware einspielen

    Wenn die Inbetriebnahme bis hierher geklappt hat, wird es Zeit, das erste Applikationsprogramm zu laden. Hierzu wird die Platine mit gedrückter Shift-Taste eingeschaltet, um den Bootloader zu aktivieren. Leider hat Atmel ab dem Studio 4.14 die partfiles nicht mehr kompatibel zum AVROSP gehalten. Also muß man bei neuem Studio entweder die partfiles aus dem altem Studio für den Download entnehmen oder auf ein besseres Bootprogramm umsteigen, wie z.B. AvrOspII.

Funkmodul

    Bevor man das XBEE-Modul einsetzen kann, muß dieses zuerst konfiguriert werden. Hierzu verwendet man entweder den Adapter von Digi.com oder das Gateway. Bei der Konfiguration kann man gemäß dieser Anleitung forgehen.

Besondere Hinweise zur (alten) Version 1.1 des Layouts (gilt auch für 1.0)

  • Beim XBEE Modul sind CTS (Pin 12) und RTS (Pin 16) vertauscht. Hier ist leider eine Nachverdrahtung erforderlich. Die jeweils ursprüngliche Verbindung wird getrennt ("CUT"), und mit einer Drahtbrücke nachverdrahtet (gelbe Linie).
    Auf der Leitung CTS (Pin 12) sollte zudem ein Pullup (22k) vorgesehen werden, um ein eventuell fehlendes Funkmodul sicher erkennen zu können.
    LötseiteBauteilseite

Besondere Hinweise zur (uralten) Version 1.0 des Layouts (gilt nicht für 1.1)

  • Statt R130 wird eine Schottkydiode mit mind. 500mA (z.B. PMEG2010, 20V, 1A) eingelötet. Anode = VCCIO = innen, Kathode = VINT;
  • Die Beschriftung im Kupfer für SJ3 und SJ4 ist vertauscht. Im Bestückungsdruck ist es korrekt.
  • Der Feedback-Widerstandsteiler für IC4 ist nur mit zwei Widerständen ausgeführt. Wenn R43 (=432kOhm) nicht beschaffbar ist, wird hier ein 'Zelt' aus 330k und 100k eingelötet.
  • Auf Grund eines Lib-Fehlers in der con-usb-2.lbr ist die USB-Buchse auf der Lötseite eingezeichnet, elektrisch jedoch auf der Bauelementseite angeschlossen. Hier entweder die USB-Buchse auf der Platinenoberseite bestücken oder die Platine vor dem Bestücken entsprechend vorbereiten.
  • R22, R23, R24 sind Schutzwiderstände für den Bootstecker, Wert 100 Ohm (statt wie im Stromlauf 1k)
  • Wegen einer fehlerhaften Pinbelegung ist beim Drehgeber ALPS die Drehrichtung in einer Richtung falsch. (ABC statt ACB (das wäre richtig)). Hier ist eine entsprechende Nacharbeit erforderlich.
  • Die Charge-LED des LiIon Chargers ist gegen VCCIO geschaltet. Deshalb leuchtet die LED nicht, wenn über USB geladen wird. Wenn die LED gegen +VINT geschaltet wird, dann leuchtet diese auch beim Laden über USB. Der Ladevorgang selbst ist nicht beeinflußt. mögliche Nachverdrahtung
  • R48 1MOhm sorgt für einen stabilen Abschaltzustand. Dieser fehlt noch in V1.0 und kann nachbestückt werden. mögliche Nachverdrahtung
  • Die Widerstandsteiler für den LT1117 sind wie folgt zu dimensionieren: 121 / 365 Ohm für 5V, 121 / 200 Ohm für 3,3V; R19 = 121, R14 = 365, R20 = 121, R21 = 200.
  • Der Spannungsregler LTC3522 kann unter bestimmten Umständen in die Strombegrenzung gelangen. Wenn man Pin 2 auf High legt, so ist der Ausgangsstrom höher. mögliche Nachverdrahtung