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Aufbauanleitung für einen 42ger-Classic-Platine

Was ist eine 42ger-Classic-Platine?

Mit der 42ger-Classic-Platine kann man eine LED-Matrix mit 11x10 LEDs aufbauen (plus 4 LEDs in den Ecken). Sie eignet sich für niedrig aufgelöste Anwendungen wie Retro-Spiele oder Anzeigetafeln.
Aufgrund ihrer Abmessungen kann man sie gut in ein Gehäuse mit den Maßen 45x45 cm einbauen.

Beispielanwendungen

Im Diskussionsforum findet man in der Galerie Beispielanwendungen für die 42ger-Classic-Platine. Dort wird einem auch geholfen, wenn man bei dem Aufbau oder der Inbetriebnahme Probleme hat.

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42ger-Classic-Platine: Die Platine

1. Die Platine

Hier sieht man die Platine, sie ist mit einem Coprozessor, einem X-Bee-Modul und einem DCF77-Empfänger erweiterbar.

Achtung! Manche Lötpunkte der Platine sind mit der Ground-Plane verbunden, einer großen Kupferfüllung, die alle GND-Punkte miteinander verbindet. Diese Füllung zieht die Hitze des Lötkolbens sehr schnell ab und daher brauchen die Lötpunkte deutlich mehr Hitze als die andern. Man erkennt sie daran, daß sie scheinbar das Lötzinn nicht annehmen wollen (und muß dann das Lötauge auf der Platine länger erhitzen). Wer genau hinsieht, erkennt diese Löche an dem sternförmigen Relief auf der Platine.

42ger-Classic-Platine: LED-Auswahl

2. Die LEDs

2.1 LED-Auswahl

Für die 42ger-Classic-Platine können sowohl zweibeinige wie auch Superflux-LEDs verwendet werden. Bei normalen LEDs zeigt die Kathode (abgeflachtes Gehäuse, kurzes Bein) nach oben, bei Superflux-LEDs ist die abgeschrägte Kante oben rechts.

Die LEDs müssen flach auf der Platine zum liegen kommen, damit sie alle in die gleiche Richtung leuchten, sonst hat man später ungeleichmäßig ausgeleuchtete Felder.

42ger-Classic-Platine: LEDs stecken
2.2 LEDs stecken

Für die Montage der LEDs stecke ich immer eine komplette Reihe...

42ger-Classic-Platine: LEDs fixieren
2.3 LEDs fixieren

... und fixiere sie dann mit Hilfe von Klebeband. Mein Lieblings-Klebebband zum Basteln kommt von der Firma memo: Natron-Kraftpapier-Band. Es läßt sich leicht und ohne Rückstände wieder abziehen und mehrfach verwenden.

42ger-Classic-Platine: LED-Matrix fertigstellen
2.4 LED-Matrix fertigstellen

Hat man alle LEDs in die Reihen eingelötet, fehlen noch die Ecken. Hier hat man die Wahl zwischen zwei Position, je nachdem, ob man sie weiter innen haben möchte, oder weiter außen.

42ger-Classic-Platine: Variante 1 - Hohlbuchse

3. Die Stromversorgung

3.1 Variante 1 - Hohlbuchse

Die Stromversorgung läßt sich vielfältig realisieren. Die Einspeisung kann über die Hohlbuchse in der Mitte unten erfolgen.

42ger-Classic-Platine: Variante 2 - Lötpads
3.2 Variante 2 - Lötpads

Sie kann auch über die beiden Pads GND und Vcc darüber erfolgen (wobei über die vier Löcher eine Zugentlastung realisiert werden kann). Weiter oben finden sich die beiden Pads noch einmal.

42ger-Classic-Platine: Variante 3 - rückseitige Lötpads
3.3 Variante 3 - rückseitige Lötpads

Die großen Lötpads finden sich auch auf der Rückseite der Platine wieder.

42ger-Classic-Platine: Schaltung

4. Die Spannungsregelung

4.1 Schaltung

Die Regel-Schaltung besteht aus der Sperrdiode D14 (1N4007), den zwei Kondensatoren C3 und C4 (je 100 nF), den zwei Elektrolytkondensatoren C1 und C2 (je 47 μF oder größer), dem 5 Volt-Spannungsregler U7 (LM 2940 CT5) und dem 3,3 Volt-Spannungsregler Q1 (TS 2950 CT33).

Bei den beiden Elektrolyt-Kondensatoren kann der Minus-Pol auch in das Loch oberhalb des eigentlichen Lochs gelötet werden, falls der Beinabstand größer ist als Vorgesehen.

42ger-Classic-Platine: Konfiguration
4.2 Konfiguration

Der Jumper bei dem großen Warnschild muß auf jeden Fall korrekt gesetzt werden!

Er entscheidet, ob die Eingangsspannung von dem 5 Volt-Spannungsregler reguliert wird oder nicht. Benutzt man ein geregeltes Netzteil mit 5 Volt (z.B. ein USB-Netzteil), kann der Spannungsregler umgangen werden (denn er regelt erst ab einer Eingangsspannung von 6,5 Volt). Hat man ein Netzteil mit mehr als 5 Volt, muß der Spannungsregler verwendet werden.

Die Helligkeit der LEDs kann später erhöht werden, indem man die ungeregelte, externe Spannung auf die UDN2981A-Treiber schaltet. Dazu ist eine Spannungsversorgung von 7,5 Volt geeignet.

42ger-Classic-Platine: Messen
4.3 Messen

Die korrekte Funktion der Regler kann (und sollte) man an den Pins 5V und 3.3V nachmessen.

42ger-Classic-Platine: Vorne links

5. Taster und Status-LEDs

5.1 Vorne links

Die Taster und Status-LEDs sind so konzipiert, daß sie sowohl auf der Vorder- wie auch auf der Rückseite angebracht werden können. Die Status-LEDs können über die Pinheader und Jumper ein- und ausgeschaltet werden.

Vorne links sind die zwei Reset-Taster und drei Status-LEDs.

42ger-Classic-Platine: Vorne rechts
5.2 Vorne rechts

Vorne rechts sind die drei Bedienungs-Taster.

42ger-Classic-Platine: Hinten rechts
5.3 Hinten rechts

Die zwei Reset-Taster und drei Status-LEDs findet man auf der Rückseite rechts wieder.

42ger-Classic-Platine: Hinten links
5.4 Hinten links

Die drei Bedienungs-Taster findet man auf der Rückseite links.

42ger-Classic-Platine: Beispiel Reset-Taster
5.5 Beispiel Reset-Taster

Hier sind die Reset-Taster für die den Haupt- und Co-Mikrocontroller auf der Vorderseite angebracht, zusammen mit den Widerständen R133 und R134 (jeweils 10 kOhm).

Auch die Widerstände für die Status-LEDs (R17, R18 und R19, jeweils 1 kOhm) sind auf der Vorderseite. Die LEDs und die Jumper zum Einschalten sind aber auf der Rückseite angebracht.

42ger-Classic-Platine: Beispiel Status-LEDs
5.6 Beispiel Status-LEDs

Dadurch kann man den Status der Matrix auch im Auge behalten, wenn sie an der Wand hängt. Ist alles ok, kann man die Jumper abziehen (und natürlich auch wieder anstecken, wenn man Debug-Bedarf hat). (Bei Verwendung des Elmotex Gehäuses werden die LEDs und Jumper auf der Vorderseite der Platine angebracht.

Die rote LED zeigt die Stromversorgung an, die gelbe das Signal des DCF77-Empängers und die grüne den Sekundentakt der Echtzeituhr.

42ger-Classic-Platine: Bedientaster
5.7 Bedientaster

Die drei Tasten für die Bedienung sind hier auf der Rückseite angebracht. Im Alltag verstellt man ja selten etwas, daher reicht es meistens, wenn man die Uhr etwas von der Wand anhebt und die Taster drücken kann.

42ger-Classic-Platine: externe Taster
5.8 externe Taster

Über die Pinheader über den Tastern kann man auch externe, im Gehäuse verbaute Taster anschließen.

42ger-Classic-Platine: Pull-Down-Widerstände
5.9 Pull-Down-Widerstände

Die drei Pull-Down-Widerstände R130, R131 und R132 mit jeweils 10 kOhm schließen diesen Schritt ab.

42ger-Classic-Platine: Taktung

6. Der Mikrocontroller

6.1 Taktung

Für den Mikrocontroller (MAIN CPU) bestücken wir C13, C14, C15 und C23 mit 100 nF-Kondensatoren. XTAL1 kann entweder mit einem Resonator bestückt werden, dann müssen C19 und C20 frei bleiben, oder mit einem 16 MHz-Quarz, dann werden C19 und C20 mit zwei 22 pF-Kondensatoren bestückt.

42ger-Classic-Platine: FTDI-Header
6.2 FTDI-Header

Hier wurde ein Resonator verwendet (blaues Teil links vom Mikrocontroller).

Die Stiftleiste FTDI kann bestückt werden, um die Firmware auf den Mikrocontroller zu spielen.

42ger-Classic-Platine: FTDI mit Pogo-Pins
6.3 FTDI mit Pogo-Pins

Der FTDI-Anschluß befindet sich auch auf der Rückseite als Pads, so daß man die Firmware von außen mittels Pogo-Pins aufspielen kann.

42ger-Classic-Platine: Quarz fixieren

7. Die Echtzeituhr

Video Lötkurs Uhrenquarz

7.1 Quarz fixieren

Für die Echtzeituhr löten wir zunächst den Uhrenquarz (XTAL3) so an, daß er flach auf der Ground-Plane zu liegen kommt. Das geht am besten, wenn man ihn mit Klebeband fixiert.

42ger-Classic-Platine: Quarz einlöten
7.2 Quarz einlöten

Der Quarz muß plan an dem silbrigen Lotpad anliegen.

42ger-Classic-Platine: Quarz einfetten
7.3 Quarz einfetten

Dann schmiert man ihn mit Lötfett aus dem Baumarkt ein. Ohne Lötfett ist es nicht möglich, das Gehäuse des Quarzes anzulöten!

42ger-Classic-Platine: Quarzgehäuse anlöten
7.4 Quarzgehäuse anlöten

Jetzt lötet man das Gehäuse kurz und beherzt an die Ground-Plane an. Wer wissen möchte, warum das so ist, dem sei diese Suche empfohlen.

Das geht am besten, in dem man die Lötspitze quer in die Kante zwischen Quarz und Lötpad hält. Durch die größere Fläch wird mehr Hitze in kürzerer Zeit übertragen.

Dieser Schritt ist der Schwierigste an dem ganzen Bausatz. Man darf den Quarz nicht zu lange erhitzen, sonst geht er kaputt. Der Lötvorgang sollte 1,5 Sekunden nicht überschreiten!

42ger-Classic-Platine: Echtzeituhr fertigstellen
7.5 Echtzeituhr fertigstellen

Dann geht es entspannt weiter. R123, R124, R125 und R126 werden mit 4,7 kOhm-Widerständen bestückt. R122 bekommt einen 820 Ohm-Widerstand. D15, D16, D17 und D18 sind 1N4148-Dioden (auf die Richtung achten!). C11 ist ein 100 nF-Kondensator. GC+ und GC- bezeichnen die Anschlüsse für den Gold-Cap (Speicherkondensator), der die Echtzeituhr bei Stromausfall weiter mit Strom versorgt.

42ger-Classic-Platine: LDR-Funktion

8. Der lichtabhängige Widerstand

8.1 Funktion

Der lichabhängige Widerstand regelt die Display-Helligkeit je nach Umgebungslicht.

42ger-Classic-Platine: LDR-Bestückung
8.2 Bestückung

Da er im Gahäuse verbaut wird, wird nur eine 2er-Pinnleiste bei der Bezeichnung LDR eingelötet. R136 ist ein 10 kOhm-Widerstand und bildet mit dem LDR einen Spannungsteiler.

42ger-Classic-Platine: Funktion

9. Der Kathoden-Multiplexer

9.1 Funktion

Der Kathoden-Multiplexer steuert die Kathoden der LEDs in der LED-Matrix.

42ger-Classic-Platine: Bestückung
9.2 Bestückung

Für den Kathoden-Multiplexer bestücken wir R1-R16 mit 6,8 Ohm-Widerständen und C5-C6 mit 100 nF-Kondensatoren.

42ger-Classic-Platine: Funktion

10. Der Anoden-Multiplexer

10.1 Funktion

Der Anoden-Multiplexer steuert die Anoden der LEDs in der LED-Matrix. Sie wird zeilenweise durchgeschaltet, daher verstärken wir den Strom mit Hilfe der UDN2981A-Darlington-Arrays.

42ger-Classic-Platine: Bestückung
10.2 Bestückung

Für den Anoden-Multiplexer bestücken wir C7-C10 mit 100 nF-Kondensatoren. R135 ist ein 4,7 kOhm-Widerstand. Er schaltet die LEDs so lange ab, bis der Mikrocontroller gebootet hat.

Der Jumper 5V<->Vext entscheidet, ob die Darlington-Arrays mit 5 Volt oder der externen Spannung (max. 7,5 Volt) getrieben werden. Er muß gesetzt werden.

42ger-Classic-Platine: Abschlußarbeiten

11. Abschlußarbeiten

11.1 Einleitung

Im Prinzip sind wir jetzt fertig.

42ger-Classic-Platine: Platinenreinigung
11.2 Platinenreinigung

Vor der ersten Inbetriebnahme muß die Platine mit Isopropanol (z.B. Teslanol® Isopropanol, Aktiv-Reiniger, 1000ml) von Flußmittelresten befreit werden, da diese mit der Zeit Feuchtigkeit ziehen und zu Korrosion führen.

42ger-Classic-Platine: Chips montieren
11.3 Chips montieren

Dann können die Chips eingesteckt werden (auf die Nase, sprich Richtung achten!) und die Platine kann mit Strom versorgt werden.

42ger-Classic-Platine: Testen der Platine
11.4 Testen der Platine

Zum Testen kann man z.B. die Uhr-Firmware aufspielen (oben im Menü unter Downloads). Dann muß bei der Versorgung der Platine mit Strom die rote LED dauerhaft leuchten, die gelbe und grüne jeweils drei Mal aufblinken.
Dann blinkt die grüne LED im Sekundentakt der Echtzeituhr, die gelbe ist dauerhaft an (da noch kein DCF77-Empfänger angeschlossen ist).
Wenn die grüne LED nicht im Sekundentakt blinkt, ist fast immer der Uhrenquarz beim Anlöten des Gehäuses an die Ground-Plane zerstört worden. Er muß dann ersetzt werden.

42ger-Classic-Platine: Modellauswahl

12. Der DCF77-Empfänger

12.1 Modellauswahl

An die 42ger-Classic-Platine kann man einen DCF77-Empfänger anschließen. Solche Empfänger gibt es von verschiedenen Firmen. Hier habe ich die diversen Empfänger einmal verglichen: Codename: Mainflingen. Hier habe ich einen Empfänger von Pollin verwendet.

42ger-Classic-Platine: Antennenmontage
12.2 Antennenmontage

Für den Funkempfänger ist auf der Platine oben extra ein Bereich vorgesehen. Die Fläche zwischen den großen Löchern hat keine Kupferfüllung und ist für die Ferrit-Antenne vorgesehen.

42ger-Classic-Platine: Empfängeranschluß
12.3 Empfängeranschluß

Die Empfänger-Platine wird auf die rechte Lochleiste gelötet. Diese ist auf die linke Lochleiste durchgeschliffen, wo man die Pins des Empfängers weiter verschalten kann.

42ger-Classic-Platine: Prototyping-Area
12.4 Prototyping-Area

Über die Prototyping-Area kann das Signal aufbereitet werden. Am Ende muß es auf dem Pin SIG landen.

42ger-Classic-Platine: Stromversorgung
12.5 Stromversorgung

Für die meisten Empfänger reicht es, diese mit der passenden Voltzahl zu versorgen. Hier im Beispiel der Empfänger von Pollin, der 3,3 Volt braucht. Pins für die Stromversorgung finden sich bei der Prototyping-Area.

Ein Video, wie die LEDs blinken müssen, gibt es auf You Tube.

Ein eventuell vorhandener PON-Pin (wie bei Pollin) sollte an den Pin A0 vom ATMEGA328 angeschlossen werden. Siehe auch den A0-Hack.

Wie geht es weiter?

Im Diskussionsforum findet man in der Galerie Beispielanwendungen für die 42ger-Classic-Platine. Dort wird einem auch geholfen, wenn man bei dem Aufbau oder der Inbetriebnahme Probleme hat. Bezugsquellen und Hinweise über den Bezug der Frontplatte finden sich dort ebenso.

Passgenaue Gehäuse für einen rahmenlosen Aufbau gibt es im Onlineshop

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Es gibt auch eine Anleitung, wie man eine Infrarot-Fernbedienung an die Platine anschließen kann.

zur Anleitung

Stückliste Bauteilsatz

Referenz Anzahl Bezeichnung Wert Artikel
XTAL11Resonator16 MHz02704
XTAL31Uhren-Quarz32.768 kHz02695
GRN – RTC1LED 5mmgrün01567
YLW – DCF1LED 5mmgelb01563
RED – PWR1LED 5mmrot01561
D141Diode1N 400703674
D15-D184Diode1N414800235
C3-C11, C13-C15, C2313Kondensator100nF/63V02185
C1, C22Elektrolytkondensator47µF/35V02053
CC+/GC-1Super-Kondensator47.000 uF/5,5V02962
R130-R134, R1366Widerstand 1/4W10 kOhm03402
R123-126, R1355Widerstand 1/4W4.7 kOhm03397
R17-R193Widerstand 1/4W1.0 kOhm03388
R1-R1616Widerstand 1/4W6.8 Ohm03359
R1221Widerstand 1/4W820 Ohm03387
LDR1FotowiderstandA99501100387
UDN2981A2Darlington-ArraysTD62783APG02854
74HC5954Shift-Register74 HC 59502142
MAIN CPU1MicrocontrollerAtmega 32802602
DS13071EchtzeituhrDS 130702520
U71Spannungsregler 5VTS2940CZ-5.002612
Q11Spannungsregler 3,3VTS2950CT-3.302139
S1-S55Kurzhub-Taster, SMD6x6x3,1 mm03678
Power Plug1DC-Einbaubuchse5,5 / 2,1 mm03437
8KurzschlussbrückenJumper02942
zu DS13071IC-PräzisionsfassungDIL-801962
zu 74HC5954IC-PräzisionsfassungDIL-1601964
zu UDN2981A2IC-PräzisionsfassungDIL-1801965
zu MAIN CPU1IC-PräzisionsfassungDIL-28-S01971
1Stiftleiste gerade, trennbar1x40 polig03335
FTDI1Stiftleiste gewinkelt1x6 polig03330
2Kabelbinderschwarz, 80x2,4mm02054
1Silberdraht/Litze20cm
DCF77-Receiver1DCF-ModulDCF-1 (Pollin)40022
1Platine42ger-Classic-V0250019