Das NachBau_V02-Kit ist ein LED-Treiber für eine Matrix von bis zu 16x16 LEDs. Es eignet sich für den Aufbau von niedrig Aufgelösten Spielen oder Leuchtschildern.
Diese Anleitung ist nur noch zur Dokumentation da. Für das NachBau_V02-Board gibt es einen Nachfolger.
Das NachBau_V02-Board gibt es nicht mehr, sein Nachfolger ist das NachBau_V03-Board. Eine Platine und einen Bausatz für ein NachBau_V03-Board gibt es bei Elmotex.
Das NachBau_V02-Board treibt eine 16x16 Pixel-Matrix durch Multiplexing. Für den Menschen erscheinen die schnell durchgeschalteten Zeilen wie ein stehendes Bild. Diesen Effekt nennt man Nachbildwirkung.
Diese Anleitung beschreibt den Aufbau des NachBau_V02-Kits.
Von dem NachBau_V02-Kit gibt es verschiedene gleichwertige Chargen. Die einen haben eine weiße Platine, die anderen eine schwarze Platine. Sie sind völlig identisch. Hier haben wie im weiteren Verlauf eine schwarze genommen.
Zunächst löten wir den kleinen Uhrenquarz ein (X2). Dieser muß
plan an der Ground-Plane
anliegen, da wir ihn im
nächsten Schritt daran anlöten müssen. Damit er plan liegen
bleibt, befestigen wir ihn mit etwas hitzebeständigem
Klebeband.
Nachdem der Quarz eingelötet ist, löten wir mit Hilfe
des Lötfetts (siehe vorheriges Bild) das Gehäuse des
Quarzes an die Ground-Plane. Der Quarz muß flach anliegen
und darf nicht in Lötzinn ertränkt
werden.
Damit wir es nicht vergessen verzinnen wir gleich noch den Mittelkontakt der Batterie. Einfach etwas Lötzinn aufbringen.
Dann reinigen wir den Quarz und den Mittelkontakt der
Batterie mit Isopropanol (z.B.
Teslanol® Isopropanol, Aktiv-Reiniger, 1000ml
Dieser Schritt wird häufig unterschätzt, ist aber wichtig. Wenn das Quarzgehäuse nicht an der GND-Plane angelötet ist, läuft die Echtzeituhr häufig nicht an. Die Lötdauer darf aber 1,5 Sekunden nicht überschreiten!
Das war der kritischte Punkt des Aufbaus, jetzt geht es entspannt weiter.
Jetzt werden die 16 6,8 Ohm-Widerstände eingelötet (R12-R27). Diese Widerstände begrenzen den Strom der LEDs in der Matrix. Da die Matrix im Multiplexing-Verfahren betrieben wird, also die LEDs immer nur kurz leuchten, müssen die Widerstände nicht so hoch sein.
Sollte man die später erläuterte Funktion nutzen, und die Spannung an den Verstärker-Chips erhöhen, muß man eventuell andere Widerstände einlöten. Also am besten vorher überlegen, wie die Platine genutzt werden soll.
Bei der Verwendung von sehr guten LEDs kann man statt Widerständen auch Brücken einlöten.
Als nächstes kommt die Zener-Diode dran (D4). Sie hat eine Polarität und muß in der richtigen Richtung eingelötet werden. Sie hat einen Streifen am Gehäuse, das kleine Bild auf der Platine hat auch so einen Streifen. Über sie wird der DCF77-Empfänger mit 3,3 Volt versorgt.
Dann kommt die Sperrdiode (1N4007) dran (D5). Auch sie hat eine Polarität und muß in der richtigen Richtung eingelötet werden. Sie hat einen Streifen am Gehäuse, das kleine Bild auf der Platine hat auch so einen Streifen. Sie schützt die Schaltung, wenn man die Polarität der Spannungsversorgung vertauscht hat.
Jetzt wird der 16 MHz-Quarz eingelötet (X1). Er erzeugt den Takt für unseren Mikrocontroller. Das mittlere Loch bleibt dabei frei.
Eventuell hat Ihr Kit keinen Quarz, sondern einen 16 MHz-Resonator. Dieser hat drei Beine und wird dementsprechend in die drei Löcher gelötet.
Dann muß der nächste Schritt übersprungen werden.
Zu dem Quarz (X1) werden dann zwei 22 pF-Kondensatoren gelötet (C11, C12). Sie bilden mit dem Quarz den Schwingkreis für die 16 MHz.
Dieser Schritt darf nicht ausgeführt werden, wenn man einen Resonator verwendet. Ein Resonator enthält bereits die zwei Kondensatoren.
Die IC-Sockel werden jetzt eingelötet.
IC-Sockel haben an einer schmalen Seite eine
Einkerbung, eine Art Nase
. Diese Nase muß
auf die Seite zeigen, die auf der Platine markiert ist
(die Sockel für die 74HC595-Chips zeigen nach rechts,
der Rest nach links).
Der Batteriehalter (BT1) für die CR2032-Batterie hält nicht von alleine, wir verwenden hier wieder den Trick mit dem Klebeband.
Die kleine Batterie versorgt die DS1307-Echtzeituhr mit Strom, falls die Hauptstromversorgung ausfällt. Dadurch bleibt die Uhrzeit auch über einen Stromausfall hinweg erhalten.
Gleiches gilt für den Spannungsregler (U9). Er soll plan
mit seiner Metallplatte auf dem Feld Open Hardware
zum Liegen kommen, so kann er die Wärme über die Platine
ableiten.
Der Spannungsregler regelt die Eingansspannung (7,5-12 Volt) auf 5 Volt herunter. Da er überschüssige Spannung in Wärme umwandelt biete sich ein 7,5 Volt-Netzteil zur Versorgung an. Mehr Volt bedeutet mehr unnötig als Wärme abgeleitete Leistung.
Der Regler kann erst ab 7 Volt richtig regeln. Wenn ein 5 Volt-Netzteil zur Verwendung kommt, muß er entfallen!
Jetzt werden die 100 nF-Entstörkondensatoren eingelötet (C1, C3, C4, C5, C6, C7, C9, C10, C13, C14, C15). Sie haben keine Polung, die Richtung ist also egal.
Als nächstes wird der 220 Ohm-Widerstand (R29) eingelötet. Er bildet mit der Zener-Diode zusammen den Spannungsteiler für die 3,3 Volt-Versorgung des DCF77-Empfängers.
Dann kommen die 4,7 kOhm-Widerstände an die Reihe
(R6, R7, R30).
R6 und R7 ziehen die logischen Spannungspegel der
Echtzeituhr auf Vcc, solange kein Signal anliegt.
R30 schaltet die Ausgänge der Shift-Register aus,
bis sie korrekt initialisiert worden sind.
Die 1 kOhm-Widerstände (R8, R9, R31) begrenzen den Strom für die Status-LEDs. Achtung, 1 kOhm und 10 kOhm-Widerstände sehen sich sehr ähnlich.
Die 10 kOhm-Widerstände (R1-R5) ziehen den logischen Spannungspegel der Taster auf Ground. R5 wird dabei nur benötigt, wenn die Enter-Taste Verwendung finden soll.
R28 (10 kOhm) ist ein Pull-Up-Widerstand für die Echtzeituhr und muß eingelötet werden.
R10 (10 kOhm) ist der Widerstand für den Spannungsteiler mit dem lichtabhängigen Widerstand.
Jetzt kommen die Taster an die Reihe (SW1-SW5). Auch hier wird SW5 (Enter) nur benötigt, wenn die Enter-Taste Verwendung finden soll.
Über jedem Taster finden sich zwei eng beieinander liegende Löcher. Über diese Löcher kann auch geschaltet werden, z.B. wenn zusätzlich Taster im Gehäuse untergebracht werden sollen.
Zum Testen der Platine sollten die Taster auf jeden Fall eingelötet werden.
Der nächste Schritt sind die drei Status-LEDs (D1, D2, D3). LEDs haben eine Polarität. Die Kathode gehört in das Loch am unteren Rand mit der Markierung. Die Kathode erkennt man am kürzeren Bein und der abgeflachten Gehäuseseite.
Die Farben sind
PWR = Power = Rot
GRN = Green = Grün
YEL = Yellow = Gelb
Jetzt wird die Hohlstecker-Buchse (P20; DC_IN) eingelötet. Sie ist center positive verschaltet, der Pin in der Mitte ist also Plus (Vcc). Das ist für die Auswahl des Netzteils wichtig.
Dann kommen die beiden Elektrolyt-Kondensatoren an die
Reihe (C2, C8). Das sind die fetten
Kondensatoren.
Sie haben eine Polarität. Ein Bein ist jeweils am
Gehäuse mit -
gekennzeichnet. Der Minus-Pol
von C2 muß nach rechts zeigen, der von C8 nach
links. Die Minus-Pole sehen sich also an.
Auf der Platine sind bei den Plus-Polen zwei Löcher, weil mache Kondensatoren einen etwas größeren Beinabstand haben. Man nimmt einfach das Loch, das am besten passt.
Diese Kondensatoren glätten die manchmal etwas
unsaubere
Eingansspannung und stabilisieren
den Spannungsregler.
Zu guter Letzt kommen die Pinheader und Jumper.
Mit K1 (PWR_SEL) kann man zwischen Stromversorgung über USB (bei Verwendung eines FTDI-Kabels) und Stromversrgung über das Netzteil umschalten (USB<->Wall).
Mit K2 (LED) kann man entscheiden, ob die Verstärker-Chips (UDN2981A) mit 5 Volt oder der externen Spannungsversorgung betrieben werden sollen (5V<->Vext). Bei einer externen Spannung werden die LEDs heller. Sie darf dann aber 7,5 Volt nicht überschreiten, sonst fangen auch nicht eingeschaltete LEDs an zu glimmen.
Über P7 (FTDI) kann ein FTDI-Kabel anschließen und den Mikrocontroller neu bespielen.
Über P13 (ISP) kann man einen ISP-Header anschließen und den Mikrocontroller neu bespielen.
An P1 (DCF77) kann ein DCF77-Empfänger angeschlossen werden.
Wenn man fertig ist, muß die Platinenrückseite
mit Isopropanol (z.B.
Teslanol® Isopropanol, Aktiv-Reiniger, 1000ml
So sollte die Platinenrückseite aussehen.
Jetzt werden die Chips bestückt. Die Chips haben eine Nase. Diese muß mit der Nase der Sockel übereinstimmen.
Es sind jetzt noch ein paar Bauteile übrig. Den LDR (lichtabhängigen Widerstand) haben wir nicht eingelötet, weil er typischerweise irgendwo im Gehäuse verbaut und verkabelt wird.
Auch ein paar Anschlüsse haben wir noch nicht besprochen. Mit P41 (STACK_L) und P42 (STACK_R) kann man mehrere NachBau_V02-Boards miteinander verketten und so größere Displays aufbauen. Die Anschlüsse um die Echtzeituhr herum kann man verwenden, um statt der DS1307 einen ChronoDot zu verbauen.
Falls die LED-Matrix als Uhr betrieben werden soll, befinden sich hier eine Firmware und Anleitung: Downloads.
Anwendungsbeispiele für das NachBau_V02-Board gibt es in der Galerie im Diskussionsforum (Link oben auf dieser Seite).
Bezugsquellen für diverse gefräste Gehäuse finden sich dort auch, ebenso Hinweise über den Bezug der Frontplatte.
| Name | Art | Quelle |
|---|---|---|
| X1 | Quarz; 16 MHz | Reichelt |
| X2 | Uhrenquarz; 32,768 kHz; 12,5 pF | Reichelt |
| D1 | LED; grün; 5 mm | Reichelt |
| D2 | LED; gelb; 5 mm | Reichelt |
| D3 | LED; rot; 5 mm | Reichelt |
| D4 | Zener-Diode; 3,3 V | Reichelt |
| D5 | Sperrdiode; 1N4007 | Reichelt |
| C1, C3-C7, C9-C10, C13-C15 | Kondensator; 100 nF | Reichelt |
| C11, C12 | Kondensator; 22 pF | Reichelt |
| C2, C8 | Elektrolytkondensator; 100 μF | Reichelt |
| R12-R27 | Widerstand; 6,8 Ohm | Reichelt |
| R6, R7, R30 | Widerstand; 4,7 kOhm | Reichelt |
| R8, R9, R31 | Widerstand; 1 kOhm | Reichelt |
| R1-R5, R10, R28 | Widerstand; 10 kOhm | Reichelt |
| R29 | Widerstand; 220 Ohm | Reichelt |
| R11 | Lichtabhängiger Widerstand; 10 kOhm | Reichelt |
| SW1-SW5 | Kurzhub-Taster, aufrecht stehend | Reichelt |
| BT1 | Batteriehalter CR2032 | Reichelt |
| P20 | Hohlstecker; 2,1 mm | Reichelt |
| U7, U8 | Darlington-Arrays; UDN2981A | Reichelt |
| U1, U2, U4, U5 | Shift-Register; 74HC595 | Reichelt |
| U3 | Mikrocontroller; ATMEGA328-PU | Elmotex |
| U6 | Echtzeituhr; DS1307 | Reichelt |
| U9 | Spannungsregler; 5V | Reichelt |
| Optionale Bauteile | ||
| Pinnleisten | Reichelt | |
| Kurzschlußbrücken | Reichelt | |
| Netzteil; 7-12 Volt | Reichelt | |
| Knopfzelle; CR2032 | Reichelt | |
| Programmierung des Mikrocontrollers | ||
| USB-BUB II | Jee-Labs | |
