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Hauptplatine

Die Schaltung wird mit einem ATMega32 betrieben. Dieser ist vor allem wegen der großen Anzahl benötigter Portpins nötig. Er wird mit 14,7456 MHz betrieben, da dies ein Vielfaches der 115200 Hz der seriellen Schnittstelle ist. Es ist notwendig, dass die Taktfrequenz so ein Vielfaches ist, damit die hohe Datenübertragung problemlos möglich ist.

Das Display wird parallel angesteuert. Dazu sind insgesamt 13 Portpins nötig. Zusätzlich wird die Versorgungsspannung des Displays per Transistor geschaltet.

Der Lichtsensor bildet mit einem festen Widerstand einen Spannungsteiler und ist an einen A/D-Wandler angeschlossen.

Zum Dimmen der 16 LEDs werden die Versorgungsspannungen per PWM gesteuert.

Ein MAX232 wird für die Bereitstellung der seriellen RS232 Schnittstelle benutzt.

8-stufiges Schieberegister mit Zwischenspeicher CMOS 4094

Die 16 LEDs werden durch Schieberegister mit Speicher angesteurt. Das bedeutet, es werden 16 Bits der Reihe nach in die beiden 4094 CMOS Bausteine geschoben und danach die neuen Daten übernommen. Dadurch ist es möglich, dass 16 LEDs mit nur 4 Portpins angesteurt werden können. Interessant ist auch, dass man auf diese Weise durch Hintereinanderschalten von mehr Bausteinen letztlich beliebig viele Ausgabeports zur Verfügung stellen kann. Durch die eingebauten Zwischenspeicher gibt es keine Änderung der Ausgabepins während des Hineinschiebens der Bits. Da die Register in der High Speed Variante sehr schnell sind, ist ein Update von z.B. 16 Bits in ca. 2 Mikrosekunden möglich.

Schaltplan

Board

Mehrere Brücken (hier in braun) müssen auf der Oberseite gesteckt bzw. in Form eines Kabels bestückt werden. Ein Aufbau in Form einer doppelseitigen Platine halte ich aber wegen der mäßigen Anzahl der Brücken nicht für notwendig.

Layout

Das Layout muss mit 300dpi ausgedruckt werden, um die richtige Größe zu erhalten.

Anschlüsse

CON1: Programmieradapter
CON2: Display
JP1: Display Stromversorgung (Ausgang) (ACHTUNG: Polung bitte im Schaltplan nachvollziehen, nachmessen und überprüfen! Verpolung zerstört vermutlich das Display!)
JP2: serielle Schnittstelle (Pin 1 = Masse, Pin 2 = TX (verbinden mit RX vom PC), Pin 3 = RX (verbinden mit TX vom PC))
JP3: Versorgungsspannung für Elektronik (Eingang)
JP4: 1-2 = LED-Helligkeit per PWM, 2-3 = feste (maximale) LED-Helligkeit
JP5: Helligkeitssensor (Widerstand)

Belegung der seriellen Schnittstelle

Eagle-Dateien

Schaltplan, Board-Layout und Board wurden mit Eagle entworfen. Hier die Dateien zum Download.

Stückliste

Die Widerstände vor den LED-Ausgängen sind ggf. zum Erreichen von einheitlichen Helligkeiten zu ändern.

Part     Value          Package      Library          Position (inch)       Orientation
C1       22p            C050-024X044 rcl              (2.7 0.25)            R90
C2       22p            C050-024X044 rcl              (2.9 0.25)            R90
C5       1000µ          E5-10,5      rcl              (0.1 0.2)             R0
C6       22µ            E2,5-5       rcl              (0.5 0.4)             R270
C7       22µ            E2,5-5       rcl              (0.5 0.65)            R270
C8       22µ            E2,5-5       rcl              (1.15 0.8)            R90
C9       22µ            E2,5-5       rcl              (1.25 0.25)           R90
CON1     ISP            CON10L       con-harting      (1.75 0.2)            R0
CON2     Display        CON26        con-harting      (3.5 2.45)            R90
CON3     LED1           CON16        con-harting      (0.65 3.05)           R0
CON4     LED2           CON16        con-harting      (2.05 3.05)           R0
IC1      MEGA32         DIL40        atmel            (2.75 1)              R0
IC2      MAX232         DIL16        maxim            (0.85 0.4)            R270
IC3      4094N          DIL16        40xx             (0.65 2.05)           R0
IC4      4094N          DIL16        40xx             (2.05 2.2)            R0
JP1      DisplayPWR     JP1          jumper           (0.15 0.7)            R90
JP2      Serial         JP2          jumper           (1.35 0.5)            R180
JP3      Power          JP1          jumper           (0.15 0.5)            R90
JP4      PWMEnable      JP2          jumper           (1.6 1.7)             R0
JP5      LightSensor    JP1          jumper           (1.3 1.75)            R180
Q1       BD140          TO126        transistor-pnp   (0.1 1.1)             R0
Q3       BD139          TO126AV      transistor-power (0.45 0.25)           R0
Q4       14,7456MHz     QS           special          (2.8 0.5)             R180
R1       10k            0207/7       rcl              (1.15 1.5)            R270
R2       500            0207/7       rcl              (0.4 1.1)             R270
R3       120            0207/7       rcl              (0.25 2.7)            R90
R4       120            0207/7       rcl              (0.35 2.7)            R90
R5       10k            0207/7       rcl              (2.35 0.45)           R180
R6       120            0207/7       rcl              (0.45 2.7)            R90
R7       120            0207/7       rcl              (0.55 2.7)            R90
R8       120            0207/7       rcl              (0.7 2.7)             R90
R9       120            0207/7       rcl              (0.8 2.7)             R90
R10      120            0207/7       rcl              (0.9 2.7)             R90
R11      120            0207/7       rcl              (1 2.7)               R90
R12      120            0207/7       rcl              (1.7 2.7)             R90
R13      120            0207/7       rcl              (1.8 2.7)             R90
R14      120            0207/7       rcl              (1.9 2.7)             R90
R15      120            0207/7       rcl              (2 2.7)               R90
R16      120            0207/7       rcl              (2.1 2.7)             R90
R17      120            0207/7       rcl              (2.2 2.7)             R90
R18      120            0207/7       rcl              (2.3 2.7)             R90
R19      120            0207/7       rcl              (2.4 2.7)             R90
R20      500            0207/7       rcl              (1.7 0.5)             R180
R21      27k            0207/7       rcl              (1.65 1.45)           R270
T1       BC547          TO92         transistor       (0.65 1.2)            R0