WIP 1: Platinenplanung
WIP 2: fertiger Aufbau
WIP 3: finale Platinen und Schaltpläne
CubeController

Steuerplatine

XY-Platine

Z-Platine

Die USB-Implementierung wurde komplett fallen gelassen und durch einen zweiten RS232-Anschluss für den Cube-Controller ersetzt.

Steuerplatine (Schaltplan)

XY-Platine (Schaltplan)

Z-Platine (Schaltplan)

vorheriger WIP-Artikel zum LED-Cube

Um in Zukunft neue Projekte schnell mit BCM-Funktionalität auszurüsten, ohne den verwendeten Mikrocontroller damit belasten zu müssen (Pins, mindestens ein Timer, Programmspeicher, hinreichend hohe Frequenz), gibt es nun einen fertigen BCM-Baustein.
Dabei handelt es sich einfach um einen ATmega8 mit einem passenden Programm (das prinzipiell auch auf jedem anderen ATmega lauffähig ist), welches alle zur Verfügung stehenden Ausgänge ständig spezifisch gedimmt hält und seine Anweisungen via TWI empfängt. Die Auflösung beträgt 8 Bit (0..255). Die Software enthält bereits zwei Korrekturfunktionen (zuerst Gammakorrektur mit γ=1,90, danach Flimmerkorrektur, da manche Ausgabewerte wie 16/32/64/128 bei BCM bei langsamem Fading zu einem sichtbar sprunghaften Übergang führen).

Normalerweise sind 20 Pins als Ausgang nutzbar, 18, wenn XTAL1/2 für einen Quarz verwendet werden sollen. (Der ATmega8 läuft normalerweise mit seinen eigenen 8 MHz. Falls die LEDs für bestimmte Anwendungen zu deutlich flimmern, kann natürlich auch ein schnellerer Quarz angeschlossen werden.)
Falls tatsächlich so viele LEDs angeschlossen werden, dass die zu erwartende maximale Stromaufnahme den Grenzwert des ATmega8 übersteigt, können die LEDs natürlich auch alle über je einen Transistor in Emitterschaltung angesteuert werden, da die Ausgänge bei BCM genau wie bei PWM rein digital sind.

Jeder Chip wird in der Programmierphase mit einer fest im EEPROM codierten TWI-Adresse versehen (generall call ist auch aktiv) und wartet dann auf Steuerbefehle. Diese beginnen alle mit einem Slash und einem Unterscheidungszeichen (Slash, Doppelpunkt oder At), alle anderen Nachrichten werden ignoriert.

• // 0 1A 33 4D 66 80 99 B2 CC E5 FF
  Diese Nachricht setzt die Ausgänge #0 bis #10 grob auf die Werte 0% bis 100%. Die restlichen Ausgänge, #11 bis #19, sind nicht angegeben und werden daher nicht verändert.
• /:\x00\x1a\x33\x4d\x66\x80\x99\xb2\xcc\xe5\xff\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00
  Diese Nachricht setzt die Ausgänge #0 bis #10 ebenfalls auf 0% bis 100%, die restlichen Ausgänge müssen bei dieser Nachrichtenform mit angegeben werden und werden hier auf 0% gesetzt. In dieser kompakteren Form werden die 8-Bit-Werte direkt als Einzelbytes in die Nachricht geschrieben.
• /@ 7F
  Diese Nachricht setzt alle Ausgänge auf 50%.

(Pin-Layout)

Sinn und Zweck des ganzen: Auf dem Würfel kann man mittlerweile 3D-Tetris spielen! Weitere Spiele sind in Planung.

Die drei Taster in schwarz und weiß entsprechen dabei den drei Tastern, die auch auf der Steuerplatine vorhanden sind: Zurück, Neustart, Weiter.
Mit Grün kann in den Spielemodus und zurück gewechselt werden, Gelb ist die Pausetaste.
Die vier großen weißen Taster ohne Kappe sind Cursortasten, der dunkelblaue Taster ist eine allgemeine Befehlstaste (“A”).

Die LEDs in den beiden oberen Ecken können zur Benachrichtigung blinken. Die beiden kleineren sind weiß und blitzen anstelle von Toneffekten kurz auf, die beiden größeren sind RGB-LEDs (die allerdings digital angeschlossen sind und somit nur 7 Farben zeigen können).

Die Kommunikation mit dem Würfel läuft über dessen RS232-Schnittstelle, verbunden über ein vierpoliges Kabel mit Westernsteckern (GND rxd txd Vcc). Die Westernbuchse dafür ist in der unteren Gehäusehälfte (Vorderseite) untergebracht und wird von innen weiß beleuchtet, sobald eine funktionierende Verbindung mit dem Würfel hergestellt wurde.
So wie auch über den Computer Steuerbefehle an den Würfel geschickt werden können, gibt es spezielle Steuerbefehle für die Spielelogik, die vom Controller gesendet werden, und spezielle Anweisungen an den Controller, die der Würfel senden kann, beispielsweise “verloren” (die RGB-LEDs beginnen rot zu blinken) oder ein neuer Punktestand (für die Drei-Ziffern-Anzeige).
Bei der Entwicklung stellte sich heraus, dass es kein Problem ist, drei Geräte gleichzeitig über RS232 zu verbinden — so kann man auch den Datenverkehr zwischen Würfel und Controller am PC mitlesen.
Die obere Hälfte des Gehäuses.

Die obere und untere Hälfte, jetzt beide fertig.
Die 9-polige D-Sub-Buchse an der Seite ist nicht die RS232-Verbindung zum Würfel, sondern ist für einen original Competition Pro-Joystick vorgesehen (der erfreulicherweise keinerlei Elektronik enthält, sondern einfach jeden seiner Taster direkt mit einem der D-Sub-Pins verbindet).
Die fertige Platine.

Der Aufbau ist denkbar simpel:

Drei Schieberegister (74HC595), verbunden mit drei Siebensegmentanzeigen (QA=a, QH=dp), je acht Vorwiderstände (91Ω), ein Umschalter (damit sowohl Common-Anode- wie auch Common-Cathode-Anzeigen eingesteckt werden können) und ein 7-poliger Header für die Verbindung mit dem eigentlichen Testaufbau.
Der SI-Eingang des ersten Schieberegisters (das, welches die linke Anzeige kontrolliert) ist nach außen geführt, die beiden anderen sind “durchgeschleift”. Der QH*-Pin des letzten Schieberegisters ist ebenfalls nach außen geführt.

Die Belegung des Headers ist +, –, nc, SI, SCK, RCK, QH*.

(Reichelt-Warenkorb)

Die Unterseite.

Der LED-Cube mit den acht Zeilenanschlüssen und dem dickeren Z-Anschluss.

 Der LED-Würfel ist jetzt einsatzbereit, es fehlt nur noch ein passendes Gehäuse. Hier ist der eigentliche Aufbau zu sehen – nach vielen Stunden Arbeit sind die acht Ebenen aufeinander gelötet, die untersten Anoden wurden mit Schrumpfschlauch isoliert und durch eine Bodenplatte aus Alu geführt. Auf der Unterseite wurden sie dann unter passender Spannung verbogen (um die unterste Ebene wieder plan zu bekommen), verdrahtet und mit Heißkleber ganz fixiert und isoliert.

Während des Zusammenlötens wurden leider einige wenige LEDs durch die Hitze zerstört, bei etlichen anderen stellte sich hinterher heraus, dass sie auch in Sperrrichtung schwach durchlässig sind und daher zu unerwünschten Ghosting-Effekten führen (weil nicht leuchtende Anoden durch die Schieberegister auf Low gesetzt werden statt hochohmig zu werden).

Hier ist noch einmal die Steuerplatine zu sehen. Der ATmega16 wurde durch einen ATmega32 ersetzt, nachdem der Programmspeicher voll war (zum Glück sind die pinkompatibel, wie auch der ATmega644 – momentan ist der Programmspeicher schon wieder zu 66% voll).
Die RS232-Anbindung über den MAX232N funktioniert einwandfrei. Daneben findet sich noch ein neuer Aufbau für eine V-USB-Implementierung (simpel mit PullUp und zwei 3,6V-Zener-Dioden), was aber wieder verworfen wurde, da passende USB-RS232-Treiber für Windows 7 nur mit erheblichem Aufwand zu installieren sind.

Die XY-Platine, die jeweils einen kompletten Ebeneninhalt in Schieberegistern speichert, solange die Ebene aktiviert ist. Hier hat sich konzeptionell nichts mehr verändert.

Und natürlich die Z-Platine, die im letzten Artikel schon fertig war. Mit acht Transistoren in Emitterschaltung aktiviert sie jeweils eine der Ebenen.

erster WIP-Artikel zum LED-Cube

Dieser Kabeltester ist im Grunde nicht viel mehr als ein Lauflicht. Mit dem DIP-Schalter lässt sich einstellen, welche der 9 Pole eines Ethernetkabels getestet werden sollen (8 plus Schirm bei STP-Kabeln), typischerweise alle.

Der Aufbau ermöglicht, bei Netzwerk-, ISDN- und anderen Kabeln mit Westernsteckern 1. den Durchgang aller Pole zu testen und 2. anhand des Aufleuchtens der Empfänger-LEDs die korrekte Reihenfolge den Pole zu überprüfen.
Das ist insbesondere bei selbstgecrimpten Netzwerkkabeln nützlich, aber auch beispielsweise um die Polreihenfolge von TAE-4p4c-Adaptern herauszufinden.

Der Sender enthält zwei AA-Batterien, einen ATtiny2313 als steuerbares Lauflicht, ein 595-Schieberegister (um Pins zu sparen), den DIP-Schalter und jede Menge Vorwiderstände, um versehentliche Gerätezerstörung mit der LED-Spannung zu vermeiden (43Ω pro Ausgang).

Der Empfänger ist sehr simpel: 9 LEDs, eine gemeinsame Masse durch 9 Dioden (BAT43, um den Spannungsabfall gering zu halten) und ein 68Ω-Vorwiderstand.

Ab und zu lassen sich AVR-Probleme doch nicht nur aus dem Code heraus oder anhand der “Symptome” genau erkennen. Da kann die USART-Schnittstelle hilfreich werden, damit man schnell mal ein paar Debugging-Ausgaben vom Code sehen kann.
Da die Beschaltung eines RS-232-Pegelwandlers immer gleich ist, ist sie jetzt in einer kompakten, Breadboard-kompatiblen Box verfügbar.

Die Schaltung enthält einen MAX232N und die fünf zugehörigen 1µF-Kondensatoren; die Box bietet nach außen hin zwei 9-polige D-Sub-Stecker (einer direkt mit der Schaltung verbunden, der andere über den Umschalter, mit dem sich rxd und txd vertauschen lassen), zudem zwei LEDs die an rxd und txd (auf der TTL-Seite) hängen.

Die Drahtenden sind verzinnt und passen damit, wie üblich, auch in ein Breadboard.
Der Kippschalter erlaubt die Auswahl zwischen zwei Betriebsmodi: In Stellung I leuchten bei Durchgang nur die beiden hellen weißen LEDs, in Stellung II hört man bei Durchgang zusätzlich den eingebauten Piezo-Piepser.

Mit dem Poti auf der Platine lässt sich (mit einer ruhigen Hand) der Widerstand einstellen, unterhalb dessen der Tester reagiert – momentan ca. 8 Ω.

Ein genaueres Bild von der Platine und den Schaltplan gibt es im WIP-Eintrag.

• zwei ISP6-Header, ein ISP10-Header (wofür auch immer der gut sein mag)
• ein Resetschalter (mit PullUp und 100nF gegen Masse)
• ein “Mini-ISP6-Header”
• zwei LEDs (eine gegen SCK, eine gegen +5V)
• und natürlich 100nF zwischen +5V und GND.

Hauptgrund für das Ding war, dass der Diamex-ISP-Programmer ein viel zu kurzes Kabel hat. Davon abgesehen geht es mit den paar eingebauten Teilen schneller, Testschaltungen zusammenzustecken.

Die Box dient gleichzeitig zur Aufbewahrung der passenden Kabel und einer kleinen Steckplatine mit passenden Wannensteckern: