PDF, 10,6 MB - EMSP
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Technische Universität Berlin<br />
Fakultät IV (Elektrotechnik und Informatik)<br />
Fachgebiet Elektronik und<br />
medizinische Signalverarbeitung<br />
Institut für Energie- und Automatisierungstechnik<br />
Projekt Elektronik WS 08/09<br />
Mastermind<br />
Abschlussbericht<br />
Gruppenmitglieder:<br />
Dustin Scholz<br />
Torben Hopp<br />
Wojciech Gora<br />
Jean-Francois Manga Ekobena<br />
Betreuer:<br />
Janis Döbler<br />
09.02.2009
Inhaltsverzeichnis<br />
1 Projektübersicht 3<br />
1.1 Projektidee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3<br />
1.2 Spielprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3<br />
1.3 Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4<br />
1.4 Termine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5<br />
2 LCD Anzeige mit Menü 5<br />
2.1 LCD Menü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5<br />
2.2 LCD Ansteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7<br />
3 Spielsteuerung 8<br />
3.1 Wahl des Näherungsschalters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8<br />
3.2 Kapazitiver Näherungsschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9<br />
3.3 Resonanzfall im RLC Reihenschwingkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . <strong>10</strong><br />
3.4 Auswertung der Kapazitätsänderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14<br />
3.5 Layout des kapazitiven Bedienfeldes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15<br />
3.6 Erfahrungen und Verbesserungsmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
4 LED-Spielfeld 16<br />
4.1 LED Auswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
4.1.1 RGB LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
4.1.2 Bicolor LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17<br />
4.2 Ansteuerung der LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18<br />
4.2.1 LED Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18<br />
4.2.2 Pulsweitenmodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20<br />
4.2.3 Anwendung der PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21<br />
4.3 Hardware-Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22<br />
4.3.1 Spaltentreiber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22<br />
4.3.2 Zeilenmultiplexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24<br />
5 Sound 24<br />
6 Externe Speicherquelle (SD-Karte) 25<br />
6.1 Aufbau und Wahl einer SD-Karte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25<br />
2
6.2 Ansteuerung der SD-Karte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26<br />
7 verwendete Microcontroller 28<br />
8 Fazit 29<br />
9 Schaltpläne unnd Boardlayouts 31<br />
9.1 Schaltplan LED-Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31<br />
9.2 Schaltplan Kapazitive Taster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32<br />
9.3 Schaltplan Sound mit SD-Karte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33<br />
9.4 Boardlayout LED Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34<br />
9.5 Boradlayout Kapazitive Taster und Sound mit SD-Kart . . . . . . . . . . 35<br />
Abbildungsverzeichnis 36<br />
3
1 Projektübersicht<br />
1.1 Projektidee<br />
Die Gruppe Ele21 hat sich im Elektronik-Labor 08/09, unter Berücksichtigung der Grup-<br />
pengröße und des einschätzbaren Aufwands, zur Aufgabe gemacht eine elektronische<br />
Variante des Spieleklassikers Mastermind zu entwerfen.<br />
1.2 Spielprinzip<br />
Abbildung 1: Spielbrett von Mastermind<br />
Ein Spieler (der Codierer) legt zu Beginn einen, vom Gegenspieler nicht einsehbaren,<br />
vierstelligen Farbcode fest. Der Code besteht aus mindestens sechs Farben, wobei eine<br />
Farbe auch mehrmals verwendet werden kann. Der andere Spieler (der Rater) versucht<br />
den Code herauszufinden. Dazu setzt er einen gleichartigen Farbcode als Frage. Beim<br />
ersten Zug muss blind geraten werden, bei den weiteren Zügen gibt der Codierer Hin-<br />
weise.<br />
Auf jeden Zug hin bekommt der Rater die Information, wie viele Stifte er in Farbe und<br />
4
Position richtig gesetzt hat und wie viele Stifte zwar die richtige Farbe haben, aber<br />
an einer falschen Position stehen. Ein Treffer in Farbe und Position wird durch einen<br />
schwarzen Stift angezeigt, ein farblich richtiger Stift an falscher Stelle durch einen weißen<br />
Stift. Alle Fragen und Antworten bleiben bis zum Ende des Spiels sichtbar.<br />
Ziel des Raters ist es, den Farbcode mit möglichst wenigen Fragen zu erraten. Die Auf-<br />
gabe des Codierers nach dem Festlegen des Farbcodes ist vollkommen vorherbestimmt;<br />
er hat keinerlei Wahl, kann sich freilich noch irren, weshalb der Part des Codierers einem<br />
Computer anvertraut werden kann.<br />
1.3 Funktionen<br />
Grundfunktionen<br />
Als Grundfunktionen wurde durch die Teilnehmer die Funktionen klassifiziert, die als<br />
Mindestziel zum Ende des Projekts erreicht bzw. realisiert werden sollen. Dabei hat man<br />
sich auf die folgenden Grundfunktionen geeinigt:<br />
� Farbliche Visualisierung der Codes unter Verwendung von LEDs<br />
� Eingabemöglichkeit zur Steuerung des Geräts<br />
� LCD–Anzeige mit Menü<br />
� manuelle Codevorgabe<br />
� automatische (zufällige) Codevorgabe<br />
� Farbvergleiche und Auswertung anhand von LEDs (Grundspielprinzip)<br />
Zusatzfunktionen<br />
Als Zusatzfunktionen wurden die Funktionen klassifiziert, die als nicht zwingend notwen-<br />
dig zur Realisierung des elektronischen Spiels angesehen werden, jedoch wünschenswert<br />
wären. Diese Funktionen sind dementsprechend als variabel anzusehen und werden nur<br />
unter Beachtung des Zeit- und Budgetlimits ins Auge gefasst.<br />
5
Als Zusatzfunktionen haben sich dabei die nachfolgenden Punkte in absteigender Prio-<br />
rität herauskristalisiert:<br />
� verschiedene Schwierigkeitsstufen (Level)<br />
� Soundausgabe<br />
� Highscoreliste im LCD–Display mit zugehöriger Ausgabe der benötigten Versuche<br />
� PIN–Abfrage zum Löschen der Highscoreliste<br />
1.4 Termine<br />
Termin-Nr. Datum Ziel/Aufgabe<br />
5. 17.11.08 – 21.11.08 Wandplakat, Zwischenbericht<br />
6. 24.11.08 – 28.11.08 Platinenlayouts<br />
14. 03.02.09 – 07.01.09 Präsentationsfolien, Homepage<br />
A 09.02.09 Abschlussbericht<br />
P 11.02.09 Präsentationstermin<br />
2 LCD Anzeige mit Menü<br />
2.1 LCD Menü<br />
Für die elektronische Variante des Spiels ist eine interaktive Benutzerführung mittels<br />
eines LCD-Menüs unabdingbar. Dieses Menü ermöglicht den gewünschten Befehl intuitiv<br />
aus einer Liste auszuwählen und ausführen, ohne genaue Kommandos zu kennen.<br />
Das Menü ist dazu, wie in Abbildung 2 gezeigt, hierarchisch angeordnet.<br />
6
Abbildung 2: Baumstruktur des Menüs des LCD-Displays<br />
Die oberste Zeile des LCD-Menüs soll lediglich die Überschrift >>Mastermind
die entsprechende Funktion ausgeführt oder es erscheinen in einer dritten Zeile die zu-<br />
gehörigen Untermenüpunkte. Diese Punkte können ebenfalls ausgeführt werden oder<br />
öffnen eine weitere (vierte) Ebene.<br />
Bedienfeld<br />
Da das LCD-Display eine begrenzte Anzahl an Zeichen hat, wird nur ein Begriff pro Zeile<br />
dargestellt. Durch ein Bedienfeld können die Menüpunkte horizontal (links und rechts)<br />
durchgetoggelt werden. Um in eine andere Ebene zu gelangen kann vertikal durchgeschal-<br />
tet werden. Der gewünschte Befehl wird durch eine Eingabe-Taste ausgewählt. Um also<br />
durch das Menü navigieren zu können werden vier Richtungs-Tasten und eine Eingabe-<br />
Taste benötigt.<br />
Mit Hilfe einer Escape-Taste kann man aus jedem Untermenüpunkt heraus zu dem<br />
nächst höheren Menüpunkt wechseln bzw. in der Hauptmenü-Ebene zurück zum Start-<br />
bildschirm gelangen. (siehe Abb.3)<br />
2.2 LCD Ansteuerung<br />
Bei dem von uns eingesetzten LCD-Panel handelt es sich um einen 4 Zeilen und 16<br />
Zeichen Text-LCD-Display, der einen HD44780 Controller verwendet. Prinzipiell kann<br />
der LCD-Display im 4-bit-Modus und im 8-bit-Modus angesteuert werden. Der 4-bit-<br />
Modus hat den Vorteil, dass er nur vier Datenleitungen (DB4 bis DB7 am LCD) anstatt<br />
acht benötigt und daher bevorzugt wird.<br />
Neben den vier Datenleitungen werden noch die Steuerleitungen RS, RW und EN benötigt.<br />
Wobei RW auf Masse gesetzt werden kann. Die Gesamtanzahl der Leitungen zwischen<br />
Mikrocontroller und LCD beläuft sich somit auf sechs.<br />
� Über RS wird ausgewählt ob man einen Befehl oder ein Datenbyte an das LCD<br />
schicken möchte. Wenn RS Low ist wird das ankommende Byte als Befehl inter-<br />
pretiert. Ist RS high wird das Byte auf dem LCD angezeigt.<br />
� RW legt fest, ob geschrieben oder gelesen werden soll.<br />
8
� Der EN Anschluss signalisiert dem LCD-Display, dass die Datenleitungen einen<br />
korrekte Pegel angenommen haben und es die gewünschten Daten von den Daten-<br />
leitungen bzw. Kommandos von den Datenleitungen übernehmen kann.<br />
Der Anschluss des LCD-Displays an die restliche Schaltung erfolgt über eine von uns<br />
definierte Schnittstelle unter Zuhilfenahme eines <strong>10</strong>adrigen Flachbandkabels. (Schnitt-<br />
stelle: siehe Abb.22)<br />
3 Spielsteuerung<br />
Einige elektronische Anforderungen an unser Projekt entstanden aus der Not heraus,<br />
die uns die gegebene Umwelt vorsetzte. So sollte unser Mastermind in einer Glasvitrine<br />
ausgestellt werden aber von außen jederzeit bedient werden können. Die Herausforde-<br />
rung bestand nun darin eine Lösung zu finden, die Abseits von nach außen gelegten<br />
Schaltern funktioniert. Die Elektrotechnik bietet dafür eine Vielzahl von Möglichkeiten<br />
dieses Problem zu bewältigen.<br />
3.1 Wahl des Näherungsschalters<br />
Welches Verfahren zur Abstandsmessung geeignet ist hängt von vielen umgebenen Fak-<br />
toren ab. So muss überprüft werden, welches Verfahren z. B. durch ein anderes Medium<br />
hindurch messen kann oder wie hoch die Empfindlichkeit des Sensors gewählt werden<br />
muss, um mit ausreichender Sicherheit messen zu können.<br />
Die für unseren Näherungssensor gegebenen Anforderungen sind:<br />
� Abstandsmessung bis 3cm Abstand<br />
� Abstandsmessung durch Glas (Vitrinenscheibe)<br />
� Abstandsmessung eines Objektes mit niedriger Dielektrizitätskonstante ɛr (nicht-<br />
metallisch)<br />
Viele verschiedene Messverfahren wie z.B. die optische Messung über Laser oder die Mes-<br />
sung über Radarwellen erfüllen diese Anforderungen. Wir haben uns in diesem Projekt<br />
auf die Messung des Abstandes mittels kapazitiven Näherungssensoren geeinigt.<br />
9
3.2 Kapazitiver Näherungsschalter<br />
Zwei Potentiale, die sich nicht ausgleichen können bilden zueinander eine Kapazität.<br />
Dabei ist eine Kapazität zwischen zwei Potentialen z. B. umso größer, je kleiner der<br />
Abstand zwischen diesen Potentialen ist. Zur weitern Erläuterung soll hier von einem<br />
Plattenkondensator ausgegangen werden.<br />
C = ɛ0 · ɛr · A<br />
d<br />
Wie in Gleichung 1 ersichtlich, verändert sich die Kapazität zusätzlich mit der Größe der<br />
Fläche A sowie der Dielektrizitätskonstante ɛr. Die Idee für den kapazitiven Näherungsschalter<br />
ist es, eine leitende elektrische Fläche fest vorinstalliert als ein Potential zu nehmen um<br />
dann die Änderung der Kapazität durch Veränderung des Abstandes d des zweiten Po-<br />
tentials zu messen. Das zweite Potential soll dabei der menschliche Finger erzeugen,<br />
der durch seinen Körper entweder eine Verbindung zur Erde oder ein anderes Potential<br />
besitzt. Das zweite Potential ist somit auf jeden Fall anders als das erste Potential der<br />
elektrischen Schaltung.<br />
Abbildung 4: Darstellung der Funktion des Menschen als zweite Kapazität für den Sensor<br />
Bei der Annäherung eines anderen Potentials (z. B. durch die Annäherung eines Fingers)<br />
wird die Kapazität im Reihenschwingkreis verändert welches auch eine Veränderung in<br />
der Resonanzfrequenz, wie in Gleichung 2 ersichtlich, bewirkt.<br />
fResonanz =<br />
1<br />
2π · √ L · C<br />
Die Güte eines Schwingkreises bestimmt die Empfindlichkeit eines Schwingkreises auf<br />
Veränderungen um die Resonanzfrequenz. Für unsere Aufgabe ist eine, etwas unüblich,<br />
<strong>10</strong><br />
(1)<br />
(2)
kleine Güte gefordert, da hier der Schwingkreis schon bei kleinen Änderungen um die<br />
Resonanzfrequenz aus seiner Resonanz ausbrechen soll.<br />
3.3 Resonanzfall im RLC Reihenschwingkreis<br />
Um den Resonanzfall besser zu verstehen, ist es sinnvoll, die dort fließenden Ströme<br />
etwas genauer zu betrachten. Die Richtung der Ströme der Bauteile zueinander, sowie<br />
deren Anteil an imaginärem Strom sind entscheidend für den Effekt im Resonanzfall.<br />
Wie oben schon beschrieben sind im Reihenschwingkreis Widerstand Spule und Kon-<br />
densator in Reihe geschalten. Durch Spule und Kondensator fließt derselbe Strom; an<br />
der Spule bildet sich aber eine gegenüber dem sinusförmigen Wechselstrom um 90� vor-<br />
eilende Spannung aus, am Kondensator eine um 90� nacheilende. Die Spannungen sind<br />
gegeneinander gerichtet, so dass deren Summe dem Betrage nach stets kleiner ist als je-<br />
de Einzelspannung. Im Sonderfall heben sie sich auf, was einem Kurzschluss entspricht.<br />
Dieser Fall heißt Reihenresonanz oder Serienresonanz eines LC-Reihenschwingkreises.<br />
Er wird erreicht bei der Resonanzfrequenz des Schwingkreises.<br />
Bei dem zu implementierenden kapazitiven Näherungsschalter wird also ein Reihenreso-<br />
nanzschwingkreis, bestehend aus einer Spule und einem Kondensator, aufgebaut, welcher<br />
sich in Resonanz befindet. Dazu wird an den Schwingkreis eine Wechselspannung mit<br />
entsprechender Resonanz-Frequenz angelegt.<br />
Wobei zu beachten ist, dass bei einem realen LC-Schwingkreis immer eine Widerstands-<br />
komponente auch ohne die Verwendung eines Widerstandsbausteins enthalten ist.<br />
Es wird also ein realer RLC-Reihenschwingkreis gemäß der folgenden Abbildung (Abb.<br />
5) aufgebaut:<br />
Parallel zu der in der Abbildung befindlichen Kapazität wird zusätzlich noch eine Kon-<br />
densatorplatte bestehend aus einer einfachen Kupferfläche angeordnet.<br />
Wird nun wie schon im Bild 4 schematisch dargestellt ein Finger in die Nähe der Kup-<br />
ferfläche gebracht, so bildet der menschliche Körper die zweite Kondensatorplatte.<br />
Da die Kupferplatte parallel zu dem im Reihenschwingkreis verwendeten Kondensator<br />
angeschlossen ist, gilt demnach die folgende Formel zur Parallelschaltung von Konden-<br />
11
Abbildung 5: Reihenschwingkreis bestehend aus Widerstand, Spule und Kondensator<br />
satoren:<br />
Cges = CSchwingkreis + CKoerper<br />
Somit wird die Eigenfrequenz des zuvor in Resonanz schwingenden Reihenschwingkrei-<br />
ses verändert, wodurch dieser nicht mehr in Resonanz schwingt und somit einen höhere<br />
Impedanz besitzt.<br />
Dieser Effekt lässt sich am besten anhand eines Zeigerdiagramms erläutern.<br />
Unter Berücksichtigung der jeweils an der Spule und dem Kondensator auftretenden<br />
Phasenwinkel von +90 ◦ an der Spule und −90 ◦ an dem Kondensator zwischen Strom<br />
und Spannung, ist es möglich ein zum Schaltbild (Abb.5) gehörendes Zeigerdiagramm<br />
zu skizzieren, welches das Zustandekommen der Impedanz deutlich macht.<br />
Befindet sich der Schwingkreis also in Resonanz, so sind die beiden Zeiger XL und XC<br />
zueinander entgegengerichtet und gleich groß, wodurch sie sich gegenseitig aufheben<br />
und die Gesamtimpedanz Z = R sich ausschließlich aus dem Ohmschen Widerstand der<br />
Schaltung R ergibt.<br />
Wird nun die Kapazität des Schwingkreises aufgrund der Fingerberührung erhöht, so<br />
verringert sich die Impedanz der zwei parallel zueinander geschalteten Kondensatoren<br />
12<br />
(3)
Abbildung 6: Zeigerdiagramm des Reihenschwingkreises aus Abb.5<br />
gemäß der folgenden Formel:<br />
XC =<br />
1<br />
jω(CSchwingkreis + CKoerper)<br />
Entsprechend dieser Formel wird auch der Zeiger, der einen Phasenwinkel von −90 ◦ auf-<br />
weist kleiner und die Gesamtimpedanz Z wird gemäß der Formel Z = � R 2 + (XC − XL) 2<br />
größer.<br />
Nun könnte man die Widerstandsänderung unter Zuhilfenahme einer Wheatstone-Brücke<br />
messen und auswerten. Jedoch würde man dabei den eigentlichen Effekt des Resonanz-<br />
schwingkreises nicht ausnutzen und die Änderung wäre genauso groß wie bei einer RC-<br />
Reihenschaltung mit parallel geschalteter Kapazität.<br />
Deshalb wird nicht die Widerstandsänderung gemessen, sondern die über der Spule ab-<br />
fallende Spannung.<br />
Denn diese Berechnet sich gemäß der folgenden Formel zu:<br />
UL = jωL<br />
Z Ue = ωL<br />
|Z| Ue<br />
π<br />
j(<br />
e 2 −ϕ)<br />
Wird nun aufgrund der Erhöhung der Kapazität, der Schwingkreis aus dem Resonanzfall<br />
herausgebracht und somit die Gesamtimpedanz vergrößert, so bricht auch die zuvor im<br />
Resonanzfall an der Spule auftretende relativ hohe Spannung plötzlich ein.<br />
Dieser Effekt wird in dem folgenden Bild gut Sichtbar:<br />
13<br />
(4)<br />
(5)
Abbildung 7: Spannungsverlauf UL zu Ue in Abhängigkeit der Frequenz am RLC-<br />
Schwingkreis (L = 470µH, R = 20Ω)<br />
In dem Bild wird deutlich, dass die Spannungsverstärkung bei Änderung der Kapazität<br />
um nur ∆C = 33nF vom ca. 5-fachen der Eingangsspannung UL = 5Ue auf ungfähr nur<br />
noch das doppelte UL = 2Ue abfällt.<br />
Noch stärker wirkt sich der Effekt auf die Kondensatorspannung UC aus, die nach fol-<br />
gender Formel berechnet wird:<br />
UC =<br />
1<br />
jωC · Z Ue = 1<br />
ωC|Z| Ue<br />
π<br />
−j(<br />
e 2 +ϕ)<br />
Der Effekt wird dabei anhand der Abbildung 8 deutlich. Hier fällt die Verstärkung der<br />
Eingangsspannung sogar vom 5-fachen UC = 5Ue auf das 1-fache UC = Ue ab.<br />
14<br />
(6)
Abbildung 8: Spannungsverlauf UC zu Ue in Abhängigkeit der Frequenz am RLC-<br />
Schwingkreis (L = 470µH, R = 20Ω)<br />
3.4 Auswertung der Kapazitätsänderung<br />
Zur Verwertung der Spannungsänderung wird die Schaltung des kapazitiven Sensors<br />
noch um den Spitzenwertgleichrichter erweitert.<br />
Mithilfe der in Bild 9 dargestellten Schaltung wird die Spannung des RLC-Reihenschwingkreises<br />
auf den Spannungsspitzenwert geglättet, sodass diese nun mit der Spannung eines va-<br />
riablen Spannungsteilers verglichen werden kann. Der Vergleich der beiden Spannungen<br />
erfolgt über einen Komparator der das binäre Ausgangssignal 0V und 5V erzeugt. Der<br />
kapazitive Näherungsschalter arbeitet damit mit einer befriedigenden Empfindlichkeit<br />
und Genauigkeit. Die Schaltung ist im Bild 23 mit Eagle dargestellt.<br />
15
Abbildung 9: Schaltung des Spitzenwertgleichrichters<br />
3.5 Layout des kapazitiven Bedienfeldes<br />
Das kapazitive Bedienfeld besteht lediglich aus auf einer Leiterplatine geätzten Kupfer-<br />
flächen, die über eine Schnittstelle mit der Kapazitätsmessschaltung verbunden sind.<br />
Somit ist es unter Zuhilfenahme eines <strong>10</strong>adrigen Flachbandkabels möglich dieses an<br />
beliebiger Stelle anzubringen bzw. einzusetzen und es kann mit beliebigen anderen Tas-<br />
tenlayouts ausgetauscht werden.<br />
Das von uns entworfene Tastenlayout sieht folgendermaßen aus:<br />
Abbildung <strong>10</strong>: Layout des kapazitiven Bedienfeldes<br />
16
3.6 Erfahrungen und Verbesserungsmöglichkeiten<br />
Während der Arbeiten mit den kapazitiven Tastern sind wir auf einige Probleme ge-<br />
stoßen, die hier noch zu erwähnen sind. Da in unserer Schaltung alle sechs kapazitiven<br />
Taster ein Rechtecksignal bekommen, bestand ein großer Teil unserer Arbeit an die-<br />
ser Schaltung darin eine Frequenz zu finden die einerseits vom ATmega über den CTC<br />
(ClearTimerOnCompareMatch) Modus erzeugt werden konnte und andererseits in allen<br />
Schaltungen trotz Bauteilschwankungen den Resonanzfall trifft. Diese Arbeit entpuppte<br />
sich häufig als Fummelei und sollte durch einen besseren Schaltungsentwurf umgangen<br />
werden. Einerseits sollte man sich überlegen, wie man die Frequenz genauer einstellen<br />
kann (z. B. über einen VCO) oder andererseits die Bauteilschwankungen umgehen kann.<br />
Dies lässt sich z. B. über das Multiplexen der Tasten realisieren, bei denen nur ein RLC<br />
Schwingkreis für alle Tasten benutzt wird und alle Tasten nacheinander zugeschalten<br />
werden.<br />
Abgesehen davon wäre die Verwendung eines Tastenlayouts mit größeren Tastenabständen<br />
ebenfalls von Vorteil gewesen.<br />
4 LED-Spielfeld<br />
4.1 LED Auswahl<br />
Das Spielfeld von MasterMind hat in unserem Fall vier Spalten und elf Zeilen. Für die<br />
Auswertung des geratenen Codes werden zusätzlich dazu pro Zeile weitere vier Spalten<br />
notwendig.<br />
Somit beläuft sich die LED-Matrix auf eine Gesamtanzahl von elf Zeilen und acht Spalten<br />
mit der Gesamtheit von 88 Leucht-Bauelementen.<br />
4.1.1 RGB LEDs<br />
Für das Spiel müssen mindestens sechs Farben zur Verfügung stehen. Um diese erzeu-<br />
gen zu können, wurde festgelegt, die Farben aus den drei Grundfarben-LEDs Rot, Grün<br />
und Blau zu mischen. Es bestand einerseits die Möglichkeit, dies durch die Verwendung<br />
von drei einzelnen LEDs zu realisieren. Eine andere Lösung bestand darin RGB-LEDs<br />
17
zu benutzen. Der Preis für diese lag zwar über dem von einzelnen LEDs, jedoch ist<br />
der Platzbedarf der RGB-LEDs wesentlich geringer und ermöglicht so ein kompakteres<br />
Gehäuse mit besser zu verwirklichender Farbmischung aufgrund nahe beieinanderliegen-<br />
den p-n-Übergängen.<br />
Aufgrund dieser Überlegung fiel die Wahl auf RGB-LEDs. Diese beinhalten quasi drei<br />
Grundfarben LEDs also drei p-n-Übergänge in einem Gehäuse (Spektrale Strahlungsver-<br />
teilung: siehe Datenblatt). Dementsprechend besitzt sie drei Anoden und eine Kathode<br />
und es ergeben sich pro RGB-LED drei Steuerleitungen. Um nun jede Farbe (mindestens<br />
sechs) mischen zu können, muss die Lichtstärke jeder Grundfarbe in der RGB-LED ein-<br />
zeln angesteuert werden. Möglich ist dies durch Änderung des elektrischen Stromflusses,<br />
da dieser im linearen Verhältnis zu der Lichtstärke steht.<br />
4.1.2 Bicolor LEDs<br />
Abbildung 11: Gewählte RGB-LED<br />
Um dem Spieler ein Feedback zu seinem gesetzten Code zu geben, sind bei dem Spielfeld<br />
von MasterMind pro Zeile vier weitere Felder vorgesehen. Im Original werden weiße<br />
und schwarze Pins gesetzt. Angepasst auf das Projekt bedeutet dies, das drei Zustände<br />
existieren: Farbe 1, Farbe 2, aus. Da schwarz und weiß so nicht realisierbar ist, wird<br />
stattdessen rot und grün benutzt. Um nun pro Feld diese zwei Farben erzeugen zu<br />
können verwenden wir Bicolor LEDs. Der Einsatz von zwei einfarbigen LEDs pro Feld<br />
wäre denkbar, aber aus Platzgründen ungünstig. Dem Originalspiel entsprechend sollen<br />
die vier Bicolor LEDs quadratisch neben einer Spalte angeordnet werden. Daher wurde<br />
die Verwendung von 3mm Bicolor LEDs festgelegt. Die LEDs verfügen über zwei p-n-<br />
Übergänge in einem Gehäuse und werden über zwei Anoden (jeweils für eine Farbe) und<br />
eine Kathode mit Strom versorgt.<br />
18
4.2 Ansteuerung der LEDs<br />
Abbildung 12: Gewählte bicolor-LED<br />
Durch die Auswahl von RGB- und Bicolor LEDs beläuft sich die gesamte Anzahl der<br />
LEDs auf:<br />
11 · 4 RGBs +11 · 4 Bicolors = 88 LEDs<br />
Wie bereits erläutert sind zur Ansteuerung der RGB-LEDs (3 p-n-Übergänge) drei und<br />
für die Bicolor LEDs (2 p-n-Übergänge) zwei Steuerleitungen notwendig. Somit ergibt<br />
sich die theoretische, nicht praktikable Anzahl von 220 nötigen Steuerleitungen.<br />
4.2.1 LED Matrix<br />
Die Verwendung der errechneten Anzahl an Steuerleitungen ist unökonomisch, zudem<br />
wären mehrere Mikrocontroller zur Ansteuerung nötig. Eine weitaus elegantere Lösung<br />
besteht darin eine LED-Matrix im Zeilenmultiplexbetrieb zu verwenden. Abbildung 13<br />
zeigt eine derartige Matrix.<br />
Die Methode besteht darin, dass immer nur eine Zeile leuchtet (gesteuert durch die Zei-<br />
lensteuerleitungen Z0...Z5 ). Die anderen Zeilen sind ausgeschaltet. Aufgrund der Tat-<br />
sache, dass das menschliche Auge Bilder, die sich schneller als ca. 20 Bilder/s bewegen,<br />
nicht getrennt wahrnehmen kann, können also die Zeilen mit genügend hoher Geschwin-<br />
digkeit durchiteriert werden, ohne dass der Betrachter dies bemerkt. Über die Farbsteu-<br />
erleitung (FS1...FS7 ) werden mittels Pulsweitenmodulation (siehe 4.2.2) unterschiedlich<br />
hohe Ströme injiziert.<br />
19
Anzahl der Steuerleitungen<br />
Abbildung 13: Auschnitt einer LED Matrix<br />
Es ergeben sich somit für die vier Spalten RGB LEDs 12 Farbsteuerleitungen, und<br />
für die Bicolor LEDs weitere 8. Da das Spielfeld aus elf Zeilen besteht sind weitere 11<br />
Zeilensteuerleitungen erforderlich. Diese müssen jedoch nicht wie die Farbsteuerleitungen<br />
Pulsweitenmoduliert angesteuert werden und können deshalb mittels eines Multiplexer-<br />
Bausteines (4to16), mit nur 4 Leitungen vom Mikrocontroller gesteuert werden. Somit<br />
ergibt sich die endgültige Anzahl von 24 nötigen Steuerleitungen.<br />
Die in Hardware realisierte LED-Matrix und Grundlage des Spiellayouts ist im Folgenden<br />
zu sehen:<br />
20
4.2.2 Pulsweitenmodulation<br />
Abbildung 14: LED-Spielfeld<br />
Mittels der Pulsweitenmodulation kann ein elektronisches Bauelement mit unterschied-<br />
lichen Spannungen angesteuert werden. Hierzu wird das Tastverhältnis (engl. Duty cyle,<br />
D = Tein/TP eriode) bei einer konstanten Frequenz variiert. Wie im Abschnitt RGB LEDs<br />
(siehe 4.1.1) bereits erklärt wurde wird die Helligkeit der Grundfarben jedoch nicht<br />
durch die Spannung aber durch die Höhe des Stromes gesteuert. Aus diesem Grund<br />
wird der Stromfluss mit einem Vorwiderstand eingestellt, durch das Ohmsche Gesetz<br />
ist dieser bei einem konstantem Widerstand wieder direkt proportional zur Höhe der<br />
Versorgungsspannung.<br />
Um nun die mittlere Spannung oder den mittleren Strom zu ermitteln muss das Mittelwert-<br />
21
Integral gelöst werden.<br />
Abbildung 15: PWM-Signal mit einem Tastverhältnis D = 0.25<br />
Im = 1<br />
TP<br />
� TP<br />
0<br />
i(t)dt = 1<br />
TP<br />
� Tein<br />
0<br />
Ieindt + 1<br />
TP<br />
� TP<br />
Da der Strom Iaus = 0 sein soll ergibt sich der mittlere Strom zu:<br />
4.2.3 Anwendung der PWM<br />
Im = Tein<br />
TP<br />
· Iein = D · Iein<br />
Tein<br />
Iausdt (7)<br />
Tests im Labor haben gezeigt das eine LED, die mittels eines PWM-Signals angesteuert<br />
wird, ab einer Frequenz von <strong>10</strong>0Hz (TP = <strong>10</strong>ms) als ” flimmerfrei”wahrgenommen wurde.<br />
Da durch elf Zeilen iteriert werden muss ergibt sich ein Tastverhältnis von DI = 1/11.<br />
Daraus ergibt sich die maximale Zeit die eine einzelne Diode betrieben werden darf:<br />
(8)<br />
TE = DI · TP ≈ 0, 9ms. (9)<br />
Nur während dieser Zeit kann ein, durch die PWM modulierter, Strom (Iein) fließen,<br />
welcher multipliziert mit dem Tastverhältnis DI den geringeren mittleren Strom Im<br />
ergibt.<br />
Im = DI · Iein<br />
Gemäß der Pulsweitenmodulationstheorie wird der Strom Iein durch ein- und ausschal-<br />
ten eines konstanten Stromes Iconst gesteuert, also durch Variation eines Tastverhältnises<br />
22<br />
(<strong>10</strong>)
DII. Die konstante Periodendauer ist die in (9) berechnete maximale Betriebszeit einer<br />
einzelnen Diode. Die Höhe des Stromes wird also nur durch die Einschaltzeit Tein (ma-<br />
ximal TE) gesteuert.<br />
Iein = DII · Iconst = Tein<br />
TE<br />
· Iconst<br />
Durch Einsetzen des Stromes Iein in die Gleichung (<strong>10</strong>) erhält man die Formel zur Be-<br />
rechnung des mittleren Stromes in Abhängigkeit von Tein.<br />
LED Strom<br />
Im = DI · DII · Iconst = 1<br />
11<br />
· Tein<br />
TE<br />
· Iconst<br />
Die gewählten RGB und Bicolor LEDs besitzen ein sehr hohe Lichtstärke von bis zu<br />
500mCd und einen Abstrahlwinkel von 60�. Um für eine Grundfarbe der RGB-LED<br />
die relative Lichtstärke von 1 zu erhalten ist gemäß Datenblatt ein Strom von 20mA<br />
erforderlich. Gleiches gilt für die Bicolor LEDs. Tests im Labor ergaben, dass bereits bei<br />
einem Strom von 1-2mA die LEDs als ausreichend Hell empfunden werden. Aus diesem<br />
Grund wird der Strom Iconst auf 20mA für jeden p-n-Übergang beschränkt.<br />
4.3 Hardware-Setup<br />
4.3.1 Spaltentreiber<br />
Der Ausgang des Mikrocontrollers kann maximal 40mA liefern. Für eine direkte An-<br />
steuerung eines einzigen p-n-Übergang reicht dieser Strom aus, allerdings müssen bis zu<br />
20 p-n-Übergänge gleichzeitig von dem Mikrocontroller angesteuert werden, also bis zu<br />
400mA (bei Iconst = 20mA). Der maximal möglich Strom des Mikrocontroller beträgt<br />
200mA. Es muss eine Treiberstufe zwischen dem µC-Ausgang und den LEDs geschaltet<br />
werden. Eine einfache Treiberstufe ist in Abbildung 16 dargestellt. Der Ausgang des<br />
Mikrocontrollers ist über ein Basiswiderstand (RB) mit der Basis des NPN Transistors<br />
verbunden. Der Widerstand begrenzt den Basisstrom Ib. Ist dieser zu klein schaltet der<br />
Transistor nicht voll durch und es entsteht mehr Verlustleistung am Transistor. Ein zu<br />
großer Strom wiederum kann den Ausgang des dem Mikrocontrollers zu stark belasten.<br />
Zur Berechnung der Basiswiderstände der Transistoren sollte man von der minimalsten<br />
23<br />
(11)<br />
(12)
Abbildung 16: Treiberstufe<br />
Ausgangsspannung des Mikrocontrollers (4,5V) ausgehen, um das Durchschalten des<br />
Transistors immer zu gewährleisten. Die LED Spannung sind für Rot, Grün und Blau<br />
unterschiedlich und müssen dem Datenblatt entnommen werden.<br />
RB = UµC − ULED − UBE<br />
Ib = IC<br />
hfe<br />
Der Vorwiderstand RV dient zur Festlegung des Kollektor-Emitter-Stroms Ic. Die Span-<br />
nung URV ist abhängig von der Versorgungsspannung U0 und der Spannung UF über<br />
die LED. Dabei ist zu beachten das sowohl bei den Bicolor LEDs als auch bei den RGB<br />
LEDs über die einzelnen p-n-Übergägne ein andere Spannung abfällt (siehe Datenblatt).<br />
RV = URV<br />
Ic<br />
24<br />
Ib<br />
= U0 − UF<br />
Ic<br />
(13)<br />
(14)<br />
(15)
4.3.2 Zeilenmultiplexer<br />
Zum durchiterieren der elf Zeilen wird ein 4-to-16 line Decoder(74HC4514) verwendet.<br />
Bei der Berechnung des Basiswiderstands, des Transistors der durch den Decoder ange-<br />
steuert wird, ist zu beachten das der Strom IC die Summe aller Kollektorströme dieser<br />
Zeile ist (80mA bis max. 400mA).<br />
5 Sound<br />
R = UDec − UBE<br />
Ib = IC<br />
hfe<br />
Als weitere optionale Komponente für das Mastermindspiel wurde eine Soundwiedergabe<br />
vorgesehen. Der Sound wird dabei über Hardware-PWM aus binären Werten (WAV)<br />
dargestellt.<br />
Abbildung 17: schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen PWM und ana-<br />
logem Signal<br />
25<br />
Ib<br />
(16)<br />
(17)
Die gespeicherten WAV-Dateien enthalten ihre Informationen über den Sound codiert in<br />
Form von Hex-Werten. Zur Wiedergabe des Sounds wird dabei der Ausgangspin propor-<br />
tional den Hex-Werten zwischen 0V und 5V getoggelt. Dabei entsteht eine Pulsweiten-<br />
modulation die, wie in Bild 17 schematisch dargestellt, je nach Amplitudenwert variiert<br />
und somit die codierten Binärwerte in entsprechende Pulsweiten umgesetzt. Das PWM-<br />
Signal wird anschließend anhand eines Tschebycheff Tiefpaß-Filters 5. Ordnung geglättet<br />
und mittels Audioverstärker (TDA7053a) entsprechend der beim Audioverstärker anlie-<br />
genden DC-Volume-Control-Spannung verstärkt (siehe Schaltplan Abb.24).<br />
6 Externe Speicherquelle (SD-Karte)<br />
Zum Abspielen der Sounds durch Ausnutzung der Hardware-PWM des Mikrocontrollers<br />
benötigen wir eine Quelle für die PWM-Werte des abzuspielenden Sounds.<br />
Da der interne Flash-Speicher eines Mikrocontrollers sehr schnell an seine Grenzen stößt<br />
und bei einer Quantisierung des Audiosignals von 8Bit und einer Samplerate von 8Khz<br />
(mono), unter Verwendung eines ATMEGA32 nicht über 4 Sekunden hinaus gehen kann,<br />
wird der Einsatz eines externen Speichers, zur sinnvollen Wiedergabe einer Sounddatei,<br />
notwendig.<br />
Als einfachste und günstigste Methode zur Verwendung eines externen Speichers hat<br />
sich dabei der Einsatz einer SD- bzw. MMC-Karte ergeben.<br />
6.1 Aufbau und Wahl einer SD-Karte<br />
Die Speicherkarte besitzt einen integrierten ” Controller”. Sie ist 32mm×24mm×2, 1mm<br />
groß und hatte zu Beginn eine Kapazität von 8 Megabyte. Nachfolgende Karten verdop-<br />
pelten den Speicherplatz jeweils (16, 32, ... <strong>MB</strong>), so dass heute Kapazitäten von bis zu<br />
32 Gigabyte verfügbar sind.<br />
Da es sich bei der Soundausgabe lediglich um eine optionale Funktion des MasterMind-<br />
Projektes handelt, sollen hierbei bereits frei verfügbare Software-Bibliotheken zur An-<br />
steuerung der SD/MMC-Karte zum Einsatz kommen. Da diese lediglich für den SD und<br />
nicht den SDHC-Standard (ab 4GB) ausgelegt sind und aus Rücksicht auf den überhaupt<br />
26
Abbildung 18: SD-Karte: Äußerer und innerer Aufbau<br />
benötigten Speicherplatz und Preis/Leistungs-Verhältnis fiel die Wahl auf eine 2GB SD-<br />
Speicherkarte der Firma Kingston.<br />
6.2 Ansteuerung der SD-Karte<br />
Die SD-Karte besitzt die nachfolgend Dargestellte Pinbelegung:<br />
Abbildung 19: Pinbelegung einer SD- und MMC-Karte<br />
Weshalb die Kartenhalterung bei Verwendung lediglich des Dat0-Pins ebenfalls das Le-<br />
sen und Schreiben auf MMC-Karten ermöglicht.<br />
Die SD/MMC-Karte hat einen Spannungsbereich von 2,9 - 3,6V.<br />
27
Die Spannungsversorgung der SD-Karte erfolgt über eine Kartenhalterung bei der der<br />
Vcc-Pin an einen Spannungsregler angeschlossen ist, der die Spannung auf konstante<br />
V cc = 3.3V regelt.<br />
Zur Kommunikation mit dem von uns verwendeten ATMEGA32 Mikrocontroller wird die<br />
SD-Kartenhalterung mit der SPI-Schnittstelle des Mikrocontrollers über einen Span-<br />
nungsteiler verdrahtet.<br />
Diese Vorgehensweise ist notwendig, da der Mikrocontroller mit 5V Versorgungsspan-<br />
nung betrieben wird und somit beim Schreib- bzw. Lesezugriff auf die mit 3.3V betrie-<br />
bene SD-Karte, diese zerstören könnte.<br />
Die konkrete Verdrahtung findet sich in dem folgenden schematischen Schaltbild wieder:<br />
Abbildung 20: Beschaltung einer SD/MMC-Karte<br />
Zum Anschließen eines einzelnen Slaves an die SPI-Schnittstelle des Mikrocontrollers, in<br />
unserem Fall die SD-Karte, werden insgesamt vier Leitungen benötigt (siehe Abb.20):<br />
28
� SS (Slave select): Mit dieser Leitung wird ausgewählt, welcher Slave angesprochen<br />
wird, indem diese Leitung auf low gezogen wird.<br />
� MISO (Master in, Slave out): Datenleitung, die vom Master an alle Slaves verbun-<br />
den ist. Hier sendet der angesprochene Slave Daten an den Master.<br />
� MOSI (Master out, Slave in): Wie oben, aber hier werden Daten vom Master an<br />
den angesprochenen Slave übertragen.<br />
� SCK (Serial Clock): Ebenfalls an den Master und alle Slaves angeschlossen, hier<br />
gibt der Master den Takt der Übertragung an. Ein Slave kann nicht von sich aus<br />
Daten senden, sondern nur, wenn bei ihm SS auf low gezogen wurde und der Master<br />
ein Taktsignal vorgibt.<br />
Auf diese Art und Weise wurde es uns möglich auf der SD-Karte nahezu beliebig lange<br />
Audiodateien im 8Bit, 8kHz (mono) - Format abzulegen und abzuspielen.<br />
7 verwendete Microcontroller<br />
Aufgrund verschiedener Aufgaben und Anforderungen an die Mikrocontroller wurden<br />
auch die Mikrocontroller entsprechend ihrer Aufgaben auf die einzelnen Platinen ver-<br />
teilt und ausgelegt. Durch die hohe Anzahl an I/O PINs zur Steuerung und Bedie-<br />
nung der LED-Matrix sowie die hohe Anzahl an geforderten Timern ist die Entschei-<br />
dung zur Bewältigung dieser Aufgaben auf einen ATmega128 gefallen. Dieser enthält<br />
in seinem internen Speicher nicht nur Code für die Interruptauswertung der Tasten,<br />
Darstellung der Matrix samt PWM, Zeileniteration und Spielzugauswertung sondern<br />
auch den Code für die komplette Struktur des LCD-Menüs. Trotz der hohen Anzahl an<br />
I/O PINs des ATmega128 von 53 programmierbaren PINs musste deren Verwendung<br />
sparsam und mit Bedacht eingesetzt werden. Für die Soundausgabe mitsamt der SD-<br />
Karten-Ansteuerung über die SPI-Schnittstelle sowie für die PWM zur Anregung des<br />
RLC-Reihenschwingkreises wurde ein zweiter Mikrocontroller ein ATmega32 eingesetzt.<br />
Beide Microcontroller werden mit einem 16MHz Quartz betrieben.<br />
29
8 Fazit<br />
Im Laufe des Wintersemesters 08/09 hat sich die Gruppe ele21 zur Aufgabe gemacht<br />
ein elektronisches Mastermind-Spiel zu entwerfen und hat folgende selbstgesetzten Ziele<br />
erreicht:<br />
√ Entwicklung eines leicht zu bedienenden Spieles nach den Spielregeln des Vorbildes<br />
√ Farbliche Visualisierung der Codes unter Verwendung von LEDs<br />
√ Eingabemöglichkeit zur Steuerung des Geräts über kapazitive Nährungsschalter<br />
√ LCD–Anzeige mit Baum-Menü-Struktur<br />
√ manuelle Codevorgabe<br />
√ automatische (zufällige) Codevorgabe<br />
√ Farbvergleiche und Auswertung anhand von LEDs (Grundspielprinzip)<br />
Desweiteren wurden noch zusätzliche ” Nice-To-Have“-Funktionen implementiert, die zu<br />
Beginn des Projektes als optionale Komponenten festgelegt wurden. Die zusätzlich im-<br />
plementierten Features sind:<br />
√ verschiedene Schwierigkeitsstufen (Level)<br />
√ Highscoreliste im LCD–Display mit zugehöriger Ausgabe der benötigten Versuche<br />
√ PIN–Abfrage zum Löschen der Highscoreliste<br />
√ Soundbegleitung während des Spielbetriebs und zugehöriges Ansteuern einer SD-<br />
Karte als Musikspeicher<br />
Somit wurden nicht nur alle für dieses Projekt gesetzten obligatorischen Ziele erreicht,<br />
sondern auch noch weitere Zusatzfunktionen implementiert.<br />
Der zeitliche Aufwand für dieses Projekt war zwar groß doch dafür ist letzlich ein ge-<br />
lungenes und vor allem unterhaltsames Spiel entstanden (siehe Abb.21).<br />
30
Abbildung 21: Darstellung der fertigen Schaltung mit LCD Display im Spielbetrieb<br />
31
9 Schaltpläne unnd Boardlayouts<br />
9.1 Schaltplan LED-Matrix<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 <strong>10</strong> 11<br />
A<br />
A<br />
T13<br />
2N3904<br />
+5V<br />
B<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
Bicolor<br />
RG_S1_Z11<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S1_Z<strong>10</strong><br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S1_Z9<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S1_Z8<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S1_Z7<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S1_Z6<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S1_Z5<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S1_Z4<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S1_Z3<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S1_Z2<br />
red<br />
T14<br />
2N3904<br />
Bicolor<br />
RG_S1_Z1<br />
red<br />
R40<br />
120<br />
R41<br />
120<br />
R26<br />
820<br />
R27<br />
820<br />
RG_S1_GRUEN<br />
B<br />
+5V<br />
T15<br />
2N3904<br />
+5V<br />
RG_S1_ROT<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
Bicolor<br />
RG_S2_Z11<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S2_Z<strong>10</strong><br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S2_Z9<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S2_Z8<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S2_Z7<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S2_Z6<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S2_Z5<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S2_Z4<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S2_Z3<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S2_Z2<br />
red<br />
T16<br />
2N3904<br />
Bicolor<br />
RG_S2_Z1<br />
red<br />
R39<br />
120<br />
R38<br />
120<br />
R28<br />
820<br />
R29<br />
820<br />
RG_S2_GRUEN<br />
15K<br />
R-LCD<br />
T17<br />
2N3904<br />
+5V<br />
RG_S2_ROT<br />
Bicolor<br />
RG_S3_Z11<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S3_Z<strong>10</strong><br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S3_Z9<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S3_Z8<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S3_Z7<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S3_Z6<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S3_Z5<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S3_Z4<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S3_Z3<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S3_Z2<br />
red<br />
T18<br />
2N3904<br />
Bicolor<br />
RG_S3_Z1<br />
red<br />
R36<br />
120<br />
R37<br />
120<br />
LCD_PIN15<br />
2<br />
POTI<br />
5k<br />
1 3<br />
C<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
R30<br />
820<br />
R31<br />
820<br />
RG_S3_GRUEN<br />
0V +5V<br />
C<br />
T19<br />
2N3904<br />
+5V<br />
RG_S3_ROT<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
green<br />
T20<br />
2N3904<br />
green<br />
Bicolor<br />
RG_S4_Z11<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S4_Z<strong>10</strong><br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S4_Z9<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S4_Z8<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S4_Z7<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S4_Z6<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S4_Z5<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S4_Z4<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S4_Z3<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S4_Z2<br />
red<br />
Bicolor<br />
RG_S4_Z1<br />
red<br />
R35<br />
120<br />
R34<br />
120<br />
R32<br />
820<br />
R33<br />
820<br />
RG_S4_GRUEN<br />
RG_S4_ROT<br />
LCD_Pin1 1 2<br />
LCD_Pin2<br />
LCD_PIN3 LCD_PIN15 3 4 LCD_RS LCD_PIN4<br />
LCD_PIN5 5 6 LCD_E LCD_PIN6<br />
LCD_PIN11 LCD_DB4 7 8 LCD_DB5 LCD_PIN12<br />
LCD_PIN13 LCD_DB6 9 <strong>10</strong> LCD_DB7 LCD_PIN14<br />
LCD<br />
0V<br />
+5V<br />
LCD<br />
+5V<br />
T3<br />
2N3904<br />
T2<br />
2N3904<br />
T1<br />
2N3904<br />
D<br />
TASTER_2<br />
TASTER_4<br />
TASTER_6<br />
1S-RV-GRUEN<br />
1 2<br />
3 4<br />
5 6<br />
7 8<br />
9 <strong>10</strong><br />
1S_GRUEN<br />
1S_BLAU<br />
1S_ROT<br />
RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT<br />
1S_1Z 1S_2Z 1S_3Z 1S_4Z 1S_5Z 1S_6Z 1S_7Z 1S_8Z 1S_9Z 1S_<strong>10</strong>Z 1S_11Z<br />
1S-RB-GRUEN <strong>10</strong>0<br />
1S-RV-BLAU<br />
270<br />
1S-RB-BLAU <strong>10</strong>0<br />
1S-RV-ROT<br />
270<br />
1S-RB-ROT 150<br />
820<br />
+5V<br />
TASTER_1<br />
TASTER_3<br />
TASTER_5<br />
16BIT_TIMER<br />
0V<br />
0V<br />
D<br />
+5V<br />
1S_PWM_GRUEN<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
TASTER<br />
P$2 P$1<br />
1S_PWM_BLAU<br />
+5V<br />
+5V<br />
+5V<br />
1S_PWM_ROT<br />
T6<br />
2N3904<br />
T5<br />
2N3904<br />
T4<br />
2N3904<br />
2S-RB-GRUEN <strong>10</strong>0<br />
2S-RV-BLAU<br />
270<br />
2S-RB-BLAU <strong>10</strong>0<br />
2S-RV-ROT<br />
270<br />
2S-RB-ROT 150<br />
820<br />
+5V<br />
<strong>10</strong>k<br />
2S-RV-GRUEN<br />
TCK<br />
TDO<br />
TMS<br />
+5V<br />
TDI<br />
0V<br />
C1<br />
22pF<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
22pF<br />
0V<br />
T9<br />
2N3904<br />
T8<br />
2N3904<br />
T7<br />
2N3904<br />
C2_QUARZ<br />
3S-RB-GRUEN <strong>10</strong>0<br />
3S-RV-BLAU<br />
270<br />
3S-RB-BLAU <strong>10</strong>0<br />
3S-RV-ROT<br />
270<br />
3S-RB-ROT 150<br />
820<br />
+5V<br />
+5V 0V<br />
7808T<br />
1<br />
VI VO<br />
C1_ATMEGA<br />
<strong>10</strong>u<br />
<strong>10</strong>u <strong>10</strong>0n <strong>10</strong>0n C2_ATMEGA<br />
0V<br />
+5V<br />
3<br />
IC2<br />
GND<br />
C1_REGLER C2_REGLER<br />
Q1<br />
3S-RV-GRUEN<br />
(AD7)PA7<br />
(AD6)PA6<br />
(AD5)PA5<br />
(AD4)PA4<br />
(AD3)PA3<br />
(AD2)PA2<br />
(AD1)PA1<br />
(AD0)PA0<br />
C1_QUARZ<br />
22pF<br />
0V<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
T12<br />
2N3904<br />
T11<br />
2N3904<br />
T<strong>10</strong><br />
2N3904<br />
4S-RV-GRUEN<br />
(OC2/OC1C)PB7<br />
(OC1B)PB6<br />
(OC1A)PB5<br />
(OC0)PB4<br />
(MISO)PB3<br />
(MOSI)PB2<br />
(SCK)PB1<br />
(SS)PB0<br />
(A15)PC7<br />
(A14)PC6<br />
(A13)PC5<br />
(A12)PC4<br />
(A11)PC3<br />
(A<strong>10</strong>)PC2<br />
(A9)PC1<br />
(A8)PC0<br />
1 2<br />
3 4<br />
5 6<br />
7 8<br />
9 <strong>10</strong><br />
SPI<br />
IC1<br />
20<br />
RESET<br />
23<br />
XTAL2<br />
24<br />
XTAL1<br />
62<br />
AREF<br />
64<br />
AVCC<br />
63<br />
AGND<br />
52<br />
21<br />
VCC<br />
22<br />
GND<br />
53<br />
18<br />
PG3(TOSC2)<br />
19<br />
PG4(TOSC1)<br />
43<br />
PG2(ALE)<br />
34<br />
PG1(RD)<br />
33<br />
PG0(WR)<br />
1<br />
PEN<br />
SS<br />
SCK<br />
MISO<br />
MOSI<br />
2S_GRUEN<br />
2S_BLAU<br />
2S_ROT<br />
RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT<br />
2S_1Z 2S_2Z 2S_3Z 2S_4Z 2S_5Z 2S_6Z 2S_7Z 2S_8Z 2S_9Z 2S_<strong>10</strong>Z 2S_11Z<br />
R1<br />
E<br />
2S_PWM_GRUEN<br />
2S_PWM_BLAU<br />
2S_PWM_ROT<br />
3S_GRUEN<br />
3S_BLAU<br />
3S_ROT<br />
RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT<br />
3S_1Z 3S_2Z 3S_3Z 3S_4Z 3S_5Z 3S_6Z 3S_7Z 3S_8Z 3S_9Z 3S_<strong>10</strong>Z 3S_11Z<br />
3S_PWM_GRUEN<br />
3S_PWM_BLAU<br />
2<br />
3<br />
2<br />
1<br />
JP1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
P$2 P$1<br />
P$4<br />
P$3<br />
C6 C7<br />
<strong>10</strong>0n <strong>10</strong>u<br />
C E<br />
DEC-RB<br />
BDEC-RB1<br />
<strong>10</strong>0<br />
<strong>10</strong>0<br />
Q2<br />
BC639<br />
P$2 P$1<br />
Q3<br />
BC639<br />
Q4<br />
BC639<br />
Q5<br />
BC639<br />
Q6<br />
BC639<br />
Q7<br />
BC639<br />
4S-RB-GRUEN <strong>10</strong>0<br />
4S-RV-BLAU<br />
270<br />
4S-RB-BLAU <strong>10</strong>0<br />
4S-RV-ROT<br />
270<br />
4S-RB-ROT 150<br />
820<br />
IC3<br />
2<br />
D1 S0<br />
3<br />
D2 S1<br />
21<br />
D3 S2<br />
22<br />
D4 S3<br />
S4<br />
1<br />
ST S5<br />
23<br />
INH S6<br />
S7<br />
S8<br />
S9<br />
S<strong>10</strong><br />
S11<br />
S12<br />
S13<br />
S14<br />
S15<br />
4514D<br />
0V<br />
0V<br />
Q8<br />
BC639<br />
Q9<br />
BC639<br />
Q<strong>10</strong><br />
BC639<br />
<strong>10</strong>0<br />
Q11<br />
BC639<br />
<strong>10</strong>0<br />
Q12<br />
BC639<br />
<strong>10</strong>0<br />
<strong>10</strong>0<br />
<strong>10</strong>0<br />
<strong>10</strong>0<br />
(T2)PD7<br />
(T1)PD6<br />
(XCK1)PD5<br />
(IC1)PD4<br />
(TXD1/INT3)PD3<br />
(RXD1/INT2)PD2<br />
(SDA/INT1)PD1<br />
(SCL/INT0)PD0<br />
(IC3/INT7)PE7<br />
(T3/INT6)PE6<br />
(OC3C/INT5)PE5<br />
(OC3B/INT4)PE4<br />
(OC3A/AIN1)PE3<br />
(XCK0/AIN0)PE2<br />
(TXD/PDO)PE1<br />
(RXD/PDI)PE0<br />
IC3P<br />
12 24<br />
VSS VDD<br />
DEC-RB2<br />
DEC-RB3<br />
DEC-RB4<br />
DEC-RB5<br />
DEC-RB6<br />
DEC-RB7<br />
DEC-RB8<br />
DEC-RB9<br />
<strong>10</strong>0<br />
<strong>10</strong>0<br />
<strong>10</strong>0<br />
11<br />
9<br />
<strong>10</strong><br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
18<br />
17<br />
20<br />
19<br />
14<br />
13<br />
16<br />
15<br />
1 2<br />
3 4<br />
5 6 RESET<br />
7 8<br />
9 <strong>10</strong><br />
JTAG<br />
0V<br />
44 B<br />
45 A<br />
46 2S_PWM_GRUEN<br />
47 2S_PWM_BLAU<br />
48 2S_PWM_ROT<br />
49 1S_PWM_GRUEN<br />
50 1S_PWM_BLAU<br />
51 1S_PWM_ROT<br />
17 LCD_E<br />
16 LCD_RS<br />
15 16BIT_TIMER<br />
14 8BIT_TIMER<br />
13 MISO<br />
12 MOSI<br />
11 SCK<br />
<strong>10</strong> SS<br />
42 D<br />
41 C<br />
40 4S_PWM_GRUEN<br />
39 4S_PWM_BLAU<br />
38 4S_PWM_ROT<br />
37 3S_PWM_GRUEN<br />
36 3S_PWM_BLAU<br />
35 3S_PWM_ROT<br />
32 LCD_DB7<br />
31 LCD_DB6<br />
30 LCD_DB5<br />
29 LCD_DB4<br />
28 TASTER_4<br />
27 TASTER_3<br />
26 TASTER_2<br />
25 TASTER_1<br />
9<br />
8 TASTER_7<br />
7 TASTER_6<br />
6 TASTER_5<br />
5 RG_S4_ROT<br />
4 RG_S4_GRUEN<br />
3 RG_S3_ROT<br />
2 RG_S3_GRUEN<br />
E<br />
+<br />
3S_PWM_ROT<br />
F<br />
4S_GRUEN<br />
4S_BLAU<br />
4S_ROT<br />
RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT RGB-KINGBRIGHT<br />
4S_1Z 4S_2Z 4S_3Z 4S_4Z 4S_5Z 4S_6Z 4S_7Z 4S_8Z 4S_9Z 4S_<strong>10</strong>Z 4S_11Z<br />
4S_PWM_GRUEN<br />
4S_PWM_BLAU<br />
4S_PWM_ROT<br />
A<br />
B<br />
C<br />
D<br />
+5V<br />
Abbildung 22: Darstellung des Schaltplans zur LED-Ansteuerung in Eagle<br />
32<br />
F<br />
+<br />
G<br />
PF7(ADC7/TDI)<br />
PF6(ADC6/TDO)<br />
PF5(ADC5/TMS)<br />
PF4(ADC4/TCK)<br />
PF3(ADC3)<br />
PF2(ADC2)<br />
PF1(ADC1)<br />
PF0(ADC0)<br />
MEGA128-A<br />
54<br />
55<br />
56<br />
57<br />
58<br />
59<br />
60<br />
61<br />
DEC-RB<strong>10</strong><br />
0V<br />
TDI<br />
TDO<br />
TMS<br />
TCK<br />
RG_S2_ROT<br />
RG_S2_GRUEN<br />
RG_S1_ROT<br />
RG_S1_GRUEN<br />
G<br />
H<br />
0V<br />
H<br />
I<br />
I<br />
<strong>10</strong>.02.2009 16:16:49 f=0.45 G:\MasterMind\Shematics\Eagle\LED-Matrix-v2\Master_Mind_02.sch (Sheet: 1/1)
9.2 Schaltplan Kapazitive Taster<br />
R_6 L_6<br />
R_3 L_3<br />
3.3M 470u<br />
TOUCH6<br />
3<br />
C_6<br />
R_5 L_5<br />
47n<br />
3.3M 470u<br />
TOUCH5<br />
3<br />
C_5<br />
R_4 L_4<br />
47n<br />
3.3M 470u<br />
TOUCH4<br />
3<br />
C_4<br />
TASTER<br />
+5V <strong>10</strong> 9 GND<br />
8 RECHTECK_800KHZ_0..5V<br />
7<br />
AUSGANG_6_KAP_0..5V 6 5 AUSGANG_5_KAP_0..5VRECHTECK_800KHZ_0..5V<br />
AUSGANG_4_KAP_0..5V 4 3 AUSGANG_3_KAP_0..5V<br />
AUSGANG_2_KAP_0..5V 2 1 AUSGANG_1_KAP_0..5V<br />
TOUCH6<br />
TOUCH4<br />
TOUCH2<br />
<strong>10</strong><br />
TOUCH<br />
9<br />
8 7<br />
6 5<br />
4 3<br />
2 1<br />
TOUCH5<br />
TOUCH3<br />
TOUCH1<br />
RECHTECK_800KHZ_0..5V<br />
RECHTECK_800KHZ_0..5V<br />
RECHTECK_800KHZ_0..5V<br />
47n<br />
3.3M 470u<br />
TOUCH3<br />
3<br />
C_3<br />
RECHTECK_800KHZ_0..5V<br />
R_2 L_2<br />
47n<br />
3.3M 470u<br />
TOUCH2<br />
3<br />
C_2<br />
RECHTECK_800KHZ_0..5V<br />
TOUCH1<br />
R_1 L_1<br />
47n<br />
3.3M 470u<br />
C_1<br />
47n<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
3<br />
4<br />
11<br />
4<br />
11<br />
4<br />
11<br />
4<br />
11<br />
4<br />
11<br />
4<br />
11<br />
LM324N<br />
1<br />
LM324N<br />
1<br />
LM324N<br />
1<br />
LM324N<br />
1<br />
<strong>10</strong>.02.2009 16:12:58 f=0.72 G:\MasterMind\Shematics\Eagle\kapazitiverSchalter\kap. Taster.sch (Sheet: 1/1)<br />
IC8A<br />
IC5A<br />
IC4A<br />
IC1A<br />
1N5061<br />
D12<br />
1N5061<br />
D<strong>10</strong><br />
1N5061<br />
D8<br />
1N5061<br />
D2<br />
LM324N<br />
1<br />
IC2A<br />
1N5061<br />
D4<br />
LM324N<br />
1<br />
IC3A<br />
1N5061<br />
D6<br />
GND<br />
R14<br />
<strong>10</strong>0K<br />
<strong>10</strong>0K<br />
R5<br />
R17<br />
<strong>10</strong>0K<br />
R1<br />
<strong>10</strong>0K<br />
<strong>10</strong>0K<br />
R8<br />
D11<br />
1N5061<br />
D9<br />
1N5061<br />
R11<br />
D7<br />
1N5061<br />
D1<br />
1N5061<br />
D3<br />
1N5061<br />
<strong>10</strong>0K<br />
D5<br />
1N5061<br />
GND<br />
POTI5<br />
0..1K<br />
1 3<br />
C12<br />
15n<br />
POTI4<br />
0..1K<br />
1 3<br />
C<strong>10</strong><br />
15n<br />
POTI3<br />
0..1K<br />
1 3<br />
C8<br />
15n<br />
POTI<br />
0..1K<br />
1 3<br />
C2<br />
15n<br />
POTI1<br />
0..1K<br />
1 3<br />
C4<br />
15n<br />
POTI2<br />
0..1K<br />
1 3<br />
C6<br />
15n<br />
R18<br />
R15<br />
R12<br />
R3<br />
R6<br />
R9<br />
2<br />
1K<br />
2<br />
1K<br />
2<br />
1K<br />
2<br />
1K<br />
2<br />
1k<br />
2<br />
1K<br />
6<br />
5<br />
6<br />
5<br />
6<br />
5<br />
6<br />
5<br />
6<br />
5<br />
6<br />
5<br />
+5V<br />
LM324N<br />
7<br />
IC8B<br />
LM324N<br />
7<br />
IC5B<br />
LM324N<br />
7<br />
IC4B<br />
LM324N<br />
7<br />
IC1B<br />
LM324N<br />
7<br />
IC2B<br />
LM324N<br />
7<br />
IC3B<br />
R19<br />
R20<br />
R21<br />
R22<br />
R23<br />
R24<br />
LED1<br />
1K<br />
LED2<br />
1K<br />
LED3<br />
1K<br />
LED4<br />
1K<br />
LED5<br />
1K<br />
LED6<br />
1K<br />
AUSGANG_6_KAP_0..5V<br />
AUSGANG_5_KAP_0..5V<br />
AUSGANG_4_KAP_0..5V<br />
AUSGANG_3_KAP_0..5V<br />
AUSGANG_2_KAP_0..5V<br />
AUSGANG_1_KAP_0..5V<br />
Abbildung 23: Darstellung der 5 kapapazitiven Taster als Schaltplan in Eagle<br />
33
9.3 Schaltplan Sound mit SD-Karte<br />
16<br />
15<br />
14<br />
13<br />
12<br />
11<br />
<strong>10</strong><br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
12<br />
13<br />
14<br />
15<br />
7805TV<br />
1<br />
VI VO<br />
220uF<br />
3<br />
LF33CV<br />
GND C14<br />
+5V/1<br />
GND1<br />
GND2<br />
GND3<br />
GND4<br />
VSS2<br />
VSS1<br />
VDD<br />
6<br />
3<br />
4<br />
3.3V<br />
5k<br />
R7<br />
470nF<br />
C9<br />
CLK/SCLK<br />
+<br />
C15<br />
DAT0<br />
DAT1<br />
DAT2<br />
CD/DAT3<br />
CMD/DI<br />
<strong>10</strong><br />
WP<br />
CDI#<br />
11<br />
2<br />
C<br />
+5V/1 <strong>10</strong>0nF<br />
C<br />
JP1<br />
1<br />
2<br />
U$2<br />
N.C.1 OUT1+<br />
16<br />
VC1 N.C.15<br />
15<br />
N.C.3 PGND1<br />
14<br />
VI(1) OUT1-<br />
13<br />
VP OUT2-<br />
12<br />
VI(2) N.C.11<br />
11<br />
SGND PGND2<br />
<strong>10</strong><br />
VC2 OUT2+<br />
9<br />
AUDIO_AMP_2X1W<br />
5<br />
7<br />
8<br />
9<br />
1<br />
2<br />
GND<br />
1<br />
2<br />
3<br />
+5V/1<br />
4<br />
22pF<br />
JP2<br />
1<br />
2<br />
5<br />
C1<br />
C5<br />
6<br />
<strong>10</strong>0nF<br />
220uF<br />
7<br />
+5V/1<br />
22pF<br />
GND<br />
8<br />
1.8k<br />
1.8k<br />
<strong>10</strong>0nF<br />
220uF<br />
470nF<br />
470nF<br />
3.3k<br />
1.8k<br />
3.3k<br />
3.3k<br />
33<br />
34<br />
35<br />
36<br />
37<br />
38<br />
39<br />
40<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
29<br />
28<br />
27<br />
26<br />
25<br />
24<br />
23<br />
22<br />
21<br />
20<br />
19<br />
18<br />
17<br />
16<br />
15<br />
14<br />
(ADC7)PA7<br />
(ADC6)PA6<br />
(ADC5)PA5<br />
(ADC4)PA4<br />
(ADC3)PA3<br />
(ADC2)PA2<br />
(ADC1)PA1<br />
(ADC0)PA0<br />
(SCK)PB7<br />
(MISO)PB6<br />
(MOSI)PB5<br />
(SS)PB4<br />
(AIN1/OC0)PB3<br />
(AIN0/INT2)PB2<br />
(T1)PB1<br />
(T0/XCK)PB0<br />
(TOSC2)PC7<br />
(TOSC1)PC6<br />
(TDI)PC5<br />
(TDO)PC4<br />
(TMS)PC3<br />
(TCK)PC2<br />
(SDA)PC1<br />
(SCL)PC0<br />
(OC2)PD7<br />
(ICP)PD6<br />
(OC1A)PD5<br />
(OC1B)PD4<br />
(INT1)PD3<br />
(INT0)PD2<br />
(TXD)PD1<br />
(RXD)PD0<br />
GND<br />
GND<br />
IC6<br />
9<br />
RESET<br />
12<br />
XTAL2<br />
13<br />
XTAL1<br />
32<br />
AREF<br />
30<br />
AVCC<br />
31<br />
AGND<br />
<strong>10</strong><br />
VCC<br />
11<br />
GND<br />
MOSI1<br />
2<br />
3 4<br />
SS 5 6<br />
SCK 7 8<br />
MISO 9 <strong>10</strong><br />
SPI<br />
D<br />
C2_QUARZ<br />
D<br />
RESET<br />
+<br />
Q1<br />
C1_QUARZ<br />
E<br />
SCK<br />
MISO<br />
MOSI<br />
SS<br />
E<br />
R25<br />
C11<br />
+<br />
C13<br />
R26<br />
R<strong>10</strong><br />
F<br />
C7<br />
C3<br />
R27<br />
R13<br />
TDI<br />
TDO<br />
TMS<br />
TCK<br />
F<br />
R16<br />
5k<br />
R4<br />
5k<br />
R2<br />
G<br />
GND<br />
+5V/1<br />
GND<br />
MEGA32-P<br />
GND<br />
RESET<br />
H<br />
GND<br />
1<br />
2<br />
JP3<br />
1 2<br />
3 4<br />
5 6<br />
7 8<br />
9 <strong>10</strong><br />
JTAG<br />
TCK<br />
TDO<br />
TMS<br />
+5V/1<br />
TDI<br />
GND<br />
LM324N<br />
8<br />
9<br />
12k<br />
<strong>10</strong><br />
R32<br />
22nF<br />
C20<br />
GND<br />
<strong>10</strong>0nF<br />
C19<br />
LM324N 6 LM324N<br />
1<br />
1.8k 15k<br />
7<br />
R30 R31 5<br />
IC7A<br />
IC7B<br />
1nF<br />
C18<br />
GND<br />
Abbildung 24: Darstellung der Schaltung zur Soundimplementierung in Eagle<br />
34<br />
G<br />
H<br />
1uF<br />
C17<br />
C21<br />
1uF<br />
IC7C<br />
2<br />
3<br />
I<br />
470 5k<br />
R28 R29<br />
1nF<br />
C16<br />
GND<br />
I<br />
+5V/1<br />
Tag Name<br />
4<br />
Bearb.<br />
K<br />
Benennung<br />
Gepr.<br />
zu Gerät<br />
K<br />
11<br />
GND<br />
Zeichnungs-Nr.<br />
zu Anlage<br />
L<br />
L<br />
1/1 nicht gespeichert!<br />
Blatt<br />
Sound<br />
Rev Änderungs-Nr. Tag Name<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 <strong>10</strong> 11 12 13 14 15 16<br />
<strong>10</strong>.02.2009 16:08:24 f=0.65 G:\MasterMind\Shematics\Eagle\kapazitiverSchalter\Sound.sch (Sheet: 1/1)
9.4 Boardlayout LED Matrix<br />
Abbildung 25: Boardlayout der Matrixschaltung in Eagle<br />
35
9.5 Boradlayout Kapazitive Taster und Sound mit SD-Kart<br />
Abbildung 26: Boardlayout der kapazitiven Taster und der Soundschaltung<br />
36
Abbildungsverzeichnis<br />
1 Spielbrett von Mastermind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3<br />
2 Baumstruktur des Menüs des LCD-Displays . . . . . . . . . . . . . . . . 6<br />
3 4x16 LCD-Display im Hauptmenü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6<br />
4 Darstellung des Menschen als zweite Kapazität für den Sensor . . . . . . 9<br />
5 Reihenschwingkreis bestehend aus Widerstand, Spule und Kondensator . 11<br />
6 Zeigerdiagramm des Reihenschwingkreises aus Abb.5 . . . . . . . . . . . 12<br />
7 Spannungsverlauf UL zu Ue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13<br />
8 Spannungsverlauf UC zu Ue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14<br />
9 Schaltung des Spitzenwertgleichrichters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15<br />
<strong>10</strong> Layout des kapazitiven Bedienfeldes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15<br />
11 Gewählte RGB-LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17<br />
12 Gewählte bicolor-LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18<br />
13 Auschnitt einer LED Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19<br />
14 LED-Spielfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20<br />
15 PWM-Signal mit einem Tastverhältnis D = 0.25 . . . . . . . . . . . . . . 21<br />
16 Treiberstufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23<br />
17 schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen PWM und ana-<br />
logem Signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24<br />
18 SD-Karte: Äußerer und innerer Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26<br />
19 Pinbelegung einer SD- und MMC-Karte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26<br />
20 Beschaltung einer SD/MMC-Karte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27<br />
21 Darstellung der fertigen Schaltung mit LCD Display im Spielbetrieb . . . 30<br />
22 Darstellung des Schaltplans zur LED-Ansteuerung in Eagle . . . . . . . . 31<br />
23 Darstellung der 5 kapapazitiven Taster als Schaltplan in Eagle . . . . . . 32<br />
24 Darstellung der Schaltung zur Soundimplementierung in Eagle . . . . . . 33<br />
25 Boardlayout der Matrixschaltung in Eagle . . . . . . . . . . . . . . . . . 34<br />
26 Boardlayout der kapazitiven Taster und der Soundschaltung . . . . . . . 35<br />
37