SELECTRIX SX-MiniZentrale zum Schalten und Melden.
Der Einstieg in die digital gesteuerte Modelleisenbahn ist keine Sache
für das "Taschengeld"-Budget. Egal welches System man wählt, der Start-
Aufwand ist nicht unerheblich. Der Hobbyelektroniker hat aber Chancen mit
geringem Aufwand im Bereich Schalten und Melden tätig zu werden.
Weil die Basiskosten für gedruckte Schaltungen bei ca. 60.- € für 100 qcm
liegen versuche ich Lösungen vorzuschlagen, die auf preiswerten
Laborkartenzuschnitten realisiert werden können. Dies gelingt solange die Anzahl
der Bauelemente niedrig ist und das "Design" keine Rolle spielt.
Tastaturen, Text- und Grafikanzeigen, Gehäuse und Berührungsschutz stellen
für den Eigenbauer Herausforderungen dar, die schnell zur Bewertung
"Lohnt sich nicht" führen. Auch die hochintegrierten Lösungen, die man für
Decoder- "Winzlinge" braucht, stehen im Hobbybereich nicht zur Verfügung.
Ausdrücklich will ich davor warnen die Gefahren im Umgang mit Netzspannung
zu unterschätzen. Sicherheit geht vor !! Auch die eigene !! Deshalb lasse ich die
Hände vom Netzgerätebau und benutze preiswerte, CE-geprüfte Massenartikel.
Mein Motto: Hochspannung ist ab 24 Volt ! Finger weg!
Digital Fahren ist ein ganz anderes Thema als digital Schalten. Insbesondere dann,
wenn der Steuerstand NICHT der PC ist, sondern Fahrpulte und Handgeräte
verwendet werden sollen.
Minimalaufwand funktioniert aber in der Kombination PC-Stellwerk und Servoantriebe.
DCC-, Motorola- und Analog-Lokomotiven fahren auch über Selectrix-Servo-Weichen.
Das SX-Protokoll:
Die SX-Zentrale hat als 5-poligen Anschluß eine DIN-Buchse 180 Grad mi9t der
Belegung:
1 Takt, TTL-Pegel, 5V
2 Masse, GND
3 +20 Volt DC
4 Daten zu den Geräten, TTL-Pegel, Innenwiderstand ca. 100 Ohm
5 Daten zur Zentrale, TTL-Pegel, Innenwiderstand ca. 470 Ohm
Das Taktsignal ist eine Rechteckspannung, 10µSek. Low, ca. 40µSek. High und
dient zur Synchronisation aller Teilnehmer.
CH1 zeigt das Taktsignal, CH2 das Datensignal, Trigger ist der Start eines
Synchronblocks, der mit 3 Takten Low-Signal (156µs) beginnt.
In einem Synchblock werden 8 x 12 = 96 Bit gesendet. Die ersten 12 Bit sind
der Synchron und Adressteil in folgender Codierung:
Bit 1 Low Sync
2 Low Sync
3 Low Sync
4 High Trennbit
5 "Gleisbit" = High, wenn Spannung am Gleis
6 High Trennbit
7 Gruppenadresse invertiert Bit 3 akt. Hi = 8
8 Gruppenadresse invertiert Bit 2 akt. Hi = 4
9 High Trennbit
10 Gruppenadresse invertiert Bit 1 akt. Hi = 2
11 Gruppenadresse invertiert Bit 0 akt Lo = 0 ( Gruppenadr. 14, inv. 2 )
12 High Trennbit
Als Dauer für diese Impulsfolge werden 644µs angezeigt. Der theoretische
Sollwert sind 12 x 50µs = 600. Dieser Timingfehler stört nicht, weil die Bus-
Teilnehmer mit den Taktflanken gesteuert werden und nicht mit der Dauer.
In den folgenden 12-Bit-Gruppen werden die Daten von 7 Adressen gesendet.
Die Codierung ist :
Bit 1 D0 LSB auf dem TRIX HandyControl Taste 1 ( 13 akt. Lo )
2 D1 ( 14 akt. Hi )
3 Trennbit High ( 15 )
4 D2 ( 16 akt. Lo )
5 D3 ( 17 akt. Lo )
6 Trennbit High
7 D4
8 D5
9 Trennbit High
10 D6
11 D7
12 Trennbit High
Die Adressenreihenfolge im Bitstrom:
Das SELECTRIX-System definiert in der Ur-Form 112 Adressen die in 16 jeweils 96-Bit
gesendet werden. Die Reihenfolge spielt für die NUR empfangenden Teilnehmer, wie
meine Servodecoder, keine Rolle, sie ist aber wichtig für diejenigen Adressen, die
an die Zentrale eine Meldung absetzen wollen. Die Rückmeldung erfolgt nämlich
bitsynchron, ohne Adressangabe!
Zu jeder der 16 Gruppenadressen gehören 7 Unteradressen die wie folgt festgelegt sind:
Gr. 00 96, 80, 64, 48, 32, 16, 00
Gr. 01 97, 81, 65, 49, 33, 17, 01
Gr. 02 98, 82, 66, 50, 34, 18, 02
...
Gr. 15 111, 95, 79, 63, 47, 31, 15
D.h. das erste gesendete Datenbit ist LSB von Adresse 96, das letzte MSB von Adresse 15.
ACHTUNG: Die Gruppennummer wird invertiert gesendet! Adresse 00 = 15 = 0xFF
Der Rückschreibe-Mechanismus:
Dabei kommt die Hardware ins Spiel, nämlich die Innenwiderstände der Datenleitungen.
Der Datenausgang des Steuer-IC ist über 470 Ohm mit der Rückleitung verbunden (SX-Pin5)
und über 100 OHM mit der Datenleitung (SX-Pin4). Solange also kein "externer" Teilnehmer
die Rückleitung verändert, haben beide Leitungen gleiches Potential. Die Zentrale "hört"
auf der Rückleitung zur Zentrale mit. Dazu ist der SX-Pin5 mit einem Spannungskomparator
verbunden, der als Vergleichswert ca. 2,5 Volt verwendet. Das ist notwendig, weil die
"Schreibleitung" der Geräte einen Innenwiderstand von ca.100 Ohm hat. Die Spannung
der Rückleitung wird also durch den Spannungsteiler 470 / 100 Ohm bestimmt, wenn die
Signalzustände unterschiedlich sind und beträgt 0.9 V bzw. 4.1 V. 0.9 Volt würden am
TTL-Eingang nicht als Lo erkannt, deshalb der Schwellenwert 2.5 Volt.
Der "Auftrag" ein Bit im Speicher der Zentrale zu ändern wird also erkannt, wenn die
Datenleitung und die Rückleitung "ungleich" sind, das Datenbit wird "getoggelt" und im
folgenden Ausgabezyklus mit geändertem Zustand gesendet.
Das funktioniert aber nur, wenn die Zentrale und der Teilnehmer adress- und bitsynchron
sind, d.h. auf dem selben Bit der selben Adresse "fummeln".
Schaltungsaufbau:
Herz der Zentrale ist ein ATMEL AtMega8, der neben ausreichendem SRAM auch eine
USART-Schnittstelle beinhaltet mit der das SELECTRIX-Interface zum PC realisiert wird.
Der Analogkomparator dient zum "Mithören" auf der Rückleitung, die Referenzspannung
liegt an AIN0, Pin12. Die "Innenwiderstände" 470 bzw. 100 Ohm 6k8 für den Reset und
ein 5Volt Regler vervollständigen die "Minizentrale".
MiniZentrale mit SUB-D 9 für Interface
