Raspberry PI, DCC og SPI cocktail

Da' Lars.

Nej, det er også den konklusion, jeg er nået til.

I min planlægning har jeg tænkt mig at en DCC sniffer med en Arduino, der så kan sende de modtagne signaler via USB til såvel en PC som en stak Raspberry Pi. Hvis du er interesseret i at se på sådan en løsning, skal du nok se på siden MRRWA - Model RailRoading With Arduino. Her kan du finde det, du skal bruge - hvis du altså vil den vej.

Nu er jeg måske bare kedelig, men hvorfor bruge lang tid på at opfinde noget der er lavet i forvejen? Køb en z21, forbind den ved hjælp af netværk til din pc og så har du de fineste DCC signaler du kan ønske dig, med railcom og hele svineriet. Der er sågar en feedback bus du kan bygge videre på, vis du vil

Det er jo individuelt hvilke nuancer af vores hobby vi hver især ender med at dyrke mest?  Selvom jeg sikkert selv ender med (som dig) mest at bruge færdige løsninger kan jeg sagtens få øje på at det ville være dybt interessant og udfordrende at gøre det som forslået her! 

God weekend,

Peter

Nu ville en SPROG nok passe bedre til indbygning i mit lille anlæg da jeg ikke har brug for RailCom og den let kan byges ind under pladen. Jeg har allerede in IB-Com, så jeg har haft tog ude på banen under computer control. Men:

1) Jeg har nok ting her i livet hvor alt skal gøres hurtigst muligt. Jeg har valgt at konstruktionen af mit lille anlæg må tage så lang tid som det nu tager - det er helt fint hvis det tager et år eller fem, og evt genstartes et par gange på vejen.

2) Det interesserer mig hvordan ting virker, og selv om man kan (og jeg allered har) læst op på hvordan DCC commandoerne virker, så er det nu engang sjovere for mig at se om man kan genere dem selv.

3) Det interesserer mig at lave ting. Som programmør "skaber" jeg ting konstant, men altid virtuelt. Jeg bygger model tog for at lave noget selv. Og for mig, er elektronikken lige så interessant som det øvrige der skal laves.

Jeg er sikker på at jeg vil finde områder hvor jeg vil købe en løsning hvor det kunne laves selv (for eksempel køber jeg måske en stak træer). Det tager jeg efterhånden som jeg kommer frem - alt efter om det lige fanger min interesse at lave det selv. Det kan da også være at jeg ender med bare at bruge min IB-Com eller købe noget andet senere hvis jeg får bøvl med det hjemmelavede.

Ja, jeg kom forbi den side den anden dag. Men mit anlæg er så lille at der ikke bliver brug for at sende signalet rundt. DCC kommandoerne bliver udsendt fra én central enhed (formegentlig min Pi, men evt noget kraftigere hvis jeg går viddere med dybdekamera til positionsbestemmelse).

Jeg regner med at jeg kun får brug for 2-4 Arduino'er, så de kan få deres kommandoer over USB fra centralenheden.

Men jeg kom forbi den har: DCC++

Umiddelbart ser det ud til at den kan klare det jeg har brug for. Så det er helt sikkert noget i den stil jeg bør bruge. Det er lettere, billigere, og jeg kan debugge det direkte fra min computer (jeg kan også debugge direkte på min Pi, men det tager omkring 10 sekunder hver gang der skal deployes). Men nu skal man jo ikke altid gøre hvad der er mest fornuftigt... så jeg sidder lige og ser på en IC555 der generer dette signal:

Hmm. Så smid DCC signalet ind i en stak shift registre lynhurtigt med SPI.

Jeg kan så generere én puls på high->low edge, og én på low->high edge fra IC555 klokken. 

Smid det gennem det her:

(ja, jeg ved godt at det er en S/R flipflop på tegningen, jeg kunne ikke lige finde en D flipflop i schematic programmet - og den ene DCC out skulle have haft en "Shift Clock" label).

Jeg har ikke gennemtænkt det helt endnu, men så vidt jeg kan se vil det give følgende:

• Klok puls til flip-floppen hver 58μs hvis ShiftOutput er høj, hver 116μs hvis ShitOutput er lav.
• Output fra flipfloppen der inverterer hver gang der kommer en klok puls på flipflop input. Det er et DCC signal.
• Output fra flipfloppen der har én low->high edge hver gang der er sendt én bit. Det indikerer vi har haf begge faser af DCC bitten og kan sende næste bit - så det er et clock signal til shift registered.

Man kan bruge en counter til at se hvornår signaler er sendt. Man kan også have 2 parallel rækker af shiftregistre (én række med parallel out og én med parallel in), så kan computeren loade dem med parallel out, og når counteren indikerer det første signal er sendt sendes den nye kommando over på output shift registrene.

Men man kan også bare være doven. Loope shift registrerne så den kan stå og sende den samme kommando automatisk, så afbryder computeren den bare når der skal sendes en ny kommando. Det giver "halve" kommandoer når der skiftes, men det er protokollen jo lavet til at håndtere. Computeren skal også selv beregne hvornår en kommando er afsendt nok gange (jeg mener man bør sende den 3 gange) så den ikke sender den nye kommando for tidligt... men det er trivielt.

Igen - dette er IKKE den letteste måde at få et DCC signal, det er bare noget jeg roder med for sjov. Mine D flip-flops er stadig på vej fra Kina, så jeg ved ikke hvornår jeg kan eksperimentere med det.

Der skal naturligvis lidt mere til en det der er i skemaet her. Puls generatorerne og lidt logik der styrer om shift registerne får klok fra IC555 (når der sendes) eller computeren (når der loades ny kommando).

Da' Lars.

Ja, det ser godt nok spændende ud - det kan godt være, jeg også skal se lidt nærmere på det projekt.

Men indtil da håber jeg at høre mere om dine eksperimenter, de er (også) rigtigt spændende.

Så har jeg fedtet med ledninger igen:

Yderst til højre er det en IC555 timer med samme opsætning som tidligere. I midten er der en 74HC04 NOT gate (inverter) og til sidst en 74HC08 AND gate.

De er forbundet efter følgende diagram:

Idéen med de mange NOT gates er at forsinke signalet. Ser vi på den nederste del af kredsløbet (den del der ledet til EdgePulse2) når 555Pulse er lav vil AND gaten have ét højt input (den der går igennem de 5 NOT gates) og ét lavt input (det der går direkte til AND gaten).

Når 555Pulse skifter til høj vil AND gaten få de to modsatte inputs. Men hver NOT gate giver en lille forsinkelse. Så det øverste input på AND gaten vil skifte fra høj til lav en anelse efter det nederste input er skiftet til højt. Så der er en kortvarig periode hvor begge inputs er høje - og derfor genereres der en kortvarig puls med et højt signal på and gatens output.

Den øverste del af skemaet er identisk - den er bare "forskudt" en enkelt gate, så den genererer ud fra det inverse 555Pulse signal. Det vil sige at den sender en puls når 555Pulse skifter fra høj til lav.

Signalet ser sådan her ud:

Bemærk at der manger en puls ved det sidste høj til lavt skift - og det er et generelt problem, der mangler rigtig mange - jeg har bare udvalgt et af de bedre udsnit her. Jeg er dog ret sikker på at det er min 5 euro Kina logic analyzer der ikke sampler hurtigt nok til at vise signalet. Den viser at alle de genererede puls signaler er 42ns  - det svarer til en sample rate på 25Mhz - og det er vist også begrænsningen på analyzeren.

Som det ses på diagrammet kører forsinkelsen igennem 5 not gates. Eksemplerne jeg har fundet på internettet bruger kun 3 - jeg gik op til 5 for at se om jeg fik et bedre resultat i analyzeren. Så jeg går ud fra at puls signalet er langt nok til at få en flip flop til at reagere. Kommer mine D flip flop ikke i rimelig tid fra Kina bruger jeg nok bare en NAND gate til at konstruere en flip flop. Men jeg kunne også bruge noget mere breadboard plads og jumper wires. De er også bestilt... i Kina... Det er billigt, men ikke ligefrem hurtigt.

Her er et samlet skema inklusiv clock generatoren. Dette skema er lavet i Eagle - det er åbenbart standard software til den slags. De har vist rigtig mange professionelle brugere der bliver enormt sure hvis der ændres noget som helst i brugerfladen. Så vidt jeg lige kan bedømme har det været tilfældet de sidste 20 år. Men heldigvis brugte jeg også computer for 20 år siden, så det er da til at finde ud af... når man nu skal.

SHIFTOUT i nederste højre hjørne er output fra shift registrerne hvor kommandoen er lagret.

Nu er en gang IC'er ikke det mest sigende at tage billeder af, men i får et alligevel. Den løse grønne ledning er - sammen med en pull-down modstand - stedfortræder for shift registrerne.

Jeg startede med den gønne ledning høj. Den blev så trukket ud midt-vejs så SHIFTOUT skifter til lav. Det gav følgende resultat:

Øverst er klok signalet fra NE555N chippen. Signalet i midten er SHIFTOUT (så den grønne ledning). Nederst er DCCOUT (der går til boosteren, men mere om det senere).

Det ser ud til at det er lykkedes - DCC signalet har korte impulser når der er et højt input fra shift registret, og lange pulser når der er et lavt input.

Det næste jeg vil se på er nok de shift registre kommandoen skal placeres i. Der skal brygges noget sammen så de styres af SPI klokken når kommandoen modtages, og fra DCCOUT når kommandoen skal sendes ud på sporet. Umiddelbart er det meget simplet, men jeg vil lige overveje om jeg let kan bruge de mange (9) shift registre jeg skal bruge til noget GPIO når jeg alligevel har dem, og det gør det en anelse mere kompliceret.

Da' Lars.

- og jeg brugte 555 for 40 år siden, hvis vi nu skal til at konkurrere på den slags parametre. NE555 er virkeligt en gammel, gammel sag - men den er slet ikke død, jeg har for nogle få år siden købt en 50-100 stykker, som jeg fik billigt et eller andet sted, da jeg alligevel købte noget andet.

Eagle er på mange måder standard indenfor elektronik-layout - der er rigtigt mange printproducenter, der forlanger en Eagle-fil som input. Den behøver dog ikke være lavet i Eagle, mange andre programmer kan arbejde i formatet; men det siger noget om udbredelsen, når programmet har lagt navn til standard-formatet. Jeg er også enig i, at brugerfladen ligner noget fra fortiden - der var ikke nogen, der sagde AutoCAD, vel?

Den gratis version af Eagle er begrænset til relativt små print, hvilket jo kan være godt nok for mange af os hobbyfolk. Men du kunne også overveje at se på det nye "standard-program" blandt hobbyfolk - det ville nok kunne have lavet endnu flottere diagrammer bl.a. her til Sporskiftet: Fritzing. Det er et rigtig godt lille program, der bl.a. kan vise breadboard på en grafisk måde, der langt bedre end dit foto viser, hvordan opstillingen er lavet. Tegninger af Arduino, breadboards mm. i denne artikel er lavet med Fritzing. Kig på det - det kunne være, det var noget for dig.

Spændende - det må jeg se nærmere på ved lejlighed.

Jeg vil kigge på Fritzing igen. Jeg har det liggende på skrivebordet, jeg kan ikke huske hvorfor jeg gik væk fra det. Så vidt jeg husker havde jeg et par crashes på tidligere versioner.

Jeg har lige kigget på Fritzing igen, og kan nu uden problemer huske hvorfor jeg ikke bruger det.

Der mangler simpelthen komponenter. For eksempel kunne jeg finde et 7404 NOT gate, men ikke et 7408 AND gate. Jeg ved godt at man bare kan bruge en general IC, men så skal man sidde og se på pin numrer når man forsøger sig at få et overblik over kredsløbet, og det er alt alt for besværligt.

Jeg overvejer selv at lave de manglende komponenter- det er jo bare en SVG tegning der skal opdateres fra den general IC, men jeg må sige at Eagle's support for at de enkelte gates fra en IC kan placeres særskilt på et skema er tiltalende. Så kan man arangere skemaet så det giver logisk mening - det gør det langt lettere at udvikle kredsløbet. Det kan godt være at det bliver for besværligt senere når man kommer op at slås med Eagle om hvilken IC/pins der skal benyttes til en enkelt gate, men det tager vi til den tid hvis det bliver nødvendigt. Jeg har en mistanke om at jeg godt kan lave mit prototype board direkte ud fra skemaet.

Jeg brugte EasyEDA til de første skemaer - og det virkede helt fint til mit formål. Indtil det ikke ville optegne nye skemaer korrekt (komponenterne er kun synlige ved mouse over og font size er forkert).

Havd med at bruge en arduino som "DCC buffer", så kan den stå og sende strenge  konstant. Du kan så engang imellem smide en streng over til den...ligesom at fodre en drövtygger. Din "hoved CPU" kan så lave nopget andet vigtigt imens.

I övrigt skal du se på LDT de har lavet en forbedret udgave af S-88, en HSI S-88

Det er helt sikkert det smarteste at gøre, og noget jeg overvejer. Det her er bare "for sjov".

Et eller andet sted i de alt for mange posts ovenfor skrev jeg det her:

Så ja, jeg er i fuld gang med at være ufornuftigt.