1. Allgemeines:

Ich übernehme keine Haftung für Schäden, die durch den Nachbau entstehen. Weiterhin kann ich keine Garantie auf Funktion übernehmen.

So der Satz oben muss leider sein, hört sich erst mal abschreckend an , aber bei mir ist nix kaputt gegangen und funktionieren tut's auch prima ;-)
Der Nachbau der MicroHbx ist leider nicht ganz trivial. Wer noch nie einen Lötkolben in der Hand hatte und auch nicht gerade ein Feinmotoriker ist, der sollte erst mal die Finger davon lassen. 
Da ich in die Entwicklung der  MicroHbx ne menge Zeit gesteckt habe würde ich mich freuen, wenn ich von Leuten, die dieses Projekt nachbauen eine Kurze E-Mail bekommen würde. Das hätte für den Absender auch den Vorteil, dass ich Ihn automatisch über Softwareupdates informieren kann.

Der Nachbau der Schaltung darf nur für Private Zwecke erfolgen, gewerblicher Nachbau oder Benutzung nur mit Genehmigung des Autors: daniel.weitendorf@t-online.de
 

2. Schaltungsbeschreibung

Das Herz der Schaltung bildet der Einchipmikrorechner 80C32, der durch den Schwingquarz Q1 mit einer Taktfrequenz von 11,059 Mhz getaktet wird. Als Programmspeicher dient ein EPROM 27128 in dem die Software der MicroHbx gespeichert ist. Der EPROM hat eine Speicherkapazität von 32 kbyte. Das hört sich Heutzutage wenig an ist aber mehr als genug für unser Zwecke. Das Programm in der jetzigen Version 1.1 ist gerade mal  4 kbyte groß. 
Der RAM 62256 hat ebenfalls eine Speicherkapazität von 32 kbyte. Er wir später hauptsächlich für die PEC (Periodic Error Correction) und für die Kalenderfunktion benötigt. Der RAM ist Akkugestützt, der Inhalt bleibt beim abschalten der Versorgungsspannung also erhalten.
Da der 80C32 nur vier 8-Bit Ports zur Verfügung hat muss man mit den Portleitungen sparsam umgehen. Für  Adress- und Datenbus würde man normalerweise 3 Ports "verballern" (8 Bit Datenbus ein Port, 16 Bit Adressbus zwei Ports) und zwei Portpins würden durch die Serielle Schnittstelle verloren gehen. Es würden also zu wenig Ports für unsere Anwendung übrig bleiben. Hier hat jetzt der 74HC573 seinen großen Auftritt...
Dieser so genannte Adress-Latch macht es möglich, das der Datenbus gleichzeitig als Adressbus "missbraucht" werden kann. Er speichert bei Speicherzugriffen aufs RAM, ROM oder LCD Display den Low Nibble, also die unteren 8 Bit der Adresse. Die Speicheradresse ergibt sich dann aus den unteren 8Bit im Latch und den oberen 8 Bit vom Port0. Der Port2 ist dann als Datenbus frei und kann entweder die Daten in den Speicher schreiben oder Daten aus dem Speicher lesen.
Der MAX232 ist nichts weiter als ein "Pegelanpasser" für die Serielle Kommunikation mit dem PC, die eigentliche UART (Serielle Schnittstelle) ist im Mikrokontroller enthalten.
Wie ich ja weiter oben schon schrieb sind Portpins eine Mangelwahre beim 8032. Da wir aber mindestens 8 Tasten für die Steuerung benötigen, stand ich wieder vor einem Problem. Die einfachste Lösung jeder Taste einen Portpin zuordnen viel also schon mal aus. Die Lösung war eine Art Diodenmatrix (D4-D7) die über entsprechende Programmierung eine gedrückte Taste aus einer Tastaturmatrix von 4x4 erkennen kann. Großer Programmieraufwand, aber wieder Ports gespart.. ;-)
Wie ich weiter oben schon schrieb, habe ich dem RAM 62256 eine kleine "Erinnerungshilfe" verpasst. Bei normaler Stromversorgung bekommt er seine Spannung über die  die Diode D2. Fehlt die Spannung wird er über D1 und dem an J10 angeschlossenem Akku versorgt. Zum Glück haben wir es hier mit einem statischen RAM zu tun...;-) R1 sorgt dafür das bei normalem Betrieb immer ein kleiner Lade-Strom fließt und sich der Akku aufladen kann.
Das LCD-Display ist direkt an den Datenbus angeschlossen. Das Auswahlsignal für das Display wird zum einen durch die Verknüpfung der Adressleitung A15 mit den R/W Signale (Pin 16/17 Prozessor) erzeugt. Er wird also wie ein normaler Speicher angesprochen.
Die DEK Steuerung erfolgt über die Transistoren T1 und T2, diese steuern die beiden Relais K1 und K2.
Der Transistor T3 steuert die Beleuchtung des LCD Displays und mit dem vor die Basis des Transistors geschalteten Poti (250Ohm an J5) ist die Helligkeit des Displays regelbar.
Der Transistor T4 dient als "Endstufe" für den Alarm-Lautsprecher. Mit dem Poti an J7 (1KOhm) ist die Lautstärke regelbar.
Der Kondensator C5 erzeugt beim Einschalten der Steuerung ein Reset-Impuls am Pin 9 des Prozessors, damit wird verhindert das sich die Schaltung nach dem Einschalten in einem nicht definiertem Zustand befindet. Ein externer Reset-Taster wird über J2 angeschlossen.
Der Anschluss J3 liefert den 50 Hz gepulsten Gleichstrom zum ansteuern der Gegentaktendstufe im EZB1 (IC4,5 LM380). Also muss J3 mit X8 auf der EZB1 Platine verbunden werden, das macht man dann selbstverständlich über den schon vorhandenen Stecker ST2 (Stift2) für die EZB2 Handsteuerbox.  

3. Die Elektronik

3.1 Vorbereitungen

Zuerst sollte man sich einen vom Netz getrennten Lötkolben mit Temperaturregelung zulegen:

Um sich bei eventuellen Fehlern beim Löten helfen zu können, kann ich eine Entlötpumpe wärmstens empfehlen: 

3.2 die Platine

Aufgrund der relativ hohen Packungsdichte auf der Platine bin ich nicht um eine zweiseitige Platine herum gekommen. Eine hohe Anzahl von Durchkontaktierungen  ist eine weitere Folge der hohen Packungsdichte. 
Hier sollte man sich jetzt entscheiden ob man sich die Platine selbst herstellen möchte. Es gibt bei diversen Elektronikversendern die Möglichkeit, Platinen herstellen zu lassen. Segor-Elektronik in Berlin bietet z.B. einen solchen Service an:  Leiterplattenservice
Wer sich fürs Selbermachen entschieden hat sollte jetzt weiterlesen.

3.2.2 Herstellung der Platinen

Wie eigentlich macht man eine Platine? Zuerst benötigen wir einiges an Zubehör:

- Fotobeschichtetes Basismaterial zweiseitig (Conrad
- Entwickler für Fotolack
- EisenIIIChlorid
- UV Belichtungslampe (und eine Schreibtischlampe in welche die UV-Birne passt)
- Lötlackspray
- Klarsichtfolie für den Drucker
- zwei Entwicklungsschalen
- Einen Behältnis für die Restchemie möglichst aus Plastik da das EisenIIIChlorid sehr aggressiv ist (Umweltschutz!)
- eine Glasscheibe (z.B. aus einem alten Bilderrahmen)
- Doppelseitiges Klebeband (sehr dünn!!)

Als nächstes müssen wir das Platinenlayout auf eine Folie bekommen. Wir drucken das Layout am besten auf Spezialfolie für Tintenstrahl Drucker.
Wenn die Ober- und Unterseite der Platine auf Folie ausgedruckt ist, müssen beide Folien aufeinander gelegt und solange verschoben werden, 
bis alle Lötaugen genau zur  Deckung kommen. Sind beide Folien Deckungsgleich werden die Folien  zusammengetackert.
Nun ziehen wir die Schutzfolien (oben und unten) von dem Fotobeschichteten Basismaterial ab und legen die Platine zwischen die beiden Folien. Jetzt muss die Platine mit Doppelseitigen Klebeband an den beiden Folien fixiert werden. Ab jetzt darf die Platine zwischen den Folien nicht mehr verrutschen!
Die UV Belichtungslampe wird nun in die Schreibtischlampe eingesetzt und eingeschaltet. Die Birne sollte etwa 2-3 Minuten brennen um auf Betriebstemperatur zu kommen. Lampe nun ausschalten und die zu belichtende Platine unter die Schreibtischlampe legen. Damit die Folie plan auf der Platine aufliegt, legen wir die Glasplatte darauf. Die UV-Lampe muss sich möglichst mittig, etwa 30cm über der Platine befinden. Lampe wieder an und etwa 2-3 Minuten belichten, Platine umdrehen und das selbe noch einmal.
Jetzt muss die Platine entwickelt werden. In einer Schale haben wir  bereits den Entwickler nach Herstellerangaben  vorbereitet. Eine zweite Schale mit Wasser zum Spülen steht auch bereit. Die belichtete Platine wird in die Schale mit der Entwicklerflüssigkeit gelegt. Nun muss gewartet werden bis sich das Layout vollständig entwickelt hat, das kann je nach Entwicklerkonzentration sehr schnell gehen! 
Nach dem hoffentlich erfolgreichem Entwicklungsvorgang wird die Platine in der zweiten Schale gespült und auf vollständige Entwicklung überprüft. Auch auf Überentwicklung muss geachtet werden, alles was hier nicht stimmt macht uns später das Leben schwer!
Jetzt wirds ätzend! Wir kippen das EisenIIIChlorid in eine Schale, die zweite Schale enthält zum spülen wieder Wasser. Die fertig entwickelte Platine legen wir jetzt in das EisenIIIChlorid. Die Platine wird regelmäßig hin und her bewegt und man beobachtet wie die nicht vom Lack bedeckte Kupferschicht abgelöst wird. Beim Ätzvorgang muss die Platine öfter gewendet werden damit sich der Vorgang auf beiden Seiten möglichst gleich schnell  vollzieht. Ist die nicht vom Lack bedeckte Kupferschicht vollständig abgelöst, wird wieder im Wasserbad gespült.
Wichtiger Hinweis: EisenIIIChlorid macht hässliche braune Flecken also alles schön mit Zeitungspapier abdecken!
Nun reinigen wir die fertig geätzte Platine mit Spiritus und beseitigen die Lackreste. Anschließend wird die Platine mit Lötlackspray beidseitig besprüht. 
Jetzt muss die Platine nur noch ausgesägt und gebohrt werden. Die Durchkontaktierungen müssen mit 0,5 mm gebohrt werden. Die größeren Lötaugen jeweils mit 0,8mm und die großen mit 1,0 mm bohren.

3.3 Die Löterei

So jetzt wird's heiß ;-) Zuerst benötigen wir eine Rolle 0,4 mm verzinnten Kupferdraht. Damit stellen wir dann alle Durchkontaktierungen her (die 0,5 mm Löcher). Bei der Menge der Durchkontakte ist das schon ne Menge arbeit.

 Dabei müssen wir sehr sparsam mit dem Lötzinn umgehen, da ja das Loch noch groß genug sein muss, damit die Lötfahnen des Sockels noch durchpassen. Ich kann trotz der Mehrarbeit nur empfehlen alle IC's zu Sockeln. Für eine eventuelle Fehlersuche ist es extrem hilfreich wenn man einen IC schnell mal aus der Schaltung entfernen kann.
Sind alle Sockel aufgelötet, geht's jetzt mit den passiven Bauteilen weiter, also Kondensatoren, Wiederstände, Dioden und Kontaktstifte. Wichtig ist dabei immer darauf achten das alle Bauteile auf der Ober- und Unterseite verlötet werden. Zum Abschluss sind die Transistoren und die Relais an der Reihe.
Bevor wir jetzt die IC's aufstecken Prüfen wir ob die IC`s jeweils mit Vcc und Masse Verbindung haben. Der RAM ist nicht direkt mit Vcc verbunden hier müsst ihr an der Diode D1 und D2 prüfen. Weiterhin solltet ihr prüfen ob kein Kurzschluss zw. Vcc und Masse vorliegt.
Jetzt könnt Ihr die IC's stecken. Beachtet dabei unbedingt die Richtung! Sind alle IC`s gesteckt kann der erste Test stattfinden. Nehmt einen Kopfhörer und lötet ihn an den beiden Pins für den Rek-Motor fest. Der Massepol des 5V Netzteils wird direkt mit dem Pin X2-2 (siehe Schaltplan) verbunden den Pluspol schließen wir über das Multimeter als Strommesser an (X2-1). 
Nun schalten wir den Strom ein, wenn sich der Stromfluss so um die 30-80 mA bewegt und im Kopfhörer ein 50Hz Brummen hörbar ist, dann herzlichen Glückwunsch! Den schwersten Teil haben wir geschafft.
Wenn nicht ist Fehlersuche angesagt. Beliebte Fehler sind Haarrisse in den Leiterzügen, nicht oder nur schwer sichtbare Unterbrechungen des Leiterzuges. Hier muss dann wirklich jeder Leiterbahn auf Durchgang überprüft werden.
Auch sehr beliebt sind auch Lötbrücken durch zu großzügigen Umgang mit Lötzinn, also jede Lötstelle mit einem Multimeter auf Verbindungen zu seinem Nachbarn prüfen und eventuell mit der Entlötpumpe sauber machen und noch mal festlöten.
Bauteildefekte sind relativ unwahrscheinlich aber nicht ausgeschlossen. Beim Umgang mit den IC's sollte man also möglichst statische Aufladungen vermeiden, oder die IC Beinchen so wenig wie möglich berühren.

3.4 Das LCD Display

Nachdem alles soweit läuft, wollen wir die Verbindung der Schaltung zur Außenwelt herstellen. Die Software ist für die Ansteuerung eines 16x2 LCD Displays ausgelegt. 
Ich habe ein LCD Display von Conrad Elektronik eingesetzt. Das Display hat eine Abmessung von 84x44x15 und eine Höhe von 5,5. Die Bestellnummer bei Conrad-Elektronik: 184594  
An das Display müssen wir jetzt ein Flachbandkabel in der folgenden Reihenfolge anlöten:

Das Kabel mit der meist roten Kennzeichnung ist an Pin1 zu löten. An Pin 15 und 16 löten wir ein extra Kabel. Hierbei handelt es sich um die Beleuchtung des Displays, die später separat an die Lötstifte von J6 angelötet werden. Beim Anlöten ist hier dann auf die richtige Polung zu achten. Pin 16 muss an Minus! Die Verbindung des Displays mit der Schaltung kann man entweder direkt an Lötstifte auf der Platine löten oder das ganze über eine 14-poligen Pfostenstecker steckbar realisieren. Pin 1 ist auf der Platine links außen über dem RAM (62256).Pin2 ist direkt über Pin1. Nachfolgende Grafik illustriert das ganze noch mal.

Pin 6 am Display muss auf Verbindung zur Diode D3 (Annode) und R2 geprüft werden. Pin 4 und 5 .......
Sind alle Verbindungen ok schalten wir den Strom wieder über ein Amperemeter an die Platine. Dabei darf der Stromfluss wieder nicht wesentlich über 30-80 mA liegen.
Wenn alles klappt müsste die Startmeldung der MicroHbx sichtbar werden.