Bevor die Hauptplatine entworfen werden kann, muss feststehen, welche elektronischen Komponenten darauf verbaut werden, um die gewünschte Logik zu erhalten. Als zentralen Prozessor der gesamten Schaltung setze ich einen Atmel ATMega328P Mikrocontroller ein. Zusammen mit ihm müssen ein 74HC595 Shift-Register, L239D Motor-Driver und ein AMS1117-5.0 Spannungsregler auf der Platine Platz finden. Selbstverständlich gesellen sich noch einige Widerstände, Kondensatoren und letztendlich auch Pin-Header dazu, an die später z.B. die einzelnen Spielerwippen angeschlossen werden...
Um Platz zu sparen und weil ich mittlerweile großer Fan der SMD-Löttechnik bin, setze ich größtenteils SMD Komponenten ein. Lediglich der L239D, das 16 MHz Crystal zur Taktung des ATMega328 und die dazugehörigen Keramikkondensatoren werden in THT verbaut - weil ich diese Teile derzeit nicht in der SMD Fassung habe und der L239D in der SMD-Bauform erheblich mehr Anschlusspins (größtenteils "not connected") hat. Somit wird auch dieses Projekt ein "Mischprojekt" aus SMD und klassischer THT.
Beginnen wir mit dem ersten IC - dem Atmel ATMega328P. Durch den Einsatz auf diversen Arduino-kompatiblen Entwicklerplatinen ist die ATMega-Serie von Atmel eine sehr verbreitete und damit günstige Wahl für den Mikrocontroller. In ihm wird später der Software-Teil - also die Logik - gespeichert sein. Der Mikrocontroller spricht sämtliche anderen Komponenten an und erteilt die entsprechenden Befehle letztendlich auch an unseren Louie.
Wie wir im Teil 1 des Projektes bereits festgestellt haben, wird unser Louie künftig mit 9V betrieben. Das bedeutet, dass wir eine 9V Spannungsquelle an unsere Platine anschließen. 9V sind allerdings für den Großteil der Komponenten "zu viel" Spannung. Der ATMega328P Mikrocontroller verträgt beispielsweise nur eine Spannung von max. 5,5V. Hier kommt der AMS1117-5.0 Spannungswandler zusammen mit Glättungskondensatoren zum Einsatz. Ungefähr 9V bekommt der Spannungswandler am Eingang und auf der anderen Seite liefert er am Ausgang saubere 5V. Diese Spannung wird auf der gesamten Hauptplatine genutzt - mit Ausnahme zur Ansteuerung des Motors von Louie.
Der eigentliche Motor von Louie wird über den L239D Motor-Driver angesteuert. Natürlich könnte der Motor auch direkt vom Mikrocontroller mit Hilfe eines Transistors (High Current Transistor oder Mosfet) angesteuert werden, hätte allerdings den Nachteil, dass sich der Motor nur in eine Richtung drehen kann. Der L239D Motor-Driver erleichtert die Arbeit, da er eine H-Brücke im Inneren enthält. Mit dieser H-Brücke ist es möglich den Strom "in der Richtung" umzukehren. Zusätzlich bietet der Motor-Driver die Option, eine andere Spannung zur Versorgung des Motors zu verwenden - z.B. die ursprünglichen 9V der Spannungsquelle.
Zu guter Letzt gibt es zur Beleuchtung der vier LEDs noch das Shift-Register 74HC595. Um vier LEDs leuchten zu lassen werden 5 Leitungen benötigt. Eine "Common Ground" und die vier Steuerleitungen, die Strom zu den LEDs führen. Da am Mikrocontroller allerdings nur eine begrenzte Anzahl an Pins zur Verfügung steht und in diesem Projekt nur noch drei Pins übrig sind, muss das Shift-Register diese Arbeit erledigen. Glücklicherweise lässt sich ein Shift-Register mit nur drei Steuerpins + Vcc + Vss betreiben.
Alle genannten Komponenten plus diverse Entkopplungskondensatoren, Widerstände und Pin-Header kommen zusammen auf der Hauptplatine. Auf den Bildern dieses Beitrags sind die geätzte und fertig bestückte Hauptplatine zu sehen. Dabei handelt es sich allerdings noch um Hardwareversion 0.2. Mittlerweile gibt es ein paar kleine Verbesserungen.
In Teil 4 geht es um die Kontrolleinheit - Display und Programmwausahl.