ワンコインデコーダ4 (for KATO Loco)

サイズワンコイン!部品代ワンコインのワンコインデコーダシリーズに、KATO Nゲージ機関車用 基板が登場しました。

すべてのKATO Nゲージ機関車に適合するものではありません。このページの適合表やユーザでの取り付け事例を参考にしてください。
適合表に記載の機関車であっても基板を削ったり、切断したり、ユーザによる創意工夫が必要な場合があります。注意してください。

スリム版よりも板厚が薄い0.4mmのプリント基板を使用しています。書込みのスマイルコネクタアダプタはスリム版専用をお使いください。
接触不良等により書込みが安定しない場合は、基板にハンダを盛るなどの工夫を行ってください。

部品やソフトは従来のワンコインデコーダ4と共通となっていますおり、追加でチップ抵抗2個とLED2個が追加で必要になります。



写真はforKATO Locoの組み立て見本です(約69x10x2.1mm)

通常のワンコインデコーダのページはこちらです。

 トピックス

2019.3.6、2019.1.16、2019.1.14、2019.1.10、2019.1.6、2018.12.31 ユーザーからの搭載事例情報の追加。

2018.12.08 新規公開。

 はじめに...

 「値段・ワンコイン! サイズ・ワンコイン!」がコンセプトの「ワンコインデコーダ」に、KATO N機関車専用基板が登場しました。「ワンコインデコーダ for KATO Loco」です。

 サイズや部品の増加でワンコインとは言いづらくなってしまう面はありますが、自作デコーダのメリットは継承しています。

 Digitraxや永末システムにて発売されているデコーダと同じく、KATO製Nゲージ機関車に簡単にデコーダを搭載できるように専用基板となっているのが最大の特徴です。このアイデアはtknobさんによるもので、この場を借りて御礼を申し上げます。

 デコーダを作成するための部品やソフトは従来のワンコインデコーダと共通になっているので、PICマイコンへの書込み器などは従来の資産がそのまま活用できます。
 みなさんの自作をサポートするため基板の頒布も行っています

 外部コンデンサ用端子も装備し、終電が不安定な車両への配慮を行っています。

  「ワンコインデコーダシリーズ」では部品の入手性を考え、秋月電子で入手可能な部品を中心に選定し、回路、ソフトの製作しています。
  また、機能・回路の簡素化による部品点数の削減による小型化と、半田付けしやすい比較的大きいサイズの表面実装部品にこだわり、製作しやすく、組み込みしやすいデコーダとなるように工夫を行っています。

ご注意:
・本サイトの情報を元にした製作等に関わる破損、傷害等につきましてはご自身の責任のもとでお願いします。
・ご紹介している方法は一例です。一部部品を規格外で使用している部分があり、最善の方法とは限りません。
 ご自身でもご検討いただければ幸いです。
・使用する部品の規格を確認のうえ必要であれば定数、回路の変更等をお願いいたします。

 概要

  NMRA規格のコマンドを受信し動作するDCCのデコーダです。ただしNMRAが規定するすべての内容を盛り込んではいませんので、準拠とは申しません。ご注意をお願いします。
 マイクロコントローラーには電子工作で人気のあるマイクロチップテクノロジー社のPICマイコンを用います。8ピンのPIC12F1822を使用しています。
 プログラムは、アセンブラソースとHEXファイルを公開いたします。
 電源にはDCC信号電流を整流しDC12Vを生成しています。また、マイコン回路自体は5Vで稼動させるので、78L05を搭載し、5Vを生成しています。PICマイコンで直接Hブリッジ回路を制御できる信号を生成します。Hブリッジには秋月でも入手可能なBD6231F-E2を使用しています。ピンが互換の廉価版ZXBM5210の使用は終電不良やモータのノイズにより故障するケースがあります。基本的にはBD6231F-E2を使用してください。詳細はコチラも参照。

特徴

  KATO製 Nゲージ機関車 専用基板にモータ用デコーダ、ライト用ファンクションデコーダを内蔵。
  サイズは約69X10mm。(コネクタ切断時は約59x10mm)
  PWM制御によるスムースかつ快適走行。PWM周波数は約500Hz~約31.4KHzまで7段階をサポート。(BEMF機能は未サポート)
  スピードノッチ数は128ステップのみならず、古典的な14,28ステップもサポート。
  最低速度、最高速の設定が可能。(CV2、CV5)
  モータ用の電流は0.5A程度(部品最大定格1A)までOK。
  2桁アドレス(001~128)、4桁アドレス(0128~9983)サポート。
  CV値の書き込みはOPSモードに加え、Pageモード、DIRECTモードもサポートしました。
  Pageモード、DIRECTモードによるCV値の読み出しもサポートしました。
  CV29の設定により、前後進の入れ替えが可能。(F0も同時に入れ替え)
  14、28ステップモータはCV63~CV94でスピードテーブルの設定が可能。
  ファンクションはF0のほかF1~F12も使用可能(重連ときのライト消灯など用途)。

  回路図


 回路図(pdf)はこちら

 回路図です。EAGLEで作成しました。

 回路の説明

 回路を簡単に説明しておきます。
 レールからの電力をショットキーバリアダイオードを介して整流します。電流容量は1A以上、2Aあれば十分でしょう。 10μFのチップ積層コンデンサで平滑し直流12Vを得ます。12Vはモータドライバを介してモータに電流を供給する電源になります。3端子レギュレータIC(78L05)を用いてPICマイコンの電源となる5Vを得ます。
 レールからのDCC信号は34kΩの抵抗を介してPICマイコン(PIC12F1822)のRA2端子に入力します。マイコンでソフト処理された速度信号は方向信号、PWM信号としてRA4,5端子に出力されます。
 モータ制御を行うためのモータドライバICはBD6231F-E2を使います。
各端子の使用方法は次のとおりです。

 RA0 ; ソフト書込み用ICSP端子(PGD),ファンクション出力(変更不可)
 RA1 ; ソフト書込み用ICSP端子(PGC),ファンクション出力(変更不可)
 RA2 ; DCC信号入力(変更不可)
 RA3 ; ソフト書込み用ICSP端子(MCLR)(変更不可)
 RA4 ; 逆方向PWM出力(変更不可)
 RA5 ; 正方向PWM出力(変更不可)

 集電が安定しない車両に搭載すると電源電圧が不安定になりPICマイコンがリセット繰り返し、走行がギクシャクする場合があります。この場合、外付けコンデンサ回路を設けると改善できる場合があります。(ただし搭載スペースには工夫が必要です。詳細は後述します。)

 部品リスト

 パーツは秋葉原の秋月電子で購入可能です。遠方の方はネット通販を上手に利用することも便利かと思います。
 基板については小型に製作できる専用基板を、当サイトで頒布しています。活用頂ければと思います。
 表中の金額は秋月電子で購入した際の金額を参考に見積しています。部品の纏め売りで単価が安くなっている部品を私が良く利用するので少量の部品を調達すると割高になる場合があります。まとめ買い欄に「@」印があるものはまとめ買いした際の単価を示しています。
 従来のワンコインデコーダとほぼ同じ部品を使用しています。チップ抵抗2個とチップLED2個が追加になっています。
 また、リスト以外に「ハンダとこて等の工具」、「PICマイコンのソフト書込み器」「スマイルコネクタアダプタ(スリム版)」の用意が必要です。

ワンコインデコーダ4部品表

部品 部品番号 仕様 個数 入手先 参考単価 備考
チップ抵抗  R1 34kΩ 1 頒布  基板に同封  3216サイズ
この記事を参照しC1の容量に注意
R2,R3 430Ω~1kΩ 2
チップコンデンサ C1,C2 10uF/50V
 2 秋月 @20
PICマイコン IC1 PIC12F1822-I/SN 1 秋月 @100 SOP8
三端子レギュレーター IC2 TA78L05F 1 秋月 @25
フルブリッジドライバ  IC3  BD6231F-E2 1 秋月 @180 ZXBM5210は推奨しません。
ショットキーバリア
ダイオード
D1,D2,D3,D4 RB160M-30TR 4 秋月 @15 2A定格のSS2040FLを推奨
SS2040FL 秋月
チップLED  LED1,LED2  SC4008WWH(電球色) 2 草心 @23.5 いづれか、又は同等品
純正基板から取外したものの
使用も可能(熱変形注意)
 
NASW008BT(白色) 2 秋月 @25
専用プリント基板 PCB for KATO Loco版 1 頒布 @350
絶縁用テープ      耐熱ポリイミドテープ10mm 少量 秋月     同等品でOK
基板ウラ側の絶縁用
 
ポリエステルテープ8422B IMON 

参考単価はまとめ売りの金額を数量で割った参考の単価です。
秋月電子の情報はリンクのページからたどって見てください。
とくに通信販売で入手される場合は、単価、数量、送料で条件が変わってきますので、よく勘案してから注文しましょう。

 部品の概要

 ワンコインデコーダfor kato Locoで使用する部品を紹介します。

 チップ抵抗 34kΩ,430~1kΩ (3216サイズ)


   (写真は「303」表示の30kΩです。34kオームは「343」もしくは「3402」表示です。)

 3216サイズと呼ばれる、3.2x1.6mmのサイズも抵抗です。秋月で扱っていないので、頒布しているプリント基板にセットしています。
部品の向き(極性)はありません。


 チップコンデンサ  (3216サイズ)



 チップ抵抗と同じ3216サイズを選定しています。
 電圧は12Vと5Vなので耐圧25V品を使用していますが、HO等で高い電圧で使用する場合は、若干高いですが、50V耐圧品のほうが設計余裕度があります。
 極性はありません。刻印はありますが、一般的には、袋から開封すると選別できなくなるので、半田付けする際に注意しましょう。


 PICマイコン:PIC12F1822-I/SN



 PICとはマイクロチップテクノロジー社のワンチップマイコンのことで、電子工作ではよく利用されているマイコンです。
 8ピンのPIC12F1822は国内で扱っている店も比較的多いと思います。PWMの出力ピンを複数設定できるので、直接Hブリッジを制御できます。
 プログラムの書き込みには、Pickit2等の書込み器(プログラマー)を使用します。
 面実装(SOP版)の書き込みには従来、秋月のアダプタを利用していましたが、スマイルコネクターPIC版(Type-P)の導入でデコーダ基板で直接書込みができるようになりました。
 部品の向き(極性)があります。

 ※PICなどマイクロコントローラーは目的の動作をするようにプログラムを書き込んで使う部品です。プログラムを書き込まないで製作した場合は動作しません。
 ※PICkit2で書込みを行う場合は、デフォルトでは書込みに対応しないため、コチラのページを参考に「デバイス定義ファイルの更新」を行ってください。


 3端子レギュレータ:TA78L05F



 3端子レギュレータとは電源ICの仲間です。
 変動する電源から、安定した決まった電圧の電源を生成する目的に用いられます。
 SOT-89パッケージです。部品の向き(極性)があります。
 互換性ある他のメーカ製でもOKです。


 フルブリッジドライバ:BD6231F-E2 (ZXBM5210)



 モータ電流を制御するためのHブリッジ回路がワンチップに入っています。秋月で扱っているドライバから選定しました。
外観とリード線の名称はデータシートを参照してください。廉価版(Diodes製)ZXBM5210は推奨しません(記事参照)。


 ショットキーバリアダイオード:RB160M-30TR、SS2040FL


       (写真はRB160M-30TR)

 DCC信号を整流し、直流電力を得るためにブリッジダイオードを用います。秋月電子で入手できるショットキーバリアダイオードから2種を選定しています。
 Nゲージ等電流が小さい場合は1AのRB160M-30TRでもかまいません、HO等電流が大きい場合は2AのSS2040FLを推奨します。
部品の向き(極性)があります。


 チップLED SC4008WWH



 当方は、草心デジタルで販売されている電球色LED(SC4008WWH)を愛用していますがm、これ以外のLEDでも使用可能です。
 秋月電子で取り扱いの白色LED(NASW008BT)よりも電極が露出しておりハンダ付けしやすいです。


 専用プリント基板 for KATO Loco


写真は板厚0.4mmの改良版。(RevB)

 当サイトで頒布している専用のプリント基板です。3216サイズの抵抗も同梱し頒布しています。
 スマイルコネクターPIC版(Type-P)を装備し、面実装のPICマイコンへの書込みを容易にしています。

 ※重要 スマイルコネクタPIC版(Type-P)はワンコインデコーダシリーズ専用になります。

   「Smile Decorder」や、なごでんさんのmp3デコーダ(Type-A)を挿入すると破損します。注意ください。

 
※注意 基板は何枚か繋がって製造されるため折って切断します。このためバリが残りますので、ニッパーで荒修正し、ヤスリで仕上げます。
  きれいに仕上げずに、無理やりコネクタに挿入すると、最悪、コネクタが壊れます。

 製作方法

 「ワンコインデコーダ4 for KATO Loco」の製作方法を紹介します。 

 基本的に、表面の基板中心の部品から取り付けして、外側に向かって行うと作業しやすいです。
 部品と部品の間が狭いので、順番を考えて半田付けを行わないと、作業がとても難しくなります。番号は推奨する順番です。
 また、①のPICマイコンを半田付けした後、いったん、マイコンを書込みして正常に半田付けできているか確認をすると、失敗が少ないです。
 (すべて半田付けした後でも書込み可能(書き換え可能)ですが、半田付け不良の際、探求が難しくなります。)
 部品番号は回路図の番号と一致しています。

  



 組立実例(表側)

 

 組立実例(裏側)  <重要>絶縁テープで絶縁を完璧に行います!

  プリント基板には絶縁のためのレジストが塗られているのですが、基板の裏側は表側と電気的に接続するための穴(スルーホール)の部分があることや、ダイキャストとの擦れによるレジストが剥がれショート(破損)する可能性があるので、厳重に絶縁処理をします。ただしダイキャストと接触して電気を得る部分については写真のように電極を露出させます。

 

 成功への手引き (組み立て方)


 まずはPICマイコンのみを半田付けして、正常に書込みできるか確認します。この時点で正常に書込み出来ないようであれば、半田付けをやり直します。
 あせらず半田付けをすることが大事です。部品が小さいので、私はマスキングテープで基板と部品を固定したうえで半田付けを行っています。





 PICマイコンへソフトを書込みする方法はこのページを参照してください。


 サンプルソフト


 サンプル用ソフトは「ワンコインデコーダ4」と共通になっています。
 通常はHEXファイルをPickit2等のライターでマイコンに書き込んでください。書込み方法はこちらのページを参考にしてください。
 参考までに、ソースファイルも置いておきます。動作方式の解析、改良等に活用ください。MPLABでアセンブルしてください。
 動作しない場合の調整方法は下述いたしますが、自己責任でのご利用をお願いします。当方でのサポートも致しかねます。
 すべてのDCC環境で、動作保証するものではありません。
 なお、著作権は主張します。改良版を作成される方は出典を表示のうえ、公開してください。その際、ご連絡をいたければ、リンクを張らせていただきます。
 (無断転載は禁止します。また、商業目的の利用も禁止とします。)
 尚、ファイルは右クリックし対象を保存を選択して下さい。保存すると拡張子がtxtになる場合がありますので適宜hexに修正してください。

 (Ver0.93beta) 書込み用 HEXファイルはこちら 2018.11.10 ※ファンクション制御不具合改善

 (Ver0.92beta) 書込み用 HEXファイルはこちら 2018.11.04  

 (Ver0.93beta) プログラム改良用 ASMソースファイルはこちら 2018.11.10 ※ファンクション制御不具合改善

(Ver0.92beta) プログラム改良用 ASMソースファイルはこちら 2018.11.04

(DCC信号の0/1判定部はしみずさんのページのDCCデコーダを参考にしています。)

 注意:アナログ対応について
 アナログ対応はレールの電圧極性を読み取り、モータドライバの方向制御をおこなっているだけで速度制御は供給電圧がそのままモータに加わるようになっています。PICマイコンが正常に動作するのには約8V程度(3端子レギュレータのドロップ含む)の電圧が必要であり、特にNゲージ等のモータ容量の小さい模型は低速運転が効きない場合があります。DCC運転がメイン機能で、アナログ対応は、あくまで簡易機能とお考え下さい。
(CV初期設定でもOFFにしてあります。)

 注意:CVの読み込みについて  CVの読み込みにはコマンドステーションから読み込みするときの応答として、消費電流の増加で応答しています。
 モータおよびライトを短い時間だけONの制御をおこない、消費電流を増やしています。
 モータ接続せずにデコーダを使用している場合や、ライトがLED等で消費電流が低い場合、応答が正常に認識されず、コマンドステーション側でCVの読み込み処理に失敗する場合があります。(電流値の目安はDCCの規格上60mA以上となっています。)

 車両への搭載

 動作確認が終了したら、車両に搭載します。モータドライバに出力保護回路が搭載されていますが、過信はできませんので、各部の絶縁には十分に注意しましょう。(最悪、部品が焼損します。)
 基板の電極説明

 

 ダイキャストから集電を行う電極は左右2個づつあります。この箇所をダイキャストの爪に食い込ませ、集電を確保します。
 モータ用の電極は純正の金具の使用を考慮した形状としており、基本的にはハンダ付け不要です。動作しない際の原因のひとつにこの箇所の接触不良があげられます。
 ライト用のチップLEDの電極は基板の前後2か所にあります。
 機関車適合表 と ユーザー取付事例  
 
 DCC電子工作連合やユーザー有志による搭載可否の適合表です。
 適合表にも記載していますが、基板やダイキャストを削ったり、ボディーの梁を切断したり、屋根裏を削ったりする必要があるものがあります。
 この表にない機関車でも搭載可能なものもあります。純正の基板形状を確認して比較してみてください。
 比較的簡単に小加工で搭載可能となるものがほとんどです。すべて無加工で取り付け可能なものではない点に注意してください。

お名前 品番 形式 可否 ボディ 基板 搭載例情報(URL)
MECYさん 3075-1 ED75 加工要 削る http://end-trail.jugem.jp/?eid=126
MECYさん 3012 ED73 加工要 無加工 http://end-trail.jugem.jp/?eid=125
スマイラーさん 7008-2
7008-3
7008-4
DD51 加工要 無加工 http://smile-dcc.hatenablog.com/entry/2018/11/03/165913
名古屋電鉄さん 加工要 無加工 https://nagoden-diary.blog.so-net.ne.jp/2019-01-12
nucky 3061-1 EF65-1000後期 加工要 無加工 http://webnucky.blog.fc2.com/blog-entry-216.html
へのへのもへじさん 外国型 Ge4/4 無加工 若干削 https://blogs.yahoo.co.jp/henohenomoheji707
橋本孔明さん 外国型 Ge4/4Ⅱ 加工要 無加工 https://twitter.com/KoumeiHashimoto/status/1061105557958909952
橋本孔明さん 外国型 ACS-64 加工要 無加工 http://train.khsoft.gr.jp/mt/archives/2018/11/-for-kato-loco.html
https://twitter.com/KoumeiHashimoto/status/1061131020504711168
橋本孔明さん 外国型 Ge4/4Ⅲ 無加工 無加工 https://twitter.com/KoumeiHashimoto/status/1061166087289458688
https://twitter.com/KoumeiHashimoto/status/1071276492259131392
MECYさん 7011-2 DE10 加工要 削る http://end-trail.jugem.jp/?eid=127
MECYさん 3071 ED76 加工要 削る http://end-trail.jugem.jp/?eid=129
MECYさん 3062-1 EF15 無加工 切断 http://end-trail.jugem.jp/?eid=129
MECYさん 7014-1 DD13 加工要 削る http://end-trail.jugem.jp/?day=20181209 
MECYさん 3065-3 EF510 加工要 無加工 http://end-trail.jugem.jp/?day=20181224 
戸田さん 3060-1 EF65-500 加工要 切断 https://twitter.com/TodaProduction/status/1078551405420408832 
戸田さん 7010-4 DD54 初期型 無加工 削る https://twitter.com/TodaProduction/status/1079413981435944960 
戸田さん 3084 ED62 加工要 切断 https://twitter.com/TodaProduction/status/1081853421311844354 
戸田さん 3088-1 EF65-0 加工要 切断 https://twitter.com/TodaProduction/status/1082598852853518337 
MECYさん 2019-2 C62 加工要 切断 http://end-trail.jugem.jp/?eid=134
雲山さん 7010-2 DD54中期型 無加工 無加工 http://www.unzan.net/2019/01/12/
雲山さん 3062-1 EF15標準型 加工要 切断
雲山さん 3088-1 EF65-0 加工要 切断
雲山さん 3082 ED70 加工要 切断
MECYさん 3069 EF57 加工要 切断 http://end-trail.jugem.jp/?day=20190114
矢根屋さん 3066-3 EF81 加工要 切断 http://dieeurobahn.web.fc2.com/zug/DCC/EF81DCC.pdf
MECYさん 3058L EF62 基板の形状が同型であることの確認ができている機関車 
MECYさん 3067 EF81
戸田さん 7010-2 DD54中期型
(搭載可能情報をお寄せください。hanpu@nucky.jp(<--小文字に変換下さい)まで。。)

 取付時におけるポイント(注意点)  
 当方のブログに、搭載したときの様子をアップしていますので、参考にしてください。
 場合によっては、基板を若干削ったりする必要がある場合があります。また、モータへの電極金具はワザとズラしてから取り付けると上手くいきます。

 トラブル解決(動作しないとき)  

・この基板はハンダ付けによらず、接触により電気を通している箇所があるので、接触が悪くないか確認します。
 ダイキャストと基板の接触が緩い場合は基板にはんだを盛って厚くするなどの工夫を行います。
 モータ用の金具は再組立てによる脱着・装着時に変形し、モータ電極と接触が悪くなっているケースがあります。形を整えて組立るなどの工夫を行います。

・その他、ハンダ付け不良における、ポイントは以下の資料を参照してください。
 トラブル解決の進め方、掲示板に寄せられるFAQ等をPdfにまとめています。参考にしてください。
  WebNucky部品頒布(トラブル解決編)(pdf)はこちら

 CV設定  

 CV設定については、こちらのページを参照してください。ワンコインデコーダ4とソフトが共通なので、CV設定も共通になっています。

 DCS50Kで「AD4」と表示され4桁アドレスを設定するモードでは、本来Pagedモードのところ、一部DirectモードによるCV設定が行われる場合があります。このため、CV29が正常に書込みされない場合があります。この場合、CV29を新たに設定(CV設定値38)することで、使用可能になります。
 本デコーダでの4桁アドレス設定は、CV17,CV18,CV29を個別に設定することをお勧めします。詳細はCV設定ページを参照してください。

 最後に...

 ワンコインデコーダ同様、電子工作の経験があれば、自作DCCデコーダが作れると思います。
 半田付けミスさえしなければ短時間で仕上がってしまいますから、時間をかけて丁寧に作りましょう。
 自分で作ったDCCデコーダで運転を思い存分に楽しみましょう!
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