Stoppuhr mit Digitalanzeige in KiCad

Vor kurzem waren wir damit beschäftigt, für einen Kunden aus dem Bereich Sondermaschinenbau eine Stoppuhr mit Digitalanzeige zu realisieren. Der Kunde möchte eine Anzeige für Minuten und Sekunden haben. Das Display soll dabei aus 4 Sieben-Segment LED-Anzeigen aufgebaut werden, die elegant unter einer Blendenscheibe verschwinden und über einen Rahmen in der Maschinenfrontplatte montiert werden können. Die Uhr soll bis 59:59 hochzählen, danach erfolgt ein Reset auf 00:00. Über einen Steuereingang soll die Stoppuhr über die SPS des Kunden gestartet, angehalten und rückgesetzt werden können. Ein nettes kleines Projekt nimmt seinen Anfang…

Der Kunde verbaut bislang schon ein BETESO „Digi“ in seiner Anlage. Dies ist eine Platine mit Auswerteschaltungen zur Strom- und Spannungsmessung kombiniert mit einer numerischen Anzeige auf 7-Segment-Basis. Die Stoppuhr soll sich vom „Look & Feel“ her an das Digi anlehnen. Damit sind die Platinenabmessungen, der Typ 7-Segment-Anzeige, die verwendete optische Blende und einige weitere Rahmenbedingungen für uns gesetzt und verbindlich.  

Gesagt, getan. Nachdem wir bei BETESO zum Jahreswechsel konsequent auf KiCad als Software fürs Platinenlayout umgestiegen sind, war dies meine erste 4-lagige Platine in KiCad. Was soll ich sagen: Es funktioniert!
Das Layout war etwas knifflig, zumal ich die Versorgungsplanes nach dem Fluten so intakt wie möglich halten wollte. Nach ein paar anfänglichen Hürden hat das Routing in KiCad ganz prima geklappt. Hier ein paar Impressionen des Boards aus KiCad:

Vorderansicht
Rückansicht
stopwatch_iso_with_7-segments
Vorderansicht mit 7-Segment-Anzeigen

Herzstück des Boards ist ein ATmega32A im 44-pin QFN-Gehäuse. Dem Board haben wir noch eine ISP-Schnittstelle zur einfachen Programmierung des Controllers spendiert. Außerdem haben wir die JTAG-Schnittstelle und den UART des ATmega herausgeführt, was die Firmware-Entwicklung und das On-Chip-Debugging erleichtert.

Die Firmware für den Mikrocontroller haben wir in C programmiert unter Nutzung der AVR-GCC Toolchain und der Bibliothek avr-libc für die ATmegas. Als Taktgeber für die Stoppuhr haben wir uns für einen 11,0592 MHz Baudratenquarz entschieden, der über einen Vorteiler den 16-bit Timer/Counter des ATmegas im CTC-Modus speist.

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