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Ich habe immer schon nach einem Board gesucht, auf dem ich alles zusammen auf einem Board habe, was ich für den Betrieb meiner Fräsen benötige. Bei meiner Suche bin ich dann im Shapeoko-Forum auf die gemeinsame Entwicklung des XStepper gestoßen.

Im Prinzip war auf dem Board alles drauf was ich gesucht hatte. Wichtig für den Nachbau war für mich auch, dass es aus THT (Through Hole Technology) Bausteinen bestehen sollte, da diese gut selber zu löten sind. Außerdem sollten die Treiberbausteine für die Schrittmotoren als POLOLU-Kompatible Steckmodule ausgeführt sein.

Der XStepper hatte diese Erwartungen bereits erfüllt. Plus USB-to-RS232 Schnittstelle und weitere sinnvolle Schnittstellen! Allerdings wollte ich ganz gerne noch die Möglichkeit haben, einen ARDUINO PRO MICRO direkt auf das Board zu stecken, wenn man entweder auf einen ATMega328P verzichten möchte oder den FTDI Chip (SMD-Baustein auf der Rückseite der Platine) für die USB-to-RS232 nicht bestücken möchte. Der PRO MICRO hat ja bereits eine eigene USB-Schnittstelle mit On-Board.

Ich habe dann die Platine in so weit erweitert, dass alle meine zusätzlichen Anforderungen erfüllt wurden. Dabei habe ich dann auch, um Verwechselungen zu vermeiden, den Namen in myStepper umbenannt.

Die Eckdaten des Boards sind nun:

• Betrieb mit ATMega328P oder ARDUINO PRO MICRO.
• 4x Steckplätze für POLOLU-Treiber.
• Clone-Funktion für den 4ten. Kanal.
• USB-Schnittstelle für USB-B od. Mini-USB-Buchse mit FTDI232 chip.
• Alt. USB-Betrieb mit FTDI-to-TTL Adapter.
• Alt. USB-Betrieb via Bluetooth.
• Spannungsregelung für 5 und 12 V.
• Separater Eingang für Treiberspannung bis 34V.
• Buchsen für drei Endschalter (X-, Y-, Z-Achse).
• Alternative Motoranschlüsse als Pfostenleiste oder Schraubklemmen.
• Weitere Ausgänge für Steuerungssignale über RJ45 Buchse.

Nach einer kurzen Änderungssitzung am Layoutprogramm und nachfolgendem Entflechten der Platine, ist dann das neue myStepper-Board herausgekommen.

Der Aufbau des Prototypen hat dann auch die Funktionsfähigkeit bewiesen.

Das myStepper Board wird als Bausatz geliefert. Das bedeutet erst einmal eine gehörige Portion Arbeit und Geduld beim Zusammenlöten. Es sind knapp unter 90 Bauteile im Beutel, die an die richtige Stelle müssen. Der Aufbau gestaltet sich aber nicht sehr kompliziert! Eben nur aufwändig!

• Es gibt noch eine Stückliste, die auch eine Hilfe bei der Reihenfolge der Bestückung ist: Stückliste
• Und natürlich noch der Vollständigkeit halber der Schaltplan!

Leider beginnt der Aufbau auch gleich an der schwierigsten Stelle. Dem USB-Treiberbaustein. Wenn man sich dazu entschieden hat, den „on-board“ USB-Treiber zu verwenden, dann ist der als erstes zu bestücken. Dieser wird aus Platzmangel auf der Unterseite der Platine bestückt. Die gesamte Schaltung dazu besteht aus 7 SMD-Bausteinen. Dabei ist am schwierigsten der FTDI Baustein zu bestücken. Es handelt sich hierbei um einen SSOP28 Baustein.

Die Beschriftung der SMD-Bausteine kann nicht einfach erkannt werden. Die Bausteine können aber einfach auseinander gehalten werden, das sich die Anzahl unterscheidet. Auf dem nebenstehenden Bild können die Bauteine eindeutig identifiziert werden.

Beim festlöten der Bausteine bitte immer auf einer Seite (an einem Beinchen) anlöten und dabei ausrichten. Dann die restlichen Kantaktflächen anlöten. Beim SSOP28 dürfen zunächst ruhig lötbrücken auftreten. Am Schluss müssen diese dann mit einer entlötpumpe oder Entlötlitze entfernt werden. bitte lieber drei Mal überprüfen, ob alle beine Kontakt haben, und keine Lötbrücken übrig sind.

Wie die Bauteile bestückt werden müssen, ist aus dem nebenstehenden Bild zu sehen.

Ganz oben und ganz unten, die 3x 1K Widerstände. Mittig der FTDI Chip. Pin 1 des Chips ist links oben. Auf der rechten Seite dann von oben erst der 10µF Kondensator, darunter dann die beiden 0,1µF Kondensatoren. Alle Kondensatoren haben keine Polarität. Auch der 10µF nicht. Dieses ist ein spezial high capacity Schichtkondensator!

Als nächstes werden die flachen Bauteile auf der Vorderseite bestückt. Begonnen wird mit den Widerständen, die liegend verlötet werden. Danach dann der Quarz, die LED´s und der Mikroschalter.

Auch die 22pF Kondensatoren für den Quarz (hier noch nicht im Bild)

Weiter geht es dann mit der Fassung für den ATmega Prozessor 28pol., den Buchsenleisten für den ARDUINO PRO MICRO, den StepStick-Module und dem Bluetooth-Modul.

Danach die Pfostenfeldstifte, und die 7 stehenden Spezialkondensatoren mit 0,1µF (hier noch nicht im Bild). Dann die restlichen Kondensatoren.

Nun kommen die restlichen Bauteile dran. Das ist die USB-Buchse, die Stiftleisten für die Endschalter und die Schraubklemmen. Achtung, die Schraubklemmen müssen vor dem Verlöten seitlich ineinnader geschoben werden. Die Klötze haben seitlich eine „Nut“ und eine „Feder“ und können so von oben ineinander geschoben werden. Zum Schluss kommen die Festspannungsregler dran.

Das bestückte Board sollte dann so aussehen:

So nun sind noch die Jumper (Kodierbrücken) richtig zu setzen. Für den Start würde ich empfehlen mit folgender Einstellung zu beginnen:

• X-ACHSE: Jumper 1 u. 2 (1/8 Schritte)
• Y-ACHSE: Jumper 1 u. 2 (1/8 Schritte)
• Z-ACHSE: Jumper 1 (1/2 Schritte)
• A-ACHSE: Jumper 1 u. 2 (1/8 Schritte)
• JP8 (Clonejumper) 1-2 und 4-5; Kanal Y wird auf A geclont (Achtung: die Jumper liegen quer)
• FTDI-Baustein: damit der genutzt werden kann, müssen alle 5-Jumper horizontal verbunden werden! Wenn dieser nicht verwendet wird, oder bestückt ist und nicht verwendet werden soll, SIND DIE JUMPER IMMER ALLE ZU ENTFERNEN!

Das Board, und somit auch der Atmega Prozessor wird nun vom FTDI-Baustein bzw. von der USB-Schnittstelle mit 5V Spannung versorgt. So kann ein erster Test der Schaltung nur durch der USB-Schnittstelle am PC vorgenommen werden. Der Atmega mit seiner GRBL-Software sollte sich nun in der Konsole melden.

Wenn dann später das Board mit Strom versorgt wird, muss der unterste Jumper der FTDI-Verbindung, gekennzeichnet mit 5V-VCC, entfernt werden. Sonst werden die 5V aus zwei Richtungen in das Board eingespeist, was zu vermeiden ist!!!

Wenn das Board mit einem AVR ATMega328P betrieben werden soll, dann ist nun zunächst eine Firmware (z.B. GRBL) auf den Prozessor zu installieren. Der AVR Baustein ist in der Regel mit einem Bootloader bespielt, so dass der Baustein in der Schaltung direkt über den USB-Port programmiert werden kann (siehe hierzu unser WIKI). Wenn nicht, dann muss der Baustein erst mit einem Bootloader programmiert werden. Dazu ist ein eigenen Programmieradapter nötig!