Décodeur de fonctions CMS

Décodeurs de fonctions CMS fabrication « maison ».

Le but de cette description n’est pas de concurrencer la production qu’on trouve dans le commerce, mais d’essayer de se familiariser avec la technologie des composants CMS, à moindre coût et sans risque pour le matériel.

Bien qu’il en existe dans le commerce à des prix qui baissent régulièrement, je vous propose de réaliser vous-mêmes de A à Z un (ou plusieurs) décodeurs de fonctions DCC très petits, et donc destinés à être embarqués dans nos modèles réduits.

Le circuit imprimé :

Pour les besoins de miniaturisation, le circuit est donc une version CMS.

Extrapolée de la version classique bien connue de tous ceux qui pratiquent le DCC, cette réalisation permettra de se fabriquer son petit décodeur de fonctions équipé de 4 sorties.

Rappelons que CMS signifie : Composants Montés en Surface, ce qui signifie comme son nom l’indique, que les composants CMS sont placés et soudés directement sur la surface cuivrée du circuit imprimé.

En effet, à la différence des composants conventionnels équipés de queues de connexions, destinées à être soudées après perçage du circuit imprimé et soudure sur la face opposée, il n’est plus nécessaire d’y percer des trous.

Débarrassés de leurs queues de connexions, les composants CMS sont de ce fait plus petits, ce qui permet de réduire considérablement la taille des circuits. En théorie, le gain en surface est de 1:4 dans la mesure où le pas des broches est de 1,27 mm au lieu de 2,54 mm avec les composants classiques. En contre-partie, les CMS sont aussi plus délicats à souder correctement, d’autant que les erreurs d’implantation et de soudure sont plus difficiles à rectifier.

En pratique, les CMS sont plutôt réservés à des productions industrielles en raison des procédés robotisés de montage qu’elles nécessitent.

Pourtant, avec un peu de méthode et de soin, il est possible de s’atteler aux CMS, mais disons-le tout de suite, en réalisation artisanale comme c’est le cas ici, il faut plus de temps pour câbler un circuit qu’avec des composants classiques.

Le coût étant sensiblement le même, le gain se situe donc uniquement au niveau de l’encombrement des circuits obtenus et du plaisir de se dire : « c’est moi qui l’ai fait ».

Cette réalisation s’adresse donc à ceux qui ont :

-        une bonne pratique de la soudure en électronique,

-        un fer à souder ou encore une station de soudure thermorégulée,

-        une très bonne vue

-        de la patience.

Vous avez tout ça, alors on y va !

Tout d’abord, le circuit imprimé époxy (5/10^ème d’épaisseur de préférence).

Bien que très réduite (10 x 32 mm), sa taille pourrait encore être plus petite, mais les difficultés de soudure pour placer la pointe du fer deviendraient rapidement rédhibitoires.

En effet, à la différence des montages industriels soudés à la vague ou à l’air chaud, pour nous les CMS doivent être soudés avec un (petit) fer à souder ! Et il faut bien passer la pointe entre les composants et donc lui laisser un minimum de place !

Les composants :

Moins faciles à trouver dans le commerce spécialisé que les composants classiques, mais les CMS qui étaient minoritaires, sont de plus en plus courants, autrement dit,  les choses s’arrangent progressivement.

Pour les résistances, condensateurs et diodes, pas vraiment de soucis de montage, mais l’idéal serait de pouvoir les fixer à leur place (colle CMS) avant de les souder.

Cela dit, il est possible de s’en passer, mais il faut s’armer de patience car certains ont une fâcheuse tendance à se volatiliser sans qu’il ne soit possible de jamais les retrouver !

Les composants actifs, régulateur de tension, microcontrôleur programmable et transistors Darlington intégrés, la principale difficulté, c’est la durée des opérations de soudure car ces petites bêtes sont microscopiques et bien que très résistantes, elles attrapent rapidement un coup de chaleur si le fer à souder reste un peu longtemps sur leurs petites pattes !

Comme indiqué plus haut, nous avons un microcontrôleur PIC12F629 CMS qu’il va falloir programmer avec le code prévu à l’aide d’un programmateur évidemment. Il y a deux solutions :

-        programmer le microcontrôleur avant soudure sur un support adaptateur DIL-CMS à 8 pattes,

-        programmer après soudure en branchant provisoirement 5 petits fils à insérer dans les slots respectifs du programmateur.

Les deux méthodes sont équivalentes quant au résultat et la seconde est plus facile à mettre en œuvre car les adaptateurs DIL-CMS sont très difficiles à se procurer. J’en ai personnellement fabriqué un, mais c’est une galère !

Quoiqu’il en soit, il faudra maintenant passer au montage des composants sur le circuit imprimé préalablement étamé.

Il faut d’abord immobiliser le circuit imprimé dans un petit étau de table par exemple car il est très (trop) léger et glisse sur le plan de travail quand on le touche avec le fer.

Si on a choisi l’option « programmation après soudure », il faut commencer par souder le microcontrôleur et les fils de liaison (provisoires) destinés à la programmation.

Ces fils d’une trentaine de cm maxi seront soudés sur les broches 1, 4, 6, 7 et 8 du PIC12F629 et reliés respectivement aux contacts correspondants du support du programmateur.

Sinon, on commencera par les 4 diodes redresseuses et la diode anti-retour, délicates à positionner car elles sont cylindriques et ont bien entendu tendance à rouler. Ceci étant, on en trouve maintenant de forme cubique, ce qui est commode pour les immobiliser avant soudure.

Personnellement, j’utilise une précelle comme micro serre-joint qui permet de positionner correctement le composant et de le déplacer légèrement si nécessaire, de le plaquer contre le cuivre très précisément à l’endroit prévu et ce, jusqu’à la fin de l’opération de soudure.

Le fil de soudure proprement dite devra être le plus fin possible et il faudra en mettre le moins possible sur la connexion, ce qui demande un certain coup de main. Une autre méthode consiste à couper de très petits tronçons de fil de soudure d'un ou deux millimètres, et de les déposer délicatementr à l'endroit de la soudure. Il ne reste plus qu'à approcher la panne du fer pour faire fondre la soudure.

Viendra ensuite le tour des deux résistances, des condensateurs (attention au sens pour le tantale de filtrage, sinon il va se transformer en un magnifique pétard à la mise sous tension !).

On soudera ensuite le régulateur 5 volts dans le bon sens, mais il y a peu de risque de se tromper car il est facile de repérer sa face métallique qui prend place côté circuit imprimé.

En appliquant une tension alternative de 10 à 20 volts sur l’entrée, on pourra vérifier la présence de la tension redressée et filtrée ainsi que la tension régulée 5 volts sur la patte de sortie du régulateur. Si à ce stade, les tensions sont obtenues et qu’on ne constate aucun échauffement, on peut continuer en ayant pris le soin de couper l’alimentation !

Avec beaucoup de précautions, on soudera ensuite le réseau de transistors Darlington intégrés dans un boîtier CMS 16 broches de type ULN 2004 (attention au sens).

Si on a choisi l’option « programmation avant soudure », on soudera pour finir le microcontrôleur préalablement programmé.

Après une inspection rigoureuse, au moyen d’un testeur de continuité si nécessaire et d'une loupe, on traquera comme d'habitude, les mauvaises soudures et courts-circuits éventuels.

Si tout est OK, il restera à souder les 2 fils bruns ou noirs sur l’entrée DCC et les 5 fils de sortie :

-        un rouge sur le commun positif,

-        un blanc sur la sortie F0 avant,

-        un jaune sur la sortie F0 arrière,

-        un violet sur la sortie F1,

-        un vert sur la sortie F2.

A noter que cette répartition des 4 sorties est celle qui est prévue par le programme contenu dans le fichier Hexa d'origine. Cette configuration est bien évidemment modifiable en agissant sur les CV's correspondantes pour obtenir par exemple 4 sorties distinctes commandées par F1, F2, F3 et F4.

Si tout a été assemblé correctement, le décodeur peut alors être installé et raccordé au DCC pour y recevoir les ordres sur l’adresse 2 (Valeur de la CV1 modifiable par programmation ultérieure avec la centrale naturellement).

Si on alimente des Leds, prévoir comme d’habitude des résistances de protection et se souvenir que le potentiel commun étant positif, les 4 sorties sont négatives.

Les modélistes intéressés peuvent me contacter sur le site pour obtenir les informations concernant les composants, la méthode de programmation et le circuit imprimé.

Bonne chance !