Jednoduchý DCC dekodér pro semafory

Na tvorbu tohoto dekodéru mne přivedlo několik kamarádů, kteří si stěžovali, že v českých zemích se nejčastěji používají semafory a signalizace s maximálně pěti světly, zatímco běžné dekodéry jsou buď pro čtyři a nebo osm světel.
Jediný u nás dostupný dekodér (BorgMcz), který se pokouší tuto situaci řešit bohužel naráží na několik nesprávných předpokladů, a proto u něj často dochází k chybám.
Opět jsem se inspiroval u Paco Cañada, nicméně definice aspektů se mi nezamlouvala, takže jsem si vytvořil vlastní.

Vycházel jsem z oblíbeného procesoru PIC12F629, s tím, že jsem se pokusil maximálně využít jeho vývody. Tím pádem jsem pro vstup DCC signálu použil vývod GP3/MCLR a bylo nutné doplnit ochrannou diodu.
Schéma zapojení je velice variabilní a může vypadat třeba takto:

Simple DCC decoder for semaphores

Few of my friends asked me for decoder for Czech railway system. Czech system most using semaphores with five lights, but decoders on market are usually with four or eight lights.
One decoder available on Czech market (BorgMcz) using non valid pre-requisites and then it hawe wrong reliability and making mistakes.
I go for inspiration again to pages of Paco Cañada, But I do not like his definition of aspects, then I create my own one.
I was used my favorite processor PIV12F629, but I used all his pins. Then I must use pin GP3/MCLR as a DCC input. Then I must add protecting diode for this input.
Schematics is variable and can look like for example this:

C1 + C2 = 10-47uF
C3 = 100nF
R1 = 22k - 68k
R2~R6 = 470R - 1k

Popis funkce

Dekodér si vezme maximálně 4 adresy pro vyhybky a na nich se pokouší realizovat znaky složené ze svícení a blikání.
Při každém rozsvěcení a zhasínání využívá takzvané "fade", tedy pomalé zhasínání, kterým simuluje žárovky. Nastavení rychlosti je společné.
dále je k dispozici blikání - časová základna pro blikání je zase společná, nicméně lze blikat ve fázi a v protifázi. To znamená, že lze udělat blikání, kdy na semaforu blikají dvě světla a obě současně, a nebo například na přejezdu kde blikají "naopak" = vlevo -> vpravo -> vlevo ...
Nastavení světel se provádí pomocí "aspektů", těch je logicky k dispozici 8 (4 vyhybky, každá má dvě možné polohy). Každý aspekt definuje 4 vlastnosti:

seznam LEDek, které se mají rozsvítit
seznam LEDek, které mají zhasnout
seznam LEDek, které mají začít blikat
seznam LEDek, které mají přestat blikat

Je tedy zřejmé, že lze vytvořit 4 kombinace:

Světlo je zhasnuté a má vypnuté blikání - v takovém případě je prostě tma
Světlo je rozsvícené a má vypnuté blikání - v takovém případě světlo svítí
Světlo je zhasnuté a má zapnuté blikání - v takovém případě bude blikat "ve fázi" (všechna světla, která blikají ve fázi jsou ve stejný okamžik rozsvícená a ve stejný okamžik zhasnutá)
Světlo je rozsvícené a má zapnuté blikání - v takovém případě bude blikat "v prot-ifázi" (když je světlo "ve fázi" rozsvícené, je světlo "v protifázi" zhasnuté)

Function description

Decoder will use at maximum 4 addresses for turnouts and will realize all signals on those addresses. Signals consist of lighting and blinking
During every light on and light off using "fade" effects, then slow lighting off look like vacuum bulbs. Setup of fade speed is general for all decoder.
Next is available blinking - time source for blinking is again same for all decoder, but you can use "in phase" and "opposite phase" blinking. It means, that it is possible to done semaphore with two same blinking lights, or semaphore with two "opposite" blinking lights = left -> right => left ...
Configuration of lights is done by "aspects". We have 8 aspects (4 turnouts, 2 direction each). Every aspect define 4 properties:

List of lights you need to turn on
List of lights you need to turn off
List of lights you need to start blinking
List of lights you need to stop blinking

It means, every light can be in one of 4 situations:

Lighting is off, blinking is off - it mean dark
Light is on, blinking is off - it mean light
Light is off, blink is on - it mean "in phase" blinking (every lights in phase lighting in same time, and is off in same time)
Light is on, blinking is on - it mean "opposite phase" blinking (when "in phase" light is on, "opposite phase" is off and vice versa)

Lists

Světlo	Light	L1	L2	L3	L4	L5
Hodnota	Value	1	2	4	8	16	32	64	128

Seznam vznikne jako součet hodnot světel, kterých se daný aspetk týká. (uživatelé DCC programovače mohou využívat binární režim programování)

List of lights is simple sum of values of light, may be affected by this aspect. (users of DCC programmer can use binary mode during programming)

CV Values

CV#	CV#	default	min-max	význam	meaning
513	1	1 (Roco 5-8, Lenz 1-4)	0-63	Primární adresa, spodní polovina	Primary address, low half
	7	10	-	Verze (10 = verze 1.0)	Version (10 means version 1.0)
	8	13 (0D hex)	-	ID Výrobce	Manufacturer ID
521	9	0	0-7	Primární adresa, horní polovina	Primary address, high half
541	29	128 (bit 7)	0/128	konfigurace - 128 = dekodér příslušenství	Configuration - 128 = accessory decoder
544	32	20	10-50	Fede (rychlost rozsvěcení, zhasínání)	Fade (speed of lighting on and off)
545	33	40	min CV32*2	Rychlost blikání (odvozuje se od rychlosti fade)	Blinking speed (Depend on fade speed)
546	34	1	0-1	Příznaky (pokud je 1, je při zapnutí stav od posledního vypnutí)	Config (1 mean - save outputs before switch off)
547	35	?	0-31	Seznam světel, která se mají rozsvítit	List of lights to light on	Aspect 1 1+ (1A)
548	36	?	0-31	Seznam světel, která mají zhasnout	List of lights to light off
549	37	?	0-31	Seznam světel, která mají zčít blikat	List of lights to blink on
550	38	?	0-31	Seznam světel, která mají vypnout blikání	List of lights to blink off
551	39	?	0-31	Seznam světel, která se mají rozsvítit	List of lights to light on	Aspect 2 1- (1B)
552	40	?	0-31	Seznam světel, která mají zhasnout	List of lights to light off
553	41	?	0-31	Seznam světel, která mají zčít blikat	List of lights to blink on
554	42	?	0-31	Seznam světel, která mají vypnout blikání	List of lights to blink off
555	43	?	0-31	Seznam světel, která se mají rozsvítit	List of lights to light on	Aspect 3 2+ (2A)
556	44	?	0-31	Seznam světel, která mají zhasnout	List of lights to light off
557	45	?	0-31	Seznam světel, která mají zčít blikat	List of lights to blink on
558	46	?	0-31	Seznam světel, která mají vypnout blikání	List of lights to blink off
559	47	?	0-31	Seznam světel, která se mají rozsvítit	List of lights to light on	Aspect 4 2- (2B)
560	48	?	0-31	Seznam světel, která mají zhasnout	List of lights to light off
561	49	?	0-31	Seznam světel, která mají zčít blikat	List of lights to blink on
562	50	?	0-31	Seznam světel, která mají vypnout blikání	List of lights to blink off
563	51	?	0-31	Seznam světel, která se mají rozsvítit	List of lights to light on	Aspect 5 3+ (3A)
564	52	?	0-31	Seznam světel, která mají zhasnout	List of lights to light off
565	53	?	0-31	Seznam světel, která mají zčít blikat	List of lights to blink on
566	54	?	0-31	Seznam světel, která mají vypnout blikání	List of lights to blink off
567	55	?	0-31	Seznam světel, která se mají rozsvítit	List of lights to light on	Aspect 6 3- (3B)
568	56	?	0-31	Seznam světel, která mají zhasnout	List of lights to light off
569	57	?	0-31	Seznam světel, která mají zčít blikat	List of lights to blink on
570	58	?	0-31	Seznam světel, která mají vypnout blikání	List of lights to blink off
571	59	?	0-31	Seznam světel, která se mají rozsvítit	List of lights to light on	Aspect 7 4+ (4A)
572	60	?	0-31	Seznam světel, která mají zhasnout	List of lights to light off
573	61	?	0-31	Seznam světel, která mají zčít blikat	List of lights to blink on
574	62	?	0-31	Seznam světel, která mají vypnout blikání	List of lights to blink off
575	63	?	0-31	Seznam světel, která se mají rozsvítit	List of lights to light on	Aspect 8 4- (4B)
576	64	?	0-31	Seznam světel, která mají zhasnout	List of lights to light off
577	65	?	0-31	Seznam světel, která mají zčít blikat	List of lights to blink on
578	66	?	0-31	Seznam světel, která mají vypnout blikání	List of lights to blink off
579	67	0	0-31	Nastavení světel po zapnutí	Lights on after startup
580	68	16	0-31	Nastavení blikání po zapnutí	Blink on after startup

Příklady

Uvedeme si několik příkladů jak vytvořit běžně používané znaky.

Jako první příklad si zvolíme jednoduchá blikající světla. Budou tvořena světli L1 a L2, budou reagovat na první adresu a to tak, že se zapnou při jednom směru a vypnou při druhém.

Examples

We can make few examples, how to configure few situations usual for Czech railways.

As a first example we can describe simple blinking lights. They will consist of L1 and L2 will react to first address and will turn on in one direction and turn off in opposite direction.

Budeme tedy používat pouze první (CV35-CV38) a druhý (CV39-CV42) aspekt.

První aspekt (zapnutí světel) bude tedy nastaven:

CV35 = 1 (první světlo rozsvítit)
CV36 = 2 (druhé světlo zhasnout (jen pro jistotu))
CV37 = 1+2 = 3 (první i druhé světlo bliká, první je v protifázi, protože "svítí", druhé je "ve fázi")
CV38 = 0

A druhý aspekt (vypnutí) bude nastaven:

CV39 = 0 (nic se nerozsvěcí)
CV40 = 1+2 = 3 (první i druhé světlo zhasnout (stačilo by první))
CV41 = 0 (nic nebliká)
CV42 = 1+2 = 3 (vypnout blikání u prvního i druhého světla)

Druhý příklad bude obdobný, pouze si přidáme modré světlo L3, které bude blikat, když neblikají světla červená.

We will use first (CV35-CV38) and second (CV39-CV42) aspect.

First aspect (turn all on) will be:

CV35 = 1 (turn on first light)
CV36 = 2 (turn off second light (only for sure))
CV37 = 1+2 = 3 (turn on blinking on first and second light, first in opposite phase, because is "on", second is "in phase")
CV38 = 0

And second aspect (turn off) will be:

CV39 = 0 (nothing to turn on)
CV40 = 1+2 = 3 (turn off first and second light (first will be enough))
CV41 = 0 (nothing to blink)
CV42 = 1+2 = 3 (turn off blink on first and second light)

Second example will be similar; we will only add third blue light (L3), which will blink when red lights are off.

Budeme opět používat pouze první (CV35-CV38) a druhý (CV39-CV42) aspekt.

První aspekt (zapnutí červených světel) bude tedy nastaven:

CV35 = 1 (první světlo rozsvítit)
CV36 = 2+4=6 (druhé a modré světlo zhasnout (jen pro jistotu))
CV37 = 1+2 = 3 (první i druhé světlo bliká, první je v protifázi, protože "svítí", druhé je "ve fázi")
CV38 = 4 (modré světlo nebliká)

A druhý aspekt (zapnutí modrého světla) bude nastaven:

CV39 = 0 (nic se nerozsvěcí)
CV40 = 1+2+4 = 7 (první druhé i třetí světlo zhasnout (stačilo by první))
CV41 = 4 (třetí světlo bliká)
CV42 = 1+2 = 3 (vypnout blikání u prvního i druhého světla)

Poslední příklad bude klasické vjezdové návěstidlo s pěti světly, na kterém vytvoříme 8 znaků. (podle LokoPin)

We will use again first (CV35-CV38) and second (CV39-CV42) aspect.

First aspect (turn red on) will be:

CV35 = 1 (turn on first light)
CV36 = 2+4 = 6 (turn off second and third light (only for sure))
CV37 = 1+2 = 3 (turn on blinking on first and second light, first in opposite phase, because is "on", second is "in phase")
CV38 = 4 (blue light not blinking)

And second aspect (turn red off, blue on) will be:

CV39 = 0 (nothing to turn on)
CV40 = 1+2+4 = 7 (turn off first, second and third light (first will be enough))
CV41 = 4 (blue light blinking)
CV42 = 1+2 = 3 (turn off blink on first and second light)

Last one will be traditional entrance light with five lights, we will create 8 signals. (inspired by LokoPin)

Stůj

Volno (průjezd přímo)

Vjezd odbočkou

Vjezd přímo

Průjezd odbočkou, pak odbočkou

Průjezd odbočkou, pak přímo

Průjezd přímo, pak odbočkou

Přivolávací návěst

Využít musíme všechny aspekty, nastavení si uvedeme v tabulce

We must use all aspects, settings is in following table

CV Values

1A	1B	2A	2B	3A	3B	4A	4B
CV35=04	CV39=02	CV43=17	CV47=01	CV51=17	CV55=18	CV59=00	CV63=04
CV36=27	CV40=29	CV44=14	CV48=30	CV52=14	CV56=13	CV60=31	CV64=27
CV37=00	CV41=00	CV45=01	CV49=00	CV53=01	CV57=00	CV61=01	CV65=08
CV38=31	CV42=31	CV46=30	CV50=31	CV54=30	CV58=31	CV62=30	CV66=19

Ke stažení jsou 2 soubory, oba se chovají stejně, jen jeden je pro ledky se společnou zemí (V-) a druhý (označený _inv) je pro ledky se společným kladným pólem (V+).

Jejich zásadní nedostatek je v tom, že se pracně programují, protože dekodér není schopen vytvořit dostatečnou zátěžovou špičku a proto dekodér nelze číst.
Tuto vlastnost jsem odstranil u poslední hardwarové verze dekodéru, který využívá připojení na základnovou stanici. Je důležité si pamatovat, že dekodér při běžném provozu nelze používat v základnové stanici s možností programování. U základen, které to umožňují je potřeba vytáhnout programovací propojku, nebo použít základnu zcela bez programování.

You can download two versions of file, both are same, one is for leds with common ground (V-) and second (marked as _inv) is for leds with common plus (V+)

They have big disadvantage during programming. Decoder is not able to create enough current peaks and then decoder cannot be read.
I solved this problem in last hardware version of decoder. That version using connection to base station. Do not forget, that decoder cannot be used during normal operation in base station with programming facility. Some base stations allow you to switch programming off, and then must be switched off, or you must operate it in base without programming.

Download: dcc5semaf.zip